超高速光傳送應對移動互聯驅動的帶寬激增

倪斌

通信業正處于一個令人激動的創新與變革期。

其中，移動互聯網可以說是在此輪變革中最令人矚目的熱點之一，一系列智能終端的出現以及3G的普及，使所有的普通人真正實現了隨時隨地接入互聯網的夢想。在3G網絡支撐下，人們通過智能終端不僅可以獲取信息，還可以實現許多以往無法想象的功能，比如視頻瀏覽、定位服務、在線游戲等。

按照貝爾實驗室的分析數據，到2014年，全球將有12億部以iPad為代表的聯網移動終端，以及25億部智能手機。所有這些終端帶來的數據增長是爆炸式的，據統計，智能手機每月流量是普通功能手機的35倍，而一部平板電腦的數據流量是普通手機的121倍，帶上網卡的筆記本電腦的流量甚至達到了普通手機的498倍。

在這些新型智能終端的驅動下，到2014年，移動互聯網的業務將占所有移動數據量的70%；到2015年，移動數據總量將是2010年的30倍；到2017年，全球將有107EB的數據來自于各種移動終端。所以，有人形象地說我們面臨著一場數據海嘯，那我們的基礎網絡是否已經做好了應對的準備呢？

光網絡的應對之道

作為基礎網絡，光網絡需要提前為帶寬的增長做好準備。目前來看，光傳送網從今天的10G、40G向100G演進已經勢不可擋。從Infonetic的統計可以看到，到2014年基于相干檢測技術的100G板卡的出貨數量會占到所有速率的40%。

從目前的情況來看，100G的標準已經完全成熟，IEEE、ITU-T、OIF和CCSA已經對100G的系統架構、模塊接口、鏈路標準以及設備技術規范和測試規范做了完善的定義。而在路由器、光傳送、光模塊和測試儀表等各個領域，目前都已經有了多個廠家能提供成熟商用的產品。所以，可以說100G的整個生態圈已經非常完善。

相比于40G編碼方式的多樣性，100G的技術路線相當明確，業界公認PDM-QPSK+相干檢測是100G的最佳解決方案。但是，100G并不是光網絡帶寬演進的終點，目前各廠家都已經開始展開對于400G甚至1T的系統的研究。但從圖1我們可以看到，100G以上系統的研發面臨著香農定律的限制，必須在頻譜效率、性能和容量方面做平衡。

如圖1所示，如果調制相位從目前100G普遍采用的4相位發展到400G的16相位，系統的OSNR需求將提高3.8dB；如果要進一步提升到256相的話，系統OSNR將達到19dB以上，這無疑將使系統的傳送距離大大縮短。

如果要實現400G甚至是T比特傳送，我們可以在以下幾方面做改進。

1.更高性能的DSP處理芯片。它使我們有能力引入SD-FEC，相比于HD-FEC，大致可以提升系統OSNR性能1.5dB左右，即圖1中的紫色點向香農曲線的極限推進1.5dB。當然，SD-FEC會帶來更多的開銷字節、更高的成本和更長的時延，我們需要視網絡實際需求靈活采用。對于100G系統，基于HD-FEC的技術已經可以做到2000公里無電中繼傳送，已可滿足絕大部分網絡的需求；但對400G以上的系統，SD-FEC是必須采用的技術。

2.靈活格柵技術。100G以后的傳送速率一般需要大于50GHz的頻譜，比如400G的采用雙載頻和16相位復用后其理論頻譜寬帶是100GHz。經過一些技術處理后，其頻譜寬帶可以壓縮到75GHz，這樣就帶來一個如何在C波段內有效安排不同頻譜寬度的信號問題。靈活格柵技術定義了最小12.5GHz的頻譜寬度，允許以此為單位靈活安排不同的信號，從而將頻譜利用度最大化。

3.Raman光放。Raman光放并不是新的技術，在向100G以上速率進軍時，我們需要獲得更佳的系統OSNR，Raman光放的低噪聲系數對此有很好的幫助。

4.超級波道（superchannel）。通過將若干個100G信號調制在一起可以獲得一個T比特級別的高速信號。通常這些子信號通過OFDM方式調制以獲得最佳的頻譜效率。由于每個子信號都是1個100G信道，所以100G的DSP及相關處理技術可以看做構建更高速率信號的基本模塊。

圖1 調制相位與OSNR的關系

5.先進的功率控制技術。眾所周知，更高的入纖功率可以帶來更佳的OSNR性能，但同時會帶來更大的非線性。在100G以上的系統中，我們需要更好地控制每個波道的入纖功率，在OSNR與非線性間達到最佳點。

阿爾卡特朗訊的高速傳送解決方案

阿爾卡特朗訊早在2010年6月即率先在OTN平臺1830PSS上推出了單載波100G相關檢測商用系統。到目前為止，已經在全球60個以上的客戶網絡中得到了大規模的應用，累計100G OTU發貨數量超過了2300塊，占全球100G市場份額超過69%，居于無可置疑的領先地位。

圖2 阿爾卡特朗訊1830PSS及100G市場分布

在2011年12月，阿爾卡特朗訊發布了增強型的100G解決方案，將無電中繼距離由1500公里提升到2000公里。2012年3月，阿爾卡特朗訊再次發布了適用于100G和400G的全新一代的光電處理引擎（PSE - Photonic Service Engine）。該引擎采用了以下四項關鍵技術以進一步提升性能。

1.引入SD-FEC提高1.5dB的系統性能，從而使100G的系統無電中繼傳送距離進一步擴展到3000公里。

2.先進的波長整型技術將400G的頻譜寬帶壓縮到75GHz，在C波段內最多可以容納下58個波道，從而使系統的最大容量從原先的8.8T (88x10G)提升到23T(58x400G)，擴展了2.6倍的網絡容量。

3.更高的取樣速率和超快的數模轉換，使信號的判決更為精確。

4.增強的頻率和相位控制技術以抑制滑碼。

除了不斷提升網絡傳送容量，阿爾卡特朗訊同時也在傳送網架構方面不斷創新。阿爾卡特朗訊率先提出CBT（Convergent Backbone Transport）的理念，即：盡量用低層旁路高層，只在必要時才使用高層；盡量用光層旁路電層，只在必要時才使用電層。

這是因為處理層次越低，其傳送效率越高，每比特功耗越低。對于骨干網中的100G等大顆粒業務來說由于其匯聚需求通常已經在匯聚層中完成，業務目的地明確而單一，所以基于ROADM的光層調度能最好地完成高效傳送的目的。在匯聚層中，通常為了提高帶寬填充率，可以引入ODU交叉矩陣以完成基于小顆粒業務的匯聚，只有在真正需要打開數據包進行三層以上處理的站點，才引入路由器。