超100G技术展望与应用

       云计算、高清视频、移动互联网等新型互联网业务和应用推动着网络带宽需求高速增长。思科公司研究数据显示，互联网IP数据流量在过去5年间增长了5倍，并在未来5年内将再翻3倍；而移动终端的数据流量在2015年增长74%，未来5年流量将增长8倍。急剧增长的数据流量对光传送网络的带宽容量提出了越来越高的要求。

　　在此背景下，超100G传输技术正成为高速传输技术领域关注热点。纵观未来业务传输带宽需求、国际标准制定、主流设备商样机研制、典型运营商现网试点等研究进展，超100G技术未来发展前景可期。

超100G标准研究进展

　　超100G是目前光纤通信领域标准化工作的重点之一，电气和电子工程师协会（IEEE）、国际电信联盟通信标准组（ITU-T）和光互联论坛（OIF）三大国际标准组织均从不同角度开展超100G标准研究和制定工作，均取得了一定的阶段性成果。

IEEE的802.3工作组研究进展

　　IEEE的802.3工作组主要负责400GE接口的标准化工作，相应标准于2014年3月研究立项（标准编号为802.3bs），至2016年3月已经完成了1.2版本草案的编制和讨论，在接口结构类型、子层划分、功能配置、数据格式开销以及不同类型光纤传输方案等多个方面达成一致，已经确定采用基于26G波特率非归零码（NRZ）的16芯100m多模光纤应用（400GBASE-SR16）、基于53G波特率四电平脉冲幅度调制（PAM-4）编码的4芯500m单模光纤应用（400GBASE-DR4）、基于26G波特率四电平脉冲幅度（PAM-4）编码的8通路波分复用2km/10km单模光纤应用（400GBASE-FR8/LR8）等。但在应用代码的性能参数定义与规范，以及各通道FEC编码和实现方式等一些关键问题上还需要进一步研究和讨论。该标准的制定相对于原立项计划有所滞后，已在2016年完成技术内容变更和标准草案审议，在2017年底前完成投票表决并在2018年初正式发布。

ITU-T研究进展

　　ITU-T的第15研究组（SG15）中的Q6和Q11两个小组分别负责超100G物理层和光传送网（OTN）逻辑层的标准化工作。Q6目前主要是逐步将超100G传输可能涉及的新型物理层技术方案，如Nyquist-WDM频谱滤波和多维调制格式信号等，纳入G.sup39文件。由于目前超100G物理层在业务特征、技术路线和方案性能等方面的选择收敛程度不够，可能出现多个技术方案并存的状况，所以Q6对于超100G物理接口参数的标准化工作尚未展开，但Q11在超100G OTN逻辑层标准化方面取得了明显进展。在2016年最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时隙为最小粒度并且加入复用段映射结构的OTUCn帧格式，为超100G的大带宽业务确定了承载方式，并且为灵活以太网（FlexE）业务的透传和终结处理定义了基于Idle帧填充的IMP映射方式和部分速率ODUflex映射方式，实现可变带宽业务的灵活适配。

OIF研究进展

　　OIF的物理链路层（PLL）工作组和运营商（Carrier）工作组在2015年7月联合发布了《400G技术选择白皮书》，其中包含了对于多个400G线路侧可选技术方案的对比和分析，并从应用场景、组网需求和关键使能技术等不同角度，对400G面临的技术挑战和发展趋势进行了讨论与分析，意在分析梳理和对比收敛400G发展过程中出现的多种调制格式和技术方案，避免同一应用场景下出现多种码型、速率和调制格式并存而影响产业链健康发展的局面。此外，OIF的PLL工作组在2016年3月还发布了《灵活以太网（FlexE）配置协议》，基于以太网MAC层和PHY层解耦的基本设想，通过增加FlexE垫片（shim）子层进行时分复用和解复用处理（以5G时隙为最小粒度），完成多个100GE物理通道的绑定组合和拆分，实现灵活带宽的物理通道，为未来的多种超100G以太网业务提供统一的PCS/PMA/PMD子层规范，并且可以实现基于FlexE的业务带宽动态调整。

