100G传输技术新进展

100G传输技术新进展

　2008年，基于40Gbps速率的WDM系统已经规模商用，许多运营商和设备商都把眼光投向100G WDM系统。其中随着100GE路由器接口标准化的完成，100G的长途传输也进入了议事日程。与40Gbps WDM系统相比，100G传输的商用化需要解决四大关键技术：100G线路传输技术、100GE接口技术、100GE封装映射技术和100G关键器件技术，下面分别概述其最新进展。

　　100G线路传输技术

　　现有100G线路传输技术主要有两种方案：多波传输方案和单波传输方案。

　　在100G多波传输方案中，100G信号反向复用为多波长的10Gbps/40Gbps OTU2/OTU3信号。这种方案不会对现有的10G或40G光传送网络产生影响，并可以在现有的器件技术下实现，因而是现阶段可实现的方案。但这种方案的波长利用率较低，也存在波长管理及多个波长间时延差的控制问题，所以这种方案不是100G线路传输技术的最终商用方案。

　　100G单波传输方案可做到“一个业务，一个波长”，可以简化网络的管理。从器件发展及降低OPEX的角度来看，该方案是未来发展的方向。业界所讨论的100G传输基本上是讨论100Gbps 单波的长途传输。

　　由于波特率的提升，100G单波传输信号所受到的各种物理损伤较为严重。业界研究了新的码型以降低物理损伤对100G信号的影响。表1显示了目前业界采用不同码型的100G传输系统相关性能指标的对比。

　　40G速率提高到100G，光信噪比OSNR需要增加4dB左右，为了降低光信噪比OSNR的要求，在现有的光网络上传输单波100G信号，需要采用特殊的调制技术来降低波特率。例如PDM-DQPSK由于采用了偏振态、相位的双重调制，就可以把100Gbps的信号速率降低到25G波特率，从而保证在50GHz间隔的波长区传输。为更好地提高接收灵敏度，有时需要采用相干电处理的技术，也就是采用电处理来解决光波长的相干接收。

　　100G WDM的调制技术，目前有多项选择，无论是哪种方案，业界已认识到100G码型必须归一到（D）QPSK码型上。这是由于（D）QPSK码型的准恒包络的特性可以使得DWDM传输中的交叉相位调制（XPM）效应十分小，同时有效提升了频谱利用率。 100G线路传输技术的研究将会集中在增加频谱利用率和降低信号的物理损伤两方面。运营商的100G传送网络会选择一个在这两方面性能都较好的码型作为成熟的商用码型。从现在的发展情况看，业内相信PDM-（D）QPSK会是一个不错的选择，可以实现50GHz的间隔和1000公里以上的无电中继传输，相干光检测可以极大程度地提高色散容限和PMD容限。缺点是发射机光学结构复杂（PolMux），相位调制效应容限低（XPM尤甚），另外需要复杂的DSP 处理，用于后处理的高速DAC和ASIC芯片目前较少。目前，该方向的研究还处于实验室阶段。

　　从系统来看，考虑到100GHz的速率只比40GHz 提高2.5倍，在C波段传输的波长数目应该保持与现在的WDM 系统相同，因此100GHz WDM系统应该基于50GHz间隔，以提高系统容量。

　　100GE接口技术

　　100GE接口技术要解决100GE物理端口的高可靠性，并支持完善的监控和保护功能。100GE物理接口主要有以下三种：10×10G短距离（100m）互联的MMF LAN接口；4×25G中短距离（3km/10km/40km）互联的SMF LAN接口；10G铜线铜缆接口。

　　在接口架构方案上，100GE接口架构目前有MLD&CAUI（Multi-lane Distrubtion & 100 Gigabit Ethernet Attachment Unit InteRFace）、APL（Aggregation at the Physical Layer）和PBL（Physical Bundling Layer）三种方案：

