下一代光传输网络发展提速 超100G应用在即

9/23/2015,2010年以来，随着技术与产业链的逐步成熟，以及互联网对于经济与社会的深度渗透，网络带宽和传输管道承受巨大的规划压力，100G干线传输得到广泛认可，快速得以规模部署，先进运营商争相将核心与干线网络从10G/40G升级到100G。目前全球已经有数百张100G的商用传输网络部署(ZTE全球部署150余张100G网络)，并仍然在持续升级中。

　　鉴于干线网络的带宽仍然以不低于30%的复合增长率吞噬干线带宽，先进运营商、标准组织，研究机构以及设备供应商等旋即将目光聚焦在下一代光传输网络的技术、标准等研究工作中，这就是200G/400G/1T等超100G光传送网络。

超100G采用的技术
　　新一代传输网络的研究，其压力来自市场对带宽的需求，其实也是提高频谱传输效率，降低每比特传输成本的不懈诉求，以应对运营商不断下滑的宽带投资收益。在目前商用的100G传输主流系统中都采用的相干接收的单载波极化复用和QPSK调制技术，其频谱传输效率为4bits/s/Hz，辅以硬判决或者软判决来提高OSNR容限。

为了达到更高的传输带宽，可采用以下主要技术。
　　第一，采用高阶调制方式，以提升每符号比特。在单载波调制方面，采用高阶在一定的频谱带宽上能够实现更高的传输效率。相对于QPSK，16QAM调制的每符号比特数提升一倍，从而提升传输效率和容量。在超100G传输领域，高阶调制格式的运用是业界普遍采用的重要手段，同时高阶调制方式的采用，也对接收侧OSNR有更高的要求，限制了传输距离。中兴通讯在QPSK, 8QAM、16QAM、64QAM等调制格式上进行了不断地实践，积累了诸多经验和成果，其基于QPSK的400G传输系统，传输距离可达3000多公里，适用于远距离传输;而在16QAM调制方式下，其400G系统传输距离超过1200公里，更适合城域传输系统。

　　第二，采用更高的信号波特率。超100G的另一个重要研究方向是提升信号波特率。通过提升单信号的波特率，来实现整体传输速率的提升。我们通过四路子载波的方式，通过每载波100G的传输方式，可以实现400G传输。通过提升28/32GBaud至56/64GBaud，双载波可以实现400G传输。单个载波波特率提高到100GBaud，即可以实现400G的传输系统。

　　2015年6月，中兴通讯与OFS共同发布了最新的400G超长距高速传输结果，中兴通讯将128.8-GBaud的400Gb/s波分复用(WDM)QPSK信号成功传输超过10130公里，刷新了业界记录，这个结果再次为全球光网络行业设立了新的基准。本次测试基于TeraWave光纤，这种光纤的特点是具有最优有效面积和低损耗;由此，新型光纤的采用也是改进超100G传输系统的有效手段。

　　第三，采用多载波技术。在超100G系统中，引入了一个新的概念超通道(super channel)，通过载波聚合，实现更高传输容量的系统。当前主流的400G传输系统主要有三种实现方式：四载波的100G、双载波的200G(每载波)和单载波的400G。其中四载波的100G PDM-QPSK方式技术成熟，成本低，跨距长，但相对于100G传输系统并无明显的实质提升。双载波(PDM-16AQM)方式可以提升频谱传输效率165%以上，且技术比较成熟，传输距离较远。单载波400G方式频谱效率最高，其技术实现难度大，传输距离受限，成本高，是超100G系统研究持续努力实现的方向。

　　第四，采用更先进的数字信号处理及芯片技术。通过相干接收，能够实现更高的信号接收灵敏度，实现更远的传输距离。相干接收是实现100G传输系统的关键性技术。

　　在超100G光传输系统中，面临着一系列的器件约束和链路的线性及非线性信号损伤限制。通过先进的数字信号处理是解决以上问题的必要手段。比如通过数字信号处理，进行信号损伤的均衡与补偿，其包括色散补偿，时钟恢复，信道均衡，载波频率估计和相位恢复等关键算法。

　　第五，采用灵活的栅格。出于提高频谱利用率的目的，新一代波分系统普遍支持37.5GHz-400GHz的频谱间隔调节范围，调节步长为12.5GHz，满足400G多载波频谱间隔不定的需求，避免造成过多的频谱碎片，浪费频谱资源。

