100G光傳輸系統(tǒng)

1、 100G光傳輸系統(tǒng)摘要：目前，各種寬帶業(yè)務蓬勃發(fā)展，用戶對于帶寬的需求也越來越大。這對現(xiàn)有傳輸網造成的壓力越來越大，增加傳輸網的帶寬已經是刻不容緩。100G光傳輸技術的出現(xiàn)將大大緩解運營商所面臨的難題。本文將要介紹100G光傳輸系統(tǒng)的研究背景、基本特點、關鍵技術以及應用發(fā)展現(xiàn)狀。關鍵字：100G關鍵技術發(fā)展現(xiàn)狀一、研究背景在通信領域，越來越多的應用和服務涌進人們的生活。云計算機、社交網站、在線游戲和各種各樣的視頻服務的興起，使得互聯(lián)網流量劇增，對于通信網提出了更高的要求。根據IEEE的統(tǒng)計，電信網絡的增長率是30%，在數(shù)據密集的科研和金融網絡方面增長率達到7090。在中國，三大電信運營商中國

2、移動2012年無線上網業(yè)務流量同比增長187.6%，占運營收入比重達到12.2%，成為收入增長的主要驅動力；中國聯(lián)通全年移動數(shù)據流量同比增長92%；中國電信2012年手機上網總流量增長約2倍。數(shù)據流量的激增使得現(xiàn)有的通信網絡面臨越來越大的壓力，08年開始商用化的40G容量的骨干網絡已經不足以完全滿足業(yè)務需求。為了解決這一問題，同時要兼顧到經濟性，骨干傳輸網絡升級至100Gbps成為最佳的選擇。二、基本特點2.1優(yōu)勢大容量大容量是由器等數(shù)據設備的天然需求，也是傳輸網絡面對激增的數(shù)據量而是自身技術發(fā)展的趨勢。低時延100G光傳輸系統(tǒng)依靠超高的數(shù)據傳輸速率（10G技術的10倍）和相干光通信減少了DC

3、F傳輸時延，從而實現(xiàn)低時延。ETH友好10G/40GWDM支持LAN業(yè)務有局限性，受限于ODU2和ODU3容器的大小，無法全透明傳輸10GELAN。而100GWDM解決了各種速率以太網業(yè)務的透明傳送和互通性問題。包括10GELAN在內各種速率ETH業(yè)務的全透明傳送。支持統(tǒng)一映射方式。光纖光纜適應性強40G系統(tǒng)的PDM受限，而100GWDM系統(tǒng)不再受PMD限制。其PDM容限2535ps,通過DSP算法的改進，可以獲得更高的PDM容限，光纖光纜不再成為限制因素。高集成和低成本100GE單位比特成本是40GPOS的60%70%。圖1挑戰(zhàn)功耗100G系統(tǒng)80個波長滿配共需約2萬瓦，包括DSP,電交叉，

4、光模塊，風扇用電的。集成度光子集成電路（PIC）技術以一組微小芯片實現(xiàn)包括激光器、發(fā)射機/接收機、波分復用/解復用器、放大器等多個器件的功能。具有高集成度、低成本優(yōu)勢。100G缺乏有效測試手段100G采用偏振復用，且信號頻譜較寬，只能采用關斷激光器的方法，無法實時測試。系統(tǒng)性能重要指標糾前誤碼率只能通過廠家網管讀取。除此之外，缺乏在線測試儀表，無法實現(xiàn)在線測試業(yè)務。三、關鍵技術完整的100G技術傳輸方案和標準組織定義如下圖2和圖3（圖片來自華為技術）。圖2技術方案IEEETraniart1MGECWsAHfcIEEEAdmndngTechnologyforHumanity客戶側IEEE802.

