專家談100G技術(shù)實(shí)現(xiàn)路線：承前啟后
訊石光通訊網(wǎng)
2011/12/1 0:31:24
傳輸速率不斷提升是支撐寬帶信息網(wǎng)絡(luò)高速發(fā)展的重要基礎(chǔ)。100Gb/s技術(shù)自2007年Verizon首次啟動現(xiàn)網(wǎng)演示，近幾年來一直是業(yè)界重點(diǎn)關(guān)注的焦點(diǎn)技術(shù)。隨著標(biāo)準(zhǔn)化工作逐步完善、100Gb/s路由器和光波分復(fù)用（WDM）傳輸設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生、國外運(yùn)營商100Gb/s試點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)日益增多，100Gb/s承前啟后蓄勢待發(fā)，將主導(dǎo)高速傳輸商用市場。
100G技術(shù)實(shí)現(xiàn)路線：承前啟后
在傳輸速率顯著提升的情況下，傳輸系統(tǒng)至少保持與原有傳輸速率在同一個傳輸距離量級上并要求在高速傳輸領(lǐng)域有持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新。譬如長距傳輸速率從2.5Gb/s提升到10Gb/s時，典型的技術(shù)創(chuàng)新是采用色度色散（CD）補(bǔ)償和外調(diào)制技術(shù)等；傳輸速率從10Gb/s增加到40Gb/s速率時，主要通過引入多種不同相位調(diào)制、同時結(jié)合偏振復(fù)用以及基于數(shù)字信號處理（DSP）的相干接收等新技術(shù)來解決色散、光信噪比（OSNR）、非線性等限制以保證有效傳輸距離；當(dāng)傳輸速率從40Gb/s跨越到100Gb/s速率時，除了繼續(xù)采用偏振復(fù)用和相干接收等技術(shù)之外，基于軟判決的前向糾錯（FEC）技術(shù)也是典型的技術(shù)創(chuàng)新之一。
從100G技術(shù)目前選擇的技術(shù)路線來看，前期在40Gb/s速率上進(jìn)行的多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)探索至關(guān)重要，如果沒有40Gb/s技術(shù)的研究和應(yīng)用基礎(chǔ)，在2-3年時間內(nèi)100Gb/s核心技術(shù)不會取得如此大的突破。相對40Gb/s偏振復(fù)用和相干接收技術(shù)，雖然100Gb/s采用類似的實(shí)現(xiàn)機(jī)理，但由于比特率（波特率）增加了2.5倍，無論在光域、還是電域處理都帶來相當(dāng)大的挑戰(zhàn)，尤其是電域的高速信號處理，如30Gb/s量級速率的模數(shù)轉(zhuǎn)換處理(ADC)等。當(dāng)然，100Gb/s技術(shù)突破和研究思路同時也將為后續(xù)400Gb/s甚至1Tb/s超高速傳輸技術(shù)奠定堅實(shí)基礎(chǔ)，而100Gb/s技術(shù)傳輸碼型和調(diào)制方式的統(tǒng)一也為后續(xù)光電器件/模塊規(guī)模化生產(chǎn)，以及規(guī)?；瘧?yīng)用時的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計、測評及運(yùn)營維護(hù)等創(chuàng)造了條件。
100G標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)備：齊頭并進(jìn)
100Gb/s標(biāo)準(zhǔn)主要集中在客戶接口、線路接口以及線路傳輸?shù)确矫妫壳爸饕蠭EEE、ITU-T和OIF等國際組織來負(fù)責(zé)制定對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。IEEE 802.3ba已完成100GE客戶接口規(guī)范， IEEE 802.3bj正在規(guī)范100GE的背板及銅纜傳輸規(guī)范，而成本和功耗更低廉的下一代100GE客戶接口也正在討論當(dāng)中。