?。?）OSNR容限

 

　　OSNR容限是100Gb/s技術的另外一關鍵參數(shù),。對于相同的調(diào)制格式，100Gb/s相對于40Gb/s的OSNR容限要求要提升4dB左右,，這對于系統(tǒng)實際研發(fā)而言挑戰(zhàn)性很大,。目前采用不同調(diào)制格式的OSNR容限差異較大，但相同的調(diào)制格式另外采用相干接收后可顯著提升OSNR容限1～2dB以上,。幾種比較典型的碼型OSNR容限與頻譜效率之間的關系如圖 2所示(包括相干接收的相位?余量比較),。另外，具體容限值由于不同文獻可能采用不同的參考定義和具體物理實現(xiàn),，其相對值僅有參考意義,。

 

　　注：1P表示單個偏振態(tài)，2P表示偏振復用（雙偏振態(tài)）,。

 

 

圖2  100Gb/s 調(diào)制碼型OSNR容限比較

 

　?。?）非線性效應容限

 

　　100Gb/s由于采用了多級的相位（幅度）結合偏振復用的調(diào)制方式，其非線性效應不但包括主要自相位調(diào)制（SPM）和交叉相位調(diào)制（XPM）等效應,，同時也包括偏振態(tài)變化的非線性效應（光纖雙折射效應引起）,。另外，由于100Gb/s速率相對于40Gb/s而言,，在采用相同調(diào)制格式時,，比特率和波特率均上升2.5倍，其對于非線性效應的容忍特性與40Gb/s有所差異,，如圖 3所示,。另外，對于不同相鄰通路的速率的XPM效應,，100Gb/s相對于40Gb/s而言非線性容限要高一些,，如圖 4所示,。

 

 

圖3  100Gb/s PDM-QPSK系統(tǒng)的非線性效應

 

 

圖4  100Gb/s與40Gb/s基于不同相鄰通路的XPM效應比較

　　（6）FEC

 

　　FEC技術引入到高速傳輸系統(tǒng)后可顯著增加系統(tǒng)傳輸距離,，但編碼增益與增加FEC開銷后所帶來的代價兩者之間需要平衡,，同時FEC技術還需要考慮到現(xiàn)有芯片實現(xiàn)技術的可行性和兼容性等因素。由于具體實現(xiàn)軟硬件技術差異,、市場競爭需要等多種因素,，目前對于100Gb/s技術僅在域間接口規(guī)范采用基于ITU-T G.709的RS(255,239)編碼，對于其他更復雜且編碼增益更高的編碼,，目前不同國內(nèi)外研發(fā)機構正在研究,，ITU-T和OIF等標準組織也正在進一步地討論規(guī)范化的可能性。

 

　　3 100G設備及應用現(xiàn)狀

 

　　借鑒了40Gb/s技術多年的探索和研究經(jīng)驗,，100Gb/s技術在實現(xiàn)路線選擇上避免了百花齊放的格局,，采用偏振復用、正交相移鍵控（QPSK）調(diào)制,、基于數(shù)字信號處理（DSP）相干接收的技術方案業(yè)界基本統(tǒng)一,，這就對于整體產(chǎn)業(yè)鏈的合理發(fā)展形成了有力的驅動。從最近100Gb/s傳輸設備的具體實現(xiàn)來看,，目前主要傳輸設備均采用了類似的技術路線,，但技術細節(jié)、設備功能,、設備性能等方面存在一定差異性,。目前100Gb/s設備及應用現(xiàn)狀如下：

 

　　（1）FEC支持類型和實現(xiàn)存在差異,，軟判和硬判均在使用

 

　　隨著信息傳輸波特率的提升,，100Gb/s WDM系統(tǒng)的彩光接口一般都需要采用不同的FEC技術來提升系統(tǒng)傳輸性能。目前不同廠商的100Gb/s設備選擇支持基于硬判決（HD）和軟判決（SD）兩種基本類型,，而且具體HD或SD的冗余速率也不統(tǒng)一,，典型如7%或20%的HD，15%或20%的SD等等,。具體選擇HD或SD與系統(tǒng)性能,、集成度和功耗等密切相關，一般而言相同冗余速率的SD將比HD性能有所提升,，但同時帶來集成度降低和功耗提升的額外代價,。

