100G設(shè)備技術(shù)的現(xiàn)狀與未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

        未來(lái)較長(zhǎng)時(shí)期，有線和無(wú)線寬帶接入用戶還會(huì)持續(xù)快速增長(zhǎng)，而HDTV、3DTV、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等寬帶應(yīng)用不斷涌現(xiàn)，單用戶帶寬需求還會(huì)成倍增加，傳輸帶寬還會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)，運(yùn)營(yíng)商面臨帶寬增量不增收的局面，因此未來(lái)骨干網(wǎng)還會(huì)長(zhǎng)期面臨巨大的傳輸壓力，100G DWDM大容量傳輸是緩解運(yùn)營(yíng)商傳輸壓力的有效手段。

　　100G的源頭是100GE業(yè)務(wù)，2010年中IEEE802.3ba對(duì)100GE完成了規(guī)范，而ITU-T在2009年底就為100GE業(yè)務(wù)承載定義了OTU4，同時(shí)OIF規(guī)范了業(yè)務(wù)的100G 長(zhǎng)距模塊的實(shí)現(xiàn)以及100G互連互通接口規(guī)范，隨著100G相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的相繼發(fā)布，2011年國(guó)際主流設(shè)備商先后推出了100G DWDM骨干傳輸解決方案。為了解決干線傳輸帶寬壓力，全球領(lǐng)先運(yùn)營(yíng)商積極推進(jìn)100G商用化進(jìn)程。2011年中國(guó)電信啟動(dòng)了100G DWDM設(shè)備研究性測(cè)試，在此基礎(chǔ)上完成了國(guó)內(nèi)100G DWDM設(shè)備技術(shù)要求(標(biāo)準(zhǔn))，中國(guó)移動(dòng)近期正在進(jìn)行100G DWDM設(shè)備的測(cè)試，預(yù)計(jì)今年中國(guó)電信和中國(guó)移動(dòng)都會(huì)啟動(dòng)100G DWDM現(xiàn)網(wǎng)部署，100G商用大幕即將開(kāi)啟。本文將回顧100G設(shè)備技術(shù)的現(xiàn)狀，探討100G設(shè)備技術(shù)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

　　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)重影響到了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(chǎng)被業(yè)界一致看好，普遍認(rèn)為100G是一個(gè)具有10年以上長(zhǎng)壽命的產(chǎn)品。

　　調(diào)制技術(shù)眾家歸一

　　100G光調(diào)制方式選擇了偏振復(fù)用-正交相移鍵控(簡(jiǎn)稱PM-QPSK，或DP-QPSK等)，圖1為100G發(fā)送機(jī)側(cè)原理框圖。把100G業(yè)務(wù)速率封裝進(jìn)ODU4，加上高效的糾錯(cuò)編解碼后線路速率約為30G波特率，從而支持50GHz通道間隔。100G采用相干光接收技術(shù)，其原理框圖如圖2所示。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(zhǎng)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)，其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(guò)90ns，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(wèn)題，而CD和PMD是目前大規(guī)模商用的10G尤其是40G DWDM長(zhǎng)距離傳輸系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵限制因素，因此100G DWDM設(shè)備可以簡(jiǎn)化工程設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)維護(hù)。

　　在10G/40G DWDM系統(tǒng)采用約7%冗余的硬判決糾錯(cuò)編解碼(HD-FEC)，商用的糾錯(cuò)能力極限約在4E-3，采用約20%冗余的HD-FEC，糾錯(cuò)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(cuò)(SD-FEC)技術(shù)，糾錯(cuò)能力接近2E-2，比目前常用的7%冗余的HD-FEC幾乎好了一個(gè)數(shù)量級(jí)，系統(tǒng)OSNR容限提高2dB左右，對(duì)應(yīng)傳輸能力增加約60%，無(wú)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)。

　　100G設(shè)備技術(shù)演進(jìn)趨勢(shì)

　　寬帶運(yùn)營(yíng)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(cè)試和布點(diǎn)，積累100G設(shè)備規(guī)模商用的經(jīng)驗(yàn)，目前100G設(shè)備可以基本滿足商用部署要求，但在傳輸能力、設(shè)備功耗、設(shè)備運(yùn)維能力等方面還有進(jìn)一步提升的空間。進(jìn)一步提升設(shè)備的技術(shù)性能

　　目前100G HD-FEC系統(tǒng)傳輸能力不強(qiáng)，尤其是光纖鏈路中存在大衰耗長(zhǎng)跨段時(shí)，無(wú)電中繼傳輸距離也就在300-400km，對(duì)幅員遼闊的大國(guó)無(wú)法有效覆蓋，因此SD-FEC是100G長(zhǎng)距離傳輸系統(tǒng)必須支持的商用技術(shù)。

　　目前100G系統(tǒng)關(guān)鍵的集成了高速ADC+相干處理算法+SD-FEC的ASIC芯片還在持續(xù)改進(jìn)。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(lái)縮短業(yè)務(wù)保護(hù)倒換時(shí)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(lái)發(fā)送端驅(qū)動(dòng)器可能跟光調(diào)制器進(jìn)一步集成、光接收端就是一個(gè)光組件，這樣集成度和性能都可能提升。改善100G線路側(cè)模塊高速電路、電源等設(shè)計(jì)，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在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(guò)3W/inch2。功耗大了不但浪費(fèi)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(guò)高會(huì)嚴(yán)重影響設(shè)備的壽命和可靠性，因此設(shè)備降耗是100G必須進(jìn)一步解決的問(wèn)題。

　　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(guò)優(yōu)化算法減少邏輯單元數(shù)量來(lái)降低功耗，遠(yuǎn)一點(diǎn)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(cè)試、運(yùn)維監(jiān)測(cè)等手段

　　隨著光通信系統(tǒng)從低速向高速演進(jìn)，測(cè)試手段應(yīng)越來(lái)越完善，現(xiàn)實(shí)情況是由于信號(hào)速率的提高，測(cè)試難度大大增加，100G測(cè)試方法/標(biāo)準(zhǔn)還沒(méi)有起草，新的測(cè)試儀表沒(méi)有及時(shí)跟進(jìn)，主要表現(xiàn)在：(1)100G發(fā)射機(jī)、接收機(jī)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)和儀表缺乏;(2)實(shí)驗(yàn)室缺乏100G抖動(dòng)測(cè)試儀表;(3)100G OTN儀表無(wú)法驗(yàn)證新型FEC編碼的糾錯(cuò)能力;(4)工程運(yùn)維中100G的OSNR等無(wú)法有效監(jiān)測(cè)等等。100G作為一代長(zhǎng)壽命的產(chǎn)品，完善的設(shè)備測(cè)試和運(yùn)維監(jiān)測(cè)手段是今后要解決的問(wèn)題。

　　經(jīng)過(guò)光通信界的共同努力，100G DWDM技術(shù)已基本成熟，主流光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備商都適時(shí)推出了100G長(zhǎng)距離光傳輸解決方案，國(guó)內(nèi)外運(yùn)營(yíng)商已啟動(dòng)了商用測(cè)試的步伐，我們將迎來(lái)100G DWDM時(shí)代。

　　100G DWDM設(shè)備規(guī)模商用將啟動(dòng)，未來(lái)100G設(shè)備會(huì)在系統(tǒng)性能、功耗及測(cè)試運(yùn)維技術(shù)手段方面進(jìn)一步提升，更好地滿足運(yùn)營(yíng)商TCO降低的需要。