中興通訊：超100G光傳送技術最新進展

  當前國內各大運營商都在加速5G網絡建設步伐，預計2020年實現(xiàn)5G大規(guī)模商用。5G網絡具有大帶寬、超低時延、高靈活性、智能協(xié)同等特點，對光傳送技術提出新的挑戰(zhàn)，推動超100G光傳送技術朝著超長距、大容量和智能化等方向發(fā)展。

  超長距光傳輸

  超長距光傳輸?shù)暮诵募夹g是長距相干模塊技術和光路系統(tǒng)技術。其中長距相干模塊主要有高性能調制碼型、高性能FEC/SDFEC和高性能鏈路損傷補償算法等技術，光路系統(tǒng)技術主要有光放大技術、光交叉技術與和光層算法技術等。

  長距相干模塊技術

  超100G光傳送系統(tǒng)中，長距相干光模塊是高性能傳輸?shù)年P鍵。長距相干光模塊中DSP芯片是整個系統(tǒng)的核心部件，其主要實現(xiàn)高性能調制碼型編/解碼、系統(tǒng)損傷(色散、PMD等)補償和FEC功能等。

  目前100G/超100G業(yè)務主要的調制碼型包括BPSK、QPSK、mQAM等傳統(tǒng)調制碼型和混合調制、概率整形等特殊調制碼型。對于特定速率的業(yè)務而言，采用不同調制碼型具有不同的光傳輸性能。相同業(yè)務速率下，低階調制碼型具有更長的傳輸距離和噪聲容忍度，高階調制碼型具有更大的傳輸容量和更好的穿通能力，即使選用相同的調制碼型，不同的FEC開銷也會有不同傳輸性能。

  -混合調制

  混合調制是將兩種調制碼型在時域按照不同比例混合。相比常規(guī)高階調制如8QAM和16QAM，混合調制實現(xiàn)譜效和信號波特率連續(xù)變化，以適配不同傳輸場景。

  -概率整形

  在使用高階調制格式時可以對星座圖進行整形，采用一定概率分布的星座映射，會獲得一定的整形增益，即為達到相同性能所節(jié)省的信噪比。

  -高性能FEC算法

  DSP芯片內高性能FEC/SDFEC算法和非線性補償算法等也是提高系統(tǒng)傳輸性能的關鍵技術，可進一步增加系統(tǒng)傳輸距離。目前中興通訊在單波600G長距相干光模塊中實現(xiàn)多種FEC/SDFEC算法和非線性補償算法，在業(yè)內有較大的競爭優(yōu)勢。

  光路系統(tǒng)技術

  超100G光傳送系統(tǒng)主要由光路系統(tǒng)技術實現(xiàn)超長距傳輸及系統(tǒng)靈活調度，主要包括光放大技術和光交叉技術等。

  -光放大技術

  超長距光傳輸系統(tǒng)主要采用光放大器補償信號的衰減，實現(xiàn)超長距無電中繼傳輸。光放大器主要有集中式放大器(EDFA)和拉曼放大器等。在光傳輸系統(tǒng)中，光放大器的ASE噪聲是影響系統(tǒng)OSNR的主要因素。為實現(xiàn)超長距傳輸，低噪聲EDFA或高階拉曼等方法可有效改善放大器噪聲系數(shù)，提高系統(tǒng)傳輸距離。

  此外超低損大有效面積G.654光纖的應用，可顯著降低跨段損耗，同時G.654光纖非線性效應影響相對G.652和G.655光纖小，因此G.654可適當提高入纖功率，改進系統(tǒng)傳輸距離。

  -光交叉技術

  在超100G系統(tǒng)中，高速光信號的頻譜更加靈活，在不同調制方式下占用帶寬不同?，F(xiàn)有超100G系統(tǒng)除了支持傳統(tǒng)ROADM的50GHz、100GHz帶寬調度，還支持Flexible grid帶寬調度，支持n×6.25GHz/12.5GHz帶寬的靈活分配和調度。Flexible ROADM可實現(xiàn)不同的信號適配不同的帶寬，既提高了頻譜利用率，又滿足超100G網絡的靈活調度要求。

  未來ROADM技術將朝著高維度、高靈活性和智能化等方向演進。此外OXC和全光背板可替代ROADM日益復雜的連纖，實現(xiàn)無纖化光端口全互聯(lián)等技術創(chuàng)新，使網絡具有更高的可靠性和更簡單的運維。