另外，線路接口和系統(tǒng)傳輸參數(shù)目前主要由OIF和ITU-T進(jìn)行規(guī)范，OIF已發(fā)布100G光模塊、FEC等協(xié)議文件，而ITU-T SG15的Q11主要規(guī)范了第4階光通路傳送單元（OTU4）等100Gb/s邏輯信號結(jié)構(gòu)，ITU-T SG15的Q6則側(cè)重于100Gb/s 物理層的規(guī)范研究。N×100Gb/s WDM系統(tǒng)的線路傳輸參數(shù)主要由國內(nèi)CCSA TC6進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，已經(jīng)完成了相關(guān)研究課題，預(yù)計在2012年初會議將首次討論行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的征求意見稿。
從2007年出現(xiàn)100Gb/s速率傳輸演示以來，無論是路由器還是WDM傳輸設(shè)備廠商，均在100Gb/s技術(shù)研發(fā)方面取得了突破性進(jìn)展。目前主流的路由器廠商和傳輸廠商一般均可提供100GE路由器和100Gb/s WDM/光傳送網(wǎng)（OTN）設(shè)備，國內(nèi)傳輸設(shè)備廠商華為、中興、烽火均宣稱目前可提供商用基于雙極化四相相移鍵控（DP-QPSK）相干接收實(shí)時處理的100Gb/s傳輸設(shè)備，具體性能、實(shí)現(xiàn)方式、芯片集成化程度等支持能力有待今明兩年國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)和運(yùn)營商等多方面的測試驗(yàn)證。另外，作為100Gb/s技術(shù)實(shí)現(xiàn)程度的評估工具，JDSU、ANRITSU、EXFO、Spirent、IXIA等多個儀表廠家均可提供100GE分析儀，同時部分傳輸儀表商還支持基于OTU4的OTN協(xié)議分析，包括開銷驗(yàn)證、告警分析、性能統(tǒng)計等功能。作為物理層信號質(zhì)量分析，Agilent、EXFO、TEK等同時還可選擇提供光調(diào)制分析儀、光示波器等100Gb/s分析儀表。
100G應(yīng)用及時機(jī)：蓄勢待發(fā)
100Gb/s WDM系統(tǒng)長距應(yīng)用的主要特點(diǎn)為兩種色散效應(yīng)（CD和偏振模色散（PMD））不再明顯受限、如何選擇更合理的參數(shù)衡量系統(tǒng)性能（比如糾錯誤碼率、Q因子余量或者信噪比余量等）、用常規(guī)和偏振帶內(nèi)法測試光信噪比失效、10Gb/s系統(tǒng)與100Gb/s系統(tǒng)混傳配置存在限制，可與OTN技術(shù)緊密結(jié)合用于組網(wǎng)等。另外，與長距應(yīng)用明顯不同，100Gb/s客戶接口（100GE）應(yīng)用碰到的問題主要是接口形式的選擇（如標(biāo)準(zhǔn)化的4×25Gb/s、還是非主流標(biāo)準(zhǔn)化的10×10Gb/s等）、以及未來更小型化接口如CFP-2或CFP-4的發(fā)展時機(jī)等。對于長距傳輸應(yīng)用，上述可能存在問題比較可行的解決方案主要包括：綜合考慮Q因子余量和OSNR余量將依然是100Gb/s長距傳輸?shù)闹攸c(diǎn)性能評價原則，新型基于偏振復(fù)用的帶內(nèi)OSNR測試方法需要進(jìn)一步研究，而10Gb/s與100Gb/s的混傳在考慮色散補(bǔ)償模塊影響的基礎(chǔ)上通過適當(dāng)設(shè)立隔離譜寬（如200GHz）來盡可能降低混傳代價等；而對于短距傳輸接口，基于標(biāo)準(zhǔn)化的4×25Gb/s接口構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)從互通性和未來擴(kuò)展性而言將是比較穩(wěn)妥的選擇，而小型化和低功耗則是未來發(fā)展努力的方向。
