100G傳輸技術及應用策略

解鯤

【摘要】 本文介紹了100G傳輸的核心技術，并從業務調度、多速率混傳、網絡保護、建設成本的角度探討了在工程中的應用策略，并給出了組網模型。

【關鍵詞】 100G 傳輸 應用

一、引言

隨著LTE業務的開展以及物聯網、云計算、高清視頻等新技術的推廣，配備100GE端口的路由器正逐步應用于核心網，以應對帶寬需求激增對城域網帶來的巨大沖擊。100G傳輸技術的應用從而成為必然的趨勢。在多年不斷的網絡建設后，機房空間、管道、光纜等基礎通信資源對于運營商來說越發寶貴，100G傳輸系統不僅擁有更先進的技術而且具備更高的集成度，可以更高效地完成業務傳送并降低建網成本。

二、100G傳輸核心技術

2.1 編碼調制與復用技術

目前業內就100G調制碼型技術的選擇已達成一致，PM-QPSK（偏振復用正交相移鍵控）傳輸碼型成為主流方案。40G傳輸技術采用的正交相位調制可將波特率降低至50G左右，但這在50GHz的間隔中還是會導致誤碼率過高。因此需要在QPSK基礎上加入偏振復用調制，即PM-QPSK。通過PM-QPSK調制可將波特率進一步降低至28G左右，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，使信號可在50GHz間隔內進行有效的傳輸。

2.2 FEC技術

FEC（前向糾錯）技術長久以來都是提高傳輸性能的重要手段，在發射端編碼時加入某些校驗比特，在接收端通過解碼，對校驗比特進行一定的計算以糾正碼流中的錯誤，從而達到改善系統誤碼性能的目的。通過FEC技術可降低信號誤碼率，提高系統OSNR靈敏度并增強傳輸系統的可靠性。

糾錯編碼是以犧牲有效帶寬為代價來換取更高的傳輸質量，編譯碼方案是決定其性能的關鍵。

信號接收端的譯碼方式可以分為硬判決和軟判決。硬判決是指FEC譯碼器輸入序列中僅包含0和1，軟判決是指FEC譯碼器的輸入為多級量化電平。硬判決方式的復雜度低、技術相對成熟，而在相同碼率下，軟判決有更高的增益，但譯碼的復雜度卻會成倍增加。

在10G和40G DWDM系統中應用的FEC技術均采用了硬判決方式，對于100G系統，在應用于超長距離光傳輸時，為了獲得更好的FEC增益性能，可考慮采用軟判決方式。

2.3 相干接收技術

傳統10G技術采用非相干解調的方式，在光域內對信號完成偏振解復用和相位解調。而100G技術采用了相干解調的調制方式，利用信號光與本振光混頻，在電域內對信號進行偏振估計和相位估計。采用相干接收技術，信號解調與接收到的信號強度沒有關系，即使信號在經過長距離傳輸后疊加一些噪聲，只要在接收端還能識別相位關系，就可恢復出數據。與直接解調和差分解調的方式相比，相干檢測所使用的本地激光器的功率要遠大于輸入光信號的光功率，可在一定程度上補償信號光功率的損耗。當信號光功率過低時，適當提高本振光源功率可以增加相干混頻后的光信號幅度，以改善光電轉換后電信號的誤碼率。因此，相干解調比非相干解調可獲得更高的接收機靈敏度，也可以極大地改善OSNR[1]。

2.4 DSP技術

由于100G的相干解調是在電域內對信號進行偏振和相位估計，因此高效的DSP（數字信號處理）技術對于100G的發展至關重要。通過采用電濾波及均衡措施，可以消除色散和PMD導致的眼圖畸變與碼間干擾，重新恢復初始的碼元信息。經數字信號處理后，100G信號提高了色散容限和自適應線路色散變化的響應速度，非線性損傷對系統的影響也受到了抑制。傳輸線路上不需要再安裝DCM模塊，系統的PMD容限得以極大提升，PMD效應也不再是系統傳輸距離的瓶頸，從而系統的組網能力和靈活性得到大幅度的提高。