　　MLD&CAUI方案能很好地实现对10×10G和4×25G光模块的统一接口支持。但是由于CAUI接口采用比特复用方式，打乱了数据在多个通道上的分配和排列方式。当需要针对每个通道进行独立处理，或需要通道内的数据保持特定顺序时，CAUI方案在接口处理上会有一定的困难。

　　APL方案提供字块到多通道的分发方案。在基于通道处理的应用上，可以借用现有技术。这种方案采用了切片技术，需要考虑切片大小带来的传输效率问题。另外，添加帧头、帧尾的操作，增加了器件处理的复杂度。
 
　　PBL方案提供字块到多通道的分发方法。在基于通道处理应用上，可以借用现有技术。该方案的分立PCS（Physical Coding Sub-layer）处理技术降低了芯片的设计难度。

VL&CTBI、APL、PBL方案分别根据不同的应用需求而提出。这些方案将会于近年内在IEEE进行广泛讨论，并最终给出最佳方案。

　　100GE封装映射技术

　　100GE适配到OTN时，可映射到OTU4中，也可反向复用到OTU2/3之中。根据100GE接口的具体实现形式，存在多条封装映射路径。

　　第一，100GE串行信号映射到ODU4。

　　ODU4/OTU4的具体速率正在讨论中，有130Gbps和112Gbps两种选择。由于ODU4/OTU4的速率目前还没有最终形成标准，因此将100GE映射到ODU4的方案还没有最终确定。

　　第二，100GE串行信号反向复用到ODU2e、ODU2、ODU3。

　　主要有ODU2e-10v反向复用和ODU2-11v或ODU3-3v反向复用两种方案。ITU-T Q11已经明确将对这两种封装映射路径进行标准化。采用GMP（General Mapping Protocol）映射方法在技术上可以实现，但标准还不成熟。

　　第三，100GE信号反向复用到10×10G或4×25G。

　　这种方案将高速串行的100GE信号反向复用为10G或25G低速并行的信号。目前，ITU正在讨论承载Multi-lane 100GE的问题，主要有Multi-lane PCS层汇聚再映射到OTN，以及比特透明独立映射两种解决方案。

　　以上三种映射方案目前正在ITU-T讨论，标准都还不成熟。100GE相关标准将在2010年中完成。对于单波长传输，如何定义一个增益满足要求、又不增加许多开销的FEC是一个重要问题。目前的焦点在于7% 的开销还是25% 的开销。

　　100G关键器件技术

　　业界初步估计100G关键器件将于2010年左右开始生产，于2011/2012年开始规模商用。100G传送解决方案所需的关键高速光器件和预计的成熟时间（规模商用时间）如表2所示。

　　其中光模块和高速DSP影响最大。只有高速光模块才能实现100Gbps 速率的调制。DSP则对于相干电接收至关重要，只有在100G高速率数字处理技术取得突破时，才能实现软判决、相干电接收的复杂电处理，从而提高接收灵敏度，加大100G 的传输距离。

　　小结

　　光通信的最重要特点就是具有几乎用不尽的带宽资源。随着信息社会的发展，人们对信息服务的需求量与日俱增。根据中国电信预测，在未来5年之内，带宽将以每年50％以上的速度增长，到2010年，干线带宽流量将达到50Tbps以上。

　　100Gbps WDM系统是一个重要方向。现在多个制造商都在开发100GHz WDM产品，其中华为是积极的参与者之一。2008年，华为开发出了100GE以太网样机与100G DWDM样机。

　　PDM-QPSK是目前最主流的调制技术。要实现100G WDM系统1000公里以上的传输，还需要在FEC方案、相干接收、软判决等方面为OSNR带来更大的增益。相干接收需要很强的电处理能力，强大的DSP 处理能力是相干接收、超强FEC、高速光接收的重要支撑。100G WDM系统应该在2012年左右开始商用，刚开始可能在北美，以后逐步进入规模应用。

表1 采用不同码型的100G系统相关性能指标的对比

表2 100G关键器件规模商用时间表