隨著高帶寬新型業(yè)務(wù)的持續(xù)發(fā)展和高速傳輸技術(shù)的日益成熟，基于100Gb/s高速傳輸?shù)膽?yīng)用需求日趨明顯，根據(jù)LIGHTCOUNTING 、OVUM等國外咨詢公司的最新預(yù)測，100Gb/s技術(shù)及其光模塊市場在未來5年發(fā)展勢頭強(qiáng)勁。從實(shí)際發(fā)展來看，100Gb/s技術(shù)最近兩年已得到一定程度的商用或試用，今年典型的應(yīng)用如華為在KPN的100Gb/s部署、阿朗在法國Completel的100Gb/s升級、香港新世界電信的100Gb/s部署、Verizon部署CIENA的100Gb/s設(shè)備、華為在俄羅斯多家運(yùn)營商的100Gb/s演示等等（其中從今年8到10月底至少有二十家以上國外運(yùn)營商涉及到100Gb/s技術(shù)的演示或試商用），而國內(nèi)預(yù)計經(jīng)過今年年底到明年的首輪測試驗(yàn)證以后，國內(nèi)運(yùn)營商將有可能在2013年啟動建設(shè)100G試商用網(wǎng)絡(luò)，如果網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的寬帶壓力持續(xù)增加，預(yù)計2014年國內(nèi)運(yùn)營商將開始規(guī)模化建設(shè)100Gb/s傳輸網(wǎng)絡(luò)，也即100Gb/s應(yīng)用蓄勢待發(fā)：2012年為測試驗(yàn)證年，2013年是現(xiàn)網(wǎng)試驗(yàn)?zāi)辏?014年為規(guī)模商用年，而在100Gb/s開始規(guī)模商用之時，基于400Gb/s甚至更高速率的傳輸技術(shù)將成為新的研究熱點(diǎn)技術(shù)。
結(jié)論
100Gb/s開啟了新一代高速傳輸技術(shù)的新時代，其采用了承前啟后技術(shù)路線并將是未來幾年高速帶寬的主流傳輸技術(shù)，目前離技術(shù)成熟和規(guī)模商用漸行漸近，。經(jīng)過最近幾年的發(fā)展，100Gb/s技術(shù)趨于成熟，標(biāo)準(zhǔn)相對完善，設(shè)備全面研制，測試儀表多家支持。從其應(yīng)用特點(diǎn)來看，長距傳輸和短距互聯(lián)各有側(cè)重，但長距傳輸應(yīng)用時面臨的挑戰(zhàn)較為顯著，包括線路傳輸限制解決、系統(tǒng)余量考慮、光信噪比測試、組網(wǎng)OTN功能支持、以及現(xiàn)網(wǎng)升級兼容性支持等諸多方面。從國內(nèi)100Gb/s后續(xù)發(fā)展趨勢來看，2012年將是100Gb/s長距傳輸?shù)臏y試驗(yàn)證年，2013年將是100Gb/s技術(shù)現(xiàn)網(wǎng)試驗(yàn)?zāi)辏?014年在體積和功耗進(jìn)一步降低后將逐步推動應(yīng)用的規(guī)模商用年，而從2014年左右開始后續(xù)的400Gb/s或更高速率將重新成為高速傳輸應(yīng)用技術(shù)新的關(guān)注焦點(diǎn)。作者系趙文玉，就職于工業(yè)和信息化部電信研究院通信標(biāo)準(zhǔn)研究所傳輸與接入研究部）
100G技術(shù)實(shí)現(xiàn)路線：承前啟后
在傳輸速率顯著提升的情況下，傳輸系統(tǒng)至少保持與原有傳輸速率在同一個傳輸距離量級上并要求在高速傳輸領(lǐng)域有持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新。譬如長距傳輸速率從2.5Gb/s提升到10Gb/s時，典型的技術(shù)創(chuàng)新是采用色度色散（CD）補(bǔ)償和外調(diào)制技術(shù)等；傳輸速率從10Gb/s增加到40Gb/s速率時，主要通過引入多種不同相位調(diào)制、同時結(jié)合偏振復(fù)用以及基于數(shù)字信號處理（DSP）的相干接收等新技術(shù)來解決色散、光信噪比（OSNR）、非線性等限制以保證有效傳輸距離；當(dāng)傳輸速率從40Gb/s跨越到100Gb/s速率時，除了繼續(xù)采用偏振復(fù)用和相干接收等技術(shù)之外，基于軟判決的前向糾錯（FEC）技術(shù)也是典型的技術(shù)創(chuàng)新之一。
