为满足用户对通信带宽日益增长的需求，各网络运营商纷纷构筑新的网络或者对其已有的网络进行扩容和升级，使他们拥有的光网络朝着T比特乃至数十T比特方向发展。运营商将会用40Gbit/s系统装备其核心网及城域网。本文仅就40Gbit/s系统的传输性能涉及到的关键问题和解决技术方案作以简述。
一、关键问题
一般的网络容量演进战略为时分复用的比特速率(2.5Gbit/s、10Gbit/s和40Gbit/s)和波分复用信道数（8信道、16信道、32信道和160信道）。截止到2001年3月为止，实验室的最大传输容量世界记录是法国阿尔卡特公司的10.24Tbit/s系统（40Gbit×256）和日本NEC公司的10.96Tbit/s系统（40Gbit/s×274)。从国外著名公司研究光传输系统的实践中看出，40Gbit/s系统传输要解决的关键问题有电子材料、色散、非线性效应和信噪比等。
1．电子材料
40Gbit/s集成电路设计将面临电子材料的挑战，其接口需要高速成帧器、映射器、开销处理器、接收机、发射机及复用器等芯片。40Gbit/s系统需要用新的材料来取代时分复用速率已接近极限的硅和砷化镓。40Gbit/s系统对器件的材料性能、尺寸和功耗等要求更高，正在积极研究的电子材料有SiGe，GaAs，InP等。
2．色散
色散对光纤数字传输系统的影响是使数字光脉冲被压缩或展宽，从而引起因误码而导致的传输质量下降。
自传输系统采用掺铒光纤后，系统中的衰减限制问题已得到解决，使系统传输距离大大延长，这样远距离传输系统的总色散也随之增加。对于10Gbit/s以上的高速系统而言，光纤链路的色散容限与传输比特率平方成反比。例如，在工作波长选在1550nm的G.655光纤上传输2.5Gbit/s的系统色散受限距离为4258km左右，10Gbit/s系统的色散受限距离则为283km，而40Gbit/s系统的色散受限距离仅为18km。因此，对40Gbit/s系统来说光纤色散是一个要解决的问题。
偏振模色散是在光纤中传输的两个相互正交的偏振态光信号，由于速度不同引起光信号的离散现象称为偏振模色散。偏振模色散也是影响40Gbit/s系统传输距离的主要因素之一，即40Gbit/s系统受限的传输距离与传输速率和链路偏振模色散的平方根成反比。例如，偏振模色散为0.1ps/km1/2时，传输速率分别为2.5 Gbit/s、10 Gbit/s、40Gbit/s，它们的传输受限距离分别为160000km、10000km和625km。
3．非线性效应
在长距离传输的40Gbit/s密集波分复用系统中，小的信道间隔和大的光功率会使光纤中出现非线性效应（四波混频、自相位调制和交叉相位调制等），导致系统的传输质量下降。采用大有效面积或相对大的色散有助于抑制非线性效应。在按照ITU-T建议的信道间隔为100GHz进行40Gbit/s密集波分复用传输时，出现的主要非线性效应损伤是交叉相位调制（康宁LEAF光纤和朗讯TWRS光纤）和自相位调制（SSMF，LEAF和TWRS光纤）。通过合适的调制格式和传输线路的色散管理能减少非线性效应的负作用。
4．信噪比
信噪比是指传输的有用光信号与泄漏到系统其它噪声信号的比值。在光纤中传输的光信号强度随传输距离的延长而减弱，通常需要用光放大器来补偿光纤中的光信号减弱。但是，光放大器引入系统后除了对光信号进行增益，同时还应对系统中引入的额外噪声进行均衡。
在40Gbit/s系统中，低噪声光放大器至关重要。因为40Gbit/s系统中强的光功率才能使信号实现远距离传输，但是过强的光功率则会引发非线性效应使接收机无法解读信号。因此，对40Gbit/s系统的传输既需要合理选择信噪比又需要严格地进行光增益均衡。
二、解决方案
