后100G时代,400G光传输存在哪些绊脚石?

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访客:42728  发表于:2014-08-20 11:11:12

2009年,Verizon在巴黎和法兰克福之间部署了第一条商用100G光纤链路。随后,阿尔卡特朗讯所提出的100G信号调制方式与相干接收技术被写入国际标准,大大加快了该技术的产业化进程。2013年,100G技术在全球市场迎来了爆发性增长,100G的收入逼近整体市场的15%。在中国市场,中国移动和中国电信的100G集采规模更是不断的刷新世界记录,因此,2013年也被称为100G技术的“中国商用元年”,业界也广泛认为100G技术开启了“黄金十年”的商用期。就在这股100G热潮不断高涨之际,2014年初,阿尔卡特朗讯在中国的旗舰公司上海贝尔宣布了与中国移动研究院合作成功完成中国首次基于商用平台的400G光传输测试。相对于从10G/40G到100G,这次在这么短的时间内,国内最大的移动运营商就将注意力从100G投向400G,这让业界的关注点迅速转向400G甚至更高速率的光传输技术上。

后100G时代,400G光传输存在哪些绊脚石?

400G光传输技术在业界已不算陌生

2012年初,阿尔卡特朗讯就首家发布了400G PSE商用芯片,随后Ciena也发布了400G商用芯片。

在2013年的OFC上,Ovum分析师认为,200G-400G的部署将比预期来的更快。特别在一些高流量地区,这一趋势将更加明显。400G已经在数据中心互联等一些大带宽应用场景下已经显露出了其价值。

同年,400G商用平台率先在全球开始商用,并在欧洲、北美、亚太等多家重要运营商的现网上进行了部署,这一切都让人感觉400G的商用步伐似乎太快了。

400G光传输技术将成为后100G时代的关键技术

从行业方面来看,无论是运营商还是全球主流的设备商,掌握领先的400G技术,便掌握了未来网络发展的方向,因此400G技术将成为运营商和设备商未来争夺的制高点。

在“2013移动互联网国际研讨会”上,中国移动通信研究院专家就表示,在超100G技术上,中国移动将掌握主动,攻关核心技术,积极实践探索后100G技术发展方向,不断推动网络基础承载能力提升;目前,400G标准化工作正在各标准化组织推进,主要传输设备厂商已经能够提供400G传输设备,中国移动将于2014年进行400G测试。

在“2013光通信技术和发展论坛”上,中国电信集团科技委主任韦乐平指出,按照目前的流量发展趋势,未来5年,网络流量年增长近40%,将以100G主导;2017年,骨干最大截面传输带宽约为38Tb/s,需要 5个80波分100G系统,只要可行,400G是更合理的选择;未来5-10年,网络流量年增长约30%,高流量地区将需要45-125Tb/s,只要可行,400G应该是主导速率。

400G光传输技术目前还存在标准之争

40G时代,由于技术标准未统一,多种技术制式并存导致了互通性差、成本高、商用化进程慢。100G技术在标准化前也经历过标准之争,最终阿尔卡特朗讯所倡导的PDM-QPSK调制方式和相干接收技术以优良的性能统一了标准。同样,对于超100G的标准,不可避免的也存在着标准之争。

无论是芯片厂商还是系统集成商,目前主要关注的还是400G。从40G的前车之鉴可以看出,没有统一的标准,400G将可能会重蹈40G的覆辙。目前主要厂商的400G系统有以下三种实现方案:

● 通过四载波的100G PDM-QPSK方式来构建400G超级波道

这种方案的好处是:100G技术已规模商用,技术成熟,成本低,跨距长。

● 通过双载波的200G PDM-16QAM方式来构建400G超级波道

这种方案的好处是:频谱效率提升165%以上,系统集成度较高,体积小,功耗低,目前已开始商用。

● 通过单载波的400G PDM-32QAM方式来构建400G波道

这种方案的好处是:频谱效率提升300%以上,系统集成度高。

在上述三种方案中,单载波方案频谱效率最高,看似最好的解决方案,但是由于香农定律的限制,其技术实现难度大,成本高,跨距短(<200Km),如果没有大的技术突破,在长途传输中的应用前景并不乐观。业内专家曾指出,以目前的技术水平,单载波方案只适合于城域应用。四载波方案的优势在于技术成熟、成本低、跨距长,但只有在引入频谱压缩技术提高频谱效率,并通过芯片升级解决集成度和功耗问题的前提下,这种400G系统才是有意义的,否则以目前的100G芯片搭建出来的400G系统其本质还是100G系统。而对于双载波方案来说,频谱效率高和已开始市场商用是其最大的优势,以阿尔卡特朗讯和Ciena为代表的厂商已可以提供400G商用芯片,这可能会直接影响到400G标准的走向。但是,以目前国内大规模使用的光纤质量和光放大器来看,这种方案的的跨距相对较短,商用跨距在500km左右,这在长途传输应用场景中有一定的限制。如果结合低损耗光纤和新型光放大器,双载波方案的跨距可以超过1000km,基本满足长途传输应用。上世纪90年代敷设的“八纵八横”骨干网如今临近“退役”,中国电信已率先在新一轮的光纤网络建设中采用低损耗光纤。通常来说,这些新敷设的光纤具有20年生命周期,将为400G、1T乃至更高容量光通信系统的商用打下坚实的基础。

400G光传输技术门槛很高

传输的本质就是以更高的频谱效率和更低成本进行长距离的信息传送。在超100G时代,进一步提升系统容量和性能将面临巨大的挑战。因此如何在效率和成本之间找到一个平衡点,将影响着400G标准的发展。从香农曲线与调制方式的关系图中可以看出,进一步增加频谱效率意味着更高的信噪比要求,这也将直接导致400G系统的技术实现难度大大增加和成本快速上升。

后100G时代,400G光传输存在哪些绊脚石?

从前面的标准之争可以看出,400G技术走向的选择其实就是厂商技术实力的较量。作为超高速光传输的核心技术,从100G时代起,超高速数字信号处理芯片较以往的研发难度大大增加,因此到目前规模商用为止,真正掌握这项技术的设备厂商依然很少。贝尔实验室从2005年就成功实现了100G的演示,但是到了2010年才开始提供100G的DSP芯片,其技术难度从研发的时间长度中也可见一斑。在400G技术上,超高速光电数字信号处理及芯片的实现仍然是最大的挑战。由于超高速光电处理及相关芯片涉及光学和微电子等基础领域,400G在频谱效率、传输距离、集成度、成本和功耗等方面需要大量的技术积累和工艺创新,才能达到商用化要求水平,这是绝大多数设备厂商在发展400G技术时面临的最大障碍。

400G光传输系统涉及到以下一些关键技术,如

1、提高频谱效率的高阶调制方式;

2、光纤非线性效应的抑制和补偿技术;

3、更加高效和高增益的前向纠错技术(FEC编码);

4、具有更高效算法、更大规模处理能力的数字信号处理;

5、更高速的模数转换(ADC)技术;

6、能适应多种频谱宽度的灵活栅格技术(Flex-grid)

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