從100G技術(shù)目前選擇的技術(shù)路線來看，前期在40Gb/s速率上進(jìn)行的多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)探索至關(guān)重要，如果沒有40Gb/s技術(shù)的研究和應(yīng)用基礎(chǔ)，在2-3年時間內(nèi)100Gb/s核心技術(shù)不會取得如此大的突破。相對40Gb/s偏振復(fù)用和相干接收技術(shù)，雖然100Gb/s采用類似的實(shí)現(xiàn)機(jī)理，但由于比特率（波特率）增加了2.5倍，無論在光域、還是電域處理都帶來相當(dāng)大的挑戰(zhàn)，尤其是電域的高速信號處理，如30Gb/s量級速率的模數(shù)轉(zhuǎn)換處理(ADC)等。當(dāng)然，100Gb/s技術(shù)突破和研究思路同時也將為后續(xù)400Gb/s甚至1Tb/s超高速傳輸技術(shù)奠定堅實(shí)基礎(chǔ)，而100Gb/s技術(shù)傳輸碼型和調(diào)制方式的統(tǒng)一也為后續(xù)光電器件/模塊規(guī)模化生產(chǎn)，以及規(guī)?；瘧?yīng)用時的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計、測評及運(yùn)營維護(hù)等創(chuàng)造了條件。
100G標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)備：齊頭并進(jìn)
100Gb/s標(biāo)準(zhǔn)主要集中在客戶接口、線路接口以及線路傳輸?shù)确矫妫壳爸饕蠭EEE、ITU-T和OIF等國際組織來負(fù)責(zé)制定對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。IEEE 802.3ba已完成100GE客戶接口規(guī)范， IEEE 802.3bj正在規(guī)范100GE的背板及銅纜傳輸規(guī)范，而成本和功耗更低廉的下一代100GE客戶接口也正在討論當(dāng)中。另外，線路接口和系統(tǒng)傳輸參數(shù)目前主要由OIF和ITU-T進(jìn)行規(guī)范，OIF已發(fā)布100G光模塊、FEC等協(xié)議文件，而ITU-T SG15的Q11主要規(guī)范了第4階光通路傳送單元（OTU4）等100Gb/s邏輯信號結(jié)構(gòu)，ITU-T SG15的Q6則側(cè)重于100Gb/s 物理層的規(guī)范研究。N×100Gb/s WDM系統(tǒng)的線路傳輸參數(shù)主要由國內(nèi)CCSA TC6進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，已經(jīng)完成了相關(guān)研究課題，預(yù)計在2012年初會議將首次討論行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的征求意見稿。
從2007年出現(xiàn)100Gb/s速率傳輸演示以來，無論是路由器還是WDM傳輸設(shè)備廠商，均在100Gb/s技術(shù)研發(fā)方面取得了突破性進(jìn)展。目前主流的路由器廠商和傳輸廠商一般均可提供100GE路由器和100Gb/s WDM/光傳送網(wǎng)（OTN）設(shè)備，國內(nèi)傳輸設(shè)備廠商華為、中興、烽火均宣稱目前可提供商用基于雙極化四相相移鍵控（DP-QPSK）相干接收實(shí)時處理的100Gb/s傳輸設(shè)備，具體性能、實(shí)現(xiàn)方式、芯片集成化程度等支持能力有待今明兩年國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)和運(yùn)營商等多方面的測試驗(yàn)證。另外，作為100Gb/s技術(shù)實(shí)現(xiàn)程度的評估工具，JDSU、ANRITSU、EXFO、Spirent、IXIA等多個儀表廠家均可提供100GE分析儀，同時部分傳輸儀表商還支持基于OTU4的OTN協(xié)議分析，包括開銷驗(yàn)證、告警分析、性能統(tǒng)計等功能。作為物理層信號質(zhì)量分析，Agilent、EXFO、TEK等同時還可選擇提供光調(diào)制分析儀、光示波器等100Gb/s分析儀表。
100G應(yīng)用及時機(jī)：蓄勢待發(fā)
