100G WDM/OTN系統關鍵技術及部署策略探討

【摘要】 針對未來通信業務對傳送網的需求，介紹了100G WDM/OTN系統采用的PM-QPSK技術、相干接收技術、DSP技術、FEC技術等關鍵技術，分析了這技術對傳輸性能提升的作用，最后對100G WDM/OTN的部署策略進行了探討。

【關鍵詞】 光傳送網 100G WDM/OTN 部署策略

目前，移動互聯網進入了快速發展期，高速率、實時性、多樣化的業務發展對傳送網帶來巨大挑戰。隨著LTE和全業務的發展，骨干網絡帶寬需求激增， 100G WDM/OTN憑借其在傳輸容量、傳輸距離、傳輸性能方面的優異表現，成為高速光傳輸技術的首選。

本文將針對100G WDM/OTN技術的業務需求，分析100G WDM/OTN的關鍵技術，并對部署策略進行研究探討。

一、100G WDM/OTN業務需求

1.1 高速寬帶時代對傳送網的需求

隨著寬帶網絡的快速發展，網絡帶寬將面臨巨大挑戰。家庭寬帶即將全面進入百兆時代，政企專線也從傳統的2Mbit/s，155Mbit/s級需求向GE以上的需求發展。一些大型互聯網公司和金融保險行業基于提升效率、提高安全性、降低運營成本等因素出發對于運營商的傳送網提出了10Gbit/s，甚至100Gbit/s的電路租用需求。

互聯網本身具備的“盡力而為”的特點，難以對這些需求提供穩定可靠的保障，因此就要求底層傳送網提供更加高效的支撐。現網中普遍采用的10G/40G技術，在對高帶寬業務的承載上已經顯得力不從心，向下一代光傳送技術演進采用100G傳輸網已經成為業界公認的解決之道。

1.2 承載網的演進對傳送網的要求

目前三大運營商經過前幾年的集采、測試、試商用已經開啟100G路由器規模商用時代。POS接口技術從標準發展的角度到40Gbit/s已經停止，100G時代將以以太網和OTN為主，以太網/OTN封裝將替代POS。100GE路由器成為未來核心路由器的發展趨勢，也成為100G WDM/OTN發展的最直接驅動力。

二、100G WDM/OTN關鍵技術

光信號傳輸過程中，傳輸通道引起的損傷主要包括衰減、色度色散、偏振色散、非線性效應、強度噪聲、相位噪聲等。隨著光傳輸技術的發展，光衰減和損耗問題已經得到有效的抑制，并且可以通過EDFA和Raman放大器進行補償。色散和非線性效應成為限制光傳輸波特率指標進一步優化的關鍵因素。100G WDM/OTN采用PM-QPSK（偏振復用正交相移鍵控）技術、相干接收技術、DSP（數字信號處理）、FEC（前向糾錯）四大技術提高傳輸性能。

（1）PM-QPSK技術

光信號光子有很多振動方向，光子的振動方向垂直于傳播方向。通過偏振分束器，將激光分離成x、y兩個垂直方向上的光信號。其它振動方向上的光信號被濾除。x、y兩個方向就是光的偏振方向。將信號調制到這兩個方向，相當于對于數據做了“1分為2”的處理，將碼流速率降低50%。

QPSK，利用相位表示信息，一個相位代表2個bit的信息，相當于對信號進行了“1分為2”的處理，將碼流速率降低50%。

通過PM和QPSK的結合，使得100G（112Gbit/s）信號處理的波特率降低為112÷2÷2=28G Baud。減小了信號的基帶帶寬，提高了色度色散和偏振模色散容限，降低了對傳輸通道和光電器件帶寬的需求，得目前較為成熟的40G光電器件也可應用于100G系統，有利于降低初期設備建設成本。

（2）相干接收技術

兩束滿足相干條件的光稱為相干光。相干條件（Coherent Condition）為這兩束光在相遇區域：①振動方向相同；②振動頻率相同；③相位相同或相位差保持恒定。兩束相干的光在相遇的區域內會產生干涉現象。產生相干條件后，可以比較方便的還原出經過“相位調制”的信號。數字相干接收機通過相位分集和偏振態分集將光信號的所有光學屬性映射到電域，利用成熟的DSP技術在電域實現偏振解復用和通道線型損傷（色散、PMD）補償。減少和消除對光色散補償器和低PMD光纖的依賴。

