光网络技术的发展与应用

张 宾，郗豪辉

（烽火通信科技股份有限公司 武汉 430073）

伴随全业务运营的不断深入，国内3大运营商业务的竞争更加全面和空前激烈。同时，全网IP化也成为了一个不争的事实，这一切将带来业务量的急剧增长和业务运营的新变化，运营商该如何应对全网IP化的增长趋势和高带宽需求成为一个十分重要的问题。正是在这种需求的驱动下，40 Gbit/s（下文简称 40G）、100 Gbit/s（下文简称100G）、OTN、PTN技术越来越受到人们的关注。

1 业务驱动100G大跨步走向未来

当业界的焦点还停留在40G技术的商用时，2010年6月100GE标准的通过给了100G光网络技术一个华丽的出场。在业务的驱动下，100G正在大跨步地发展和完善，走向未来光网络的建设。

不可否认，100G在标准化方面做得比较完善。IEEE、ITU-T和OIF 3家分别对100G相关的技术进行了定义。IEEE主要集中对100G的客户以太网信号方向进行定义，以103.125 Gbit/s为100GE标准的信号速率；ITU-T则定义了OTU4、ODU4的信号速率分别为111809973.568 kbit/s、104794445.815 kbit/s，保证了100GE作为客户信息映射到OTU信号时的兼容性问题；OIF主要定义了相关的电接口，同时也展开了对DP-QPSK码型的100G长距传输研究。

与40G相比，100G在OSNR容限降低了4 dB，色度色散容限降低了6倍，PMD容限降低了2.5倍，非线性效应增强。目前业界基本一致认为，100G光网络的传输需要解决4大关键技术，即100G线路传输技术、100GE接口技术、100GE封装映射技术和100G关键器件技术，其中包括G.709封装和超强FEC技术、调制格式、ODUk交叉技术、系统传输监控与调整技术、色散管理技术、低噪声指数放大技术，如图1所示，所以100G传输技术已然成为一项系统工程。

图1 100G传输的关键技术

100G调制格式目前主要有QPSK和OFDM两种，但需要对性能、复杂度、可实现性上取得平衡。但无论是哪种方案，业界已认识到100G码型必须归一到QPSK码型上，其中PM-QPSK成为了主流方案，其优点在于传输线路端采用了25 Gbit/s波特率、传输距离大于1000 km、兼容50 GHz信道间隔、电域偏振解复用，成本低于光域接收机，光学结构简单，无需延时线干涉仪或平衡检测色度色散，PMD电域处理容限大，无需光域处理，光级联滤波效应低，而缺点在于发射机光学结构复杂、交叉相位调制效应容限低、高速DAC和ASIC芯片复杂。100G与客户端设备的接口为100GBASE-LR4和100GBASE-ER4，采用CFP模块，主流采用10×10GE短距离互联的LAN接口技术，通常是并行的10根光纤或者10个C/DWDM传输100GE业务，传输距离为10 km和40 km，此方案可以重用现有的10GE器件，比较成熟。目前100G客户端已经有商用经验的CFP模块，随着技术的发展，器件商工艺越来越成熟，CFP成品率也将不断提高。100GE适配到OTN时，可映射到OTU4中，也可反向复用到OTU2/3之中。根据100GE接口的具体实现形式，存在多条封装映射路径，最主要是100GE串行信号映射到ODU4。100G关键器件中光模块和高速DSP影响最大。只有高速光模块才能实现100G速率的调制。DSP则对于相干电接收至关重要，需要在100G高速率数字处理技术取得突破时，才能实现软判决、相干电接收的复杂电处理，从而提高接收灵敏度，加大100G的传输距离。

目前100G技术已并非实现商用的瓶颈，而产品性价比则成为商用的主要抑制因素。虽然目前100G产品性价比并不高，但其最终会达到商用需求，而且随着市场整体需求的提高，产品价格会很快下降。

