中興通訊：超100G光傳送技術(shù)最新進(jìn)展

  當(dāng)前國(guó)內(nèi)各大運(yùn)營(yíng)商都在加速5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)步伐，預(yù)計(jì)2020年實(shí)現(xiàn)5G大規(guī)模商用。5G網(wǎng)絡(luò)具有大帶寬、超低時(shí)延、高靈活性、智能協(xié)同等特點(diǎn)，對(duì)光傳送技術(shù)提出新的挑戰(zhàn)，推動(dòng)超100G光傳送技術(shù)朝著超長(zhǎng)距、大容量和智能化等方向發(fā)展。

  超長(zhǎng)距光傳輸

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

  長(zhǎng)距相干模塊技術(shù)

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

  目前100G/超100G業(yè)務(wù)主要的調(diào)制碼型包括BPSK、QPSK、mQAM等傳統(tǒng)調(diào)制碼型和混合調(diào)制、概率整形等特殊調(diào)制碼型。對(duì)于特定速率的業(yè)務(wù)而言，采用不同調(diào)制碼型具有不同的光傳輸性能。相同業(yè)務(wù)速率下，低階調(diào)制碼型具有更長(zhǎng)的傳輸距離和噪聲容忍度，高階調(diào)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(diào)制碼型，不同的FEC開(kāi)銷也會(huì)有不同傳輸性能。

  -混合調(diào)制

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

  -概率整形

  在使用高階調(diào)制格式時(shí)可以對(duì)星座圖進(jìn)行整形，采用一定概率分布的星座映射，會(huì)獲得一定的整形增益，即為達(dá)到相同性能所節(jié)省的信噪比。

  -高性能FEC算法

  DSP芯片內(nèi)高性能FEC/SDFEC算法和非線性補(bǔ)償算法等也是提高系統(tǒng)傳輸性能的關(guān)鍵技術(shù)，可進(jìn)一步增加系統(tǒng)傳輸距離。目前中興通訊在單波600G長(zhǎng)距相干光模塊中實(shí)現(xiàn)多種FEC/SDFEC算法和非線性補(bǔ)償算法，在業(yè)內(nèi)有較大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

  光路系統(tǒng)技術(shù)

  超100G光傳送系統(tǒng)主要由光路系統(tǒng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)距傳輸及系統(tǒng)靈活調(diào)度，主要包括光放大技術(shù)和光交叉技術(shù)等。

  -光放大技術(shù)

  超長(zhǎng)距光傳輸系統(tǒng)主要采用光放大器補(bǔ)償信號(hào)的衰減，實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)距無(wú)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(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)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(yīng)用，可顯著降低跨段損耗，同時(shí)G.654光纖非線性效應(yīng)影響相對(duì)G.652和G.655光纖小，因此G.654可適當(dāng)提高入纖功率，改進(jìn)系統(tǒng)傳輸距離。

  -光交叉技術(shù)

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

  未來(lái)ROADM技術(shù)將朝著高維度、高靈活性和智能化等方向演進(jìn)。此外OXC和全光背板可替代ROADM日益復(fù)雜的連纖，實(shí)現(xiàn)無(wú)纖化光端口全互聯(lián)等技術(shù)創(chuàng)新，使網(wǎng)絡(luò)具有更高的可靠性和更簡(jiǎn)單的運(yùn)維。

  光層算法技術(shù)

  為全面監(jiān)控光傳送網(wǎng)傳輸性能，網(wǎng)絡(luò)中引入大量光傳輸性能評(píng)估算法、光傳輸優(yōu)化算法。

  -光傳輸性能評(píng)估算法

  通過(guò)智能化網(wǎng)元感知網(wǎng)絡(luò)中跨段損耗、放大器噪聲系數(shù)、信號(hào)入纖功率等信息，實(shí)時(shí)計(jì)算各波道傳輸后OSNR和傳輸代價(jià)，根據(jù)各波道間平坦度等情況評(píng)估系統(tǒng)OSNR。