采用相干接收PM-QPSK技術，信號解調與接收到的信號幅度（強度）沒有關系，即使信號在經過長距離傳輸后，疊加一些干擾、噪聲，只要在接收端還能識別相位關系，就可以恢復出數據。這也是為什么相干技術擁有更好的色散、PMD、非線性和OSNR性能的原因[1]。

（3）DSP技術

100G WDM/OTN系統中，通過采用電濾波和均衡措施，用于消除色散、噪聲、非線性效應導致的眼圖畸變和碼間干擾，重新恢復“干凈”的碼元信息，還原從發端發出的100G信號。

采用這種基于電域的DSP方法，在100G系統上可以實現高達40000～60000ps/nm的色散容限，以及25～30ps的PMD容限。傳輸線路上不需要再放置DCM模塊模塊，PMD也不再成為限制系統傳輸距離的因素，系統組網能力和靈活性得到大幅度提高。

（4）FEC技術

FEC（前向糾錯）技術是提高系統傳輸性能的傳統技術，是通過在信息中添加少量的冗余信息來檢測和糾正傳輸過程中的誤碼。本質上是通過犧牲有效帶寬，以編碼冗余度和信號處理芯片的復雜度來換取更大的編碼增益。

FEC對接收信號處理方式的不同可以分為硬判決譯碼和軟判決譯碼兩大類。

編碼冗余度越大，能獲得的編碼增益越高；在相同的開銷下軟判決比硬判決能獲得更好的增益。然而，在7%開銷的情況下，軟判決實現的復雜程度遠超過硬判決，但復雜度換取的增益卻相對有限。因此，軟硬判決的選擇，需要再系統性和實現難度之間進行有效的平衡，OIF建議軟判決開銷為18%～20%[2]。

三、100G WDM/OTN部署策略

3.1 100G WDM/OTN工程應用要求

（1）傳輸距離需求

長途骨干網要求：無電中繼傳輸距離至少達1000～1500km，支持6個以上ROADM級聯；

城域核心網要求：無電中繼傳輸距離至少達300～400km，支持20個以上ROADM級聯。

（2）傳輸容量需求

長途骨干網：主流應用C波段已是80波系統，因而100G WDM系統必須支持50GHz波長間隔，與現有10G波分系統相同；

城域網：部分系統（40波系統）可以降低到100GHz波長間隔。

（3）應用需求：兼容現存的波分系統架構和設計規則；可在現有光纖通信系統上進行升級，無需更換新型光纖或光放大器；色散容限和偏振模色散容限不低于10G WDM/OTN系統的容限。

（4）組網需求：在不改變網絡拓撲和現網業務的情況下，實現100G與10G、40G混傳。與SDH/MSTP相當的組網和保護功能，支持各種組網和保護技術，支持多種顆粒，大容量的電層交叉功能，保證實現靈活調度管理。

（5）成本需求：100G波分系統相比10G在成本/速率/距離上應有優勢，100G系統規模應用價格低于10個10G價格。

（6）功耗：100G波分系統相比10G在功耗、速率以及設備集成度上應有明顯優勢。

3.2 100G 部署策略

在100G網絡部署初期，可以采用較為成熟的OTN設備建設組網，實現環網保護功能，OTN純交叉容量達到6.4T～12.8T。中遠期網絡逐步向網狀網演進，引入ASON控制平面，通過集群電交叉，使交叉容量達到24T～56T，跟蹤超100G和POTN技術發展，適時演進[3]， OTN技術發展路標如圖1所示。

四、結束語

100G，在經歷2012年全球試點熱潮的洗禮之后，逐步開始取代40G成為市場的主流。從實驗室走向現網，并形成規模商用，100G從技術原理、系統性能、產業鏈成熟度、現網可用性等多個角度讓運營商眼前一亮。隨著新材料、新技術、新工藝的不斷發展，100G OTN的大容量交叉技術，網絡的自動化、智能化技術，分組OTN技術等方面也將持續成為業界的研究熱點。

參 考 文 獻

[1] 袁晨，馬衛東. 《100G系統中PM-QPSK光解調器的研究》，C114中國通信網

[2] 《100G傳輸中的軟判決技術》，C114中國通信網

[3] 《中國移動技術發展策略（2013版）編制說明本》中國移動通信集團公司技術路標項目組 2013年4月