光網絡T級別時代的發展

　　近日，華為在全球最大的光通信展OFC上發布了40T波分系統，C波段實現20個2T bit/s光通道同時傳輸信息，即單根光纖實現40Tbit/s的容量，可以支持1000萬人同時點播高清視頻。這是高速光通信領域近年來最大的技術成果之一，預示著光網絡T級別時代的來臨。

　　挑戰香農理論極限

　　近年來隨著互聯網的發展，互聯網用戶數、互聯網應用量等都呈現出爆炸式的增長。互聯網應用的P2P技術、在線視頻、社交網絡、移動互聯的發展正在不斷吞噬網絡資源。同時，隨著云計算時代的來臨，以超級數據中心為核心的云網絡，對帶寬的需求也十分迫切。

　　電氣和電子工程師協會IEEE 802.3 2011年3月全會成立了帶寬評估工作組（BWA），探索Beyond 100G時代的新興業務需求和網絡流量發展趨勢。評估結果預計2013年和2015年以太網帶寬需求將分別達到400Gb/s與1Tb/s，從而對骨干網絡提出了Tb/s級別的傳輸需求。

　　然而，光網絡向T級別發展面臨著不小挑戰。當前光纖網絡的傳輸容量已經逼近信道的香農極限。

　　香農理論決定系統的頻譜效率越高（容量越大），信號無誤碼傳輸需要的信噪比就越大，過大的信噪比會導致光傳輸距離大幅縮短。而且在WDM（波分復用）系統中，還有光纖信道特有的非線性效應，非線性效應通過對信號功率的限制進而限制了信噪比，進一步壓縮了提升頻譜效率的技術空間。

　　針對Tb/s速率，如何實現高頻譜效率（大容量）和長距離兼得的傳輸系統，并維持低成本的發展趨勢，是Tb/s傳輸系統面臨的最大挑戰。

　　波分光傳輸的最大價值是幫助客戶以盡量低的成本提供盡量大的帶寬，100G WDM系統提供了8T的傳輸容量，凈頻譜效率等于2，目前已進入規模部署階段；400G WDM系統預期會提供16T到20T的傳輸容量，凈頻譜效率在4~5，預期在2015到2016年開始商用部署；對Tb/s WDM系統，至少需要提供約40T的傳輸容量，凈頻譜效率達到8~10，并盡可能實現超過1000公里的無電中繼傳輸距離，以最大限度地降低系統傳輸成本。

　　魚和熊掌何以兼得

　　魚和熊掌可以兼得嗎？在400GE之后，以太網速率會演進到Tb/s是業界的共識，但是具體是1Tb/s、1.6Tt/s或2Tt/s目前還未有定論。業界對于Tbit/s傳輸技術的研究也有多項成果發表，在多載波、高階調制、信號損傷補償等技術方面均取得一些進展，但是在提升頻譜效率（即提升容量）的基礎上，如何保持長距傳輸，以及如何解決針對未來客戶速率、業務帶寬存在多種變化的情況，提供一個傳輸成本和帶寬效率綜合最佳的解決方案，仍然是一個待解的難題。

　　針對高速光傳輸技術的發展趨勢以及潛在的客戶需求，華為推出Flex 2T光傳輸技術方案，以可變速率、可變帶寬、可變傳輸距離和容量為主要特色，配合可變OTN功能，可以靈活承載不同速率的客戶業務，在一定程度上實現了光傳輸速率和路由器速率的解耦，同時獨有的Flex ODSP技術、最新一代軟判決技術、靈活光收發機和ASIC 芯片技術，可以最大可能地降低每比特的傳輸成本，對超大容量傳輸提供最佳的帶寬效率。

　　Flex 2T具有以下三種核心技術：

　　——Flex ODSP以及混合調制技術。當光傳輸告別模擬調制/解調，進入相干技術時代后，光數字信號處理（ODSP）變得尤為重要。通過一系列算法對光信號進行處理，就可實現數字式的解調和數據恢復。這些算法處理可在一片定制的超大規模集成電路（ASIC）中實現，在很大程度上決定了傳輸性能。在進入Tb/s時代后，進一步引入了全程數字化調制/解調技術。此外，一些預處理算法，可以進一步提升傳輸性能。

　　按照前述香農極限的分析，如果單純采用高階調制碼型增大系統的傳輸容量，就需要更高的信噪比，會縮短傳輸距離。如果單純地提高入纖功率，又會增大非線性效應。根據業界已經發表的文獻，采用32QAM以上高階調制碼型，在SMF+EDFA的鏈路上只能傳輸幾百公里。而某些“英雄實驗”中采用的特殊新型光纖，目前還不具備商用的可行性。在Flex 2T的ODSP算法中，采用了一系列創新技術，在大幅提升系統容量（即頻譜效率）的同時，也能實現長距傳輸。

