如何在超宽带时代部署400G？

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如何在超宽带时代部署400G？ 随着宽带、数据中心和云计算的快速发展，传输网络面临着来自业务流量爆炸式增长的巨大压力。超高速、超大容量和动态灵活性是未来光传输技术的发展趋势。目前，包括电信运营商和设备制造商在内的业界各方都在积极推动400G技术的测试和部署。 随着宽带和无线的快速发展，传输网络面临着来自业务流量爆炸式增长的巨大压力。超高速、超大容量和动态灵活性是未来光传输技术的发展趋势。目前，包括电信运营商和设备制造商在内的业界各方都在积极推动400G技术的测试和部署。江苏邮电规划设计院认为，400G WDM传输技术必将成为下一代高速光传输系统的发展方向。相关标准化工作取得阶段性进展。电信运营商需要结合自身的网络特点，根据不同的应用场景选择未来业务发展的400G技术方案。

400克标准已经稳步发展。

目前，美国电气电子工程师学会(IEEE)、国际电信联盟(ITU-T)、OIF(Optical interconnect Forum)三大国际标准组织以及中国CCSA(中国通信标准协会)都从不同角度开展了100G以上标准的研究和制定工作。

国际电联电信司

ITU-T SG15是一个标准工作组，为传统光网络的逻辑层制定信号规范。在2016年新修订并正式发布的G.709《OTN接口标准(5.0版)》中，定义了以5G时隙为最小粒度并增加复用段映射结构的OTUCn帧格式，确定了超过100G的大带宽业务的承载模式，定义了灵活以太网业务透明传输和终端处理的映射模式，实现了可变带宽业务的灵活适配。

电气与电子工程师协会

IEEE 802.3工作组主要负责400GE接口的标准化。相应标准于2014年3月研究通过(标准号为802.3bs)。到2016年3月，版本1.2草案的编写和讨论已经完成。已经确定了基于26G波特率NRZ(非归零码)(400GBASE-SR16)的16芯100米多模光纤应用、基于53G波特率PAM4(四电平脉冲幅度调制)(400GBASE-DR4)的4芯500米单模光纤应用和基于26G波特率PAM4编码的8信道波分复用。10km单模光纤(400GBASE-FR8/LR8)等的应用。但是一些关键问题，如应用码和前向纠错码的性能参数的定义和规格以及各信道的实现等，还需要进一步的研究和讨论。该标准预计将于2018年初正式发布。

OIF

OIF主要负责光电模块和锁相环(物理层)高速接口的标准化。2015年7月，发表了“400克技术选择白皮书”。重点对400G调制格式、应用场景、频率网格、载波数、色散容限等方面进行分析研究，梳理出400G高速传输的体系结构和关键技术，并针对城域网、长途网和超长距离网等不同应用领域分析解决方案。

CCSA

中国CCSA传输网和接入网技术工作委员会(TC6)的传输网工作组(WG1)和光器件工作组(WG4)分别负责制定超100G光传输系统和光器件的标准和规范。目前，总体标准的研究进展已基本与国际水平同步。

提高传输速率的三种方法

增加WDM系统的单路径传输速率的主要目的是在特定的频谱资源内实现更高的频谱效率(即每秒每赫兹频谱更高的比特数)，实现系统资源的最佳管理，并进一步降低单位比特成本。

提高传输速率的主要挑战是如何在频谱效率和传输距离之间达到一定的平衡。最终的技术实现方案需要考虑调制阶数、载波数和波特率参数，并在三者之间进行权衡。

因此，电信运营商可以从三个主要方面部署400G传输技术方案。

高阶调制格式

使用高阶调制格式可以增加每个符号的位数。对于单载波调制，在一定的频谱带宽内可以实现更高的频谱效率。与QPSK(正交相移键控)相比，16QAM(正交幅度调制)的每个符号的位数增加了一倍，从而提高了频谱效率和传输容量。对于400G传输，高阶调制格式的应用是业界常用的方法，但是高阶调制格式的应用对接收端的OSNR(光信噪比)提出了更高的要求，并且对激光相位噪声和光纤非线性效应更加敏感，限制了系统的传输距离。

更高的信号波特率

实现400G传输的另一个重要方法是提高信号的波特率，并通过提高单个信号的波特率来提高整体传输速率。目前，32G波特率是最成熟的方案。在100G阶段可以复用各种光电器件和芯片技术，但其性能相对有限。未来，将采用更高的波特率，如43G和64G，以进一步提高传输性能和频谱效率。

