100G傳輸技術(shù)新進(jìn)展

　2008年，基于40Gbps速率的WDM系統(tǒng)已經(jīng)規(guī)模商用，許多運(yùn)營(yíng)商和設(shè)備商都把眼光投向100G WDM系統(tǒng)。其中隨著100GE路由器接口標(biāo)準(zhǔn)化的完成，100G的長(zhǎng)途傳輸也進(jìn)入了議事日程。與40Gbps WDM系統(tǒng)相比，100G傳輸?shù)纳逃没枰鉀Q四大關(guān)鍵技術(shù)：100G線路傳輸技術(shù)、100GE接口技術(shù)、100GE封裝映射技術(shù)和100G關(guān)鍵器件技術(shù)，下面分別概述其最新進(jìn)展。

　　100G線路傳輸技術(shù)

　　現(xiàn)有100G線路傳輸技術(shù)主要有兩種方案：多波傳輸方案和單波傳輸方案。

　　在100G多波傳輸方案中，100G信號(hào)反向復(fù)用為多波長(zhǎng)的10Gbps/40Gbps OTU2/OTU3信號(hào)。這種方案不會(huì)對(duì)現(xiàn)有的10G或40G光傳送網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生影響，并可以在現(xiàn)有的器件技術(shù)下實(shí)現(xiàn)，因而是現(xiàn)階段可實(shí)現(xiàn)的方案。但這種方案的波長(zhǎng)利用率較低，也存在波長(zhǎng)管理及多個(gè)波長(zhǎng)間時(shí)延差的控制問(wèn)題，所以這種方案不是100G線路傳輸技術(shù)的最終商用方案。

　　100G單波傳輸方案可做到“一個(gè)業(yè)務(wù)，一個(gè)波長(zhǎng)”，可以簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)的管理。從器件發(fā)展及降低OPEX的角度來(lái)看，該方案是未來(lái)發(fā)展的方向。業(yè)界所討論的100G傳輸基本上是討論100Gbps 單波的長(zhǎng)途傳輸。

　　由于波特率的提升，100G單波傳輸信號(hào)所受到的各種物理?yè)p傷較為嚴(yán)重。業(yè)界研究了新的碼型以降低物理?yè)p傷對(duì)100G信號(hào)的影響。表1顯示了目前業(yè)界采用不同碼型的100G傳輸系統(tǒng)相關(guān)性能指標(biāo)的對(duì)比。

　　40G速率提高到100G，光信噪比OSNR需要增加4dB左右，為了降低光信噪比OSNR的要求，在現(xiàn)有的光網(wǎng)絡(luò)上傳輸單波100G信號(hào)，需要采用特殊的調(diào)制技術(shù)來(lái)降低波特率。例如PDM-DQPSK由于采用了偏振態(tài)、相位的雙重調(diào)制，就可以把100Gbps的信號(hào)速率降低到25G波特率，從而保證在50GHz間隔的波長(zhǎng)區(qū)傳輸。為更好地提高接收靈敏度，有時(shí)需要采用相干電處理的技術(shù)，也就是采用電處理來(lái)解決光波長(zhǎng)的相干接收。

　　100G WDM的調(diào)制技術(shù)，目前有多項(xiàng)選擇，無(wú)論是哪種方案，業(yè)界已認(rèn)識(shí)到100G碼型必須歸一到（D）QPSK碼型上。這是由于（D）QPSK碼型的準(zhǔn)恒包絡(luò)的特性可以使得DWDM傳輸中的交叉相位調(diào)制（XPM）效應(yīng)十分小，同時(shí)有效提升了頻譜利用率。 100G線路傳輸技術(shù)的研究將會(huì)集中在增加頻譜利用率和降低信號(hào)的物理?yè)p傷兩方面。運(yùn)營(yíng)商的100G傳送網(wǎng)絡(luò)會(huì)選擇一個(gè)在這兩方面性能都較好的碼型作為成熟的商用碼型。從現(xiàn)在的發(fā)展情況看，業(yè)內(nèi)相信PDM-（D）QPSK會(huì)是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，可以實(shí)現(xiàn)50GHz的間隔和1000公里以上的無(wú)電中繼傳輸，相干光檢測(cè)可以極大程度地提高色散容限和PMD容限。缺點(diǎn)是發(fā)射機(jī)光學(xué)結(jié)構(gòu)復(fù)雜（PolMux），相位調(diào)制效應(yīng)容限低（XPM尤甚），另外需要復(fù)雜的DSP 處理，用于后處理的高速DAC和ASIC芯片目前較少。目前，該方向的研究還處于實(shí)驗(yàn)室階段。

　　從系統(tǒng)來(lái)看，考慮到100GHz的速率只比40GHz 提高2.5倍，在C波段傳輸?shù)牟ㄩL(zhǎng)數(shù)目應(yīng)該保持與現(xiàn)在的WDM 系統(tǒng)相同，因此100GHz WDM系統(tǒng)應(yīng)該基于50GHz間隔，以提高系統(tǒng)容量。

　　100GE接口技術(shù)

　　100GE接口技術(shù)要解決100GE物理端口的高可靠性，并支持完善的監(jiān)控和保護(hù)功能。100GE物理接口主要有以下三種：10×10G短距離（100m）互聯(lián)的MMF LAN接口；4×25G中短距離（3km/10km/40km）互聯(lián)的SMF LAN接口；10G銅線銅纜接口。

　　在接口架構(gòu)方案上，100GE接口架構(gòu)目前有MLD&CAUI（Multi-lane Distrubtion & 100 Gigabit Ethernet Attachment Unit InteRFace）、APL（Aggregation at the Physical Layer）和PBL（Physical Bundling Layer）三種方案：

