100G OTN從2013年起飛

近兩年，伴隨著家庭寬帶接入方式從xDSL逐步升級(jí)為PON，以及有線、無線寬帶用戶量的持續(xù)快速增長，高速互聯(lián)網(wǎng)、IPTV、3D高清視頻、云計(jì)算、云存儲(chǔ)、物聯(lián)網(wǎng)等寬帶應(yīng)用的不斷涌現(xiàn)，促使傳輸網(wǎng)絡(luò)從骨干到城域網(wǎng)絡(luò)帶寬需求成倍增長。未來數(shù)年，干線網(wǎng)絡(luò)還將長期面臨巨大的帶寬壓力，100G WDM/OTN大容量傳輸網(wǎng)絡(luò)將是緩解運(yùn)營商帶寬壓力的惟一有效手段。

100G的市場(chǎng)預(yù)期

隨著100G標(biāo)準(zhǔn)的完備和100G 調(diào)制技術(shù)的成熟，100G相關(guān)的產(chǎn)業(yè)鏈更加完整，業(yè)內(nèi)普遍預(yù)測(cè)100G 相關(guān)產(chǎn)品的成本將會(huì)大幅降低，100G系統(tǒng)將具備8~10年的生命周期。

日前據(jù)Dell‘Oro發(fā)布最新預(yù)測(cè)報(bào)告《2013-2017 Optical Forecast Report》中指出（見圖1），2012年到2013年，100G開始在市場(chǎng)上取代40G，成為傳輸?shù)闹髁鲬?yīng)用。預(yù)計(jì)到2017年，WDM/OTN產(chǎn)品出貨中，100G占比將超過60%。2013年到2017年，全球100G出貨量年復(fù)合增長率高達(dá)47%。

100G關(guān)鍵技術(shù)

100G WDM/OTN系統(tǒng)可在C波段提供80×100G的傳輸容量。100G關(guān)鍵技術(shù)包含100G線路發(fā)送端調(diào)制技術(shù)、100G相干接收和DSP技術(shù)、SD-FEC以及100G 客戶側(cè)技術(shù)等。

100G線路調(diào)制技術(shù)

DWDM的長距傳輸主要受限于以下物理限制：1）OSNR；2）色散；3)非線性效應(yīng)；4）PMD。這些物理受限因素和調(diào)制信號(hào)速率密切相關(guān)，調(diào)制速率越高，影響越明顯。

QPSK（Quadrature Phase Shift Keying）是100G調(diào)制方式的最佳選擇，100G信號(hào)比特率是112Gbit/s或者更高。如果直接采用QPSK調(diào)制，會(huì)對(duì)系統(tǒng)的光/電器件提出非常高的技術(shù)要求。所以引入了光偏振復(fù)用（Polarization Multiplexed）方案。偏振復(fù)用采用兩路獨(dú)立的光偏振態(tài)來承載56GHz業(yè)務(wù)。每路偏振態(tài)都采用QPSK調(diào)制方式，可以將波特率進(jìn)一步降低到28Gbit/s，從而可以降低光/電器件的帶寬要求，并降低了系統(tǒng)功耗和成本。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織綜合此兩種技術(shù)選擇“偏振復(fù)用-正交相移鍵控碼”( PM-QPSK)做為標(biāo)準(zhǔn)100G光調(diào)制方式。

相干接收和DSP技術(shù)

由于經(jīng)過長距離傳輸后的PM-QPSK光信號(hào)其偏振態(tài)會(huì)隨機(jī)變化，接收端的本地光振蕩器與接收光信號(hào)存在頻率差以及相位差，成熟的解決方案是采用高速電信號(hào)處理（DSP）技術(shù)來處理接收的信號(hào)。通過采用復(fù)雜的高級(jí)電信號(hào)處理補(bǔ)償技術(shù)，100G系統(tǒng)PMD容限和CD容限優(yōu)于10G系統(tǒng)，并且可降低PMD和CD引入的傳輸代價(jià)，具有較高的光接收靈敏度。

