虽然2000年之初电信设备的部署速度有所下降，但是对需求的追求却从未停止过。目前的实际情况是，视频业务的爆炸式增长已经对运营商的网络提出了新的要求。
今天，视频已经不仅仅出现在我们的电视机上。移动电话、PDA、无线家庭娱乐系统和笔记本电脑等个人电子产品已经可以为用户提供随时随地的视频体验，而且，视频业务不再单纯以广播形式传输，诸如视频点播、IPTV、点对点视频会议和互联网视频下载等业务要求按需传输，这就对现有网络提出了任意点对点、高带宽和高QoS的传输要求。
更重要的是，现在的企业局域网已经采用10Gbit/sec以太网互联，存贮阵列运行于10Gbit/sec光纤信道（FC-1200）之上，运营商的路由器甚至具备了40Gbit/sec的互联接口。对传输网络带宽增长的呼声与日俱增。
然而，带宽的增长需要满足很多条件，包括：
l 在增加网络容量的同时要尽量减少对原有系统的干扰（更多波长、更多设备和不同的网络参数等等）。
l 维持或增强网络的灵活性，网络扩容不能使网络变成刚性的和静态的。
l 降低运营支出，网络扩容必须能够降低成本，而不是增加成本。
本文将讨论服务提供商和网络运营商升级目前的10Gbit/sec传输网络的不同技术选择，并着重讨论这些选择的关键点、优点和缺点。
升级要求
上世纪九十年代中期，10Gbit/sec DWDM网络技术打破了业务提供商计划、建立和运营网络的传统方式。它具有全新的业务成本核算方式（资本支出/运营支出）。这导致当时大量部署了基于10Gbit/sec的DWDM传输网络。
DWDM的出现激发了对网络基础设施的大量投资，而且网络的详细规划也考虑了未来业务的增长。因此，升级此种网络的带宽，其方法必须满足下列要求：
l 最大程度地发挥已有网络设备的作用（光纤、网元和固定资产等等）。
l 升级过程中尽可能减少对已有网络运营方式的影响，并且限制资本支出的增加。
l 维持已有网络精确设定的操作流程（制订计划、工程、业务提供、故障发现与维修）。
l 维持或增强网络的灵活性。
l 考虑视频业务和其它高带宽应用对网络的推动，建立网络可持续发展的框架，以支持新的业务，满足新的需求，同时降低资本支出和运营支出，提高网络灵活性。
三种40Gbit/sec升级方案的比较 |
|
|
|
总之，向更高容量传输网络的演进要保证尽可能的平滑与无缝衔接。下面几节重点讨论各种方案及其优缺点。
各种方案
业务提供商早已开始考虑升级网络的不同方法，考虑的要素包括成本、寿命、对现有网络的影响、投资周期等等。例如，在相同信令格式（SONET/SDH）的基础上遵循一定的规程，改变线路包的大小，可以以比较容易、高性价比的方式升级信道速率（如将OC-12/STM-4升级到OC-48/STM-16，或将OC-48/STM-16升级到OC-192/STM-64）。同时，业务提供商通过调整DWDM还可以增加网络容量。那么，在网络传输容量升级的过程中，到底哪种方案能够最好地满足前面提到的各种要求呢？
比较三种方案的光物理层成本。可以看到采用DQPSK可以极大地节约成本。通过消除DCM、降低其它光器件的数目，成本得到有效降低。 |
1号方案：降低DWDM信道间隔。这种方法降低不同信道波长之间的间隔（从100GHz降低到50GHz，或从50GHz降低到25GHz），从而提高一根光纤上可以承载的DWDM波长数目。
目前，制造50GHz间隔网元（包括终端、复用器、解复用器和滤波器等）的技术已经比较成熟，性能比较稳定。然而，进一步将间隔降低到25GHz时会遇到很多挑战：
l 滤波器的制造复杂性大大提高，导致其成本居高不下。
l 为了保证更窄的间隔，必须增加新的功能模块，这就增加了终端光电转换收发器的成本。
l 增加信号再生要求，导致成本和网络复杂性的提高，并最终影响已有的光链路预算。
l 由于已有的网元（如OADM和ROADM）都是按100或50GHz间隔要求设计的，因此再降低间隔就需要大量的重新设计。
