下一代光傳輸網(wǎng)絡(luò)發(fā)展提速 超100G應(yīng)用在即

　　ICCSZ訊   2010年以來，隨著技術(shù)與產(chǎn)業(yè)鏈的逐步成熟，以及互聯(lián)網(wǎng)對于經(jīng)濟(jì)與社會的深度滲透，網(wǎng)絡(luò)帶寬和傳輸管道承受巨大的規(guī)劃壓力，100G干線傳輸?shù)玫綇V泛認(rèn)可，快速得以規(guī)模部署，先進(jìn)運(yùn)營商爭相將核心與干線網(wǎng)絡(luò)從10G/40G升級到100G。目前全球已經(jīng)有數(shù)百張100G的商用傳輸網(wǎng)絡(luò)部署(ZTE全球部署150余張100G網(wǎng)絡(luò))，并仍然在持續(xù)升級中。

　　鑒于干線網(wǎng)絡(luò)的帶寬仍然以不低于30%的復(fù)合增長率吞噬干線帶寬，先進(jìn)運(yùn)營商、標(biāo)準(zhǔn)組織，研究機(jī)構(gòu)以及設(shè)備供應(yīng)商等旋即將目光聚焦在下一代光傳輸網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)等研究工作中，這就是200G/400G/1T等超100G光傳送網(wǎng)絡(luò)。

　　超100G采用的技術(shù)

　　新一代傳輸網(wǎng)絡(luò)的研究，其壓力來自市場對帶寬的需求，其實(shí)也是提高頻譜傳輸效率，降低每比特傳輸成本的不懈訴求，以應(yīng)對運(yùn)營商不斷下滑的寬帶投資收益。在目前商用的100G傳輸主流系統(tǒng)中都采用的相干接收的單載波極化復(fù)用和QPSK調(diào)制技術(shù)，其頻譜傳輸效率為4bits/s/Hz，輔以硬判決或者軟判決來提高OSNR容限。

　　為了達(dá)到更高的傳輸帶寬，可采用以下主要技術(shù)。

　　第一，采用高階調(diào)制方式，以提升每符號比特。在單載波調(diào)制方面，采用高階在一定的頻譜帶寬上能夠?qū)崿F(xiàn)更高的傳輸效率。相對于QPSK，16QAM調(diào)制的每符號比特?cái)?shù)提升一倍，從而提升傳輸效率和容量。在超100G傳輸領(lǐng)域，高階調(diào)制格式的運(yùn)用是業(yè)界普遍采用的重要手段，同時(shí)高階調(diào)制方式的采用，也對接收側(cè)OSNR有更高的要求，限制了傳輸距離。中興通訊在QPSK, 8QAM、16QAM、64QAM等調(diào)制格式上進(jìn)行了不斷地實(shí)踐，積累了諸多經(jīng)驗(yàn)和成果，其基于QPSK的400G傳輸系統(tǒng)，傳輸距離可達(dá)3000多公里，適用于遠(yuǎn)距離傳輸;而在16QAM調(diào)制方式下，其400G系統(tǒng)傳輸距離超過1200公里，更適合城域傳輸系統(tǒng)。

　　第二，采用更高的信號波特率。超100G的另一個(gè)重要研究方向是提升信號波特率。通過提升單信號的波特率，來實(shí)現(xiàn)整體傳輸速率的提升。我們通過四路子載波的方式，通過每載波100G的傳輸方式，可以實(shí)現(xiàn)400G傳輸。通過提升28/32GBaud至56/64GBaud，雙載波可以實(shí)現(xiàn)400G傳輸。單個(gè)載波波特率提高到100GBaud，即可以實(shí)現(xiàn)400G的傳輸系統(tǒng)。

　　2015年6月，中興通訊與OFS共同發(fā)布了最新的400G超長距高速傳輸結(jié)果，中興通訊將128.8-GBaud的400Gb/s波分復(fù)用(WDM)QPSK信號成功傳輸超過10130公里，刷新了業(yè)界記錄，這個(gè)結(jié)果再次為全球光網(wǎng)絡(luò)行業(yè)設(shè)立了新的基準(zhǔn)。本次測試基于TeraWave光纖，這種光纖的特點(diǎn)是具有最優(yōu)有效面積和低損耗;由此，新型光纖的采用也是改進(jìn)超100G傳輸系統(tǒng)的有效手段。

