100Gbit/s光傳送技術(shù)的發(fā)展
從40Gbit/s高速傳輸技術(shù)的發(fā)展歷程來(lái)看，單通道40Gbit/s技術(shù)在1995～1996年左右出現(xiàn)，40Gbit/sWDM技術(shù)在2001年左右創(chuàng)造了傳輸容量10Tbit/s量級(jí)的新記錄，隨后陷入低谷。40Gbit/s技術(shù)在2004～2006年左右又開(kāi)始升溫，并出現(xiàn)局部試商用，同時(shí)路由器逐漸出現(xiàn)40Gbit/sPOS接口，40Gbit/sWDM技術(shù)在2007～2008年的發(fā)展非常活躍，出現(xiàn)多種調(diào)制編碼，多廠家支持40Gbit/s WDM設(shè)備，國(guó)內(nèi)外對(duì)于40Gbit/s WDM系統(tǒng)的應(yīng)用也日益增多，業(yè)務(wù)需求日益明顯，預(yù)計(jì)在明年會(huì)有更多的40Gbit/s WDM系統(tǒng)的應(yīng)用出現(xiàn)。伴隨著業(yè)務(wù)量的增長(zhǎng)，40GE和100GE的逐步標(biāo)準(zhǔn)化，從2004年左右，100Gbit/s的技術(shù)逐步開(kāi)始出現(xiàn)，并受到了廣泛的關(guān)注，以下將從標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)應(yīng)用等角度對(duì)于100Gbit/s高速傳輸技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行分析。
100Gbit/s相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化工作
100Gbit/s的標(biāo)準(zhǔn)化工作在多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)組織同時(shí)進(jìn)行，包括IEEE、ITU-T和OIF等，他們各自所關(guān)心的問(wèn)題又有所不同。
1.IEEE
IEEE802.3ba是IEEE關(guān)于40Gbit/s和100Gbit/s以太網(wǎng)的專門(mén)研究組，他們的目標(biāo)是為40Gbit/s和100Gbit/s的以太網(wǎng)增加更高速率的PHY選項(xiàng)，有許多串行和并行的選項(xiàng)，包括與ITU-T的傳輸速率匹配等問(wèn)題都會(huì)在這里進(jìn)行討論，這個(gè)項(xiàng)目計(jì)劃2010年6月完成，如圖1所示。今年會(huì)議上對(duì)于100G有關(guān)項(xiàng)目達(dá)成的共識(shí)是為OTN的后續(xù)發(fā)展提供必要的支持，主要在于傳輸速率和ODU容器容量的選擇，以便OTN能夠很好地滿足100GE的承載需求，要支持MAC數(shù)據(jù)速率為100Gbit/s，同時(shí)提供支持100Gbit/s運(yùn)行的物理層規(guī)范，主要的結(jié)果如下：
圖1 IEEE高速以太網(wǎng)項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)間表
100GE的編碼速率為103.125Gbit/s±100ppm，以下傳輸需求需要滿足：
（1）銅纜上至少傳輸10m～10×10Gbit/s(基于10GBASE-KR)
（2）多模光纖上至少傳輸100m～10×10Gbit/s在每個(gè)方向的10根光纖上
（3）單模光纖上至少傳輸10km～4×25Gbit/s～1.3DWDM(800GHz間隔)
（4）單模光纖上至少傳輸40km～4×25Gbit/s～1.3DWDM(800GHz間隔)
IEEE會(huì)進(jìn)一步研究相關(guān)的100GE接口傳輸問(wèn)題，對(duì)于在多模光纖上是否需要傳輸更長(zhǎng)的距離也在進(jìn)一步討論中，同時(shí)希望ITU-T定義合適的容器來(lái)承載100GE以太網(wǎng)信號(hào)。
2.ITU-T
ITU-TSG15是在光傳送領(lǐng)域有較大影響力的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織，目前它在進(jìn)行物理層傳輸和OTN等多方面的標(biāo)準(zhǔn)化工作，與100Gbit/s有關(guān)的問(wèn)題集中在ODU4/OTU4速率的定義方面，由于OTN技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展超前與以太網(wǎng)技術(shù)，在當(dāng)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中沒(méi)有充分考慮對(duì)于GE、10GE等以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