 

　　（2）和OTN結合已成業(yè)界共識,，但目前交叉容量有限

 

　　雖然100Gb/s本身的技術焦點是長距傳輸,，但隨著OTN組網(wǎng)及應用的發(fā)展，支持100Gb/s長距傳輸?shù)腛TN設備應用需求明顯,，主要是為了在提升鏈路傳輸容量的同時支持大粒度業(yè)務的調(diào)度和生存性保障,。目前100Gb/s WDM設備大都支持和OTN交叉技術結合,，一般采用兩種模式，即100Gb/s板卡直接作為OTN交叉的線路輸出（OTN和WDM緊耦合）,，或者OTN交叉板卡的線路輸出作為100Gb/s長距板卡的客戶側輸入（OTN和WDM松耦合）,。另外，受限于目前技術實現(xiàn)水平,，實驗室驗證的最大交叉能力達到12.8Tb/s，相對于8T/s的100Gb/s傳輸容量而言,，OTN調(diào)度容量有所偏小,。

 

　　（3）智能控制功能已基本具備,，主要基于OTN平臺

 

　　隨著未來云計算,、物聯(lián)網(wǎng)等業(yè)務應用驅動，光傳送網(wǎng)絡的智能控制功能變得更為重要,。目前基于100Gb/s的OTN設備大都支持不同ODUk的智能控制功能,。另外，業(yè)內(nèi)也有在同一傳輸平臺上同時提供L0~L2的多層交換和跨層控制功能的技術發(fā)展趨勢,。從業(yè)務的基本恢復功能來看,，不同廠商設備的ODUk粒度業(yè)務恢復時間還存在一定差異，目前基本量級是數(shù)百ms量級,。

　?。?）100Gb/s設備基本成熟，已啟動初步（試）商用

 

　　經(jīng)過國內(nèi)三大運營商,、中國教育網(wǎng)等開展的100Gb/s設備測試結果來看,，100Gb/s設備整體上趨于基本成熟，100Gb/s設備的（試）商用化進程即將開啟,。從關鍵測試指標來看,，100Gb/s WDM設備在實驗室采用G.655/G.652最長可達到20×22dB(80km)甚至更長的傳輸距離（注：采用常規(guī)EDFA放大），相應的光信噪比（OSNR）代價和品質(zhì)因子（QdB）代價均在要求的范圍以內(nèi),，而且穩(wěn)定的溫度循環(huán)結果等測試結果也進一步驗證了100Gb/s設備關鍵芯片,、模塊以及設備整體的穩(wěn)定性。另外,，中國教育和科研計算機網(wǎng)（CERNET）于2012年年初啟動了100Gb/s 光波分復用（WDM）系統(tǒng)的國內(nèi)招標,，中國移動更是在2012年11月份啟動了較大規(guī)模的100Gb/s 光傳送網(wǎng)（OTN）/WDM設備的招標,中國電信和中國聯(lián)通近期正在籌備相應項目，100Gb/s技術的（試）商用進程即將開啟,。

 

　?。?）部分關鍵器件芯片依賴性強，產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展尚待進一步完善,，

 

　　雖然國內(nèi)100Gb/s 設備基本成熟,，但其關鍵器件芯片部分依賴進口,，典型如調(diào)制器、模數(shù)轉換（ADC）,、DSP處理芯片等,。從2013 OFC全球大會的情況來看，提供100G相應器件芯片的廠商已越來越多,，這為100Gb/s技術整體的產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展奠定了良好的基礎,，也將進一步降低100Gb/s部署成本。但是,，受限于商業(yè)芯片的技術現(xiàn)狀,，目前100Gb/s設備整體集成度較低，功耗偏大,，更高集成度和更低功耗的新一代100Gb/s設備有待繼續(xù)研發(fā),。

 

　　4 100G標準進展

 