三、100G傳輸應用策略

3.1 業務調度

100G系統的交叉容量需求要遠遠超過10G/40G系統，在80波的100G系統中，如要滿足全波道交叉需要24T的交叉容量，這對現有的設備來說比較難于實現。如果采用多節點堆疊方式來提供更大的交叉容量，會存在局部阻塞的情況。因此在現階段，在系統中進行局部的100G業務調度是比較合理的調度方式。

100G系統支持ODU0/ODU1/ODU2/ODU3/ODU4等多種顆粒，在規劃設計時需要根據網絡結構和業務調度的靈活度要求來選用不同類型的設備。如此多的顆粒類型能否實現相互間的靈活交叉匯聚也需要進行驗證。

3.2 多速率混傳

從現網來看，在10G/40G系統中混傳100G業務主要有兩種場景。

第一種，相干100G和非相干10G/40G系統混傳。具備相干接收端的100G系統有很多優越性，可以節省DCM模塊，規劃光層也更方便，然而和原有的系統混傳時，原系統中的DCM模塊會影響100G的傳輸性能，傳輸能力比純相干系統稍弱。目前相干100G系統的入纖光功率一般在1～2dBm，和現有的10G/40G系統接近，如果OSNR參數能同時滿足100G和10G/40G的設計要求，可實現兼容混傳。第二種，相干100G和相干40G系統的混傳。對于相干接收的40G系統，目前業界有兩種主流編碼技術。一種采用四相位調制（PDM-QPSK），碼速率為11.25Gbit/s，入纖功率較低，抗非線性效應較弱，和100G相干兼容混傳代價較大。另一種采用兩相位調制（PDM-BPSK），碼速率為21.5Gbit/s，入纖功率和100G系統接近，混傳代價較小，傳輸能力較強，是較容易實現的混傳方案[2，3]。

因此，若現有40G系統波道使用率較高，且系統編碼為非相干編碼時，建議不考慮升級至100G系統。若現有系統波道使用率較低，且相應段落存在100G業務需求，可適當升級100G系統，但應注意合理分配100G業務波道，盡可能減小混傳代價。

綜合來看，混傳不僅與不同速率系統兼容性相關，在一定程度上也會增加安全風險和系統維護的難度，故100G系統建議以新建為主。

3.3 網絡保護

100G系統將承載重要的核心網業務，因此安全性必然是運營商所關注的重點。

100G系統與10G/40G系統的保護方式一樣，具有完備的光層和電層保護。如光線路保護、光通道保護、SNCP保護、ODUk1+1保護、ODUk環網保護等。在具體應用中，光層可采用光通道1+1保護，利用OCP的并發選收功能將客戶信號并發至不同的波長通道，避免單個OTU失效引起的業務中斷。電層可采用ODUk1+1保護，通過電層的交叉來實現并發選收，滿足50ms之內的電信級倒換時間要求。

3.4 建設成本

100G技術的實現機理較為復雜，設備將具備更高的集成度。而高集成度自然會帶來高功耗的問題，機房將需要更多的配套電源。在機房使用后期，電源問題將會成為機房的瓶頸。除了功耗問題外，100G系統的相關元器件還沒有大規模地投入生產，設備性價比仍低于10G/40G系統。

因此，在100G建設初期，建議40G及以下低速率業務仍通過現有的10G/40G系統來承載，待技術成熟且商用成本降低后，可逐步在100G系統中增加電交叉子架，用于承載低速率業務。同速率的傳輸成本將會低于10G/40G系統。

3.5 組網模型

圖1為某運營商100G OTN系統組網模型，該地核心網路由器位于A、B、C三個核心匯接局。核心匯接局間的100G業務通過100G OTN核心環來調度，市內與郊縣區域至核心匯接局的業務分別通過100G OTN的市內匯聚環和市縣匯聚環根據業務落地點調度至相應匯接局。

四、結束語

隨著高速數據業務的不斷發展，100G技術已經成為城域核心網的必備之選。在網絡建設即將大規模展開之際，做好100G的應用策略研究，對運營商具有極其重要的意義。