超100G发展浅析

姜磊

摘要：面对带宽增长的浪潮，现有的100G OTN网络容量已日趋饱和，随着超100G OTN技術日渐完善，部署超100G OTN已成为必然趋势。

关键词：高速光传输系统；数据传输；技术

中图分类号：TN929 文献标识码：A 文章编号：1672-9129（2018）07-0073-02

Abstract： In the face of the wave of bandwidth growth， the capacity of existing 100G OTN networks has become increasingly saturated. With the development of super 100G OTN technology， the deployment of ultra 100G OTN has become an inevitable trend.

Key words： high speed optical transmission system； data transmission； Technology

1 前言

高速光传输系统是全球电信网络的骨干，将世界的每一个角落的人们连接在一起。从主流科研机构和设备厂商的研发情况显示，在短短15年内，光通信单通道速率增加了40倍，算入WDM数据，单纤系统容量增加了4000倍。但这仍然不够，主流运营商正在推进400G和Tbit的网络以满足日益紧迫客户的带宽需求。

2 超100G技术发展情况

2.1 超100G传输评估情况

2.1.1 前向纠错（FEC）

FEC在卫星通信和海底通信系统等噪声影响显著的系统中得到了有效应用。FEC的性能通过其编码增益（低的噪声容限）和开销来衡量，即在给定信号速率下，在线速率增加和高噪声容忍度带来的低的OSNR之间取个平衡。

FEC在光纤传输中的应用起源于1991年，写入ITU-T G.709“光传输网络（OTN）接口”标准中。在以后的标准中，都定义了供应商可选择的FEC算法和开销。FEC从时间和性能上先后经历了三代。采用传统硬判决码、综合应用级联、交织、迭代译码等技术的硬判决级联码、最先进的软判决解码技术。

2.1.2 波特率增加和高阶调制方式

信号波特率增加是一个在给定的光谱宽度（光谱效率）下提高系统容量的经典方法。与电信号相比光纤容量可视为“无限”的，所以在40G和100G波分复用（WDM）技术应用之前，频谱效率在光纤通信中并未被重视。现在随着光纤可利用的频谱将被耗尽，并且光谱宽带太宽而带来的光信号损伤造成设计复杂。此外为与当前网络基础设施兼容也要求降低符号率（波特率、线率）来适应光纤特性。目前，使用了相干技术的100Gb/s的商用系统和400Gb/s的双子载波原型样机波特率接近30 Gbaud。

2.1.3 子载波数增加

超级通道可以增加系统的容量和光载波集成密度，通过高集成度的100/200Gbps通道来克服光电子器件的速度和带宽的限制。人们注意到，与单载波的情况相反，每通道使用多子载波要求在光节点中使用灵活间距的光栅而非固定间距的光栅。在不同的多载波技术中， 无防护间隔相干光正交频分复用（NGI-CO-OFDM）和奈奎斯特波分复用（Nyquist WDM）技术有望达到较高的频谱效率同时也不会大幅减少传输距离。

NGI-CO-OFDM技术的基本原理是子载波间隔正好等于频率域中的波特率，而在Nyquist WDM中，子载波经过光谱整形从而接近或等于无码间干扰传输的Nyquist极限。由于在NGI -CO-OFDM中相邻子载波相互正交，信号经光检测后仍保持独立。但探测这种信号时需要将所有的子信号都进行探测， 因而对模拟数字转换器（ADC）、光电探测器等器件带宽有很高的要求。对于Nyquist WDM，要通过光域或电域的特定滤波器进行信号整形。中兴通讯美国新泽西实验室已经在理论上和试验中对Nyquist-WDM和NGI-CO-OFDM进行了对比研究。研究着重在两种技术的光谱效率、传输距离和数据速率上的潜能。而在高速ADC方面面临瓶颈，也将很快因为半导体技术的进步而得到解决。

2.1.4 偏振复用

在OIF多源协议中规范100G商用系统调制格式为PM-QPSK，使用了偏振复用。偏振复用基于光在光纤中传输有两个彼此不互相干扰的独立并正交的偏振状态，PM-QPSK将激光器发出的光分成两个偏振态分别调制，送到光纤发射前将两个偏振态复用到一起。在接收端处理过程相反，使用两个偏振态使系统容量翻倍，在给定的容量下使线速率减半。

采用基于PM-QPSK 的100G商业时代已经来临，而在超100G时代，PM-QPSK仍然是调制技术基石，使用某种PM-QPSK形式组成的超级信道将直接用于400G， 1T及其它的超100G系统。

2.1.5 特种光纤

使用多芯光纤（MCF）或者少模光纤（FMF），并融合多输入多输出（MIMO）信号处理的空分复用（SDM）目前正得到广泛的研究。理论预测和近期的进展都表明在特殊的光纤结构和传输性能上能够做到很好的结果。但除了设计和制造，在连接、耦合、熔接以及放大器和收发器的集成方面都将面临很大的挑战，而且使用这些技术需要对现场光纤替换，这是最大障碍。因此该项技术进入商业应用还为时尚早。

作为一个大容量、长距离传输介质，光纤的传输损耗和有效面积对提高光纤信噪比来说是非常重要的。在不考虑非线性影响情况下，降低光纤损耗和提高光纤有效面积是可以提高OSNR的好方法。

3 超100G OTN优势分析

超100G技术相对电交叉具有如下几个优势：

3.1 满足业务需求：

新建100G/超100G OTN网络，能满足大视频家宽业务、LTE、集客专线、IDC互联、CMNET、IP、5G、等业务的快速增长。

3.2 提升单波道传输能力：

通过配置超100G线路侧提升单波道传输能力；原有单向80*100G的传输能力可提升到80*200G，以200G为例传输能力比原有100G系统提升了2倍，在同样的业务量下，可以使现有波道消耗降低一半。从而达到提升了波道利用率、降低了现网的波道配置率的预期效果。

4 总结

随着100G技术日益成熟并在传输市场的广泛应用，400G和1T将是下一步发展方向，以期解决日益增长的数据业务需求。而当前业务需求的增长已超过半导体技术的发展脚步，光电转换器件和电器件的速度和带宽限制，成为单载波传输400G和1T信号的难题。目前超100G应用还是以200G为主，随着多种技术及光电器件的发展，陆续会出现单波400G商用。