5、3ba的100GE標準國麻電倍聯(lián)令OIFOPTICALIWTEJtNETWORKINGMUMOTN映射提案和100G光接口100G電接口，標準長途傳送標準圖3標準組織定義下面將將介紹100G光傳輸系統(tǒng)中的四項關鍵技術：線路傳輸技術、接口技術、封裝映射技術和關鍵光電器件技術。線路傳輸技術目前100G的線路傳輸主要有兩種技術方案：多波傳輸方案和單波傳輸方案。多波傳輸方案是將100G信號反向復用為多波長的10Gbps/40Gbps0TU2/0TU3信號。這種方案優(yōu)點是不會對現(xiàn)有10G或40G光傳輸網絡產生影響并且可在現(xiàn)有技術下實現(xiàn)，缺點是波長利用率較低，存在波長管理及多個波長間時延差控制問題。因此該

6、方案可以作為過渡方案。單波傳輸方案方案可以做到一個波長對應一個業(yè)務，從而簡化網絡管理。從器件的不斷發(fā)展和運營成本來看，該方案將會成為主流方案。由于100G信號傳輸比特速率增加和傳輸距離的延長，傳輸系統(tǒng)面臨的物理限制因素更加嚴峻，主要包括以下幾點：1)OSNR要求增高2)色散容限降低3)非線性效益增強4)PDM效益的增加等。為了減少上面不利因素的影響，通常需要采用特殊的編碼調制方式。采用相位調制格式。二進制差分相位調制(DPSK)相較于二進制啟閉鍵控(00K)在OSNR方面需求可以降低3dB，另外由于相移鍵控調(PSK)是一種恒包絡調制，有利于降低比特圖形的非線性效應。采用多進制調制。使用正交四

7、位調制(QPSK)可以滿足在40Gbps比特率不變的條件下將波特率降低，有效降低光譜帶寬，以支持50GHz間隔的WDM傳輸，此時PDM容量增加6ps8ps,這樣就滿足了長距離傳輸?shù)男枨?。采用RZ技術。相較于NRZ-OOK技術，RZ碼型可以降低系統(tǒng)的OSNR要求、增強了抵抗非線性效應的能力、增強了抵抗PDM效應，另外，帶啁啾的RZ碼型可以補償非線性效應產生的相位畸變，因此啁啾歸零碼差分正交四相位調制碼型(CRZDQPSK)成為了40G系統(tǒng)中最主要的碼型。采用偏振復用(PDM)方案。由于100G系統(tǒng)比特率至少高達112Gbps，若直接使用QPSK調制，對光電器件的工藝提出了很高的要求，而采用PDM

8、方案，則可以利用光的兩個獨立偏振態(tài)各自承載56Gbps業(yè)務信息，系統(tǒng)的波特率將降低28Gbps，這樣現(xiàn)有40G系統(tǒng)的光電器件就能用于100G系統(tǒng)，有利于降低功耗和成本。采用光相干檢測接收和DSP技術。光相干檢測技術可探測并同時獲知光場的偏振、幅度和相位信息，在了解這些信息后，可以調用數(shù)字信號處理(DSP)的方法消除色散和PMD導致的畸變和干擾，以此恢復碼元信息的純凈度。PDM-QPSK技術在成熟度和復雜度之間取得了最佳平衡，且可以很好的支持相干接收和DSP技術，三者相互配合，已成為100G傳輸?shù)淖钪髁鞯呐渲梅桨浮２捎肍EC技術。在100G系統(tǒng)中，使用了第三代前向糾錯技術(FEC)，這一代FEC

9、技術普遍采用低密度奇偶校驗碼(LDPC)、Turbo乘積碼(TPC碼)，可以提供11dB的凈編碼增益，可以降低OSNR的要求。接口技術目前，100GE的物理接口主要有以下3種。10 xl0GE短距離互聯(lián)LAN接口技術。通常采用并行的10根光纖或者10個C/DWDM傳輸100GE業(yè)務。此方案可以利用現(xiàn)有的10GE器件，比較成熟。4x25GE中短距離互聯(lián)的LAN接口技術。采用4波DWDM方式在同一根光纖上進行傳輸。此接口涉及的物理層技術無法利用現(xiàn)有器件和模塊，不成熟。同時，基于性價比考慮，需要考慮合適的編碼調制技術和WDM技術。10m的銅線銅纜接口和1Ill的系統(tǒng)背板互聯(lián)技術：主要用于電接口的短距

10、離互聯(lián)與內部互聯(lián)，采用1010GE的互聯(lián)方式100GE映射封裝技術將100GE適配到OTN有反向復用多波長和單波長傳送2種方案。根據IOOGE接口具體實現(xiàn)形式，有多種的技術組合。100GE串行接口映射到OTU4。采用標準100GOTN的接口進行封裝、映射、傳輸，波長利用率高。100GE串行接口反向復用與映射。將串行接口反向復用到標準10G或者40G低速OTN的接口進行傳輸。這需要耗費較多的波長資源。c)10 x10GE/4x25GE的100G復用與映射。將低速并行的以太網信號復用到100GE高速串行信號并映射到100GOTN接口，然后進行傳輸。關鍵光電器件技術100GE傳輸將采用高特殊調制、偏

