100G传输技术及应用策略

解鲲

【摘要】 本文介绍了100G传输的核心技术，并从业务调度、多速率混传、网络保护、建设成本的角度探讨了在工程中的应用策略，并给出了组网模型。

【关键词】 100G 传输 应用

一、引言

随着LTE业务的开展以及物联网、云计算、高清视频等新技术的推广，配备100GE端口的路由器正逐步应用于核心网，以应对带宽需求激增对城域网带来的巨大冲击。100G传输技术的应用从而成为必然的趋势。在多年不断的网络建设后，机房空间、管道、光缆等基础通信资源对于运营商来说越发宝贵，100G传输系统不仅拥有更先进的技术而且具备更高的集成度，可以更高效地完成业务传送并降低建网成本。

二、100G传输核心技术

2.1 编码调制与复用技术

目前业内就100G调制码型技术的选择已达成一致，PM-QPSK（偏振复用正交相移键控）传输码型成为主流方案。40G传输技术采用的正交相位调制可将波特率降低至50G左右，但这在50GHz的间隔中还是会导致误码率过高。因此需要在QPSK基础上加入偏振复用调制，即PM-QPSK。通过PM-QPSK调制可将波特率进一步降低至28G左右，减小了信号的基带带宽，提高了色度色散和偏振模色散容限，降低了对传输通道和光电器件带宽的需求，使信号可在50GHz间隔内进行有效的传输。

2.2 FEC技术

FEC（前向纠错）技术长久以来都是提高传输性能的重要手段，在发射端编码时加入某些校验比特，在接收端通过解码，对校验比特进行一定的计算以纠正码流中的错误，从而达到改善系统误码性能的目的。通过FEC技术可降低信号误码率，提高系统OSNR灵敏度并增强传输系统的可靠性。

纠错编码是以牺牲有效带宽为代价来换取更高的传输质量，编译码方案是决定其性能的关键。

信号接收端的译码方式可以分为硬判决和软判决。硬判决是指FEC译码器输入序列中仅包含0和1，软判决是指FEC译码器的输入为多级量化电平。硬判决方式的复杂度低、技术相对成熟，而在相同码率下，软判决有更高的增益，但译码的复杂度却会成倍增加。

在10G和40G DWDM系统中应用的FEC技术均采用了硬判决方式，对于100G系统，在应用于超长距离光传输时，为了获得更好的FEC增益性能，可考虑采用软判决方式。

2.3 相干接收技术

传统10G技术采用非相干解调的方式，在光域内对信号完成偏振解复用和相位解调。而100G技术采用了相干解调的调制方式，利用信号光与本振光混频，在电域内对信号进行偏振估计和相位估计。采用相干接收技术，信号解调与接收到的信号强度没有关系，即使信号在经过长距离传输后叠加一些噪声，只要在接收端还能识别相位关系，就可恢复出数据。与直接解调和差分解调的方式相比，相干检测所使用的本地激光器的功率要远大于输入光信号的光功率，可在一定程度上补偿信号光功率的损耗。当信号光功率过低时，适当提高本振光源功率可以增加相干混频后的光信号幅度，以改善光电转换后电信号的误码率。因此，相干解调比非相干解调可获得更高的接收机灵敏度，也可以极大地改善OSNR[1]。

2.4 DSP技术

由于100G的相干解调是在电域内对信号进行偏振和相位估计，因此高效的DSP（数字信号处理）技术对于100G的发展至关重要。通过采用电滤波及均衡措施，可以消除色散和PMD导致的眼图畸变与码间干扰，重新恢复初始的码元信息。经数字信号处理后，100G信号提高了色散容限和自适应线路色散变化的响应速度，非线性损伤对系统的影响也受到了抑制。传输线路上不需要再安装DCM模块，系统的PMD容限得以极大提升，PMD效应也不再是系统传输距离的瓶颈，从而系统的组网能力和灵活性得到大幅度的提高。