2号方案：提高线路的传输速率。这种方法维持波长间隔不变，已经被业务提供商和运营商广泛应用于带宽升级，如从622Mbits/sec（OC-12/STM-4）升级到2.5Gbits/sec（OC-48/STM-16），以及进一步升级到10Gbits/sec（OC-192/STM-64）。而且，下一步很有可能从10Gbits/sec升级到40Gbits/sec。
但是，采用40Gbits/sec布网要维持网络正常运行对线路提出了很高的要求。事实上，40Gbit/sec TDM信号的色散（CD）和偏振模式色散（PMD）分别是10Gbit/sec的16倍和4倍。而且，PMD引起的差分群时延会比10Gbit/sec等价速率换算后的值更低。
比较三种方案因网络容量提高而带来的业务层成本 |
这些问题严重限制了40Gbit/sec的应用。其色散补偿比10Gbit/sec的要求更高，导致资本支出的增加。实践中部署40Gbit/sec技术，可能还需要用到可调谐色散补偿（TDC）和有源PMD补偿器，这会进一步增加成本，提高网络复杂度。而且滤波器带来的失真限制了OADM的数量。传统的40Gbit/sec收发器可能只是用在一部分场合，决不会成为主流技术。
3号方案：部署40Gbit/sec双偏振四阶相移键控（QPSK）。革新的数字信号处理增强技术将会把40Gbit/sec系统推向现实。它将PMD色散补偿作为10Gbits/sec的色散电子补偿（eDCO）处理，通过在电域解决2号方案遇到的问题，极大地提高了大面积部署高带宽系统的可能性。
这种方法将40Gbit/sec数据流编码为两路10Gbps QPSK信号，然后分别调制到两路互相正交的偏振波长上并发射出去，在接收端，信号采用强劲的DSP计算技术处理，自动完成色散和PMD的补偿，并被解码为原始40Gbit/sec信号。这种方法的部署、运行与维护都比较容易。
双偏振QPSK技术具备以下特性：
l 与前面提到的方法相比，这种方法的性价比更高、更经济。
l 这种方法实际运行于已有的10Gbit/sec光纤链路上，因此避免了网络的重新设计。
l 与已有10Gbit/sec链路的频谱占用度一致。
l 不需要在线路和终端上部署色散补偿模块（DCM）。
l 不需要部署PMD器件——这一特性在使用旧光纤的场合非常重要。
l 可以在多种光纤并存的路由器上部署。
l 提高了组网灵活性，降低了运营支出，支持向全光网络的无缝演进。
总之，采用40Gbit/sec双偏振QPSK方法升级网络，可以为业务提供商和网络运营商节省大量的资本支出，最大程度地提高原有设施的利用率，同时维持现有的网络运行规程。
采用双偏振QPSK的网络成本更低，结构更简单。 |
实例研究
为了让读者更清晰地了解双偏振QPSK方法相比前两种方法的优势，下面将研究一个覆盖范围达到32000公里的广域光网络。这个网络每部分包含25个10Gbit/sec波长、40个上下路节点，具备区域和直通业务能力。
在光物理层，部署双偏振QPSK不需要DCM，而且滤波器数量较少，其成本要比1号方案和2号方案节省38%和23%。
2号方案（40Gbit/sec TDM方式）对残留色散的容限比较低，因此需要在终端采用精确的补偿机制。而且其部署很复杂，为了达到双偏振QPSK的速率，必须加入额外的再生节点和光器件。
既然双偏振QPSK可以降低再生器的数量，那么网络结构会大大简化，资本支出和运营支出也会有所降低。图2显示了双偏振QPSK的终端和再生器成本比40Gbit/sec TDM降低了41%。
图3比较了三种方案的全部成本（包括物理层和业务层）。可以看到双偏振QPSK的优势非常显著，相比前两者分别节约35%和33%的成本。表格详细比较了三种方案的特点。
虽然目前升级网络容量的方法有很多种，但是几乎所有方法都需要重新部署，导致投资过于庞大。将双偏振QPSK和eDCO技术结合，不仅可以将现有网络容量提高3倍，而且不需要改变已有的网络规划和运营规程。这种方法将实现更经济、更平滑的网络演进。