　　第三，采用多載波技術(shù)。在超100G系統(tǒng)中，引入了一個(gè)新的概念超通道(super channel)，通過載波聚合，實(shí)現(xiàn)更高傳輸容量的系統(tǒng)。當(dāng)前主流的400G傳輸系統(tǒng)主要有三種實(shí)現(xiàn)方式：四載波的100G、雙載波的200G(每載波)和單載波的400G。其中四載波的100G PDM-QPSK方式技術(shù)成熟，成本低，跨距長，但相對于100G傳輸系統(tǒng)并無明顯的實(shí)質(zhì)提升。雙載波(PDM-16AQM)方式可以提升頻譜傳輸效率165%以上，且技術(shù)比較成熟，傳輸距離較遠(yuǎn)。單載波400G方式頻譜效率最高，其技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度大，傳輸距離受限，成本高，是超100G系統(tǒng)研究持續(xù)努力實(shí)現(xiàn)的方向。

　　第四，采用更先進(jìn)的數(shù)字信號處理及芯片技術(shù)。通過相干接收，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的信號接收靈敏度，實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)的傳輸距離。相干接收是實(shí)現(xiàn)100G傳輸系統(tǒng)的關(guān)鍵性技術(shù)。

　　在超100G光傳輸系統(tǒng)中，面臨著一系列的器件約束和鏈路的線性及非線性信號損傷限制。通過先進(jìn)的數(shù)字信號處理是解決以上問題的必要手段。比如通過數(shù)字信號處理，進(jìn)行信號損傷的均衡與補(bǔ)償，其包括色散補(bǔ)償，時(shí)鐘恢復(fù)，信道均衡，載波頻率估計(jì)和相位恢復(fù)等關(guān)鍵算法。

　　第五，采用靈活的柵格。出于提高頻譜利用率的目的，新一代波分系統(tǒng)普遍支持37.5GHz-400GHz的頻譜間隔調(diào)節(jié)范圍，調(diào)節(jié)步長為12.5GHz，滿足400G多載波頻譜間隔不定的需求，避免造成過多的頻譜碎片，浪費(fèi)頻譜資源。

　　超100G的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展

　　涉及超100G標(biāo)準(zhǔn)制定的主要組織包括ITU-T SG15，IEEE802.3和OIF。ITU-T SG15的Q6和Q11分別負(fù)責(zé)超100G物理層和光傳送網(wǎng)(OTN)邏輯層的標(biāo)準(zhǔn)化工作，對于超100G的具體物理傳輸參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化工作尚未開展，而主要是把超100G應(yīng)用的新型物理傳輸技術(shù)納入到G.sup39文件之中;對于超100G OTN的標(biāo)準(zhǔn)化工作，B100G OTN技術(shù)的大部分內(nèi)容已經(jīng)形成了工作假設(shè)。其中B100G OTN公共部分(即400GE無關(guān)部分)的內(nèi)容已經(jīng)比較穩(wěn)定，包括B100G OTN幀結(jié)構(gòu)、B100G OTN電層和光層開銷、復(fù)用層次結(jié)構(gòu)和比特速率、時(shí)隙粒度、客戶信號映射、故障處理和維護(hù)信號等，后續(xù)將根據(jù)IEEE 400GE標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)展，對B100G OTN客戶信號映射和物理接口相關(guān)部分進(jìn)行完善。預(yù)計(jì)2016年中發(fā)布相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

　　IEEE的802.3工作組主要承擔(dān)400GE的標(biāo)準(zhǔn)化工作，該標(biāo)準(zhǔn)于2014年3月正式立項(xiàng)，截至目前已經(jīng)在系統(tǒng)架構(gòu)、邏輯接口、電接口和光接口方面達(dá)成多項(xiàng)共識，并于2015年7月形成D1.0版本，預(yù)計(jì)該標(biāo)準(zhǔn)在2017年發(fā)布。

　　OIF主要負(fù)責(zé)物理鏈層(PLL)的光電模塊及高速接口等標(biāo)準(zhǔn)化工作，重點(diǎn)討論CEI-56G和400G WDM。CEI-56G的超短距、短距和中距項(xiàng)目基本上都進(jìn)入投票階段，后續(xù)重點(diǎn)討論長距項(xiàng)目。400G WDM的白皮書已經(jīng)發(fā)布，后續(xù)將成立400G WDM系統(tǒng)框架等項(xiàng)目來進(jìn)一步規(guī)范400G WDM系統(tǒng)及光模塊。

