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下一代光傳輸網絡發展提速 超100G應用在即

發布時間:2015-09-23 9:26:52  瀏覽數:2591
【訊石光通訊咨詢網】

 2010年以來,隨著技術與產業鏈的逐步成熟,以及互聯網對于經濟與社會的深度滲透,網絡帶寬和傳輸管道承受巨大的規劃壓力,100G干線傳輸得到廣泛認可,快速得以規模部署,先進運營商爭相將核心與干線網絡從10G/40G升級到100G。目前全球已經有數百張100G的商用傳輸網絡部署(ZTE全球部署150余張100G網絡),并仍然在持續升級中。

  鑒于干線網絡的帶寬仍然以不低于30%的復合增長率吞噬干線帶寬,先進運營商、標準組織,研究機構以及設備供應商等旋即將目光聚焦在下一代光傳輸網絡的技術、標準等研究工作中,這就是200G/400G/1T等超100G光傳送網絡。

  超100G采用的技術

  新一代傳輸網絡的研究,其壓力來自市場對帶寬的需求,其實也是提高頻譜傳輸效率,降低每比特傳輸成本的不懈訴求,以應對運營商不斷下滑的寬帶投資收益。在目前商用的100G傳輸主流系統中都采用的相干接收的單載波極化復用和QPSK調制技術,其頻譜傳輸效率為4bits/s/Hz,輔以硬判決或者軟判決來提高OSNR容限。

  為了達到更高的傳輸帶寬,可采用以下主要技術。

  第一,采用高階調制方式,以提升每符號比特。在單載波調制方面,采用高階在一定的頻譜帶寬上能夠實現更高的傳輸效率。相對于QPSK,16QAM調制的每符號比特數提升一倍,從而提升傳輸效率和容量。在超100G傳輸領域,高階調制格式的運用是業界普遍采用的重要手段,同時高階調制方式的采用,也對接收側OSNR有更高的要求,限制了傳輸距離。中興通訊在QPSK, 8QAM、16QAM、64QAM等調制格式上進行了不斷地實踐,積累了諸多經驗和成果,其基于QPSK的400G傳輸系統,傳輸距離可達3000多公里,適用于遠距離傳輸;而在16QAM調制方式下,其400G系統傳輸距離超過1200公里,更適合城域傳輸系統。

  第二,采用更高的信號波特率。超100G的另一個重要研究方向是提升信號波特率。通過提升單信號的波特率,來實現整體傳輸速率的提升。我們通過四路子載波的方式,通過每載波100G的傳輸方式,可以實現400G傳輸。通過提升28/32GBaud至56/64GBaud,雙載波可以實現400G傳輸。單個載波波特率提高到100GBaud,即可以實現400G的傳輸系統。

  2015年6月,中興通訊與OFS共同發布了最新的400G超長距高速傳輸結果,中興通訊將128.8-GBaud的400Gb/s波分復用(WDM)QPSK信號成功傳輸超過10130公里,刷新了業界記錄,這個結果再次為全球光網絡行業設立了新的基準。本次測試基于TeraWave光纖,這種光纖的特點是具有最優有效面積和低損耗;由此,新型光纖的采用也是改進超100G傳輸系統的有效手段。

  第三,采用多載波技術。在超100G系統中,引入了一個新的概念超通道(super channel),通過載波聚合,實現更高傳輸容量的系統。當前主流的400G傳輸系統主要有三種實現方式:四載波的100G、雙載波的200G(每載波)和單載波的400G。其中四載波的100G PDM-QPSK方式技術成熟,成本低,跨距長,但相對于100G傳輸系統并無明顯的實質提升。雙載波(PDM-16AQM)方式可以提升頻譜傳輸效率165%以上,且技術比較成熟,傳輸距離較遠。單載波400G方式頻譜效率最高,其技術實現難度大,傳輸距離受限,成本高,是超100G系統研究持續努力實現的方向。

  第四,采用更先進的數字信號處理及芯片技術。通過相干接收,能夠實現更高的信號接收靈敏度,實現更遠的傳輸距離。相干接收是實現100G傳輸系統的關鍵性技術。

  在超100G光傳輸系統中,面臨著一系列的器件約束和鏈路的線性及非線性信號損傷限制。通過先進的數字信號處理是解決以上問題的必要手段。比如通過數字信號處理,進行信號損傷的均衡與補償,其包括色散補償,時鐘恢復,信道均衡,載波頻率估計和相位恢復等關鍵算法。

  第五,采用靈活的柵格。出于提高頻譜利用率的目的,新一代波分系統普遍支持37.5GHz-400GHz的頻譜間隔調節范圍,調節步長為12.5GHz,滿足400G多載波頻譜間隔不定的需求,避免造成過多的頻譜碎片,浪費頻譜資源。