的適配和承載，采用了一些超頻的方式來(lái)解決問(wèn)題，隨著40GE和100GE標(biāo)準(zhǔn)化的進(jìn)行，OTN的高階容器的速率定義與以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的速率兼容，能夠更好滿足傳送需求，對(duì)于OTU4的比特速率有3種建議，分別是111.8Gbit/s、112.8Gbit/s和111.6Gbit/s，主要的需求體現(xiàn)在采用一個(gè)速率能足以承載所有已知的客戶信號(hào)并且能夠使用合理的復(fù)用器達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的SDH時(shí)鐘，同時(shí)也希望在可能的情況下盡可能選擇112Gbit/s以下的速率，因此OTU4的速率選擇為111.809973Gbit/s(=255/227×2.488320Gbit/s×40)。經(jīng)過(guò)討論，同意OTU4的速率必須要使用FEC，并開(kāi)展了相關(guān)的研究，同時(shí)根據(jù)IEEE的傳輸需求，同意開(kāi)展研究4×28Gbit/sDWDM配置下通路間隔為800GHz的應(yīng)用代碼來(lái)支持OTU4應(yīng)用傳輸10km和40km的需求。
3．OIF
OIF主要定義電接口標(biāo)準(zhǔn)。OIF在10Gbit/s、25Gbit/s等速率上提供了相關(guān)電接口規(guī)范，可以用于IEEE相關(guān)高速以太網(wǎng)傳輸，同時(shí)，OIF于2008年9月左右開(kāi)始研究100Gbit/s長(zhǎng)距離DWDM傳輸項(xiàng)目，該項(xiàng)目遵從ITU-T定義的112Gbit/s傳輸速率，采用DP-QPSK和相關(guān)接收機(jī)結(jié)合的技術(shù)來(lái)開(kāi)展100Gbit/s長(zhǎng)距離傳輸?shù)难芯浚饕譃閮蓚€(gè)階段：***階段是定義框架，會(huì)進(jìn)行功能方面的分解，同時(shí)伴隨接口定義等；第二階段是針對(duì)某些特定的方面進(jìn)行研究。目前已經(jīng)定義了3個(gè)方面，分別是光子集成、FEC和模塊的電子工藝等方面，這3個(gè)方面都會(huì)圍繞選定的DP-QPSK調(diào)制方式開(kāi)展。
綜合以上來(lái)看，IEEE主要定義高速以太網(wǎng)的相關(guān)規(guī)范，也就是100Gbit/s的客戶信號(hào)的相關(guān)要求，包括速率等方面會(huì)對(duì)傳輸標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生影響；OIF規(guī)范相關(guān)的電接口，對(duì)于IEEE采用何種電接口的方式進(jìn)行內(nèi)部傳送有較大影響，同時(shí)它也開(kāi)展了針對(duì)DP-QPSK碼型的100Gbit/s長(zhǎng)距傳輸研究；而ITU-T作為傳送領(lǐng)域一直以來(lái)較為強(qiáng)勢(shì)的標(biāo)準(zhǔn)組織，它定義了OTU4的速率，保證了未來(lái)100GE作為客戶信號(hào)映射進(jìn)OTN的兼容性，同時(shí)開(kāi)展了相關(guān)光波分傳輸接口和FEC等方面的研究工作，但是從某種角度來(lái)說(shuō)，它也受到OIF開(kāi)展的相關(guān)長(zhǎng)距離傳輸標(biāo)準(zhǔn)研究的挑戰(zhàn)。可以預(yù)見(jiàn)，這幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)組織關(guān)于100Gbit/s的標(biāo)準(zhǔn)化工作都會(huì)互相促進(jìn)，在合作和競(jìng)爭(zhēng)的環(huán)境下更快地推進(jìn)。
40Gbit/s和100Gbit/s的應(yīng)用需求
40Gbit/sDWDM系統(tǒng)的大規(guī)模商用的推動(dòng)力是由于IP業(yè)務(wù)的迅猛增長(zhǎng)，路由器上高速40Gbit/sPOS接口的出現(xiàn)，從總體來(lái)看，40Gbit/s的需求在未來(lái)的1～2年會(huì)逐步擴(kuò)大，目前幾乎所有的傳輸設(shè)備制造廠商都已經(jīng)有了相關(guān)產(chǎn)品，針對(duì)不同傳輸距離和不同波長(zhǎng)數(shù)的應(yīng)用，有多種碼型的系統(tǒng)可以提供使用。
