超高速光傳送應(yīng)對移動(dòng)互聯(lián)驅(qū)動(dòng)的帶寬激增

倪斌

通信業(yè)正處于一個(gè)令人激動(dòng)的創(chuàng)新與變革期。

其中，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)可以說是在此輪變革中最令人矚目的熱點(diǎn)之一，一系列智能終端的出現(xiàn)以及3G的普及，使所有的普通人真正實(shí)現(xiàn)了隨時(shí)隨地接入互聯(lián)網(wǎng)的夢想。在3G網(wǎng)絡(luò)支撐下，人們通過智能終端不僅可以獲取信息，還可以實(shí)現(xiàn)許多以往無法想象的功能，比如視頻瀏覽、定位服務(wù)、在線游戲等。

按照貝爾實(shí)驗(yàn)室的分析數(shù)據(jù)，到2014年，全球?qū)⒂?2億部以iPad為代表的聯(lián)網(wǎng)移動(dòng)終端，以及25億部智能手機(jī)。所有這些終端帶來的數(shù)據(jù)增長是爆炸式的，據(jù)統(tǒng)計(jì)，智能手機(jī)每月流量是普通功能手機(jī)的35倍，而一部平板電腦的數(shù)據(jù)流量是普通手機(jī)的121倍，帶上網(wǎng)卡的筆記本電腦的流量甚至達(dá)到了普通手機(jī)的498倍。

在這些新型智能終端的驅(qū)動(dòng)下，到2014年，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)將占所有移動(dòng)數(shù)據(jù)量的70%；到2015年，移動(dòng)數(shù)據(jù)總量將是2010年的30倍；到2017年，全球?qū)⒂?07EB的數(shù)據(jù)來自于各種移動(dòng)終端。所以，有人形象地說我們面臨著一場數(shù)據(jù)海嘯，那我們的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)是否已經(jīng)做好了應(yīng)對的準(zhǔn)備呢？

光網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)對之道

作為基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，光網(wǎng)絡(luò)需要提前為帶寬的增長做好準(zhǔn)備。目前來看，光傳送網(wǎng)從今天的10G、40G向100G演進(jìn)已經(jīng)勢不可擋。從Infonetic的統(tǒng)計(jì)可以看到，到2014年基于相干檢測技術(shù)的100G板卡的出貨數(shù)量會(huì)占到所有速率的40%。

從目前的情況來看，100G的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)完全成熟，IEEE、ITU-T、OIF和CCSA已經(jīng)對100G的系統(tǒng)架構(gòu)、模塊接口、鏈路標(biāo)準(zhǔn)以及設(shè)備技術(shù)規(guī)范和測試規(guī)范做了完善的定義。而在路由器、光傳送、光模塊和測試儀表等各個(gè)領(lǐng)域，目前都已經(jīng)有了多個(gè)廠家能提供成熟商用的產(chǎn)品。所以，可以說100G的整個(gè)生態(tài)圈已經(jīng)非常完善。

相比于40G編碼方式的多樣性，100G的技術(shù)路線相當(dāng)明確，業(yè)界公認(rèn)PDM-QPSK+相干檢測是100G的最佳解決方案。但是，100G并不是光網(wǎng)絡(luò)帶寬演進(jìn)的終點(diǎn)，目前各廠家都已經(jīng)開始展開對于400G甚至1T的系統(tǒng)的研究。但從圖1我們可以看到，100G以上系統(tǒng)的研發(fā)面臨著香農(nóng)定律的限制，必須在頻譜效率、性能和容量方面做平衡。

如圖1所示，如果調(diào)制相位從目前100G普遍采用的4相位發(fā)展到400G的16相位，系統(tǒng)的OSNR需求將提高3.8dB；如果要進(jìn)一步提升到256相的話，系統(tǒng)OSNR將達(dá)到19dB以上，這無疑將使系統(tǒng)的傳送距離大大縮短。

如果要實(shí)現(xiàn)400G甚至是T比特傳送，我們可以在以下幾方面做改進(jìn)。

1.更高性能的DSP處理芯片。它使我們有能力引入SD-FEC，相比于HD-FEC，大致可以提升系統(tǒng)OSNR性能1.5dB左右，即圖1中的紫色點(diǎn)向香農(nóng)曲線的極限推進(jìn)1.5dB。當(dāng)然，SD-FEC會(huì)帶來更多的開銷字節(jié)、更高的成本和更長的時(shí)延，我們需要視網(wǎng)絡(luò)實(shí)際需求靈活采用。對于100G系統(tǒng)，基于HD-FEC的技術(shù)已經(jīng)可以做到2000公里無電中繼傳送，已可滿足絕大部分網(wǎng)絡(luò)的需求；但對400G以上的系統(tǒng)，SD-FEC是必須采用的技術(shù)。

