100G OTN从2013年起飞

中兴通讯北京研究所 | 孙志勇 朱晓宇 夏焱

100G OTN从2013年起飞

中兴通讯北京研究所 | 孙志勇 朱晓宇 夏焱

三大运营商从今年开始在全国部署100G网络，中国电信100G集采预计超过2500块板卡，超过中国移动在年初的采购数量，加速了100G规模商用时代的到来；中国联通也将进行一干100G的建设，集采规模可能超过中国电信。

近两年，伴随着家庭宽带接入方式从xDSL逐步升级为PON，以及有线、无线宽带用户量的持续快速增长，高速互联网、IPTV、3D高清视频、云计算、云存储、物联网等宽带应用的不断涌现，促使传输网络从骨干到城域网络带宽需求成倍增长。未来数年，干线网络还将长期面临巨大的带宽压力，100G WDM/OTN大容量传输网络将是缓解运营商带宽压力的惟一有效手段。

100G的市场预期

随着100G标准的完备和100G 调制技术的成熟，100G相关的产业链更加完整，业内普遍预测100G 相关产品的成本将会大幅降低，100G系统将具备8～10年的生命周期。

日前据Dell‘Oro发布最新预测报告《2013-2017 Optical Forecast Report》中指出（见图1），2012年到2013年，100G开始在市场上取代40G，成为传输的主流应用。预计到2017年，WDM/OTN产品出货中，100G占比将超过60%。2013年到2017年，全球100G出货量年复合增长率高达47%。

100G关键技术

10 0 G W DM/OT N系统可在C波段提供80×100G的传输容量。100G关键技术包含100G线路发送端调制技术、100G相干接收和DSP技术、SD-FEC以及100G 客户侧技术等。

100G线路调制技术

DWDM的长距传输主要受限于以下物理限制：1）OSNR；2）色散；3)非线性效应；4）PMD。这些物理受限因素和调制信号速率密切相关，调制速率越高，影响越明显。

QPSK（Quadrature Phase Shift Keying）是100G调制方式的最佳选择，100G信号比特率是112Gbit/s或者更高。如果直接采用QPSK调制，会对系统的光/电器件提出非常高的技术要求。所以引入了光偏振复用（Polarization Multiplexed）方案。偏振复用采用两路独立的光偏振态来承载56GHz业务。每路偏振态都采用QPSK调制方式，可以将波特率进一步降低到28Gbit/s，从而可以降低光/电器件的带宽要求，并降低了系统功耗和成本。国际标准化组织综合此两种技术选择“偏振复用-正交相移键控码”( PM-QPSK)做为标准100G光调制方式。

相干接收和DSP技术

由于经过长距离传输后的PM-QPSK光信号其偏振态会随机变化，接收端的本地光振荡器与接收光信号存在频率差以及相位差，成熟的解决方案是采用高速电信号处理（DSP）技术来处理接收的信号。通过采用复杂的高级电信号处理补偿技术，100G系统PMD容限和CD容限优于10G系统，并且可降低PMD和CD引入的传输代价，具有较高的光接收灵敏度。

软判决SD-FEC

10G NRZ在纠错前误码率为2x10-3(超强纠错编码纠错门限)时OSNR容限小于12dB，100G的PM-QPSK的纠错前误码率为2x10-3时的OSNR容限在15.5dB左右，也就是说采用相同能力的FEC，100G系统的传输距离只有10G系统的一半。因此需要更高效率的FEC技术来提高100G系统能力，也就是软判决SD-FEC。

在10G/40G系统，采用的硬判决FEC中，解码器判断信号的标准是在二进制的0和1之间进行选择的，这种编码模式丢弃了信号的一些统计特性。而软判决SD-FEC最大限度使用信号中包含的信息，会精细化分信号的判断标准。应用更丰富的采样信息来判断接收到的信号是“1”还是“0”。使用更多的采样信息，解码器可以提供更高的解码准确率以此提高系统性能。软判决FEC比硬判决FEC的净编码增益高2dB。

100G客户侧CFP模块

IEEE定义了100GE的速率为103.125Gbit/s。IEEE和ITU-T定义了100GE的4种物理层接口。尽管10×10G的100GE客户侧相关标准还在讨论中，OIF定义了100G客户侧可热插拔光模块CFP类型有4波长（4×25G，100GBASE-LR4/ER4）和10波长（10×10G，100GBASE-LR10/ER10）。其中100GBASE-LR4和100GBASE-LR10的CFP客户侧模块已广泛应用于高速路由器、交换机和WDM系统的Client侧。100GE客户侧CFP模块采用光子集成技术（PIC），实现了小体积、低功耗。

在100G WDM/OTN系统中，广泛采用了CFP封装的客户侧模块来接入100GE或OTU4业务。其中100GBASELR4 和100GBASE-LR10应用最为广泛。100G BASE-ER4和100GBASE-ER10 技术还不成熟，有待进一步研发。

图1 Dell‘Oro预测2013年～2014年100G 发货量将超过40G

100G发展展望和超100G的挑战

三大运营商从今年开始在全国部署100G网络。其中中国电信100G集采预计将会超过2500块板卡，这将超过中国移动在年初的采购数量，加速了100G规模商用时代的到来。中国联通将在2013年底或2014年初，进行一干100G的建设，集采规模将超过中国电信。

随着100G技术的成熟商用，多个设备厂家在超100G技术的研发上也投入了巨大精力，主要致力于400G和1T的传输技术，并取得不少技术突破。基于现有的技术研发水平，设备厂家更倾向于400G。由于400G还面临大量技术瓶颈，同时相关产业链还处于萌芽阶段，业内专家预测到2020年国内市场才能实现400G的小规模商用。

国内厂家在100G和超100G技术的研发上，已走在了世界前列，其中中兴通讯已经推出并成熟规模商用的100G WDM/OTN系列产品。其100G WDM/OTN系列平台，支持10G/40G/100G传输速率，能够灵活高效调度ODU0/1/2/2e/3/3e2/4/flex颗粒业务。产品覆盖0.8T～9.4T/14.4T的ODUk交叉容量，并支持10G/40G/100G波长的光层交叉，已成功应用于多个骨干网、本地网和城域网。