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量級的新記錄，隨后陷入低谷。40Gbit/s技術(shù)在2004～2006年左右又開始升溫，并出現(xiàn)局部試商用，同時路由器逐漸出現(xiàn)40Gbit/sPOS接口，40Gbit/sWDM技術(shù)在2007～2008年的發(fā)展非?；钴S，出現(xiàn)多種調(diào)制編碼，多廠家支持40Gbit/s WDM設(shè)備，國內(nèi)外對于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)計在明年會有更多的40Gbit/s WDM系統(tǒng)的應(yīng)用出現(xiàn)。伴隨著業(yè)務(wù)量的增長，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)化工作在多個標(biāo)準(zhǔn)組織同時進(jìn)行，包括IEEE、ITU-T和OIF等，他們各自所關(guān)心的問題又有所不同。
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，有許多串行和并行的選項，包括與ITU-T的傳輸速率匹配等問題都會在這里進(jìn)行討論，這個項目計劃2010年6月完成，如圖1所示。今年會議上對于100G有關(guān)項目達(dá)成的共識是為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)項目的標(biāo)準(zhǔn)化時間表
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會進(jìn)一步研究相關(guān)的100GE接口傳輸問題，對于在多模光纖上是否需要傳輸更長的距離也在進(jìn)一步討論中，同時希望ITU-T定義合適的容器來承載100GE以太網(wǎng)信號。
2.ITU-T
ITU-TSG15是在光傳送領(lǐng)域有較大影響力的國際標(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)時的標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中沒有充分考慮對于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解決問題，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)在采用一個速率能足以承載所有已知的客戶信號并且能夠使用合理的復(fù)用器達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的SDH時鐘，同時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)過討論，同意OTU4的速率必須要使用FEC，并開展了相關(guān)的研究，同時根據(jù)IEEE的傳輸需求，同意開展研究4×28Gbit/sDWDM配置下通路間隔為800GHz的應(yīng)用代碼來支持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，OIF于2008年9月左右開始研究100Gbit/s長距離DWDM傳輸項目，該項目遵從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)來開展100Gbit/s長距離傳輸?shù)难芯?，主要分為兩個階段：***階段是定義框架，會進(jìn)行功能方面的分解，同時伴隨接口定義等；第二階段是針對某些特定的方面進(jìn)行研究。目前已經(jīng)定義了3個方面，分別是光子集成、FEC和模塊的電子工藝等方面，這3個方面都會圍繞選定的DP-QPSK調(diào)制方式開展。
綜合以上來看，IEEE主要定義高速以太網(wǎng)的相關(guān)規(guī)范，也就是100Gbit/s的客戶信號的相關(guān)要求，包括速率等方面會對傳輸標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生影響；OIF規(guī)范相關(guān)的電接口，對于IEEE采用何種電接口的方式進(jìn)行內(nèi)部傳送有較大影響，同時它也開展了針對DP-QPSK碼型的100Gbit/s長距傳輸研究；而ITU-T作為傳送領(lǐng)域一直以來較為強(qiáng)勢的標(biāo)準(zhǔn)組織，它定義了OTU4的速率，保證了未來100GE作為客戶信號映射進(jìn)OTN的兼容性，同時開展了相關(guān)光波分傳輸接口和FEC等方面的研究工作，但是從某種角度來說，它也受到OIF開展的相關(guān)長距離傳輸標(biāo)準(zhǔn)研究的挑戰(zhàn)?？梢灶A(yù)見，這幾個標(biāo)準(zhǔn)組織關(guān)于100Gbit/s的標(biāo)準(zhǔn)化工作都會互相促進(jìn)，在合作和競爭的環(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)模商用的推動力是由于IP業(yè)務(wù)的迅猛增長，路由器上高速40Gbit/sPOS接口的出現(xiàn)，從總體來看，40Gbit/s的需求在未來的1～2年會逐步擴(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，針對不同傳輸距離和不同波長數(shù)的應(yīng)用，有多種碼型的系統(tǒng)可以提供使用。
針對100Gbit/s的傳輸需求來看，主要還是未來可能出現(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年甚至更早以前開始，最近兩年全球各大運(yùn)營商也對此表現(xiàn)出極大的興趣，近期相關(guān)會議報道的100Gbit/s波分復(fù)用系統(tǒng)試驗(yàn)如表2所示。同時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年采用諾基亞西門子的設(shè)備進(jìn)行了1040km的長途現(xiàn)場傳輸試驗(yàn)。北電也在國際會議上報道采用統(tǒng)一平臺，同時傳輸10Gbit/s、40Gbit/s和100Gbit/s的信號，通道間隔為50GHz，并達(dá)到100km以上的傳輸距離。國內(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)，適合長距離傳輸，可實(shí)現(xiàn)長達(dá)2000km的無電中繼傳輸。
表2 近兩年會議報道的100Gbit/s波分復(fù)用系統(tǒng)試驗(yàn)
目前國內(nèi)運(yùn)營商已經(jīng)開始了40Gbit/sDWDM系統(tǒng)的試驗(yàn)和商用，對于100Gbit/s的長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的傳輸需求還會在今后的2～3年中逐步發(fā)展，這期間不會對40Gbit/s的傳輸造成替代性的威脅。
從40Gbit/s向100Gbit/s平滑過渡的問題，從技術(shù)上來說，100Gbit/s傳輸所面臨的物理傳輸限制更加嚴(yán)峻，無論是色度色散、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?。因此簡單地討?0Gbit/s和100Gbit/s的平滑過渡是不現(xiàn)實(shí)的，必須在系統(tǒng)的設(shè)計和研發(fā)初期就考慮到演進(jìn)的需求，同時在技術(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)到平滑過渡，這也是運(yùn)營商在網(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)范和對于業(yè)務(wù)的預(yù)測，也催生了業(yè)界對于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)營商也對于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。
注：本文得到國家863項目“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：2006AA01Z250）和國家自然科學(xué)基金項目“面向下一代互聯(lián)網(wǎng)的光傳送網(wǎng)系統(tǒng)測量與分析”（編號：90604031）的資助。
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