　　100Gb/s技術的國內(nèi)標準化工作主要由CCSA的傳送網(wǎng)與接入網(wǎng)工作委員會（TC6）的傳送網(wǎng)工作組（WG1）和光器件工作組（WG4）來制定。最近取得的主要標準進展包括：WG1完成了“N×100Gb/s光波分復用（WDM）系統(tǒng)技術要求”的報批稿,，以及“N×100Gb/s光波分復用（WDM）系統(tǒng)測試方法”（近期報批）,，同時WG4已開始開展100Gb/s光模塊及組件的標準參數(shù)研究。其中“N×100Gb/s光波分復用（WDM）系統(tǒng)技術要求”中主要規(guī)范了N×22dB傳輸模型在G.655和G.652光纖上的關鍵傳輸參數(shù)規(guī)范,，同時考慮了系統(tǒng)技術實現(xiàn)的差異性,，采用背靠背OSNR容限、系統(tǒng)傳輸距離規(guī)則,、FEC糾錯前誤碼率等多種參數(shù)量化,，目前規(guī)范的最遠傳輸能力達到18×22dB（18×80km，適用G.652光纖）和16×22dB（16×80km,，適用G.655光纖）,。

 

　　100Gb/s 的國際標準主要由ITU-T、IEEE和OIF等標準組織制定,。其中ITU-T的SG15主要負責光傳送網(wǎng)及接入網(wǎng)的標準化工作,，其中Q6主要負責物理層傳輸標準的規(guī)范工作，Q11主要負責邏輯層傳送標準的規(guī)范工作,。目前針對100Gb/s的標準化工作主要在G.682,、G.sup39、G.709等標準中規(guī)范,，其中G.682今年已經(jīng)明確提出進行100Gb/s參數(shù)的規(guī)范,，而G.sup39逐步引入100Gb/s技術涉及的一些工程參數(shù)考慮，同時G.709的ODUk容器已經(jīng)支持基于100Gb/s速率的ODU4,。

　　IEEE的802.3主要負責以太網(wǎng)物理層規(guī)范的制定,，目前已經(jīng)完成了基于40GE和100GE的物理層規(guī)范802.3ba，目前正在開展背板互聯(lián)（802.3bj）以及新一代40Gb/s和100Gb/s物理接口的規(guī)范（802.3bm）,，其中802.3bm是2012年3月IEEE 802全會上通過的新標準項目立項,，其主要目標是完成多模光纖20/100m以上,、以及單模光纖500m以上的傳輸距離，預計2014年3月802.3bj標準完成,，2015年3月802.3bm標準完成,。

 

　　OIF的PLL主要負責高速模塊及器件的規(guī)范制定工作，目前已經(jīng)完成了100Gb/s 長距傳輸模塊,、相干接收機等實現(xiàn)協(xié)議（IA）,，目前正在進行第二代的100Gb/s長距傳輸模塊和相干接收機的IA、基于城域應用（中距離）的100Gb/s DWDM傳輸框架,、以及基于28G的甚短距離傳輸?shù)耐ㄓ秒娊涌冢–EI-VSR）等IA的制定工作,。

 

　　從100Gb/s標準化整體進展來看，目前100Gb/s標準基本完善,，正在進行進一步提升集成度、降低功耗等相關標準的規(guī)范制定過程之中,，預計到2015年左右新一代的100Gb/s標準化工作也將完成,。

 

　　5 100G應用建議

 

　　隨著100Gb/s技術的逐步成熟和標準化的基本完善，基于100Gb/s技術的應用策略成為目前業(yè)界關注的焦點問題,。綜合考慮目前40Gb/s和100Gb/s商用關系,、100Gb/s關鍵技術差異、以及100Gb/s產(chǎn)業(yè)整體發(fā)展等諸多因素,，未來100Gb/s部署時建議應考慮如下一些應用策略：

 

　?。?）推進100Gb/s和40Gb/s按需部署，協(xié)同發(fā)展

 