烽火通信作为国内主流的光传输设备供应商，一直坚持自主创新、自主研发的道路，早在2006年就已经对100G进行战略布局。烽火公司窥先机力挑重担，并先后承担国家“973”项目“超高速超大容量超长距离光传输基础研究”和国家“863”项目“100GE光以太网关键技术研究与系统传输试验平台研制”项目，开展了对160×100 Gbit/s 2000 km的3U光传输系统的研究，将采用业界最为先进的编码技术，具有更良好的OSNR及DGD容限，更适合长距传输。目前，烽火公司100G已经取得里程碑进展，解决了诸多100G的关键技术难题，为后续的产品应用打下了良好的基础。

2 OTN应用不断深入 助力光网络建设

随着通信业务容量迅速扩大，特别是数据业务对核心网带宽的拉动，密集波分复用技术已经在国内各运营商省干、本地、城域范围内得到了广泛的应用。纵观国内建设规模来看，80×10G在干线上已经成为主流，40×10G的DWDM系统在城域和本地网中发展迅速。然而，传统的DWDM系统通常被认为只是点到点“线路技术”，在业务的调度与组网技术方面存在着不足。随着上层IP业务的迅速发展，要求底层的传输平台层面具有更多的灵活性和智能性，因此，OTN技术逐渐浮出水面。

OTN和传统的波分技术相比，有非常多的技术优势。首先，OTN是支持多种客户信息的透明传送，包括SDH、GE和10GE等。并且OPUk在传送信息时不对信号做任何处理，异步映射模式也保证了客户信号的定时信息传送。此外，路由器使用10GE接口可以大大降低网络建设成本，而其前提条件是WDM系统引入OTN接口。其次，OTN提供了光电两种交叉模式，根据网络的特点和技术的需要可以灵活地选择，并且对于电交叉支持ODU1（2.5 Gbit.s）、ODU2（10 Gbit/s）、ODU3（40 Gbit/s）多种颗粒的交叉。再次，OTN引入了非常丰富的开销，包括 SM、PM、TCM（1～6）等，相对比基于SDH的WDM只能依赖SDH的B1和J0字节来说，性能和故障的监测能力更强大。

从国内建网趋势来看，OTN已经成为事实的标准，特别是在各个运营商的本地城域网当中，基本都采用了基于电层交叉的OTN技术，利用支线路分离的架构，实现网络端和线路端的解耦合，大大提升了组网的灵活性和业务的快速开通和部署能力。目前OTN技术发展很快，国内主流厂家都推出了相应的OTN设备，运营商也非常关注OTN的应用价值，也为OTN的快速应用增添了动力。烽火通信从2002年开始对OTN技术的跟踪和研发，经过几年的努力，逐步在国内引领OTN技术的发展，目前已经推出全系列的OTN产品，形成了端到端的解决方案，产品覆盖核心层、骨干层、汇聚层、接入层，其产品系列包括FONST 5000、FONST 4000、FONST 3000、FOSNT 2000、FONST 1000 等新一代OTN传送平台。OTN产品一经推出，获得了客户的大量认可，目前已经在全国各个运营商市场获得了大量的商用，在一干、二干、本地城域网中都获得了成熟稳定的应用。

3 40G技术成熟，成就主流波分技术

在经过接近两年的预热，40G已经正式走上了光网络传输舞台的核心。在2010年，40G已经成为了网络建设的主旋律，特别是在一级干线的建设上面，40G DWDM成为解决带宽需求、拓展传输容量的主要技术手段。

从技术的发展来看，40G本身已经比较成熟，而且伴随着40G应用的不断深入，40G编码逐渐地归一化和集中化，其中PDPSK和RZ-DQPSK成为了设备商和运营商最主要的选择对象。PDPSK在OSNR容限、非线性容限等性能方面非常具有优势，惟一的不足在其DGD容限较小，因此其主要应用于光缆PMD指标较好的应用场景，定位于12×22 dB跨段以下，而且成本具有明显优势。RZ-DQPSK在OSNR容限、非线性容限等方面性能比较均衡，相对于PDPSK而言，其DGD容限较大，可以在PMD值更差的光纤上进行40G的网络建设，主要定位于16×22 dB以下的应用场景。