三、100G传输应用策略

3.1 业务调度

100G系统的交叉容量需求要远远超过10G/40G系统，在80波的100G系统中，如要满足全波道交叉需要24T的交叉容量，这对现有的设备来说比较难于实现。如果采用多节点堆叠方式来提供更大的交叉容量，会存在局部阻塞的情况。因此在现阶段，在系统中进行局部的100G业务调度是比较合理的调度方式。

100G系统支持ODU0/ODU1/ODU2/ODU3/ODU4等多种颗粒，在规划设计时需要根据网络结构和业务调度的灵活度要求来选用不同类型的设备。如此多的颗粒类型能否实现相互间的灵活交叉汇聚也需要进行验证。

3.2 多速率混传

从现网来看，在10G/40G系统中混传100G业务主要有两种场景。

第一种，相干100G和非相干10G/40G系统混传。具备相干接收端的100G系统有很多优越性，可以节省DCM模块，规划光层也更方便，然而和原有的系统混传时，原系统中的DCM模块会影响100G的传输性能，传输能力比纯相干系统稍弱。目前相干100G系统的入纤光功率一般在1～2dBm，和现有的10G/40G系统接近，如果OSNR参数能同时满足100G和10G/40G的设计要求，可实现兼容混传。第二种，相干100G和相干40G系统的混传。对于相干接收的40G系统，目前业界有两种主流编码技术。一种采用四相位调制（PDM-QPSK），码速率为11.25Gbit/s，入纤功率较低，抗非线性效应较弱，和100G相干兼容混传代价较大。另一种采用两相位调制（PDM-BPSK），码速率为21.5Gbit/s，入纤功率和100G系统接近，混传代价较小，传输能力较强，是较容易实现的混传方案[2，3]。

因此，若现有40G系统波道使用率较高，且系统编码为非相干编码时，建议不考虑升级至100G系统。若现有系统波道使用率较低，且相应段落存在100G业务需求，可适当升级100G系统，但应注意合理分配100G业务波道，尽可能减小混传代价。

综合来看，混传不仅与不同速率系统兼容性相关，在一定程度上也会增加安全风险和系统维护的难度，故100G系统建议以新建为主。

3.3 网络保护

100G系统将承载重要的核心网业务，因此安全性必然是运营商所关注的重点。

100G系统与10G/40G系统的保护方式一样，具有完备的光层和电层保护。如光线路保护、光通道保护、SNCP保护、ODUk1+1保护、ODUk环网保护等。在具体应用中，光层可采用光通道1+1保护，利用OCP的并发选收功能将客户信号并发至不同的波长通道，避免单个OTU失效引起的业务中断。电层可采用ODUk1+1保护，通过电层的交叉来实现并发选收，满足50ms之内的电信级倒换时间要求。

3.4 建设成本

100G技术的实现机理较为复杂，设备将具备更高的集成度。而高集成度自然会带来高功耗的问题，机房将需要更多的配套电源。在机房使用后期，电源问题将会成为机房的瓶颈。除了功耗问题外，100G系统的相关元器件还没有大规模地投入生产，设备性价比仍低于10G/40G系统。

因此，在100G建设初期，建议40G及以下低速率业务仍通过现有的10G/40G系统来承载，待技术成熟且商用成本降低后，可逐步在100G系统中增加电交叉子架，用于承载低速率业务。同速率的传输成本将会低于10G/40G系统。

3.5 组网模型

图1为某运营商100G OTN系统组网模型，该地核心网路由器位于A、B、C三个核心汇接局。核心汇接局间的100G业务通过100G OTN核心环来调度，市内与郊县区域至核心汇接局的业务分别通过100G OTN的市内汇聚环和市县汇聚环根据业务落地点调度至相应汇接局。

四、结束语

随着高速数据业务的不断发展，100G技术已经成为城域核心网的必备之选。在网络建设即将大规模展开之际，做好100G的应用策略研究，对运营商具有极其重要的意义。