  -光傳輸優(yōu)化算法

  通過(guò)一系列整形、壓縮、補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)，應(yīng)對(duì)實(shí)際光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中不同類型的傳輸代價(jià)。例如采用數(shù)字均衡算法補(bǔ)償系統(tǒng)非線性代價(jià)，利用全局光功率優(yōu)化算法提高系統(tǒng)傳輸后OSNR，通過(guò)編碼調(diào)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(jià)。

  超大容量傳輸

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

  -單通道速率提升

  通過(guò)高階調(diào)制方法可實(shí)現(xiàn)單波600G/800G甚至更高的業(yè)務(wù)速率，目前中興通訊OTN方案已實(shí)現(xiàn)單載波600G商用，下一代單波800G和1.2T產(chǎn)品也在規(guī)劃階段。

  -擴(kuò)展光纖頻譜資源

  擴(kuò)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(jīng)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(guó)內(nèi)各大運(yùn)營(yíng)商已將C++波段納入集采測(cè)試范圍中，2020年C++波段將會(huì)大規(guī)模商用。同時(shí)，從傳統(tǒng)光纖的傳輸頻譜特性來(lái)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(lái)，即使使用成熟的100G DP-QPSK技術(shù)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(zhǎng)的需要，避免高階調(diào)試方式對(duì)傳送距離帶來(lái)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(shí)，L波段器件成熟度等也為L(zhǎng)波段的大規(guī)模商用帶來(lái)諸多挑戰(zhàn)。

  智能化光傳送網(wǎng)

  5G網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模商用，推動(dòng)超100G傳送網(wǎng)網(wǎng)管平面朝高智能管控方向演進(jìn)。軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)技術(shù)的應(yīng)用使得網(wǎng)絡(luò)可以進(jìn)行編程，網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性和靈活性大大提高，從一定程度上解決了網(wǎng)絡(luò)資源互聯(lián)管控的問(wèn)題。伴隨智能管控框架、深度學(xué)習(xí)、模糊邏輯網(wǎng)絡(luò)安全管理等人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，基于SDN的人工智能技術(shù)在超100G傳送網(wǎng)中的應(yīng)用也將成為網(wǎng)絡(luò)智能化發(fā)展的方向。

  中興通訊在SDN技術(shù)中融入軟件定義光子(Software Defined Optics，SDO)技術(shù)。SDO技術(shù)即通過(guò)管控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)光模塊發(fā)射/接收光信號(hào)自定義控制，以實(shí)現(xiàn)在不同場(chǎng)景滿足業(yè)務(wù)的基本功能的前提下，使業(yè)務(wù)特定性能達(dá)到最優(yōu)。根據(jù)調(diào)整方式，主要分為編碼整形、頻譜整形與動(dòng)態(tài)損傷整形三大類。在超長(zhǎng)距傳輸里已簡(jiǎn)要概述編碼整形和頻譜整形，而動(dòng)態(tài)損傷整形主要應(yīng)對(duì)業(yè)務(wù)光傳輸時(shí)有可能面臨的突發(fā)事件，例如網(wǎng)絡(luò)遇雷擊事件，光纖中信號(hào)光偏振態(tài)高速變化，產(chǎn)生較大SOP(State of Polarization)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致業(yè)務(wù)斷鏈。為解決此類事件，SDO技術(shù)可提升DSP的SOP跟蹤速率，維持業(yè)務(wù)正常通信。

  在5G即將大規(guī)模商用的關(guān)鍵時(shí)期，中興通訊致力于打造超長(zhǎng)距、大容量和智能化超100G光傳送網(wǎng)?；诟咝阅蹹SP芯片實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距相干光模塊，保持當(dāng)前在傳輸100G/超100G傳輸能力方面的優(yōu)勢(shì);加強(qiáng)在光路系統(tǒng)技術(shù)、光層算法方向研究，并大規(guī)模應(yīng)用于超100G光傳送網(wǎng)中，使網(wǎng)絡(luò)從自動(dòng)化向智能化的演進(jìn)，為5G大規(guī)模商用打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。