100Gb/s WDM系統(tǒng)長距應(yīng)用的主要特點(diǎn)為兩種色散效應(yīng)（CD和偏振模色散（PMD））不再明顯受限、如何選擇更合理的參數(shù)衡量系統(tǒng)性能（比如糾錯誤碼率、Q因子余量或者信噪比余量等）、用常規(guī)和偏振帶內(nèi)法測試光信噪比失效、10Gb/s系統(tǒng)與100Gb/s系統(tǒng)混傳配置存在限制，可與OTN技術(shù)緊密結(jié)合用于組網(wǎng)等。另外，與長距應(yīng)用明顯不同，100Gb/s客戶接口（100GE）應(yīng)用碰到的問題主要是接口形式的選擇（如標(biāo)準(zhǔn)化的4×25Gb/s、還是非主流標(biāo)準(zhǔn)化的10×10Gb/s等）、以及未來更小型化接口如CFP-2或CFP-4的發(fā)展時機(jī)等。對于長距傳輸應(yīng)用，上述可能存在問題比較可行的解決方案主要包括：綜合考慮Q因子余量和OSNR余量將依然是100Gb/s長距傳輸?shù)闹攸c(diǎn)性能評價原則，新型基于偏振復(fù)用的帶內(nèi)OSNR測試方法需要進(jìn)一步研究，而10Gb/s與100Gb/s的混傳在考慮色散補(bǔ)償模塊影響的基礎(chǔ)上通過適當(dāng)設(shè)立隔離譜寬（如200GHz）來盡可能降低混傳代價等；而對于短距傳輸接口，基于標(biāo)準(zhǔn)化的4×25Gb/s接口構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)從互通性和未來擴(kuò)展性而言將是比較穩(wěn)妥的選擇，而小型化和低功耗則是未來發(fā)展努力的方向。
隨著高帶寬新型業(yè)務(wù)的持續(xù)發(fā)展和高速傳輸技術(shù)的日益成熟，基于100Gb/s高速傳輸?shù)膽?yīng)用需求日趨明顯，根據(jù)LIGHTCOUNTING 、OVUM等國外咨詢公司的最新預(yù)測，100Gb/s技術(shù)及其光模塊市場在未來5年發(fā)展勢頭強(qiáng)勁。從實(shí)際發(fā)展來看，100Gb/s技術(shù)最近兩年已得到一定程度的商用或試用，今年典型的應(yīng)用如華為在KPN的100Gb/s部署、阿朗在法國Completel的100Gb/s升級、香港新世界電信的100Gb/s部署、Verizon部署CIENA的100Gb/s設(shè)備、華為在俄羅斯多家運(yùn)營商的100Gb/s演示等等（其中從今年8到10月底至少有二十家以上國外運(yùn)營商涉及到100Gb/s技術(shù)的演示或試商用），而國內(nèi)預(yù)計經(jīng)過今年年底到明年的首輪測試驗(yàn)證以后，國內(nèi)運(yùn)營商將有可能在2013年啟動建設(shè)100G試商用網(wǎng)絡(luò)，如果網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的寬帶壓力持續(xù)增加，預(yù)計2014年國內(nèi)運(yùn)營商將開始規(guī)模化建設(shè)100Gb/s傳輸網(wǎng)絡(luò)，也即100Gb/s應(yīng)用蓄勢待發(fā)：2012年為測試驗(yàn)證年，2013年是現(xiàn)網(wǎng)試驗(yàn)?zāi)辏?014年為規(guī)模商用年，而在100Gb/s開始規(guī)模商用之時，基于400Gb/s甚至更高速率的傳輸技術(shù)將成為新的研究熱點(diǎn)技術(shù)。
結(jié)論
100Gb/s開啟了新一代高速傳輸技術(shù)的新時代，其采用了承前啟后技術(shù)路線并將是未來幾年高速帶寬的主流傳輸技術(shù)，目前離技術(shù)成熟和規(guī)模商用漸行漸近，。經(jīng)過最近幾年的發(fā)展，100Gb/s技術(shù)趨于成熟，標(biāo)準(zhǔn)相對完善，設(shè)備全面研制，測試儀表多家支持。從其應(yīng)用特點(diǎn)來看，長距傳輸和短距互聯(lián)各有側(cè)重，但長距傳輸應(yīng)用時面臨的挑戰(zhàn)較為顯著，包括線路傳輸限制解決、系統(tǒng)余量考慮、光信噪比測試、組網(wǎng)OTN功能支持、以及現(xiàn)網(wǎng)升級兼容性支持等諸多方面。從國內(nèi)100Gb/s后續(xù)發(fā)展趨勢來看，2012年將是100Gb/s長距傳輸?shù)臏y試驗(yàn)證年，2013年將是100Gb/s技術(shù)現(xiàn)網(wǎng)試驗(yàn)?zāi)辏?014年在體積和功耗進(jìn)一步降低后將逐步推動應(yīng)用的規(guī)模商用年，而從2014年左右開始后續(xù)的400Gb/s或更高速率將重新成為高速傳輸應(yīng)用技術(shù)新的關(guān)注焦點(diǎn)。作者系趙文玉，就職于工業(yè)和信息化部電信研究院通信標(biāo)準(zhǔn)研究所傳輸與接入研究部）
新聞來源：訊石光通訊網(wǎng)