100G光傳送技術(shù)新進(jìn)展

　　   伴隨著2004年左右路由器40Gb/s POS接口的推出和傳送網(wǎng)絡(luò)帶寬的持續(xù)增長(zhǎng)，40Gb/s技術(shù)已經(jīng)逐步成熟并走向規(guī)模商用，前兩年國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商在傳送網(wǎng)上開(kāi)展了不同規(guī)模的試驗(yàn)和小規(guī)模商用，從2010年開(kāi)始，中國(guó)電信和中國(guó)聯(lián)通等運(yùn)營(yíng)商相繼在干線網(wǎng)絡(luò)上大規(guī)模引入40Gb/s WDM系統(tǒng)，標(biāo)志著基于40Gb/s的 WDM系統(tǒng)已經(jīng)逐步進(jìn)入規(guī)模商用階段。隨著100GE標(biāo)準(zhǔn)的確立，100Gb/s的高速傳輸技術(shù)成為業(yè)界關(guān)注的下一個(gè)高速速率平臺(tái)。

　　1. 100G有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)確立

　　100G技術(shù)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)在IEEE、ITU-T和OIF等進(jìn)行開(kāi)發(fā)。IEEE主要定義高速以太網(wǎng)的相關(guān)規(guī)范，也就是100G的客戶信號(hào)的相關(guān)要求，100GE的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)于2010年6月17日正式通過(guò)， 100GE的信號(hào)速率為103.125 Gbit/s ± 100 ppm，需要滿足10 x 10G信號(hào)在屏蔽銅纜上至少傳輸7 m，在多模光纖上至少傳輸100 m ；4 x 25G信號(hào)在單模光纖上至少傳輸10 km和至少傳輸40 km這兩種傳輸距離的需求。ITU-T作為傳送領(lǐng)域一直以來(lái)較為強(qiáng)勢(shì)的標(biāo)準(zhǔn)組織，它定義了OTU4的速率為111 809 973.568 kbit/s，ODU4的速率為104 794 445.815 kbit/s，保證了未來(lái)100GE作為客戶信號(hào)映射進(jìn)OTN的兼容性，同時(shí)開(kāi)展了相關(guān)光波分傳輸接口和FEC等方面的研究工作；OIF規(guī)范相關(guān)的電接口，對(duì)于IEEE采用何種電接口的方式進(jìn)行內(nèi)部傳送有較大影響，同時(shí)它也開(kāi)展了針對(duì)DP-QPSK碼型的100G長(zhǎng)距傳輸研究；從某種角度來(lái)說(shuō)，它也對(duì)ITU-T開(kāi)展的相關(guān)長(zhǎng)距傳輸標(biāo)準(zhǔn)研究造成了一定的挑戰(zhàn)。

　　2. 100G傳輸現(xiàn)網(wǎng)試驗(yàn)方興未艾

　　針對(duì)100Gb/s的長(zhǎng)距傳輸需求來(lái)看，主要是未來(lái)可能的100GE或者相應(yīng)的POS接口的出現(xiàn)，100GE的標(biāo)準(zhǔn)化已經(jīng)完成。針對(duì)100G的長(zhǎng)距傳輸，從2004年左右，很多設(shè)備制造商已經(jīng)開(kāi)始跟蹤和研發(fā)，國(guó)內(nèi)外很多廠家都宣稱有100G WDM的解決方案，近年來(lái)全球各大運(yùn)營(yíng)商也對(duì)此表現(xiàn)出極大的興趣，開(kāi)展了各種現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，表1所示為今年部分現(xiàn)網(wǎng)試驗(yàn)的案例。