与10Gbit/s系统相比，40Gbit/s系统面临着上述的诸多关键问题有待解决。我们深知，40Gbit/s系统的关键问题是彼此关联和互相影响的。为此，人们在对每个关键问题进行深入细致地分析研究的基础上，提出了一些切实可行的技术解决方案，旨在推动40Gbit/s系统产品能尽早投入核心网和城域网运营。
1．开发新材料
许多芯片供应商利用开发出的硅锗（SiGe）和磷化铟（InP）制造40Gbit/s系统的复用器，而砷化镓（GaAs）最适合做驱动器的放大器。
InP和SiGe可用来制造集成的芯片，既能将电和光功能集成在一个芯片上，又可支持40Gbit/s的速率运行。它们主要优点是性能好、尺寸小、功耗低。
2．色散补偿
如前文所述，在40Gbit/s系统中传输光纤的色散会迅速使数据脉冲展宽。40Gbit/s系统的色散容限大约为±50ps/nm，相当于G.652光纤传输3km。40Gbit/s系统的色散补偿一般采用的是色散补偿模块（DCM）。简单的色散补偿模块是由与传输光纤色散符号相反的单模色散补偿光纤组成。现在，色散补偿模块能够对几种类型的光纤色散和色散斜率进行补偿。
传统的色散补偿模块不能完全补偿几种类型光纤（如康宁LEAF，朗讯Truewave的）的色散斜率，其原因是组成色散补偿模块所用的光纤的色散斜率太大或由光纤中的"高阶模"造成的。最新研制出用于40Gbit/s的由光纤布拉格光栅构成的可调色散补偿器，能够解决40Gbit/s的温度变化的色散和色散斜率补偿不足的问题。当40Gbit/s远距离传输时，应考虑偏振模色散。光纤中的偏振模色散是由光纤折射率呈现的非理想圆对称和光纤受到外界应力作用引起的。今天各光纤制造厂商所产生的光纤偏振模色散典型值小于0.2ps/km1/2甚至0.15ps/km1/2，允许40Gbit/s传输距离分别为156 km和278km。同时，我们应该清楚，选用偏振模色散补偿器，改善网络中的光器件和仔细选择光信号调制方式都能减小偏振模色散。例如，与非归零码调制相比，归零码调制格式不会受到像非零调制那样的光纤非线性效应的影响，所以归零码调制格式支持更远的传输距离。归零码调制的其他优点是偏振模色散的容限更好。
3．非线性效应
在40Gbit/s的密集波分复用系统中，小的信道间隔和大的光功率使光纤中产生非线性效应。当前，人们普遍采用的减小非线性的方法是增大光纤的有效面积、选用合适的调制方式和对传输线路进行合理的色散管理。
2001年，日立公司和KDDI研究室分别用有效面积为180μm2和175μm2的光纤进行了40Gbit/s×25的306km无中继器密集波分复用传输试验。从传输了306km后的光信号眼图来看，除了长距离传输积累了比较大的色散外，信号波长范围的中心和边缘信道的眼图开度十分清晰。这说明超大有效面积光纤能有效地抑制非线性效应。因此，为满足40Gbit/s密集波分复用系统传输的需要，各光纤制造商会积极开发出有效面积、色散、色散斜率优化的新型光纤。
4．改善信噪比
由于40Gbit/s系统色散受限距离仅为10Gbit/s系统色散受限距离的十六分之一，所以40Gbit/s系统要进行与10Gbit/s系统相当距离传输时，提高光功率、减小放大器噪声、均衡信噪比应是40Gbit/s系统的研究重点。今天，40Gbit/s系统采用的光放大方案是将分布式拉曼放大器和掺铒光纤放大器组合进行光放大。拉曼放大器能减小有效噪声系数6dB，使可传输距离延长2倍。放大器输出功率的上下限分别由光纤中非线性效应的出现和接收机处所需的信噪比决定。国际电信联盟（ITU-T）提出的适用于40Gbit/s系统的G.709新标准规定了对SDH传输开销和几个光参数进行监测。G.709标准的最大优点是引入前向纠错，在数据流中添加了专用在线编码，旨在提高接收机灵敏度和传输系统的稳定性。
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