100G光傳輸設(shè)備技術(shù)現(xiàn)狀和演進(jìn)趨勢

中興通訊 | 丁薇 施社平

100G光傳輸設(shè)備技術(shù)現(xiàn)狀和演進(jìn)趨勢

中興通訊 | 丁薇 施社平

未來100G設(shè)備將會在系統(tǒng)性能、功耗及測試運維技術(shù)手段方面進(jìn)一步提升，更好地滿足運營商TCO降低的需要。

面對骨干網(wǎng)巨大的傳輸壓力，近幾年100G相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)相繼發(fā)布，2011年國際主流設(shè)備商先后推出了100G DWDM骨干傳輸解決方案。2011年中國電信啟動了100G DWDM設(shè)備研究性測試，在此基礎(chǔ)上完成了中國100G DWDM設(shè)備技術(shù)要求（標(biāo)準(zhǔn)）；中國移動近期正在進(jìn)行100G DWDM設(shè)備的測試；預(yù)計今年中國電信和中國移動都會啟動100G DWDM現(xiàn)網(wǎng)部署，100G規(guī)模商用大幕即將開啟。

100G設(shè)備技術(shù)現(xiàn)狀

標(biāo)準(zhǔn)滯后等原因造成了40G解決方案眾多，嚴(yán)重影響了40G產(chǎn)品鏈的健康發(fā)展。而得益于IEEE、ITU-T、OIF等標(biāo)準(zhǔn)組織幾乎同步推進(jìn)并發(fā)布100G相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，100G市場被業(yè)界一致看好，普遍認(rèn)為100G是一個具有10年以上長壽命的產(chǎn)品。

統(tǒng)一的100G長距離光傳輸方案

100G光調(diào)制方式選擇了偏振復(fù)用-正交相移鍵控（簡稱PM-QPSK，或DP-QPSK等）。把100G業(yè)務(wù)速率封裝進(jìn)ODU4，加上高效的糾錯編解碼后線路速率約為30G波特率，從而支持50GHz通道間隔，并采用相干光接收技術(shù)。由于采用了統(tǒng)一的光調(diào)制解調(diào)方案，促進(jìn)了100G產(chǎn)業(yè)鏈的成熟和100G的規(guī)模部署。

支持長距離大容量傳輸

100G采用了革命性的光相干接收技術(shù)以及復(fù)雜的電處理技術(shù)，傳輸性能有了巨大提升。光接收機(jī)色度色散（CD）容限達(dá)50000ps/nm、偏振模色散（PMD）容限超過30ps，可以省去光纖線路的色散補(bǔ)償單元，工程部署中幾乎可以不考慮光纖的色度色散和偏振模色散問題。而CD和PMD是目前大規(guī)模商用的10G尤其是40G DWDM長距離傳輸系統(tǒng)的一個關(guān)鍵限制因素，因此100G DWDM設(shè)備可以簡化工程設(shè)計和運營維護(hù)。

在10G/40G DWDM系統(tǒng)采用約7%冗余的硬判決糾錯編解碼（HD-FEC），商用的糾錯能力極限約在4E-3，采用約20%冗余的HD-FEC，糾錯能力極限可達(dá)8E-3。全球領(lǐng)先設(shè)備商的100G DWDM系統(tǒng)采用了先進(jìn)的具有軟判決功能的前向糾錯（SDFEC）技術(shù)，糾錯能力接近2E-2，比目前常用的7%冗余的HD-FEC幾乎好了一個數(shù)量級，系統(tǒng)OSNR容限提高2dB左右，對應(yīng)傳輸能力增加約60%，無電中繼傳輸距離達(dá)到1500km（20×22dB）以上，傳輸能力接近10G DWDM系統(tǒng)。表1是中國通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)將發(fā)布的100G應(yīng)用代碼主要參數(shù)要求。