11、振復用、光相干檢測接收/處理、新一代前向糾錯等新技術，這些都需要高速光電器件才能實現(xiàn)。為保證高速率數(shù)字信號的順利傳輸，光模塊和高速DSP是重中之重，前者用于信號的調制，后者則對相干電接受至關重要，只有這樣，才能提高接收靈敏度、加大傳輸距離。目前，一系列更加強大的、新型的光電器件都已進入開發(fā)、測試階段，khan光子集成技術(PIC),就將傳統(tǒng)的光通信器件和子系統(tǒng)由分離的激光器、調制器、控制單元、濾波器和波導等集成在一塊基片上，從而減小了體積和復雜度。國內光傳輸設備商華為、中興和烽火從去年開始逐步推出可商用化的100G設備。三個廠商的100G傳輸設備不但支持傳統(tǒng)的WDM設備類型(采用光波長轉換器(

12、OTU)和子速率復用器(TMUX)上下業(yè)務)，同時也支持基于支路和線路分離的光傳送網(OTN)設備類型，而且基于ODU4粒度最大的交叉容量也已達到6.4Tbit/s,目前正在測試驗證更高容量，同時也支持基于多粒度ODUK的交叉調度和子網連接保護(SNCP)等功能。另外，考慮到未來大規(guī)模智能化應用，基于OTN的自交交換光網絡(ASON)功能，目前國內100G設備均宣稱支持，具體支持能力正在進一步的測試驗證之中。從目前國內三廠商提供的100G設備來看，線路側(彩光)除了FEC存在差異之外均采用基于相干接收的偏振復用-正交相移鍵控(DP/PM-QPSK)傳輸碼型，其中有些廠商僅支持基于軟判決的FEC

13、,有些廠商分別支持軟判決和硬判決的FEC，但從系統(tǒng)傳輸性能來看，基本上按照FEC糾錯性能可分為兩類，即系統(tǒng)傳輸后糾錯前誤碼率至少小于1.0E-3和7.0E-5(系統(tǒng)Q因子余量均大于3dB)。另外，從100G設備關鍵模塊和器件來看，目前依然依賴于國外采購，這在一定程度上影響國內相應產業(yè)鏈的健康發(fā)展，國家和業(yè)界非常有必要共同努力，盡早在高速核心模塊和器件方面取得突破。四、發(fā)展現(xiàn)狀以100G為主的光通信網絡蓬勃發(fā)展。在標準化方面，ITU-T、IEEE和OIF3個組織在進行100G的相關標準化工作進展迅速。我國的100G傳輸系統(tǒng)由中國通信標準化協(xié)會傳送與接入技術委員會的傳送工作組負責制定。在去年10月

14、份召開的TC6全會上NX100Gb/s光波分復用(WDM)系統(tǒng)技術要求形成報批稿，NX100Gb/s光波分復用(WDM)系統(tǒng)測試方法也已形成送審稿。設備供應方面，阿爾卡特朗訊推出7950XRS核心路由器，出來速率可達400Gbit/s。主流測試企業(yè)思博倫、JDSU、Ixia、EXFO等測試廠商已推出覆蓋各個層面的測試設備。在中國，三大運營商相繼開始了100G實驗室測試工作。去年10月份，中國移動已經開啟了100G的采集部署，引領國內100G網絡的現(xiàn)網應用。預計今年將是我國100G技術的商用試點年，2014年是初步規(guī)模商用年，2015年是大規(guī)模部署年！參考文獻：余銀鳳，袁秀森，100G傳輸系統(tǒng)中的關鍵技術及解決方案，電信傳輸,2012(9):68-70徐震，100G光纖傳輸關鍵技術發(fā)展現(xiàn)狀，科技資訊，2012(12):35-36杜巖，100G光傳輸關鍵技術和國內外商用簡介，大科技，2012(9)：311-312徐榮，100G面臨的挑戰(zhàn)，網絡電信，2012(11)：35-36倪斌，100G應用與未來，網絡電信，201