軟判決SD-FEC

10G NRZ在糾錯(cuò)前誤碼率為2x10-3(超強(qiáng)糾錯(cuò)編碼糾錯(cuò)門限)時(shí)OSNR容限小于12dB，100G的PM-QPSK的糾錯(cuò)前誤碼率為2x10-3時(shí)的OSNR容限在15.5dB左右，也就是說采用相同能力的FEC，100G系統(tǒng)的傳輸距離只有10G系統(tǒng)的一半。因此需要更高效率的FEC技術(shù)來提高100G系統(tǒng)能力，也就是軟判決SD-FEC。

在10G/40G系統(tǒng)，采用的硬判決FEC中，解碼器判斷信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)是在二進(jìn)制的0和1之間進(jìn)行選擇的，這種編碼模式丟棄了信號(hào)的一些統(tǒng)計(jì)特性。而軟判決SD-FEC最大限度使用信號(hào)中包含的信息，會(huì)精細(xì)化分信號(hào)的判斷標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)用更豐富的采樣信息來判斷接收到的信號(hào)是“1”還是“0”。使用更多的采樣信息，解碼器可以提供更高的解碼準(zhǔn)確率以此提高系統(tǒng)性能。軟判決FEC比硬判決FEC的凈編碼增益高2dB。

100G客戶側(cè)CFP模塊

IEEE定義了100GE的速率為103.125Gbit/s。IEEE和ITU-T定義了100GE的4種物理層接口。盡管10×10G的100GE客戶側(cè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)還在討論中，OIF定義了100G客戶側(cè)可熱插拔光模塊CFP類型有4波長（4×25G，100GBASE-LR4/ER4）和10波長（10×10G，100GBASE-LR10/ER10）。其中100GBASE-LR4和100GBASE-LR10的CFP客戶側(cè)模塊已廣泛應(yīng)用于高速路由器、交換機(jī)和WDM系統(tǒng)的Client側(cè)。100GE客戶側(cè)CFP模塊采用光子集成技術(shù)（PIC），實(shí)現(xiàn)了小體積、低功耗。

在100G WDM/OTN系統(tǒng)中，廣泛采用了CFP封裝的客戶側(cè)模塊來接入100GE或OTU4業(yè)務(wù)。其中100GBASE-LR4 和100GBASE-LR10應(yīng)用最為廣泛。100G BASE-ER4和100GBASE-ER10 技術(shù)還不成熟，有待進(jìn)一步研發(fā)。

100G發(fā)展展望和超100G的挑戰(zhàn)

三大運(yùn)營商從今年開始在全國部署100G網(wǎng)絡(luò)。其中中國電信100G集采預(yù)計(jì)將會(huì)超過2500塊板卡，這將超過中國移動(dòng)在年初的采購數(shù)量，加速了100G規(guī)模商用時(shí)代的到來。中國聯(lián)通將在2013年底或2014年初，進(jìn)行一干100G的建設(shè)，集采規(guī)模將超過中國電信。

隨著100G技術(shù)的成熟商用，多個(gè)設(shè)備廠家在超100G技術(shù)的研發(fā)上也投入了巨大精力，主要致力于400G和1T的傳輸技術(shù)，并取得不少技術(shù)突破。基于現(xiàn)有的技術(shù)研發(fā)水平，設(shè)備廠家更傾向于400G。由于400G還面臨大量技術(shù)瓶頸，同時(shí)相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈還處于萌芽階段，業(yè)內(nèi)專家預(yù)測(cè)到2020年國內(nèi)市場(chǎng)才能實(shí)現(xiàn)400G的小規(guī)模商用。

國內(nèi)廠家在100G和超100G技術(shù)的研發(fā)上，已走在了世界前列，其中中興通訊已經(jīng)推出并成熟規(guī)模商用的100G WDM/OTN系列產(chǎn)品。其100G WDM/OTN系列平臺(tái)，支持10G/40G/100G傳輸速率，能夠靈活高效調(diào)度ODU0/1/2/2e/3/3e2/4/flex顆粒業(yè)務(wù)。產(chǎn)品覆蓋0.8T~9.4T/14.4T的ODUk交叉容量，并支持10G/40G/100G波長的光層交叉，已成功應(yīng)用于多個(gè)骨干網(wǎng)、本地網(wǎng)和城域網(wǎng)。