　　3. 100G長(zhǎng)距傳輸關(guān)鍵技術(shù)尚待完善

　　從調(diào)制格式和復(fù)用方式來(lái)看，100Gb/s除了基于偏振復(fù)用結(jié)合多相位調(diào)制的調(diào)制方式，如偏振復(fù)用－(差分)四相相移鍵控(PDM-(D)QPSK)之外，還包括多級(jí)相位和幅度調(diào)制的調(diào)制碼型，如8 /16相相移鍵控(8PSK/16PSK)，16/32/64級(jí)正交幅度調(diào)制(16QAM/32QAM/64QAM)等，以及基于低速子波復(fù)用的正交頻分復(fù)用(OFDM)等。從調(diào)制編碼解調(diào)來(lái)看，目前主要可采用直接解調(diào)和相干解調(diào)兩種方式，其中相干解調(diào)主要采用數(shù)字信號(hào)處理(DSP)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，顯著降低了相干通信中對(duì)于激光器特性的要求。綜合考慮系統(tǒng)性能要求、實(shí)現(xiàn)復(fù)雜性和性價(jià)比等多種因素，對(duì)于100Gb/s傳輸商用設(shè)備，業(yè)界一般看好的長(zhǎng)距傳輸碼型為采用相干接收的PDM-QPSK。另外，由于目前模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和DSP芯片等處理技術(shù)水平的限制，幾乎所有高速電信號(hào)處理芯片都沒(méi)有商用解決方案，目前基于100Gb/s信號(hào)的實(shí)時(shí)相干接收處理等尚待技術(shù)突破，這是100G WDM系統(tǒng)走向商用的最大技術(shù)瓶頸。

　　從OSNR容限來(lái)看，對(duì)于相同的調(diào)制格式，100Gb/s相對(duì)于40Gb/s的OSNR容限要求要提升4dB左右，這對(duì)于系統(tǒng)研發(fā)挑戰(zhàn)性很大，目前采用不同調(diào)制格式的OSNR容限差異較大，但相同的調(diào)制格式采用相干接收后可顯著提升OSNR容限1～2dB以上，但是在OSNR上要實(shí)現(xiàn)100G WDM系統(tǒng) 1000公里以上的傳輸，還需要在FEC 方案、相干接收、軟判決等方面有更多的增益，才能滿足OSNR的要求。

　　4. 100G WDM傳輸規(guī)模商用尚待時(shí)日

　　隨著100GE標(biāo)準(zhǔn)在今年正式確定，100G WDM長(zhǎng)距傳輸?shù)男枨蠛罄m(xù)會(huì)逐步出現(xiàn)，主要解決100G信號(hào)在省際和省內(nèi)干線層面的1000公里以內(nèi)甚至更長(zhǎng)的傳輸需求。但是在干線網(wǎng)絡(luò)上，由于目前基于40Gb/s速率的路由器和傳輸系統(tǒng)已經(jīng)大規(guī)模部署，部分解決了端口容量和端口數(shù)量的問(wèn)題，預(yù)計(jì)基于100Gb/s的長(zhǎng)距傳送在近2～3年內(nèi)將不是主要需求，相信在這個(gè)時(shí)間窗口內(nèi)100G長(zhǎng)距傳輸技術(shù)存在的主要技術(shù)瓶頸也會(huì)逐步攻克，并迎來(lái)容量大幅提高的100G WDM時(shí)代的來(lái)臨。

　　作者簡(jiǎn)介： 張海懿

          工業(yè)和信息化部電信研究院通信標(biāo)準(zhǔn)研究所傳送與接入研究部主任，中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)傳送網(wǎng)工作組副組長(zhǎng)，高級(jí)工程師。長(zhǎng)期從事光傳輸系統(tǒng)、WDM系統(tǒng)、SDH系統(tǒng)、MSTP、自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)以及電信傳送網(wǎng)絡(luò)體制標(biāo)準(zhǔn)、運(yùn)營(yíng)商的技術(shù)咨詢等方面的研究工作，具有豐富的主持大型網(wǎng)絡(luò)設(shè)備技術(shù)選型評(píng)估和現(xiàn)網(wǎng)驗(yàn)收測(cè)試經(jīng)驗(yàn)。已發(fā)表技術(shù)文章數(shù)十篇，曾獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)和二等獎(jiǎng)。目前主要從事OTN和PTN等光傳送網(wǎng)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)研究。

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