多载波技术

超级信道被引入到超级400G传输系统中，通过载波聚合来提高频谱效率和传输容量。例如，两个载波各自携带200克的PM-16 QAM信号以达到400克，只需要75千兆赫的频谱，达到5.33比特/秒/赫兹的频谱效率。

除了以上考虑，更先进的数字信号处理和芯片技术，更高的增益FEC等。将用于400克光传输。为了进一步提高频谱效率，将应用奈奎斯特WDM(奈奎斯特波分复用)、灵活网格WDM等技术。同时，超高速光电处理及相关芯片涉及光学、微电子等基础领域，需要大量的技术创新才能达到商业化水平。

选择技术方案有很多方法。

400G系统有望采用更高的波特率来降低调制阶数，采用多载波技术来提高频谱效率。将来，可以根据不同的应用场景分别采用单载波、双载波或四载波实现方案。

单载波400G技术方案

本发明的单载波400G技术方案实现了传统50千兆赫/100千兆赫电网中的400G信号传输，并最大限度地与现有的WDM系统兼容。为了实现单载波400G传输，调制格式可以采用16/32/64QAM的不同阶数。对于16QAM调制，需要能够支持60Gbaud速率的光电器件。模数转换器/数模转换器(模数转换/数模转换)的采样速率将超过100克采样/秒。与双载波方案相比，单载波方案的波特率提高了一倍，其频谱宽度类似于200克QPSK，不能在50千兆赫的频谱带宽内传输，至少占用75千兆赫或100千兆赫的频谱宽度。其传输容量与双载波相同，但OSNR传输系统要求200公里的很高传输距离，仅适用于短距离的大都市地区。对于32QAM或64QAM调制格式，与16QAM方案相比，传输距离将进一步缩短，这是由于过于密集的星座图和非线性效应的强烈影响导致OSNR需求急剧增加。

双载波200G技术方案

双载波200G技术的调制格式主要包括8QAM、16QAM和QPSK调制。对于16QAM调制格式，现有光电器件的带宽可以保持不变，速度可以直接提高。系统需要对相位噪声有较大的容差，因此应采用更复杂的相位噪声补偿技术。与现有的100G方案相比，WDM系统的容量在16QAM方案中增加了一倍，但是200G 16QAM系统的OSNR要求非常高，并且B2B(背靠背)OSNR容差约为17dB。如果使用EDFA光放大器，其传输容量约为600公里，只能满足中短距离传输。如果采用高性能拉曼放大器，200G 16QAM系统的传输距离可达1200公里，可以满足大多数骨干传输网络的应用要求。

200克QPSK的B2B OSNR容差约为15dB。与16QAM高阶调制相比，200克QPSK的B2B OSNR容差可降低约3dB。同时，与16QAM相比，QPSK具有更好的非线性电阻和更高的光纤输入功率。因此，200克QPSK相当于200克16QAM，传输容量可以翻倍。如果使用EDFA，传输距离可达1200公里，如果使用高性能拉曼放大器，传输距离可达2000公里，是干线传输的理想解决方案。

未来，在建设400克WDM系统时，可以利用弹性费率技术实现最佳网络成本。也就是说，通过使用数字信号处理器可编程技术，可以灵活地调整调制格式和前向纠错开销比，并且可以改变不同的数据速率和传输距离。长距离传输可选择QPSK或8QAM，以满足传输距离的要求。对于传输距离短、容量要求大的场景，可以选择16QAM来提高频谱效率。

四载体100克技术方案

四载波方案，即通过奈奎斯特WDM技术复用四个子载波，每个子载波承载100G信号，并且通过奈奎斯特方法复用不同的载波。

传统的100G系统使用50千兆赫的信道间隔，如果传输4个100G副载波，则需要200千兆赫的频谱宽度。该方案采用奈奎斯特WDM技术。可以使用灵活的网格，信道中的子载波间隔为37.5千兆赫，因此四个子载波占用的频谱宽度为150千兆赫。通过发送端的滤波技术和接收端的滤波恢复算法，可以实现相当于100G技术的传输距离。四载波方案可以实现2000公里左右的超长距离传输，但与不是400克WDM主流方案的100克WDM系统相比，频谱效率没有太大提高。

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