  光層算法技術

  為全面監(jiān)控光傳送網傳輸性能，網絡中引入大量光傳輸性能評估算法、光傳輸優(yōu)化算法。

  -光傳輸性能評估算法

  通過智能化網元感知網絡中跨段損耗、放大器噪聲系數(shù)、信號入纖功率等信息，實時計算各波道傳輸后OSNR和傳輸代價，根據(jù)各波道間平坦度等情況評估系統(tǒng)OSNR。

  -光傳輸優(yōu)化算法

  通過一系列整形、壓縮、補償?shù)燃夹g，應對實際光網絡系統(tǒng)中不同類型的傳輸代價。例如采用數(shù)字均衡算法補償系統(tǒng)非線性代價，利用全局光功率優(yōu)化算法提高系統(tǒng)傳輸后OSNR，通過編碼調制整形算法、頻譜數(shù)字整形算法、光域整形算法等減小系統(tǒng)穿通代價。

  超大容量傳輸

  通常從兩個角度提高超100G傳送網系統(tǒng)容量，即單通道業(yè)務速率和系統(tǒng)通道數(shù)。同時，通過FTN(Faster than Nyquist)技術提升多通道頻譜效率。

  -單通道速率提升

  通過高階調制方法可實現(xiàn)單波600G/800G甚至更高的業(yè)務速率，目前中興通訊OTN方案已實現(xiàn)單載波600G商用，下一代單波800G和1.2T產品也在規(guī)劃階段。

  -擴展光纖頻譜資源

  擴展光纖頻譜資源可提高系統(tǒng)通道數(shù)。目前光纖傳輸系統(tǒng)往往只使用了光纖的C和CE波段，隨著光纖制作工藝的不斷提升，新型光纖已經基本消除氫損的影響，可用的傳輸帶寬大大拓寬，從1260nm一直連續(xù)拓展到1675nm。2019年國內各大運營商已將C++波段納入集采測試范圍中，2020年C++波段將會大規(guī)模商用。同時，從傳統(tǒng)光纖的傳輸頻譜特性來看，L波段與C波段非常接近，元器件的制作工藝也相似，如果能將L波段傳送窗口利用起來，即使使用成熟的100G DP-QPSK技術也能倍增光纖的傳送容量，在很大程度上滿足帶寬快速增長的需要，避免高階調試方式對傳送距離帶來的限制。C與L波段差異主要體現(xiàn)在傳輸性能上，L波段損耗、色散等參數(shù)與C波段有明顯差異，同時，L波段器件成熟度等也為L波段的大規(guī)模商用帶來諸多挑戰(zhàn)。

  智能化光傳送網

  5G網絡大規(guī)模商用，推動超100G傳送網網管平面朝高智能管控方向演進。軟件定義網絡(SDN)技術的應用使得網絡可以進行編程，網絡的可擴展性和靈活性大大提高，從一定程度上解決了網絡資源互聯(lián)管控的問題。伴隨智能管控框架、深度學習、模糊邏輯網絡安全管理等人工智能技術的快速發(fā)展，基于SDN的人工智能技術在超100G傳送網中的應用也將成為網絡智能化發(fā)展的方向。

  中興通訊在SDN技術中融入軟件定義光子(Software Defined Optics，SDO)技術。SDO技術即通過管控系統(tǒng)實現(xiàn)對光模塊發(fā)射/接收光信號自定義控制，以實現(xiàn)在不同場景滿足業(yè)務的基本功能的前提下，使業(yè)務特定性能達到最優(yōu)。根據(jù)調整方式，主要分為編碼整形、頻譜整形與動態(tài)損傷整形三大類。在超長距傳輸里已簡要概述編碼整形和頻譜整形，而動態(tài)損傷整形主要應對業(yè)務光傳輸時有可能面臨的突發(fā)事件，例如網絡遇雷擊事件，光纖中信號光偏振態(tài)高速變化，產生較大SOP(State of Polarization)，嚴重時會導致業(yè)務斷鏈。為解決此類事件，SDO技術可提升DSP的SOP跟蹤速率，維持業(yè)務正常通信。

  在5G即將大規(guī)模商用的關鍵時期，中興通訊致力于打造超長距、大容量和智能化超100G光傳送網?；诟咝阅蹹SP芯片實現(xiàn)長距相干光模塊，保持當前在傳輸100G/超100G傳輸能力方面的優(yōu)勢;加強在光路系統(tǒng)技術、光層算法方向研究，并大規(guī)模應用于超100G光傳送網中，使網絡從自動化向智能化的演進，為5G大規(guī)模商用打下堅實基礎。