超100G標準先行，應用蓄勢待發

中國信息通信研究院技術與標準研究所│ 賴俊森

超100G標準先行，應用蓄勢待發

中國信息通信研究院技術與標準研究所│ 賴俊森

目前超100G標準化研究工作已經取得階段性成果，同時相應技術方案驗證與選擇有序穩步推進。預計未來2～3年內，以400G為代表的超100G技術有望在數據中心、城域/干線等高容量地區率先商用。

云計算、高清視頻、移動互聯網等新型互聯網業務和應用推動著網絡帶寬需求高速增長。思科公司研究數據顯示，互聯網IP數據流量在過去5年間增長了5倍，并且在未來5年內將再翻3倍；而移動終端的數據流量在2015年增長74%，未來5年流量增長高達8倍。急劇增長的數據流量對光傳送網絡的帶寬容量提出了越來越高的要求。

從2013年開始，基于雙偏振態復用正交相位調制（DP-QPSK）、相干檢測和數字信號處理（DSP）技術的100G光傳輸設備就已在國內啟動商用化部署，隨著網絡帶寬需求的增長，以400G為代表的超100G傳輸技術逐步成為業界研究和關注的焦點，近期在標準化研究和測試驗證等方面取得了明顯進展。

超100G標準制定，階段性成果顯現

超100G是目前光纖通信領域標準化工作的重點之一，電氣和電子工程師協會（IEEE）、國際電信聯盟通信標準組（ITU-T）和光互連論壇（OIF）三大國際標準組織均從不同角度開展超100G標準研究和制定工作，國內的中國通信標準化協會（CCSA）亦同步在400G傳輸系統性能、測試方法以及相關光器件模塊等領域開展標準化研究工作。

IEEE的802.3工作組研究進展

IEEE的802.3工作組主要負責400G接口的標準化工作，相應標準于2014年3月研究立項（標準編號為802.3bs），至2016年3月已經完成了1.2版本草案的編制和討論，在接口結構類型、子層劃分、功能配置、數據格式開銷以及不同類型光纖傳輸方案等多個方面達成一致，已經確定采用基于26G波特率非歸零碼（NRZ）的16芯100m多模光纖應用（400GBASESR16）、基于53G波特率四電平脈沖幅度調制（PAM4）編碼的4芯500m單模光纖應用（400GBASE-DR4）、基于26G波特率四電平脈沖幅度（PAM4）編碼的8通路波分復用2km/10km單模光纖應用（400GBASEFR8/LR8）等，但在應用代碼的性能參數定義與規范，以及各通道FEC編碼和實現方式等一些關鍵問題上還需要進一步研究和討論，同時也正在探討納入200G速率接口。該標準的制定相對于原立項計劃有所滯后，目前最新計劃預計在2016年內完成技術內容變更和標準草案審議，在2017年底前完成投票表決并在2018年初正式發布。

ITU-T研究進展

ITU-T的第十五研究組（SG15）中的Q6和Q11兩個小組分別負責超100G物理層和光傳送網（OTN）邏輯層的標準化工作。Q6目前主要是逐步將超100G傳輸可能涉及的新型物理層技術方案，如Nyquist-WDM頻譜濾波和多維調制格式信號等，納入G.sup39文件。由于目前超100G物理層在業務特征、技術路線和方案性能等方面的選擇收斂程度不夠，可能出現多個技術方案并存的狀況，所以Q6對于超100G物理接口參數的標準化工作尚未展開，但Q11在超100G OTN邏輯層標準化方面取得了明顯進展。在2016年最新修訂并正式發布的G.709《OTN接口標準（5.0版）》中，定義了以5G時隙為最小粒度并且加入復用段映射結構的OTUCn幀格式，為超100G的大帶寬業務確定了承載方式，并且為靈活以太網（FlexE）業務的透傳和終結處理定義了基于Idle幀填充的IMP映射方式和部分速率ODUflex映射方式，實現可變帶寬業務的靈活適配。

