100G光传输系统

1、 100G光传输系统摘要：目前，各种宽带业务蓬勃发展，用户对于带宽的需求也越来越大。这对现有传输网造成的压力越来越大，增加传输网的带宽已经是刻不容缓。100G光传输技术的出现将大大缓解运营商所面临的难题。本文将要介绍100G光传输系统的研究背景、基本特点、关键技术以及应用发展现状。关键字：100G关键技术发展现状一、研究背景在通信领域，越来越多的应用和服务涌进人们的生活。云计算机、社交网站、在线游戏和各种各样的视频服务的兴起，使得互联网流量剧增，对于通信网提出了更高的要求。根据IEEE的统计，电信网络的增长率是30%，在数据密集的科研和金融网络方面增长率达到7090。在中国，三大电信运营商中国

2、移动2012年无线上网业务流量同比增长187.6%，占运营收入比重达到12.2%，成为收入增长的主要驱动力；中国联通全年移动数据流量同比增长92%；中国电信2012年手机上网总流量增长约2倍。数据流量的激增使得现有的通信网络面临越来越大的压力，08年开始商用化的40G容量的骨干网络已经不足以完全满足业务需求。为了解决这一问题，同时要兼顾到经济性，骨干传输网络升级至100Gbps成为最佳的选择。二、基本特点2.1优势大容量大容量是由器等数据设备的天然需求，也是传输网络面对激增的数据量而是自身技术发展的趋势。低时延100G光传输系统依靠超高的数据传输速率（10G技术的10倍）和相干光通信减少了DC

3、F传输时延，从而实现低时延。ETH友好10G/40GWDM支持LAN业务有局限性，受限于ODU2和ODU3容器的大小，无法全透明传输10GELAN。而100GWDM解决了各种速率以太网业务的透明传送和互通性问题。包括10GELAN在内各种速率ETH业务的全透明传送。支持统一映射方式。光纤光缆适应性强40G系统的PDM受限，而100GWDM系统不再受PMD限制。其PDM容限2535ps,通过DSP算法的改进，可以获得更高的PDM容限，光纤光缆不再成为限制因素。高集成和低成本100GE单位比特成本是40GPOS的60%70%。图1挑战功耗100G系统80个波长满配共需约2万瓦，包括DSP,电交叉，

4、光模块，风扇用电的。集成度光子集成电路（PIC）技术以一组微小芯片实现包括激光器、发射机/接收机、波分复用/解复用器、放大器等多个器件的功能。具有高集成度、低成本优势。100G缺乏有效测试手段100G采用偏振复用，且信号频谱较宽，只能采用关断激光器的方法，无法实时测试。系统性能重要指标纠前误码率只能通过厂家网管读取。除此之外，缺乏在线测试仪表，无法实现在线测试业务。三、关键技术完整的100G技术传输方案和标准组织定义如下图2和图3（图片来自华为技术）。图2技术方案IEEETraniart1MGECWsAHfcIEEEAdmndngTechnologyforHumanity客户侧IEEE802.

5、3ba的100GE标准国麻电倍联令OIFOPTICALIWTEJtNETWORKINGMUMOTN映射提案和100G光接口100G电接口，标准长途传送标准图3标准组织定义下面将将介绍100G光传输系统中的四项关键技术：线路传输技术、接口技术、封装映射技术和关键光电器件技术。线路传输技术目前100G的线路传输主要有两种技术方案：多波传输方案和单波传输方案。多波传输方案是将100G信号反向复用为多波长的10Gbps/40Gbps0TU2/0TU3信号。这种方案优点是不会对现有10G或40G光传输网络产生影响并且可在现有技术下实现，缺点是波长利用率较低，存在波长管理及多个波长间时延差控制问题。因此该

6、方案可以作为过渡方案。单波传输方案方案可以做到一个波长对应一个业务，从而简化网络管理。从器件的不断发展和运营成本来看，该方案将会成为主流方案。由于100G信号传输比特速率增加和传输距离的延长，传输系统面临的物理限制因素更加严峻，主要包括以下几点：1)OSNR要求增高2)色散容限降低3)非线性效益增强4)PDM效益的增加等。为了减少上面不利因素的影响，通常需要采用特殊的编码调制方式。采用相位调制格式。二进制差分相位调制(DPSK)相较于二进制启闭键控(00K)在OSNR方面需求可以降低3dB，另外由于相移键控调(PSK)是一种恒包络调制，有利于降低比特图形的非线性效应。采用多进制调制。使用正交四

7、位调制(QPSK)可以满足在40Gbps比特率不变的条件下将波特率降低，有效降低光谱带宽，以支持50GHz间隔的WDM传输，此时PDM容量增加6ps8ps,这样就满足了长距离传输的需求。采用RZ技术。相较于NRZ-OOK技术，RZ码型可以降低系统的OSNR要求、增强了抵抗非线性效应的能力、增强了抵抗PDM效应，另外，带啁啾的RZ码型可以补偿非线性效应产生的相位畸变，因此啁啾归零码差分正交四相位调制码型(CRZDQPSK)成为了40G系统中最主要的码型。采用偏振复用(PDM)方案。由于100G系统比特率至少高达112Gbps，若直接使用QPSK调制，对光电器件的工艺提出了很高的要求，而采用PDM

