100G傳輸技術新進展

　2008年，基于40Gbps速率的WDM系統已經規模商用，許多運營商和設備商都把眼光投向100G WDM系統。其中隨著100GE路由器接口標準化的完成，100G的長途傳輸也進入了議事日程。與40Gbps WDM系統相比，100G傳輸的商用化需要解決四大關鍵技術：100G線路傳輸技術、100GE接口技術、100GE封裝映射技術和100G關鍵器件技術，下面分別概述其最新進展。

　　100G線路傳輸技術

　　現有100G線路傳輸技術主要有兩種方案：多波傳輸方案和單波傳輸方案。

　　在100G多波傳輸方案中，100G信號反向復用為多波長的10Gbps/40Gbps OTU2/OTU3信號。這種方案不會對現有的10G或40G光傳送網絡產生影響，并可以在現有的器件技術下實現，因而是現階段可實現的方案。但這種方案的波長利用率較低，也存在波長管理及多個波長間時延差的控制問題，所以這種方案不是100G線路傳輸技術的最終商用方案。

　　100G單波傳輸方案可做到“一個業務，一個波長”，可以簡化網絡的管理。從器件發展及降低OPEX的角度來看，該方案是未來發展的方向。業界所討論的100G傳輸基本上是討論100Gbps 單波的長途傳輸。

　　由于波特率的提升，100G單波傳輸信號所受到的各種物理損傷較為嚴重。業界研究了新的碼型以降低物理損傷對100G信號的影響。表1顯示了目前業界采用不同碼型的100G傳輸系統相關性能指標的對比。

　　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，在現有的光網絡上傳輸單波100G信號，需要采用特殊的調制技術來降低波特率。例如PDM-DQPSK由于采用了偏振態、相位的雙重調制，就可以把100Gbps的信號速率降低到25G波特率，從而保證在50GHz間隔的波長區傳輸。為更好地提高接收靈敏度，有時需要采用相干電處理的技術，也就是采用電處理來解決光波長的相干接收。

　　100G WDM的調制技術，目前有多項選擇，無論是哪種方案，業界已認識到100G碼型必須歸一到（D）QPSK碼型上。這是由于（D）QPSK碼型的準恒包絡的特性可以使得DWDM傳輸中的交叉相位調制（XPM）效應十分小，同時有效提升了頻譜利用率。 100G線路傳輸技術的研究將會集中在增加頻譜利用率和降低信號的物理損傷兩方面。運營商的100G傳送網絡會選擇一個在這兩方面性能都較好的碼型作為成熟的商用碼型。從現在的發展情況看，業內相信PDM-（D）QPSK會是一個不錯的選擇，可以實現50GHz的間隔和1000公里以上的無電中繼傳輸，相干光檢測可以極大程度地提高色散容限和PMD容限。缺點是發射機光學結構復雜（PolMux），相位調制效應容限低（XPM尤甚），另外需要復雜的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驗室階段。

　　從系統來看，考慮到100GHz的速率只比40GHz 提高2.5倍，在C波段傳輸的波長數目應該保持與現在的WDM 系統相同，因此100GHz WDM系統應該基于50GHz間隔，以提高系統容量。

　　100GE接口技術

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

　　在接口架構方案上，100GE接口架構目前有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方案能很好地實現對10×10G和4×25G光模塊的統一接口支持。但是由于CAUI接口采用比特復用方式，打亂了數據在多個通道上的分配和排列方式。當需要針對每個通道進行獨立處理，或需要通道內的數據保持特定順序時，CAUI方案在接口處理上會有一定的困難。

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

VL&CTBI、APL、PBL方案分別根據不同的應用需求而提出。這些方案將會于近年內在IEEE進行廣泛討論，并最終給出最佳方案。

　　100GE封裝映射技術

　　100GE適配到OTN時，可映射到OTU4中，也可反向復用到OTU2/3之中。根據100GE接口的具體實現形式，存在多條封裝映射路徑。

　　第一，100GE串行信號映射到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準，因此將100GE映射到ODU4的方案還沒有最終確定。

　　第二，100GE串行信號反向復用到ODU2e、ODU2、ODU3。

　　主要有ODU2e-10v反向復用和ODU2-11v或ODU3-3v反向復用兩種方案。ITU-T Q11已經明確將對這兩種封裝映射路徑進行標準化。采用GMP（General Mapping Protocol）映射方法在技術上可以實現，但標準還不成熟。

　　第三，100GE信號反向復用到10×10G或4×25G。

　　這種方案將高速串行的100GE信號反向復用為10G或25G低速并行的信號。目前，ITU正在討論承載Multi-lane 100GE的問題，主要有Multi-lane PCS層匯聚再映射到OTN，以及比特透明獨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，標準都還不成熟。100GE相關標準將在2010年中完成。對于單波長傳輸，如何定義一個增益滿足要求、又不增加許多開銷的FEC是一個重要問題。目前的焦點在于7% 的開銷還是25% 的開銷。

　　100G關鍵器件技術

　　業界初步估計100G關鍵器件將于2010年左右開始生產，于2011/2012年開始規模商用。100G傳送解決方案所需的關鍵高速光器件和預計的成熟時間（規模商用時間）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現100Gbps 速率的調制。DSP則對于相干電接收至關重要，只有在100G高速率數字處理技術取得突破時，才能實現軟判決、相干電接收的復雜電處理，從而提高接收靈敏度，加大100G 的傳輸距離。

　　小結

　　光通信的最重要特點就是具有幾乎用不盡的帶寬資源。隨著信息社會的發展，人們對信息服務的需求量與日俱增。根據中國電信預測，在未來5年之內，帶寬將以每年50％以上的速度增長，到2010年，干線帶寬流量將達到50Tbps以上。

　　100Gbps WDM系統是一個重要方向。現在多個制造商都在開發100GHz WDM產品，其中華為是積極的參與者之一。2008年，華為開發出了100GE以太網樣機與100G DWDM樣機。

　　PDM-QPSK是目前最主流的調制技術。要實現100G WDM系統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帶來更大的增益。相干接收需要很強的電處理能力，強大的DSP 處理能力是相干接收、超強FEC、高速光接收的重要支撐。100G WDM系統應該在2012年左右開始商用，剛開始可能在北美，以后逐步進入規模應用。

表1 采用不同碼型的100G系統相關性能指標的對比

表2 100G關鍵器件規模商用時間表