　　MLD&CAUI方案能很好地實(shí)現(xiàn)對(duì)10×10G和4×25G光模塊的統(tǒng)一接口支持。但是由于CAUI接口采用比特復(fù)用方式，打亂了數(shù)據(jù)在多個(gè)通道上的分配和排列方式。當(dāng)需要針對(duì)每個(gè)通道進(jìn)行獨(dú)立處理，或需要通道內(nèi)的數(shù)據(jù)保持特定順序時(shí)，CAUI方案在接口處理上會(huì)有一定的困難。

　　APL方案提供字塊到多通道的分發(fā)方案。在基于通道處理的應(yīng)用上，可以借用現(xiàn)有技術(shù)。這種方案采用了切片技術(shù)，需要考慮切片大小帶來(lái)的傳輸效率問(wèn)題。另外，添加幀頭、幀尾的操作，增加了器件處理的復(fù)雜度。
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　　PBL方案提供字塊到多通道的分發(fā)方法。在基于通道處理應(yīng)用上，可以借用現(xiàn)有技術(shù)。該方案的分立PCS（Physical Coding Sub-layer）處理技術(shù)降低了芯片的設(shè)計(jì)難度。

VL&CTBI、APL、PBL方案分別根據(jù)不同的應(yīng)用需求而提出。這些方案將會(huì)于近年內(nèi)在IEEE進(jìn)行廣泛討論，并最終給出最佳方案。

　　100GE封裝映射技術(shù)

　　100GE適配到OTN時(shí)，可映射到OTU4中，也可反向復(fù)用到OTU2/3之中。根據(jù)100GE接口的具體實(shí)現(xiàn)形式，存在多條封裝映射路徑。

　　第一，100GE串行信號(hào)映射到ODU4。

　　ODU4/OTU4的具體速率正在討論中，有130Gbps和112Gbps兩種選擇。由于ODU4/OTU4的速率目前還沒有最終形成標(biāo)準(zhǔn)，因此將100GE映射到ODU4的方案還沒有最終確定。

　　第二，100GE串行信號(hào)反向復(fù)用到ODU2e、ODU2、ODU3。

　　主要有ODU2e-10v反向復(fù)用和ODU2-11v或ODU3-3v反向復(fù)用兩種方案。ITU-T Q11已經(jīng)明確將對(duì)這兩種封裝映射路徑進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。采用GMP（General Mapping Protocol）映射方法在技術(shù)上可以實(shí)現(xiàn)，但標(biāo)準(zhǔn)還不成熟。

　　第三，100GE信號(hào)反向復(fù)用到10×10G或4×25G。

　　這種方案將高速串行的100GE信號(hào)反向復(fù)用為10G或25G低速并行的信號(hào)。目前，ITU正在討論承載Multi-lane 100GE的問(wèn)題，主要有Multi-lane PCS層匯聚再映射到OTN，以及比特透明獨(dú)立映射兩種解決方案。

　　以上三種映射方案目前正在ITU-T討論，標(biāo)準(zhǔn)都還不成熟。100GE相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)將在2010年中完成。對(duì)于單波長(zhǎng)傳輸，如何定義一個(gè)增益滿足要求、又不增加許多開銷的FEC是一個(gè)重要問(wèn)題。目前的焦點(diǎn)在于7% 的開銷還是25% 的開銷。

　　100G關(guān)鍵器件技術(shù)

　　業(yè)界初步估計(jì)100G關(guān)鍵器件將于2010年左右開始生產(chǎn)，于2011/2012年開始規(guī)模商用。100G傳送解決方案所需的關(guān)鍵高速光器件和預(yù)計(jì)的成熟時(shí)間（規(guī)模商用時(shí)間）如表2所示。

　　其中光模塊和高速DSP影響最大。只有高速光模塊才能實(shí)現(xiàn)100Gbps 速率的調(diào)制。DSP則對(duì)于相干電接收至關(guān)重要，只有在100G高速率數(shù)字處理技術(shù)取得突破時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)軟判決、相干電接收的復(fù)雜電處理，從而提高接收靈敏度，加大100G 的傳輸距離。

　　小結(jié)

　　光通信的最重要特點(diǎn)就是具有幾乎用不盡的帶寬資源。隨著信息社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)信息服務(wù)的需求量與日俱增。根據(jù)中國(guó)電信預(yù)測(cè)，在未來(lái)5年之內(nèi)，帶寬將以每年50％以上的速度增長(zhǎng)，到2010年，干線帶寬流量將達(dá)到50Tbps以上。

　　100Gbps WDM系統(tǒng)是一個(gè)重要方向?，F(xiàn)在多個(gè)制造商都在開發(fā)100GHz WDM產(chǎn)品，其中華為是積極的參與者之一。2008年，華為開發(fā)出了100GE以太網(wǎng)樣機(jī)與100G DWDM樣機(jī)。

　　PDM-QPSK是目前最主流的調(diào)制技術(shù)。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、軟判決等方面為OSNR帶來(lái)更大的增益。相干接收需要很強(qiáng)的電處理能力，強(qiáng)大的DSP 處理能力是相干接收、超強(qiáng)FEC、高速光接收的重要支撐。100G WDM系統(tǒng)應(yīng)該在2012年左右開始商用，剛開始可能在北美，以后逐步進(jìn)入規(guī)模應(yīng)用。

表1 采用不同碼型的100G系統(tǒng)相關(guān)性能指標(biāo)的對(duì)比

表2 100G關(guān)鍵器件規(guī)模商用時(shí)間表