  超100G的標準進展

  涉及超100G標準制定的主要組織包括ITU-T SG15,IEEE802.3和OIF。ITU-T SG15的Q6和Q11分別負責超100G物理層和光傳送網(OTN)邏輯層的標準化工作,對于超100G的具體物理傳輸參數的標準化工作尚未開展,而主要是把超100G應用的新型物理傳輸技術納入到G.sup39文件之中;對于超100G OTN的標準化工作,B100G OTN技術的大部分內容已經形成了工作假設。其中B100G OTN公共部分(即400GE無關部分)的內容已經比較穩定,包括B100G OTN幀結構、B100G OTN電層和光層開銷、復用層次結構和比特速率、時隙粒度、客戶信號映射、故障處理和維護信號等,后續將根據IEEE 400GE標準的進展,對B100G OTN客戶信號映射和物理接口相關部分進行完善。預計2016年中發布相關標準。

  IEEE的802.3工作組主要承擔400GE的標準化工作,該標準于2014年3月正式立項,截至目前已經在系統架構、邏輯接口、電接口和光接口方面達成多項共識,并于2015年7月形成D1.0版本,預計該標準在2017年發布。

  OIF主要負責物理鏈層(PLL)的光電模塊及高速接口等標準化工作,重點討論CEI-56G和400G WDM。CEI-56G的超短距、短距和中距項目基本上都進入投票階段,后續重點討論長距項目。400G WDM的白皮書已經發布,后續將成立400G WDM系統框架等項目來進一步規范400G WDM系統及光模塊。

  另外,我國CCSA TC6的WG1和WG4關于超100G的標準化研究工作與國際基本同步。按照目前標準化組織的整體研究進展,預計2016年,以400G為典型速率的超100G標準關鍵方案和技術參數將趨于穩定。

  超100G未來應用前景可期,但其未來發展也面臨多種因素限制。首先,目標速率模糊化將明顯影響超100G技術發展進度。不同于100G及其以下速率高速傳輸,超100G是多種可能速率的統稱,可能是400G、1Tb/s或者是n×100G等。

  鑒于當前的研究、開發和試驗商用網的部署,由于雙載波DPM-16QAM方式400G系統最大程度復用了100G階段的技術,其產業鏈也更加成熟,成本更低,傳輸距離適中,試商用或者商用的案例更多,未來的應用前景更趨樂觀,尤其是在對傳輸距離要求不高的城域傳輸系統。根據業界的樂觀預測,在成本合理的前提下,2017年400G系統將進入規模部署的新歷程。而單載波400G/1T的信號傳輸,受限于器件性能,短期難以大規模商用,回顧光傳送網絡不斷創新的不凡歷程,單載波400G/1T的系統仍然值得抱以樂觀的期許。而更高級別的速率也將出現在人們的視野,新系統的頻譜效率是否有效提升,有效傳送距離,可商用的比較成本優勢,將是鑒別其先進性的關鍵指標。

  超100G與SDN的結合

  SDN軟件定義的網絡,其核心思想是分離網絡設備的控制平面與數據平面,開放數據平面的編程接口(API),通過集中控制的方式來靈活控制網絡的運行。SDN起源于美國斯坦福大學clean slate研究組提出的一種新型網絡創新架構,在校園網進行早起的試驗。谷歌基于SDN理念的成功實施了其B4網絡,讓分布在全球的租用光纜與數據中心網絡的網絡彈性、使用效率、靈活性得到顯著提高,SDN旋即引起業界的普遍關注,業界領先運營商、Internet服務提供商、設備提供商和研究機構聯合成立了開放網絡基金會(ONF),推動SDN的標準化,中興通訊是ONF的早期創建者和堅定支持者,來自美國研究所的Dick博士代表中興通訊擔任ONF的董事。

  光傳輸在ASON時代已經實現了傳送平面、控制平面與管理平面的分離,ASON具備快速的業務部署能力和豐富的業務保護級別,但其開放性還不夠,無法向第三方開放其編程能力。而SDN在傳送網的應用,就是要開放其編程能力給用戶,可能是運營商、Internet提供商或者是應用領域的第三方廠商,以便于更高效敏捷的開展新業務,同時運營商網絡的潛能也可以最大程度共享。

  超100G時代的光傳輸,引入了更豐富的調制方式(QPSK,8QAM,16QAM,64QAM),其直接影響到光信號的傳輸距離;為了提高傳輸距離和OSNR,HD/SD FEC技術也用來增強傳輸系統的能力,但帶來更多的冗余開銷。靈活柵格(Flex Grid)、多子載波和超級通道技術,結合傳統波分系統的ROADM特性,光傳輸系統靈活多變的可配置性結合SDN的開放理念,有助于客戶構建彈性、高可用性和自動化的SDON(Software defined optical network)網絡,將客戶從繁瑣的物理層設備配置工作中解放出來,投入更多精力專注于傳送網絡的管道經營。

 
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