　　另外，我國CCSA TC6的WG1和WG4關(guān)于超100G的標(biāo)準(zhǔn)化研究工作與國際基本同步。按照目前標(biāo)準(zhǔn)化組織的整體研究進(jìn)展，預(yù)計(jì)2016年，以400G為典型速率的超100G標(biāo)準(zhǔn)關(guān)鍵方案和技術(shù)參數(shù)將趨于穩(wěn)定。

　　超100G未來應(yīng)用前景可期，但其未來發(fā)展也面臨多種因素限制。首先，目標(biāo)速率模糊化將明顯影響超100G技術(shù)發(fā)展進(jìn)度。不同于100G及其以下速率高速傳輸，超100G是多種可能速率的統(tǒng)稱，可能是400G、1Tb/s或者是n×100G等。

　　鑒于當(dāng)前的研究、開發(fā)和試驗(yàn)商用網(wǎng)的部署，由于雙載波DPM-16QAM方式400G系統(tǒng)最大程度復(fù)用了100G階段的技術(shù)，其產(chǎn)業(yè)鏈也更加成熟，成本更低，傳輸距離適中，試商用或者商用的案例更多，未來的應(yīng)用前景更趨樂觀，尤其是在對傳輸距離要求不高的城域傳輸系統(tǒng)。根據(jù)業(yè)界的樂觀預(yù)測，在成本合理的前提下，2017年400G系統(tǒng)將進(jìn)入規(guī)模部署的新歷程。而單載波400G/1T的信號傳輸，受限于器件性能，短期難以大規(guī)模商用，回顧光傳送網(wǎng)絡(luò)不斷創(chuàng)新的不凡歷程，單載波400G/1T的系統(tǒng)仍然值得抱以樂觀的期許。而更高級別的速率也將出現(xiàn)在人們的視野，新系統(tǒng)的頻譜效率是否有效提升，有效傳送距離，可商用的比較成本優(yōu)勢，將是鑒別其先進(jìn)性的關(guān)鍵指標(biāo)。

　　超100G與SDN的結(jié)合

　　SDN軟件定義的網(wǎng)絡(luò)，其核心思想是分離網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的控制平面與數(shù)據(jù)平面，開放數(shù)據(jù)平面的編程接口(API)，通過集中控制的方式來靈活控制網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行。SDN起源于美國斯坦福大學(xué)clean slate研究組提出的一種新型網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新架構(gòu)，在校園網(wǎng)進(jìn)行早起的試驗(yàn)。谷歌基于SDN理念的成功實(shí)施了其B4網(wǎng)絡(luò)，讓分布在全球的租用光纜與數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)彈性、使用效率、靈活性得到顯著提高，SDN旋即引起業(yè)界的普遍關(guān)注，業(yè)界領(lǐng)先運(yùn)營商、Internet服務(wù)提供商、設(shè)備提供商和研究機(jī)構(gòu)聯(lián)合成立了開放網(wǎng)絡(luò)基金會(ONF)，推動SDN的標(biāo)準(zhǔn)化，中興通訊是ONF的早期創(chuàng)建者和堅(jiān)定支持者，來自美國研究所的Dick博士代表中興通訊擔(dān)任ONF的董事。

　　光傳輸在ASON時(shí)代已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了傳送平面、控制平面與管理平面的分離，ASON具備快速的業(yè)務(wù)部署能力和豐富的業(yè)務(wù)保護(hù)級別，但其開放性還不夠，無法向第三方開放其編程能力。而SDN在傳送網(wǎng)的應(yīng)用，就是要開放其編程能力給用戶，可能是運(yùn)營商、Internet提供商或者是應(yīng)用領(lǐng)域的第三方廠商，以便于更高效敏捷的開展新業(yè)務(wù)，同時(shí)運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)的潛能也可以最大程度共享。

　　超100G時(shí)代的光傳輸，引入了更豐富的調(diào)制方式(QPSK,8QAM,16QAM,64QAM)，其直接影響到光信號的傳輸距離;為了提高傳輸距離和OSNR，HD/SD FEC技術(shù)也用來增強(qiáng)傳輸系統(tǒng)的能力，但帶來更多的冗余開銷。靈活柵格(Flex Grid)、多子載波和超級通道技術(shù)，結(jié)合傳統(tǒng)波分系統(tǒng)的ROADM特性，光傳輸系統(tǒng)靈活多變的可配置性結(jié)合SDN的開放理念，有助于客戶構(gòu)建彈性、高可用性和自動化的SDON(Software defined optical network)網(wǎng)絡(luò)，將客戶從繁瑣的物理層設(shè)備配置工作中解放出來，投入更多精力專注于傳送網(wǎng)絡(luò)的管道經(jīng)營。