針對(duì)100Gbit/s的傳輸需求來(lái)看，主要還是未來(lái)可能出現(xiàn)的100GE或者相應(yīng)的POS接口的出現(xiàn)，100GE的標(biāo)準(zhǔn)化還在進(jìn)行當(dāng)中，預(yù)計(jì)2010年能夠正式成為標(biāo)準(zhǔn)。但是很多設(shè)備制造商已經(jīng)從5年甚至更早以前開(kāi)始，最近兩年全球各大運(yùn)營(yíng)商也對(duì)此表現(xiàn)出極大的興趣，近期相關(guān)會(huì)議報(bào)道的100Gbit/s波分復(fù)用系統(tǒng)試驗(yàn)如表2所示。同時(shí)Verizon在2007年采用阿爾卡特朗訊的設(shè)備進(jìn)行了504km的傳輸試驗(yàn)，2008年采用諾基亞西門(mén)子的設(shè)備進(jìn)行了1040km的長(zhǎng)途現(xiàn)場(chǎng)傳輸試驗(yàn)。北電也在國(guó)際會(huì)議上報(bào)道采用統(tǒng)一平臺(tái)，同時(shí)傳輸10Gbit/s、40Gbit/s和100Gbit/s的信號(hào)，通道間隔為50GHz，并達(dá)到100km以上的傳輸距離。國(guó)內(nèi)設(shè)備制造商華為也在2008年宣稱研制出100Gbit/s波分樣機(jī)，適合長(zhǎng)距離傳輸，可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)達(dá)2000km的無(wú)電中繼傳輸。
表2 近兩年會(huì)議報(bào)道的100Gbit/s波分復(fù)用系統(tǒng)試驗(yàn)
目前國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)開(kāi)始了40Gbit/sDWDM系統(tǒng)的試驗(yàn)和商用，對(duì)于100Gbit/s的長(zhǎng)距離傳輸也保持了非常大的興趣和關(guān)注，但是可以相信100Gbit/s的傳輸需求還會(huì)在今后的2～3年中逐步發(fā)展，這期間不會(huì)對(duì)40Gbit/s的傳輸造成替代性的威脅。
從40Gbit/s向100Gbit/s平滑過(guò)渡的問(wèn)題，從技術(shù)上來(lái)說(shuō)，100Gbit/s傳輸所面臨的物理傳輸限制更加嚴(yán)峻，無(wú)論是色度色散、偏振模色散、非線性效應(yīng)、背靠背OSNR容限等都更加難以達(dá)到，與40Gbit/s采用多種多樣的碼型相比，100Gbit/s大家更為關(guān)注偏振復(fù)用、相干接收、多相位調(diào)制和OFDM等技術(shù)以克服物理傳輸?shù)南拗啤Ｒ虼撕?jiǎn)單地討論40Gbit/s和100Gbit/s的平滑過(guò)渡是不現(xiàn)實(shí)的，必須在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研發(fā)初期就考慮到演進(jìn)的需求，同時(shí)在技術(shù)的采用方面進(jìn)行統(tǒng)一的考慮，才可能在商用階段真正達(dá)到平滑過(guò)渡，這也是運(yùn)營(yíng)商在網(wǎng)絡(luò)初期應(yīng)用中比較希望能夠提供的功能，同時(shí)40Gbit/s和100Gbit/s系統(tǒng)的兼容也能夠部分地減少40Gbit/s生命周期對(duì)于40Gbit/s波分系統(tǒng)應(yīng)用在業(yè)界的影響
隨著40Gbit/sDWDM系統(tǒng)的商用，100GE以太網(wǎng)等的規(guī)范和對(duì)于業(yè)務(wù)的預(yù)測(cè)，也催生了業(yè)界對(duì)于100Gbit/s傳輸需求的關(guān)注，ITU-T、IEEE和OIF等標(biāo)準(zhǔn)組織都開(kāi)展了100GE或者100Gbit/s傳送等方面的標(biāo)準(zhǔn)和研究工作，設(shè)備制造商和運(yùn)營(yíng)商也對(duì)于100Gbit/s技術(shù)的研究和應(yīng)用給予了較高的熱情，近兩年開(kāi)展了各種試驗(yàn)，證明100Gbit/s傳輸成為現(xiàn)實(shí)的可能性，相信隨著技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的不斷發(fā)展，特別是業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)傳輸需求的擴(kuò)展，100Gbit/s技術(shù)將在今后的2～3年內(nèi)逐步發(fā)展起來(lái)。
注：本文得到國(guó)家863項(xiàng)目“面向業(yè)務(wù)的新型全光網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)研究”（編號(hào)：2006AA01Z250）和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“面向下一代互聯(lián)網(wǎng)的光傳送網(wǎng)系統(tǒng)測(cè)量與分析”（編號(hào)：90604031）的資助。
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