超100G的标准进展
　　涉及超100G标准制定的主要组织包括ITU-T SG15，IEEE802.3和OIF。ITU-T SG15的Q6和Q11分别负责超100G物理层和光传送网(OTN)逻辑层的标准化工作，对于超100G的具体物理传输参数的标准化工作尚未开展，而主要是把超100G应用的新型物理传输技术纳入到G.sup39文件之中;对于超100G OTN的标准化工作，B100G OTN技术的大部分内容已经形成了工作假设。其中B100G OTN公共部分(即400GE无关部分)的内容已经比较稳定，包括B100G OTN帧结构、B100G OTN电层和光层开销、复用层次结构和比特速率、时隙粒度、客户信号映射、故障处理和维护信号等，后续将根据IEEE 400GE标准的进展，对B100G OTN客户信号映射和物理接口相关部分进行完善。预计2016年中发布相关标准。

　　IEEE的802.3工作组主要承担400GE的标准化工作，该标准于2014年3月正式立项，截至目前已经在系统架构、逻辑接口、电接口和光接口方面达成多项共识，并于2015年7月形成D1.0版本，预计该标准在2017年发布。

　　OIF主要负责物理链层(PLL)的光电模块及高速接口等标准化工作，重点讨论CEI-56G和400G WDM。CEI-56G的超短距、短距和中距项目基本上都进入投票阶段，后续重点讨论长距项目。400G WDM的白皮书已经发布，后续将成立400G WDM系统框架等项目来进一步规范400G WDM系统及光模块。

　　另外，我国CCSA TC6的WG1和WG4关于超100G的标准化研究工作与国际基本同步。按照目前标准化组织的整体研究进展，预计2016年，以400G为典型速率的超100G标准关键方案和技术参数将趋于稳定。

　　超100G未来应用前景可期，但其未来发展也面临多种因素限制。首先，目标速率模糊化将明显影响超100G技术发展进度。不同于100G及其以下速率高速传输，超100G是多种可能速率的统称，可能是400G、1Tb/s或者是n×100G等。

　　鉴于当前的研究、开发和试验商用网的部署，由于双载波DPM-16QAM方式400G系统最大程度复用了100G阶段的技术，其产业链也更加成熟，成本更低，传输距离适中，试商用或者商用的案例更多，未来的应用前景更趋乐观，尤其是在对传输距离要求不高的城域传输系统。根据业界的乐观预测，在成本合理的前提下，2017年400G系统将进入规模部署的新历程。而单载波400G/1T的信号传输，受限于器件性能，短期难以大规模商用，回顾光传送网络不断创新的不凡历程，单载波400G/1T的系统仍然值得抱以乐观的期许。而更高级别的速率也将出现在人们的视野，新系统的频谱效率是否有效提升，有效传送距离，可商用的比较成本优势，将是鉴别其先进性的关键指标。

超100G与SDN的结合
　　SDN软件定义的网络，其核心思想是分离网络设备的控制平面与数据平面，开放数据平面的编程接口(API)，通过集中控制的方式来灵活控制网络的运行。SDN起源于美国斯坦福大学clean slate研究组提出的一种新型网络创新架构，在校园网进行早起的试验。谷歌基于SDN理念的成功实施了其B4网络，让分布在全球的租用光缆与数据中心网络的网络弹性、使用效率、灵活性得到显著提高，SDN旋即引起业界的普遍关注，业界领先运营商、Internet服务提供商、设备提供商和研究机构联合成立了开放网络基金会(ONF)，推动SDN的标准化，中兴通讯是ONF的早期创建者和坚定支持者，来自美国研究所的Dick博士代表中兴通讯担任ONF的董事。

　　光传输在ASON时代已经实现了传送平面、控制平面与管理平面的分离，ASON具备快速的业务部署能力和丰富的业务保护级别，但其开放性还不够，无法向第三方开放其编程能力。而SDN在传送网的应用，就是要开放其编程能力给用户，可能是运营商、Internet提供商或者是应用领域的第三方厂商，以便于更高效敏捷的开展新业务，同时运营商网络的潜能也可以最大程度共享。

　　超100G时代的光传输，引入了更丰富的调制方式(QPSK,8QAM,16QAM,64QAM)，其直接影响到光信号的传输距离；为了提高传输距离和OSNR，HD/SD FEC技术也用来增强传输系统的能力，但带来更多的冗余开销。灵活栅格(Flex Grid)、多子载波和超级通道技术，结合传统波分系统的ROADM特性，光传输系统灵活多变的可配置性结合SDN的开放理念，有助于客户构建弹性、高可用性和自动化的SDON(Software defined optical network)网络，将客户从繁琐的物理层设备配置工作中解放出来，投入更多精力专注于传送网络的管道经营。

来源通信产业报