　　面對大容量業(yè)務的傳送需求,，目前主要有40Gb/s和100Gb/s兩種高速傳輸技術選擇,。40Gb/s網(wǎng)絡已規(guī)模商用，100Gb/s初具商用能力,，兩者在未來實際部署時面臨競爭和協(xié)作,，主要涉及到帶寬承載能力、部署成本,、運維管理,、技術發(fā)展趨向等方面。從帶寬承載能力上看,，按照思科預測的互聯(lián)網(wǎng)流量年均28%左右的增長率估計,，未來3-5年整體傳輸帶寬需求增長2-4倍左右，綜合考慮現(xiàn)有網(wǎng)絡規(guī)模10Gb/s遠大于40Gb/s的現(xiàn)狀,，40Gb/s尚能滿足帶寬傳輸需求,；對于部署成本而言，由于100Gb/s系統(tǒng)處于初期應用階段,，整體價格明顯大于40Gb/s  2.5倍以上,，但考慮到100Gb/s技術路線及產(chǎn)業(yè)鏈的趨同性,，同時40Gb/s多種傳輸碼型導致整體價格很難顯著下降(雖然目前支持趨同100Gb/s路線的40Gb/s設備增多)，未來100Gb/s系統(tǒng)的價格優(yōu)勢將逐步體現(xiàn),；在運維管理和技術發(fā)展趨向方面,，基于單一傳輸碼型、單波長更大容量和無色散補償?shù)?00Gb/s系統(tǒng)無疑優(yōu)勢明顯,。國內(nèi)運營商的研究機構認為,，從技術上講，100G技術已經(jīng)基本成熟,，已步入規(guī)模應用的全新階段,，從成本上講，100G OTU每比特傳送成本目前已達到40G OTU 0.8～1.5倍,，比起11年接近2倍的價格水平有了顯著降低,，因此，國內(nèi)一些運營商正在考慮跨越40G直接部署100G,?？偠灾A計未來100G將逐步主導高速傳輸市場,。

 

　?。?）100Gb/s技術商用應循序漸進，推動100Gb/s網(wǎng)絡合理部署

 

　　100Gb/s技術雖然目前在實驗室進行了比較充分的測試驗證,，而且測試驗證結果整體較好,，但相對工程應用，實驗室短期測試尚不能完全驗證所有存在問題,?？紤]到100Gb/s系統(tǒng)承載容量巨大（滿波8Tb/s），網(wǎng)絡的安全穩(wěn)定性尤為重要,，建議100Gb/s技術在具體部署時應循序漸進,，在選擇一定規(guī)模試商用網(wǎng)絡較長期運行的基礎上，逐步驗證100Gb/s技術在規(guī)模商用前期存在的問題,，逐步反饋并解決后逐步擴大商用規(guī)模,，推動100Gb/s網(wǎng)絡合理部署，在進一步顯著提升傳送網(wǎng)傳輸容量的同時,，盡可能保證傳輸系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性,。

　　（3）維持合理價格水平,，促進產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展

 

　　40Gb/s技術多傳輸碼型的產(chǎn)業(yè)格局和惡意的市場競爭等因素導致整體產(chǎn)業(yè)基本處于微利或虧本的狀態(tài),，在一定程度上嚴重阻礙了40Gb/s產(chǎn)業(yè)鏈的健康發(fā)展。100Gb/s技術雖然傳輸碼型趨同，但多家供應商并存的現(xiàn)狀也有可能導致100Gb/s設備在競標時的惡意價格競爭,，如不及時遏制,，100Gb/s產(chǎn)業(yè)應用將會重蹈40Gb/s技術的覆轍，整個高速傳輸產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將會受到嚴重阻礙,，而承載巨大信息容量的100Gb/s傳輸設備的在線生命周期將可能顯著縮短,。為防止類似現(xiàn)象發(fā)展，建議運營商,、設備商,、器件模塊商、設計和研究機構等業(yè)務集體努力,，維持100Gb/s新技術在商用時的合理價格水平,，保持一定的盈利水平，維護并促進100Gb/s產(chǎn)業(yè)鏈健康穩(wěn)定發(fā)展,。

 

　　6 結論

　　100Gb/s關鍵技術涉及傳統(tǒng)光域,、超高速電域數(shù)字信號處理等諸多方面，目前技術及設備發(fā)展基本成熟,，同時CCSA,、ITU-T、IEEE,、OIF等相應國內(nèi)外標準制定基本完善。在未來實際部署100Gb/s時,，運營商應充分考慮自身現(xiàn)網(wǎng)情況,，注重考慮100Gb/s技術與10Gb/s、40Gb/s技術共存和平滑演進,、100Gb/s關鍵技術差異,、以及100Gb/s產(chǎn)業(yè)整體發(fā)展等諸多因素，推進100Gb/s循序漸進地進行規(guī)模應用,。