100G光傳輸設備技術現狀和演進趨勢

中興通訊 | 丁薇 施社平

100G光傳輸設備技術現狀和演進趨勢

中興通訊 | 丁薇 施社平

未來100G設備將會在系統性能、功耗及測試運維技術手段方面進一步提升，更好地滿足運營商TCO降低的需要。

面對骨干網巨大的傳輸壓力，近幾年100G相關標準相繼發布，2011年國際主流設備商先后推出了100G DWDM骨干傳輸解決方案。2011年中國電信啟動了100G DWDM設備研究性測試，在此基礎上完成了中國100G DWDM設備技術要求（標準）；中國移動近期正在進行100G DWDM設備的測試；預計今年中國電信和中國移動都會啟動100G DWDM現網部署，100G規模商用大幕即將開啟。

100G設備技術現狀

標準滯后等原因造成了40G解決方案眾多，嚴重影響了40G產品鏈的健康發展。而得益于IEEE、ITU-T、OIF等標準組織幾乎同步推進并發布100G相關標準，100G市場被業界一致看好，普遍認為100G是一個具有10年以上長壽命的產品。

統一的100G長距離光傳輸方案

100G光調制方式選擇了偏振復用-正交相移鍵控（簡稱PM-QPSK，或DP-QPSK等）。把100G業務速率封裝進ODU4，加上高效的糾錯編解碼后線路速率約為30G波特率，從而支持50GHz通道間隔，并采用相干光接收技術。由于采用了統一的光調制解調方案，促進了100G產業鏈的成熟和100G的規模部署。

支持長距離大容量傳輸

100G采用了革命性的光相干接收技術以及復雜的電處理技術，傳輸性能有了巨大提升。光接收機色度色散（CD）容限達50000ps/nm、偏振模色散（PMD）容限超過30ps，可以省去光纖線路的色散補償單元，工程部署中幾乎可以不考慮光纖的色度色散和偏振模色散問題。而CD和PMD是目前大規模商用的10G尤其是40G DWDM長距離傳輸系統的一個關鍵限制因素，因此100G DWDM設備可以簡化工程設計和運營維護。

在10G/40G DWDM系統采用約7%冗余的硬判決糾錯編解碼（HD-FEC），商用的糾錯能力極限約在4E-3，采用約20%冗余的HD-FEC，糾錯能力極限可達8E-3。全球領先設備商的100G DWDM系統采用了先進的具有軟判決功能的前向糾錯（SDFEC）技術，糾錯能力接近2E-2，比目前常用的7%冗余的HD-FEC幾乎好了一個數量級，系統OSNR容限提高2dB左右，對應傳輸能力增加約60%，無電中繼傳輸距離達到1500km（20×22dB）以上，傳輸能力接近10G DWDM系統。表1是中國通信行業標準將發布的100G應用代碼主要參數要求。

表1 100G DWDM國內行標規定的主要參數要求

100G設備技術演進趨勢

寬帶運營商為了解決骨干傳輸帶寬壓力，正積極推進100G設備的商用測試和布點，積累100G設備規模商用的經驗，目前100G設備已完全滿足商用部署要求。未來100G設備將在傳輸能力、設備功耗、設備運維能力等方面進一步提升。

進一步提升設備的技術性能

采用HD-FEC的100G系統傳輸能力不強，尤其是光纖鏈路中存在大衰耗長跨段時，無電中繼傳輸距離為300～400km，對幅員遼闊的大國無法有效覆蓋，因此SD-FEC是100G長距離傳輸系統的必選技術，未來還會進一步完善。

目前100G系統集成了高速ADC+相干處理算法+SD-FEC的ASIC芯片還在持續改進。未來需增加新的處理功能模塊、優化相干處理算法的效率，從而提高性能、降低芯片規模；另外還需更好地滿足工程應用需求，如改善算法來縮短業務保護倒換時間等。

光器件的集成度還在進一步提升。目前已有PM-QPSK集成的光調制器和光解調器，未來發送端驅動器可能跟光調制器進一步集成，光接收端就是一個光組件，提升集成度和性能。改善100G線路側模塊高速電路、電源等設計，進一步提高接收機的光信噪比容限。

降低關鍵器件的功耗

目前規模商用的10G/40G設備，核心光模塊單位面積功率功耗為1～1.5W/inch2，而100G客戶側CFP模塊功耗約2W/inch2,而100G線路側MSA 168pin模塊功耗超過3W/inch2。功耗高不但浪費能源，而且需要更大的散熱器、更大的風扇，降低了設備的集成度，芯片管芯溫度過高還會嚴重影響設備的壽命和可靠性，因此100G設備的功耗需要進一步降低。

目前100G相干處理核心的內含高速ADC和DSP的ASIC芯片，最先進的采用40nm工藝，近期可望通過優化算法減少邏輯單元數量來降低功耗，未來可采用28nm芯片工藝進一步降低功耗。

完善100G系統設備測試、運維監測等手段

隨著光通信系統從低速向高速演進，測試手段應越來越完善，現實情況是由于信號速率的提高，測試難度大大增加。目前雖然100G技術及產品已經成熟，但是100G測試方法/標準還沒有起草，部分測試儀表沒有及時跟進：100G發射機、接收機指標標準沒有制定，也缺乏專門的測試儀表；100G采用了新型FEC編碼，大大提升了糾錯能力，而100G OTN儀表還是按照老標準，100G糾錯極限能力無法驗證；工程運維中100G的OSNR無法有效監測。前兩點對設備廠驗有一些影響，最后一點增加了運維中故障定位的難度。100G作為一代長壽命的產品，今后將會進一步完善設備測試和運維監測手段。

經過光通信界多年的努力，100G DWDM技術已完全成熟，主流光網絡設備商都已推出了100G長距離光傳輸解決方案，國內外運營商已啟動了100G商用測試的步伐，光通信將迎來100G DWDM時代。