　　超100G技术作为未来高速传输的典型技术，其在全面部署应用之前还要经历不同的发展阶段。从过去20年的发展来看，高速光传输速率经历了基于单一强度调制的2.5G和10G、基于多种技术体制竞争的40G以及基于相干检测和偏振复用的QPSK的100G等不同阶段。而受限于物理传输性能限制和当前技术发展水平，超100G则将重新进入类似当年40G技术的发展阶段，但面临更为复杂的多种速率和技术体制同时竞争的局面，同时也将与目前业界作为热点讨论的软件定义网络（SDN）技术发展紧密关联。

中兴通讯新一代全网OTN 100G/超100G解决方案

　　从2014年起，各国运营商均开始关注以400G为代表的超100G技术发展并开展了一系列实验室测试与现网试点验证，业界通过测试验证对400G技术方案选择和适用场景等方面的问题进行了总结分析并取得了一定共识。

　　首先，以4×100G DP-QPSK Nyquist-WDM为代表的4载波灵活栅格超级信道方案相对现有100G系统谱效提升有限，难以平衡引入灵活栅格的系统成本上升，将不是400G技术应用的主要关注点。

　　其次，以高阶调制格式（DP-16/32/64QAM）为代表的单载波方案能够兼容现有波分系统，但对器件性能、系统功耗和OSNR等方面都提出严苛要求，目前看仅适用于短距离单跨段城域应用或数据中心内部光互联。此外，以2×200G DP-8/16QAM Nyquist-WDM为代表的双载波超级信道方案在谱效提升、传输距离和技术成熟度等方面具有相对较好的平衡性，可能成为下一步400G应用的主流方案。目前双载波方案的传输性能基本满足城域应用的要求，但在干线长距应用中则需要引入超低损耗、大有效面积光纤或Raman+EDFA的混合光放方案作为辅助，以提升传输能力。

　　中兴通讯基于iOTN平台，推出了面向100G/超100G的全新大容量OTN交叉设备——ZXONE 8700系列产品，支持10G/40G/100G/400G传输速率，可实现9.4/3.2/2.8/1.4/0.8T ODUk的大容量电层交叉和10G/40G/100G/400G波长的光层交叉。其主要应用于骨干核心层以及本地/城域网络，也可应用于城域汇聚层，可充分满足运营商对大颗粒数据业务的透明传输、灵活调度以及对业务管理监控的需求。

　　在代表最新技术的400G传输系统中，中兴通讯8700产品使用了主流的2×200G 16QAM调制方式来传输400G业务，并支持频谱效率和传输距离等关键参数灵活设置，基于软件定义方式调整其调制格式、载波数量、器件参数和DSP算法，以达到频谱效率和传输距离的优化组合，增强了400G技术适应不同应用场景和差异化接口互连需求的能力。

　　在可以预见的几年内，400G也将拉开规模商用的帷幕。而中兴通讯再次走在了技术的前沿，2016年2月23日消息，中兴通讯和德电奥地利分支TMA联合宣布，在1月进行的400G现网商用局测试中，8700系列产品成功实现了10G/100G /400G（16QAM）混合组网下475km无误码传输。该测试在Vienna和Graz之间的骨干波分网络中进行，将现有10G/100G DWDM网络平滑升级至400G，显著拓宽链路带宽。带宽的提升对于网络向未来新技术应用演进具有十分重要的意义，如云运维和大数据。对最终用户来说，通过更快的数据连接，更大容量的接入业务能力，将极大提升用户体验，如高速网络、视频会议、电视和游戏等。

　　TMA是德国电信在奥地利的分支，也是奥地利第二大移动运营商，为客户提供丰富的业务服务和高质量设施。近年来，TMA部署了强大的LTE网络以应对带宽需求，同时，高容量亦被用来提供丰富的互联网服务。为了确保业务效率和未来网络弹性，TMA着手400G建设。2015年11月，中兴通讯在维也纳完成测试设备安装，正式启动400G测试工作。中兴通讯提供的400G升级方案，无需改变现有网络，仅通过增加400G板卡，就可以实现现网向400G的平滑升级。测试中，在与10G、100G波道相邻的情况下，实现了400G（双载波16QAM）475km长距离无误码传输（Vienna-Graz-Vienna），展示了由现网向400G以及超400G无缝升级的能力。此外，软件定义光模块（SDO）能够保证400G板卡通过软件灵活调整调制方式和频谱以适应城域、长途等不同场景。

　　超100G时代的光传输，已引发新一轮的OTN光网络的高速发展，中兴通讯凭借着扎实的技术功底，必将在这一轮大潮中继续领航。