目前来看，40G光网络技术最大的问题在于上游产业链的力量比较分散，在供货的速度以及价格上还需进一步发展。特别是100G的出现对于40G的冲击还是比较明显的，上游的器件、芯片厂家把精力更多地放在100G上面，造成40G产业链整体比较薄弱，特别对于40G的客户端白光口模块来讲，虽然已经具有了相当的供货能力，但其数量以及价格离业界的期望还相差甚远。

作为国内主流的40G解决方案提供商，烽火通信充分利用烽火科技这个国内最全面的光通信产业集团，实现器件和芯片的自主化生产，加强自主创新能力，掌握相关的核心技术和专利，40G WDM相继在中国电信、中国联通等运营商取得应用。2010年更是先后承建了中国电信南京—合肥—武汉的80×40G传输工程，中国电信北京—天津80×40G工程。面对工程线路距离长，技术难度大，业务量多的难题，烽火通信采用了一系列的关键技术，包括独有的sDPSK和sRZ-DQPK编码调制技术，结合功率均衡、增益锁定、单通道精确色散补偿等核心技术，很好地解决了工程OSNR受限、PMD受限等技术难题，为工程的稳定运行保驾护航。

4 PTN商用提速 应用空间不断拓展

业务的需求是推动PTN技术发展的主要动力。移动业务从2G向 3G、HSPA+及 LTE（4G）的演进，除了传统业务IP化的需求，还对同步、网络延时、可靠性及安全性提出了较高的要求。PTN正是在这一背景下应运而生的。它是以太网承载技术和传送网技术相结合的产物，不但拥有天生的以太网特性，并且拥有较好电信级业务所需的5个基本属性，分别为标准化的业务、可扩展性、可靠性、严格的QoS和运营级别的OAM。

PTN分组内核提供了强大统计复用能力的弹性管道，带宽利用率高，更适应较强的分组业务突发性。PTN同时继承了类似SDH的传输网络特性、具有强大的OAM及电信级保护能力、图形化界面网管能力等优势。PTN技术与其他技术相比，更加简单，实用，并且融合了多种技术优势，也因此备受业界的关注。从目前的业务需求和成熟度来说，PTN的规模商用还需1-2年时间。预计未来5年内，PTN的市场将超过基于传统的SDH设备。

当然PTN技术与成本优势也将随着产业链的进一步发展而更加明显，必将成为移动回传等高价值业务的主流平台。同时，PTN的引入及发展壮大也必将反作用于业务网络，将进一步促进IP化业务的高速增长

烽火从2004年参与制定PTN标准以来，积极研发探索，目前CiTRANS600系列在国内已经实现了国内运营商的大规模应用，并且在中国移动、中国电信、中国联通PTN测试中，依靠完善的技术和功能以及设备的稳定表现，烽火PTN排名一直稳居前两名。实现了多个惟一，即惟一可以实现环网保护且同时支持Wrapping和Steering，惟一可以实现与MSTP设备2.5 Gbit/s接口互通，惟一可以同时实现E1和FE的TPS保护，惟一可以实现PTN、OTN、PON技术的兼容。烽火通信CiTRANS 600系列智能化PTN产品采用业界最先进的硬件技术和电信级的软件智能实现PTN技术与ASON技术的完美融合，有效提升网络智能化特性、可靠性和管理维护特性，已在国内的3大运营商的本地网都实现了规模部署，满足不同运营商的个性化需求。

5 结束语

技术的成熟度和先进性是相互对立的，对于技术的选择又要考虑到网络未来发展的规划和网络的安全性。40G是我们走向100G的必经之路，100G商用的步伐正在加快，OTN、PTN等新技术已经在网上规模应用。笔者相信随着技术的进一步发展和应用的不断深入，40G、100G、PTN、OTN将迎来更广阔的发展空间。