　　首先是多帶電正交頻分復用（Multi-Band eOFDM）和頻域混合正交幅度調制（Hybrid QAM）融合的技術，OFDM多子載波正交復用可以成倍提高頻譜效率，同時每個子載波又可分別設計不同的調制碼型。在一個統一控制平臺下，收發端適配到一個最佳碼型組合以及最佳組合比例，在實現既定高頻譜效率的基礎上又保證系統低OSNR的要求，不會削弱傳輸性能。以40Tb/s系統為例，使用混合32/64QAM調制，可以將系統的頻譜效率提升至10bit/s/Hz，C波段的傳輸容量達40Tb/s.將來在控制平臺作用下，還可根據客戶實際需求和應用場景平滑地進行各種調整，適配各種傳輸容量和距離。

　　其次針對光傳輸系統的非線性問題，Flex ODSP算法還特別設計了非線性抑制模塊，顯著提高入纖功率約2dB，有效增加了鏈路預算，消除SPM、XPM等非線性效應影響，延長了傳輸距離。

　　——混合多級編碼調制的新一代FEC技術。針對Flex傳輸特性，華為對FEC前向糾錯技術也進行了創新研究。采用混合多級編碼的算法相對前一代的軟判決算法，性能有了進一步提升，同時算法復雜度還可進一步降低。針對傳輸信道的特點，通過混合編碼方案充分發揮每一級碼字的最大糾錯能力，提升系統的糾錯前誤碼門限，進而給系統帶來額外的OSNR增益，延長了傳輸距離。圖中展示了采用混合多級編碼調制FEC和前一代LDPC軟判決技術的對比。在不增加開銷的情況下，新一代FEC技術較LDPC軟判決技術又可以提升0.4dB以上的增益，非常接近編碼理論極限，相當于提升了10%以上的傳輸距離，使得32QAM以上的高階調制也能長距傳輸。和Flex ODSP算法結合后，總體實現C波段40Tb/s，1000km以上傳輸。

　　——Flex TRx收發機技術。速率、帶寬靈活可變光收發機是Flex 2T傳輸的硬件平臺，主要特點是全數字化調制/解調，統一的硬件架構設計，全程聯動的自動化控制技術。Flex TRx具備了傳輸速率和帶寬可控、調制格式可控以及自適應適配傳輸等創新功能。

　　靈活可變光收發機能產生包含多個光載波的超級通道（super-channel），每個通道的光載波都可以調制可變符號速率和可變調制碼型的信號。超級通道的總傳輸能力由通道總數目、調制碼型以及符號速率共同決定。因此，全程自動化控制超級通道以及各通道的高速光學調制/解調，讓各種光學部件緊密聯動以保證各種應用場景下的最佳傳輸性能，是Flex TRx的技術難點。在本收發射機中，采用了華為創新的自動控制算法，可以良好地適配各種調制方式的變化。

　　Flex 2T生態系統逐漸成熟

　　在華為以及全球領先運營商等產業鏈各方的積極配合下，Flex 2T技術的生態系統已經逐漸成熟，市場前景十分廣闊。

　　2012年年底，華為和領先運營商沃達豐合作，在其德國骨干網上構建了全球首個2T傳輸的現網實驗局，基于普通單模光纖和EDFA組成的無電中繼鏈路，驗證了PDM-QPSK和PDM-16QAM調制碼型等幾種技術方案，分別取得最長3325km現網傳輸和最高頻譜效率6.4bit/s/Hz、1440km現網傳輸的業界紀錄，證實了Flex 2T技術的可能性。

　　2013年3月，在剛剛結束的第38屆OFC會議上，華為展示了最新的Flex 2T樣機以及完整的解決方案，采用了一系列創新技術，突破性地實現了頻譜效率達10bit/s/Hz，C波段容量達40Tb/s，在普通單模光纖和EDFA組成的鏈路上傳輸1000km以上。同時還實現了調制碼型從QPSK、16QAM、32QAM到64QAM的動態調整和任意組合，業務容量和傳輸距離可以根據應用場景靈活配置，有效支撐動態光網絡的理念。

　　2012年9月日內瓦會議上，在包括華為在內的整個產業鏈聯合推動下，IEEE成員基本達成共識選擇400GE作為100GE之后的下一代以太網速率，從而正式開啟400GE的標準化進程。隨著路由器/以太網的線卡速率以及網絡帶寬增長到Tb/s量級，Tb/s帶寬信號的承載和傳輸成為400G之后下一代傳送技術要面對的挑戰。在ITU-T標準會議上，華為明確地提出了未來Flex光傳送網的發展方向。Flex 2T技術的研究和驗證結果表明，基于現有鋪設的商用光纖網絡，仍可挖掘出巨大潛力。同時，靜態的與模擬的光層技術也將朝著動態、靈活光傳送方向發展。

　　在光通信2.5G/10G時代，全球市場被歐美廠商所主導，而如今在100G時代，華為憑借領先的軟判決和OTN引領了全球100G的商用化進程。我們有理由相信在超100G時代，“中國技術”將為全球光通信行業作出更大的貢獻。