100Gbit/s速率标准最新进展*

施社平

（中兴通讯北京研究院 北京 100191）

1 概述

ADSL用户数的持续增长、单用户带宽的成倍增加，造成了固定用户接入带宽需求的快速增长；PON网络的快速部署，进一步加速了固定用户接入带宽的增长；3G的部署，宽带移动接入用户也将快速增长，所以带宽需求在未来还会持续快速增长。而以视频/流媒体为基础的各种宽带杀手业务的出现消耗了大量的宽带资源，核心路由器100GE端口呼之欲出。

来自OIF数据商用网络运营商长期年均流量增长将超过50%，即不到2年流量就翻一倍；而来自中国电信的数据是每年传输容量增加接近100%，5年带宽增长10～20倍。如果按2008年40Gbit/s速率应用启动，那么在2011年前就有100Gbit/s速率的市场需求。

为了避免100Gbit/s速率标准滞后对产业的不利影响，全球主流运营商、设备供应商都在积极参与IEEE、ITU-T以及OIF国际标准组织的活动。100Gbit/s速率的源头是100GE业务，IEEE 802.3ba对此进行了规范，ITU-T考虑100GE业务的承载，而OIF规范了业务的100Gbit/s LH模块的实现以及100Gbit/s速率互连互通接口规范，中国通信标准组织也在积极准备100Gbit/s速率标准的制定。

2 IEEE

IEEE 802.3ba是IEEE关于40Gbit/s和100Gbit/s以太网的专门研究组，目标是为40Gbit/s和100Gbit/s的以太网制定物理层接口规范。该标准从2006年启动，到2010年6月已完成并发布。物理编码子层（PCS）采用64B/66B编码，100GE实际物理层速度是103.125Gbit/s，如此高速率无法串行处理，所以100GE物理层都是并行的多道（Lanes），与我们用户关系最密切的100GE接口是物理介质相关子层（PMD），见表1，其中用途最广泛的接口应是100GBase-LR4和100GBase-ER4，将是同城核心路由器与核心路由器/传输设备之间互联接口。

3 ITU-T

ITU-T在100Gbit/s速率的标准研究在SG15的Q6/Q11进行的，2009年12月批准的G.709标准已为100Gbit/s定义了OTU4，标称速率见表2。该标准同时还定义了多种低速信号到OTU4的映射复用以及100GE到OTU4映射。为了100GBase-LR4/ER4以太网接口的重用，也定义了OTM-0.4v4，见图1。2009年11月发布的G.959.1中参照IEEE 802.3ba制定了用4 × 25Gbit/s 多通道域内的应用代码及参数：4I1-9D1F和4L1-9C1F。

表1 100GE物理接口代码

表2 OTU4标称速率

多通道并行传输是100Gbit/s速率传输的特点，不同的物理通道由于波长的不同传输速度不同，不同通道物理长度及处理时延等也有微小差异，在最新的G.709以及IEEE 802.3ba对通道去歪斜作了详细规范。

4 OIF

光互联网论坛（OIF），致力于开发电信和数据网络领域的互连互通协议。100Gbit/s 承载相关的标准研究主要在物理和链路层工作组（PLL WG）中进行，100Gbit/s LH DWDM技术下设了长距离DWDM传输框架、集成光子、FEC、传输模块电接口、传输模块管理接口等5个项目组，除管理接口外其它研究组工作已完成并出版。

光调制方式选择了偏振复用-正交相移键控（PMQPSK或DP-QPSK等），发信、收信机框图见图2和图3所示，把100Gbit/s业务速率降为25Gbaud，从而支持50GHz波长间隔。

相同光调制方式下100Gbit/s跟10Gbit/s相比，OSNR容限要差10dB，PMD容限会降低10倍，CD容限降低100倍，因此必须采用先进技术手段保证100Gbit/s的实用性。选择相干、平衡光接收技术相比NRZ直接接收提升OSNR容限近6dB，采用高速电信号处理技术PMD和CD容限可以优于10Gbit/s系统，并且可降低了PMD和CD引入的传输代价。

10Gbit/s和40Gbit/s DWDM系统已普遍采用增强纠错编解码（AFEC）技术，净编码增益约8.5dB。100Gbit/s采用PM-QPSK+相干光接收技术OSNR容限跟10Gbit/s NRZ相比还有明显差距（约4dB），需要更高净编码增益（NCG）的FEC来进一步提高100Gbit/s的OSNR容限，OIF建议选择冗余度在18%～20%的软判决纠错编码（SD-FEC），净编码增益可达10.5dB左右，这时线路速率超过了30Gbaud。

图1 OTM-0.4v4结构

图2 PM-QPSK光发射机模块框图

100Gbit/s系统模块方案极其复杂，必须依赖光电集成技术，否则功耗、体积和成本会造成100Gbit/s系统难以规模商用。100Gbit/s系统的线路侧光模块集成主要包括：光发射机光调制器、光接收机光解调器、包含高速ADC和大规模DSP的ASIC芯片。100Gbit/s的电处理，4路30Gbit/s左右的差分信号，需要4路采样速率约60Gsample/s的高速ADC，采样值分辨率要在6bit以上，ADC与DSP之间信号流量超过1000Gbit/s，如用高速端口互联功耗极高，因而ADC需要与DSP集成；如采用SD-FEC，需要利用量化后的多比特信号纠错解码，最好也集成在一起，整个做成一个超复杂的ASIC芯片，需要使用最先进的40nm芯片工艺。

图3 PM-QPSK相干接收机模块框图

为了100Gbit/s核心模块通用，OIF正在制定线路侧模块标准：Implementation Agreement for 168-pin Transponder Module；多源协议联盟（MSA）正制定100Gbit/s系统客户侧模块标准：CFP MSA，这些标准已基本定稿。

5 CCSA

中国通信标准化协会（CCSA）TC6的WG1负责100Gbit/s WDM标准的研究制定，2009年底由中兴通讯牵头完成了“40～100GE以太网承载和传输技术研究”报告。目前技术报告《N×100G 波分复用系统技术要求》已经立项，计划2011年初完成，预期100G WDM国标会在2011年底前完成。

综合来看，在IEEE、ITU-T和OIF努力下，100Gbit/s基础标准基本成型，但在线路侧FEC编码等方面已放弃统一标准，互连互通会受到一些限制。随着100Gbit/s标准的成熟，预计未来1～2年主流光网络设备商会推出100Gbit/s传输解决方案，我们将迎来100Gbit/s DWDM时代。

[1] IEEE P802.3ba/D3.1, 10th Feb 2010

[2] ITU-T G.709/Y.1331 (12/2009)

[3] OIF-FD-100G-DWDM-01.0：100G Ultra Long Haul DWDM Framework Document

[4] Oif2009[1].366.00-100G FEC White Paper Development