2.靈活格柵技術(shù)。100G以后的傳送速率一般需要大于50GHz的頻譜，比如400G的采用雙載頻和16相位復(fù)用后其理論頻譜寬帶是100GHz。經(jīng)過一些技術(shù)處理后，其頻譜寬帶可以壓縮到75GHz，這樣就帶來一個(gè)如何在C波段內(nèi)有效安排不同頻譜寬度的信號(hào)問題。靈活格柵技術(shù)定義了最小12.5GHz的頻譜寬度，允許以此為單位靈活安排不同的信號(hào)，從而將頻譜利用度最大化。

3.Raman光放。Raman光放并不是新的技術(shù)，在向100G以上速率進(jìn)軍時(shí)，我們需要獲得更佳的系統(tǒng)OSNR，Raman光放的低噪聲系數(shù)對此有很好的幫助。

4.超級(jí)波道（superchannel）。通過將若干個(gè)100G信號(hào)調(diào)制在一起可以獲得一個(gè)T比特級(jí)別的高速信號(hào)。通常這些子信號(hào)通過OFDM方式調(diào)制以獲得最佳的頻譜效率。由于每個(gè)子信號(hào)都是1個(gè)100G信道，所以100G的DSP及相關(guān)處理技術(shù)可以看做構(gòu)建更高速率信號(hào)的基本模塊。

圖1 調(diào)制相位與OSNR的關(guān)系

5.先進(jìn)的功率控制技術(shù)。眾所周知，更高的入纖功率可以帶來更佳的OSNR性能，但同時(shí)會(huì)帶來更大的非線性。在100G以上的系統(tǒng)中，我們需要更好地控制每個(gè)波道的入纖功率，在OSNR與非線性間達(dá)到最佳點(diǎn)。

阿爾卡特朗訊的高速傳送解決方案

阿爾卡特朗訊早在2010年6月即率先在OTN平臺(tái)1830PSS上推出了單載波100G相關(guān)檢測商用系統(tǒng)。到目前為止，已經(jīng)在全球60個(gè)以上的客戶網(wǎng)絡(luò)中得到了大規(guī)模的應(yīng)用，累計(jì)100G OTU發(fā)貨數(shù)量超過了2300塊，占全球100G市場份額超過69%，居于無可置疑的領(lǐng)先地位。

圖2 阿爾卡特朗訊1830PSS及100G市場分布

在2011年12月，阿爾卡特朗訊發(fā)布了增強(qiáng)型的100G解決方案，將無電中繼距離由1500公里提升到2000公里。2012年3月，阿爾卡特朗訊再次發(fā)布了適用于100G和400G的全新一代的光電處理引擎（PSE - Photonic Service Engine）。該引擎采用了以下四項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)以進(jìn)一步提升性能。

1.引入SD-FEC提高1.5dB的系統(tǒng)性能，從而使100G的系統(tǒng)無電中繼傳送距離進(jìn)一步擴(kuò)展到3000公里。

2.先進(jìn)的波長整型技術(shù)將400G的頻譜寬帶壓縮到75GHz，在C波段內(nèi)最多可以容納下58個(gè)波道，從而使系統(tǒng)的最大容量從原先的8.8T (88x10G)提升到23T(58x400G)，擴(kuò)展了2.6倍的網(wǎng)絡(luò)容量。

3.更高的取樣速率和超快的數(shù)模轉(zhuǎn)換，使信號(hào)的判決更為精確。

4.增強(qiáng)的頻率和相位控制技術(shù)以抑制滑碼。

除了不斷提升網(wǎng)絡(luò)傳送容量，阿爾卡特朗訊同時(shí)也在傳送網(wǎng)架構(gòu)方面不斷創(chuàng)新。阿爾卡特朗訊率先提出CBT（Convergent Backbone Transport）的理念，即：盡量用低層旁路高層，只在必要時(shí)才使用高層；盡量用光層旁路電層，只在必要時(shí)才使用電層。

這是因?yàn)樘幚韺哟卧降?，其傳送效率越高，每比特功耗越低。對于骨干網(wǎng)中的100G等大顆粒業(yè)務(wù)來說由于其匯聚需求通常已經(jīng)在匯聚層中完成，業(yè)務(wù)目的地明確而單一，所以基于ROADM的光層調(diào)度能最好地完成高效傳送的目的。在匯聚層中，通常為了提高帶寬填充率，可以引入ODU交叉矩陣以完成基于小顆粒業(yè)務(wù)的匯聚，只有在真正需要打開數(shù)據(jù)包進(jìn)行三層以上處理的站點(diǎn)，才引入路由器。