OIF研究進展

OIF的物理鏈路層（PLL）工作組和運營商（Carrier）工作組在2015年7月聯合發布了《400G技術選擇白皮書》，其中包含了對于多個400G線路側可選技術方案的對比和分析，并從應用場景、組網需求和關鍵使能技術等不同角度，對400G面臨的技術挑戰和發展趨勢進行了討論與分析，意在分析梳理和對比收斂400G發展過程中出現的多種調制格式和技術方案，避免同一應用場景下出現多種碼型、速率和調制格式并存而影響產業鏈健康發展的局面。此外，OIF的PLL工作組在2016年3月還發布了《靈活以太網（FlexE）配置協議》，基于以太網MAC層和PHY層解耦的基本設想，通過增加FlexE墊片（shim）子層進行時分復用和解復用處理（以5G時隙為最小粒度），完成多個100G物理通道的綁定組合和拆分，實現靈活帶寬的物理通道，為未來的多種超100G以太網業務提供統一的PCS/PMA/PMD子層規范，并且可以實現基于FlexE的業務帶寬動態調整。

CCSA研究進展

國內CCSA的傳送網與接入網技術工作委員會（TC6）中的傳送網工作組（WG1）和光器件工作組（WG4），分別負責超100G光傳輸系統和光器件的標準規范制定。目前整體標準研究進度與國際保持基本同步，其中2016年已啟動了N×400G波分復用系統技術要求和相應測試方法、超100G光傳送網技術要求、400G多類型光模塊等超100G相關行業標準的立項和制定。

超100G技術選擇：400G或成為主流

超100G是多種可能傳輸速率的統稱，例如400G、1T或n×100G等，其中的1T技術在調制格式、系統參數、器件性能和集成度等方面的選擇與平衡更為復雜和困難，目前仍處于實驗室探索階段，其技術演進路線和推廣應用前景尚不明朗。從現階段的業務需求、技術成熟度、商用化產品研發和測試驗證進展分析，400G將成為未來2～3年內超100G應用推廣關注的主流目標速率。

從2014年起，國內三大運營商均開始關注以400G為代表的超100G技術發展并開展了一系列實驗室測試與現網試點驗證，業界通過測試驗證對400G技術方案選擇和適用場景等方面的問題進行了總結分析并取得了一定共識。

首先，以4×100G DP-QPSK Nyquist-WDM為代表的四載波靈活柵格超級信道方案相對現有100G系統譜效提升有限，難以平衡引入靈活柵格的系統成本上升，將不是400G技術應用的主要關注點。

其次，以高階調制格式（DP-16/32/64QAM）為代表的單載波方案能夠兼容現有波分系統，但對器件性能、系統功耗和OSNR等方面都提出嚴苛要求，目前來看僅適用于短距離單跨段城域應用或數據中心內部光互連。此外，以2×200G DP-8/16QAM Nyquist-WDM為代表的雙載波超級信道方案在譜效提升、傳輸距離和技術成熟度等方面具有相對較好的平衡性，可能成為下一步400G應用的主流方案。目前雙載波方案的傳輸性能能夠基本滿足城域應用的要求，但在干線長距應用中則需要引入超低損耗、大有效面積光纖或Raman+EDFA的混合光放方案作為輔助以提升傳輸能力。

最后，400G傳輸設備應支持頻譜效率和傳輸距離等關鍵參數靈活設置，基于軟件定義方式調整其調制格式、載波數量、器件參數和DSP算法，以達到頻譜效率和傳輸距離的優化組合，增強400G技術適應不同應用場景和差異化接口互連需求的能力。

大帶寬需求蓄勢待發

隨著網絡帶寬需求的持續高速增長，國內運營商預計2017～2018年左右在城域和干線網絡中可能出現超100G應用需求。另外，目前業界在400G應用場景適配、技術方案選擇等方面達成了一定共識，相應國際與國內的超100G標準化制定也取得明顯的階段性成果，上述這些關鍵環節均為超100G技術的后續應用和推廣鋪平了道路，以400G速率為代表的超100G技術應用蓄勢待發。

同時需要明確指出的是，100G作為主流的高速傳輸技術，目前正處于大規模應用的部署時期，業界和產業鏈對其生命周期寄予厚望。在此背景下，超100G技術的推廣應用在一定程度上將面臨著與100G技術的競爭。隨著未來帶寬流量加速增長比率的進一步明晰，以400G為代表的大帶寬業務傳輸需求將逐漸出現，同時超100G技術方案選擇將明確收斂并達成共識，相應標準亦更加完善。預計在未來2～3年，以400G為代表的超100G技術可能在數據中心光互連、干線/城域高容量區域等場景中率先應用，從而啟動新一代高速傳輸技術的商用歷程。

編輯｜刁興玲 diaoxingling@bjxintong.com.cn