8、方案，则可以利用光的两个独立偏振态各自承载56Gbps业务信息，系统的波特率将降低28Gbps，这样现有40G系统的光电器件就能用于100G系统，有利于降低功耗和成本。采用光相干检测接收和DSP技术。光相干检测技术可探测并同时获知光场的偏振、幅度和相位信息，在了解这些信息后，可以调用数字信号处理(DSP)的方法消除色散和PMD导致的畸变和干扰，以此恢复码元信息的纯净度。PDM-QPSK技术在成熟度和复杂度之间取得了最佳平衡，且可以很好的支持相干接收和DSP技术，三者相互配合，已成为100G传输的最主流的配置方案。采用FEC技术。在100G系统中，使用了第三代前向纠错技术(FEC)，这一代FEC

9、技术普遍采用低密度奇偶校验码(LDPC)、Turbo乘积码(TPC码)，可以提供11dB的净编码增益，可以降低OSNR的要求。接口技术目前，100GE的物理接口主要有以下3种。10 xl0GE短距离互联LAN接口技术。通常采用并行的10根光纤或者10个C/DWDM传输100GE业务。此方案可以利用现有的10GE器件，比较成熟。4x25GE中短距离互联的LAN接口技术。采用4波DWDM方式在同一根光纤上进行传输。此接口涉及的物理层技术无法利用现有器件和模块，不成熟。同时，基于性价比考虑，需要考虑合适的编码调制技术和WDM技术。10m的铜线铜缆接口和1Ill的系统背板互联技术：主要用于电接口的短距

10、离互联与内部互联，采用1010GE的互联方式100GE映射封装技术将100GE适配到OTN有反向复用多波长和单波长传送2种方案。根据IOOGE接口具体实现形式，有多种的技术组合。100GE串行接口映射到OTU4。采用标准100GOTN的接口进行封装、映射、传输，波长利用率高。100GE串行接口反向复用与映射。将串行接口反向复用到标准10G或者40G低速OTN的接口进行传输。这需要耗费较多的波长资源。c)10 x10GE/4x25GE的100G复用与映射。将低速并行的以太网信号复用到100GE高速串行信号并映射到100GOTN接口，然后进行传输。关键光电器件技术100GE传输将采用高特殊调制、偏

11、振复用、光相干检测接收/处理、新一代前向纠错等新技术，这些都需要高速光电器件才能实现。为保证高速率数字信号的顺利传输，光模块和高速DSP是重中之重，前者用于信号的调制，后者则对相干电接受至关重要，只有这样，才能提高接收灵敏度、加大传输距离。目前，一系列更加强大的、新型的光电器件都已进入开发、测试阶段，khan光子集成技术(PIC),就将传统的光通信器件和子系统由分离的激光器、调制器、控制单元、滤波器和波导等集成在一块基片上，从而减小了体积和复杂度。国内光传输设备商华为、中兴和烽火从去年开始逐步推出可商用化的100G设备。三个厂商的100G传输设备不但支持传统的WDM设备类型(采用光波长转换器(

12、OTU)和子速率复用器(TMUX)上下业务)，同时也支持基于支路和线路分离的光传送网(OTN)设备类型，而且基于ODU4粒度最大的交叉容量也已达到6.4Tbit/s,目前正在测试验证更高容量，同时也支持基于多粒度ODUK的交叉调度和子网连接保护(SNCP)等功能。另外，考虑到未来大规模智能化应用，基于OTN的自交交换光网络(ASON)功能，目前国内100G设备均宣称支持，具体支持能力正在进一步的测试验证之中。从目前国内三厂商提供的100G设备来看，线路侧(彩光)除了FEC存在差异之外均采用基于相干接收的偏振复用-正交相移键控(DP/PM-QPSK)传输码型，其中有些厂商仅支持基于软判决的FEC

13、,有些厂商分别支持软判决和硬判决的FEC，但从系统传输性能来看，基本上按照FEC纠错性能可分为两类，即系统传输后纠错前误码率至少小于1.0E-3和7.0E-5(系统Q因子余量均大于3dB)。另外，从100G设备关键模块和器件来看，目前依然依赖于国外采购，这在一定程度上影响国内相应产业链的健康发展，国家和业界非常有必要共同努力，尽早在高速核心模块和器件方面取得突破。四、发展现状以100G为主的光通信网络蓬勃发展。在标准化方面，ITU-T、IEEE和OIF3个组织在进行100G的相关标准化工作进展迅速。我国的100G传输系统由中国通信标准化协会传送与接入技术委员会的传送工作组负责制定。在去年10月

14、份召开的TC6全会上NX100Gb/s光波分复用(WDM)系统技术要求形成报批稿，NX100Gb/s光波分复用(WDM)系统测试方法也已形成送审稿。设备供应方面，阿尔卡特朗讯推出7950XRS核心路由器，出来速率可达400Gbit/s。主流测试企业思博伦、JDSU、Ixia、EXFO等测试厂商已推出覆盖各个层面的测试设备。在中国，三大运营商相继开始了100G实验室测试工作。去年10月份，中国移动已经开启了100G的采集部署，引领国内100G网络的现网应用。预计今年将是我国100G技术的商用试点年，2014年是初步规模商用年，2015年是大规模部署年！参考文献：余银凤，袁秀森，100G传输系统中的关键技术及解决方案，电信传输,2012(9):68-70徐震，100G光纤传输关键技术发展现状，科技资讯，2012(12):35-36杜岩，100G光传输关键技术和国内外商用简介，大科技，2012(9)：311-312徐荣，100G面临的挑战，网络电信，2012(11)：35-36倪斌，100G应用与未来，网络电信，201