表1 100G DWDM國內(nèi)行標(biāo)規(guī)定的主要參數(shù)要求

100G設(shè)備技術(shù)演進(jìn)趨勢

寬帶運營商為了解決骨干傳輸帶寬壓力，正積極推進(jìn)100G設(shè)備的商用測試和布點，積累100G設(shè)備規(guī)模商用的經(jīng)驗，目前100G設(shè)備已完全滿足商用部署要求。未來100G設(shè)備將在傳輸能力、設(shè)備功耗、設(shè)備運維能力等方面進(jìn)一步提升。

進(jìn)一步提升設(shè)備的技術(shù)性能

采用HD-FEC的100G系統(tǒng)傳輸能力不強(qiáng)，尤其是光纖鏈路中存在大衰耗長跨段時，無電中繼傳輸距離為300～400km，對幅員遼闊的大國無法有效覆蓋，因此SD-FEC是100G長距離傳輸系統(tǒng)的必選技術(shù)，未來還會進(jìn)一步完善。

目前100G系統(tǒng)集成了高速ADC+相干處理算法+SD-FEC的ASIC芯片還在持續(xù)改進(jìn)。未來需增加新的處理功能模塊、優(yōu)化相干處理算法的效率，從而提高性能、降低芯片規(guī)模；另外還需更好地滿足工程應(yīng)用需求，如改善算法來縮短業(yè)務(wù)保護(hù)倒換時間等。

光器件的集成度還在進(jìn)一步提升。目前已有PM-QPSK集成的光調(diào)制器和光解調(diào)器，未來發(fā)送端驅(qū)動器可能跟光調(diào)制器進(jìn)一步集成，光接收端就是一個光組件，提升集成度和性能。改善100G線路側(cè)模塊高速電路、電源等設(shè)計，進(jìn)一步提高接收機(jī)的光信噪比容限。

降低關(guān)鍵器件的功耗

目前規(guī)模商用的10G/40G設(shè)備，核心光模塊單位面積功率功耗為1～1.5W/inch2，而100G客戶側(cè)CFP模塊功耗約2W/inch2,而100G線路側(cè)MSA 168pin模塊功耗超過3W/inch2。功耗高不但浪費能源，而且需要更大的散熱器、更大的風(fēng)扇，降低了設(shè)備的集成度，芯片管芯溫度過高還會嚴(yán)重影響設(shè)備的壽命和可靠性，因此100G設(shè)備的功耗需要進(jìn)一步降低。

目前100G相干處理核心的內(nèi)含高速ADC和DSP的ASIC芯片，最先進(jìn)的采用40nm工藝，近期可望通過優(yōu)化算法減少邏輯單元數(shù)量來降低功耗，未來可采用28nm芯片工藝進(jìn)一步降低功耗。

完善100G系統(tǒng)設(shè)備測試、運維監(jiān)測等手段

隨著光通信系統(tǒng)從低速向高速演進(jìn)，測試手段應(yīng)越來越完善，現(xiàn)實情況是由于信號速率的提高，測試難度大大增加。目前雖然100G技術(shù)及產(chǎn)品已經(jīng)成熟，但是100G測試方法/標(biāo)準(zhǔn)還沒有起草，部分測試儀表沒有及時跟進(jìn)：100G發(fā)射機(jī)、接收機(jī)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)沒有制定，也缺乏專門的測試儀表；100G采用了新型FEC編碼，大大提升了糾錯能力，而100G OTN儀表還是按照老標(biāo)準(zhǔn)，100G糾錯極限能力無法驗證；工程運維中100G的OSNR無法有效監(jiān)測。前兩點對設(shè)備廠驗有一些影響，最后一點增加了運維中故障定位的難度。100G作為一代長壽命的產(chǎn)品，今后將會進(jìn)一步完善設(shè)備測試和運維監(jiān)測手段。

經(jīng)過光通信界多年的努力，100G DWDM技術(shù)已完全成熟，主流光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備商都已推出了100G長距離光傳輸解決方案，國內(nèi)外運營商已啟動了100G商用測試的步伐，光通信將迎來100G DWDM時代。