超100G波分部署方案研究

王少伟，蒋 明

（1.中国联合网络通信有限公司湖南省分公司，湖南 长沙 410014；2.北京中网华通设计咨询有限公司，北京 100070）

0 引 言

未来网络将从以核心网为中心面向连接的传统网络，向以DC为中心面向内容和应用的方向转型。预计到2022年，DC之间的流量占骨干网流量的比重将达到80%。上述业务和网络转型的需求均成为下一代以太网速率发展的核心驱动力，需要大容量、高密度数据传送及交换处理，对下一代速率的端到端传送系统关键技术研究日益重要，以便能持续提升全网带宽容量并降低每比特传输成本，满足运营商网络扩容和投资收益方面的迫切要求。

目前，100GE/100G标准、技术及产业链已经商用成熟，IEEE、ITU-T以及OIF等国际标准组织和论坛纷纷展开下一代以太网速率需求和技术演进方面的研究。综合考虑网络容量需求和技术方案可行性，结合IEEE工业标准的技术发展趋势，展开超100G波分部署方案的研究，以期为后续全面商用提供技术积累。

1 超100G波分关键技术

由高速传输系统的演进趋势可知，大容量（频谱效率高）、长距离和低成本是光传输系统永恒不变的追求。100G的频谱效率是10G的10倍，而频谱效率的提升是降低每比特传输成本的关键。从容量需求角度出发，200G应在频谱效率上相对100G提升一倍，并应有类似100G系统的传输距离。但是，如图1所示，基于香农极限定律，随着频谱效率的持续提升，标准单模光纤容量已经接近物理极限，在100G基础上提升一倍的谱效率会导致传输距离急剧下降。因此，要实现200G相对100G容量提升一倍并维持类似的传输距离是一种极端挑战。

图1 光传输系统的香农极限分析

提升光传送线路速率有3个技术途径，分别为提升单波波特率、高阶调制和多载波技术[1]。

（1）提升信号的波特率是提升线路速率最直接的方法，可以直接提高线路速率，并降低单位比特的传输成本。由于采用更高的波特率需要分配更大的单通道带宽，因此单纯提升波特率并不能提升频谱效率（单纤容量）。同时，受到调制器、接收机、ADC/DAC等光电器件的带宽和采样率的限制，波特率不可无限制提高。

（2）高阶调制通过将数据信号进行振幅或相位调制提升频谱效率。虽然高阶调制可以显著提升系统的频谱效率，但由于受到香农极限的限制，高阶调制对接收OSNR有更高的要求，这意味着传输距离的下降。

（3）在100G及之前的时代，单载波是主流；在超100G光传输上，出于传输距离的考虑，多载波将是可行的解决方案。因此，可通过多载波提升线路速率，实现未来400G乃至T比特以太网的长距离传输。

目前，主流的超100G解决方案通常以100G弹性速率（Flexrate）的方式实现，即同一块单板根据不同传输距离通过软件编程方式选择合适的调制编码格式，尽可能沿用100G产业链现有器件，以降低系统升级成本。通过可编程技术可以根据传输距离和带宽容量的需求，灵活匹配最佳线路速率，提升链路总容量的同时，降低总功耗和建网成本，如图2所示。

图2 可编程技术

2 超100G波分的部署

2.1 100G升级至超100G波分技术特点

从100G波分升级超100G波分数据有以下特点：从100G到超100G波分，光传送线路速率及频谱效率得到了极大提升；超100G波分技术基于现网的G.652/G.655光缆，在无电中继情况下传输距离降低，对现网组网调整带来了一定挑战；超100G波分技术采用灵活的调制技术实现超100G硬件归一化，通过软件编程方式选择合适的调制编码格式，尽可能沿用100G产业链现有器件，以降低系统升级成本。

2.2 组网方案的选择

目前，400G波分技术主流采用双载波16QAM技术，可实现在现有G.652/G.655光缆无电中继500 km以内的传输。在G6.54E光缆未大规模部署前提下，需对现网进行大规模改造，实施难度大、成本高。200G波分技术相对更加成熟，目前已广泛应用，可实现无电中继600～1 000 km传输。

目前主流运用的码型有以下3种[2-3]。

码型1：200G 16QAM，单载波实现200G，30G波特率，可实现600 km无电中继传输，传输距离和容量较大，适于城域应用和中短距干线，是目前城域商用200G传输的主流解决方案。

码型2：200G e16QAM，200G e16QAM是基于压缩熵编码实现的200G中长距传输方案。通过单载波实现200G，30G波特率，可实现1 000 km无电中继传输，传输距离较普通的16QAM方案增加30%，适于国干和区域干线，是目前区域干线商用200G传输的主流解决方案。

码型3：200G QPSK，单载波实现200G，60G波特率，可实现2 000 km无电中继传输。由于采用高波特率会占用更大的谱宽，需要光层弹性技术（flexgrid）的配合。

通过上述硬件不变，软件可编程方式调节线路速率，可以实现超100G硬件归一化，可根据业务需求和网络组网要求选取合适方案完成现网100G OTN系统的升级。

2.3 技术优点

2.3.1 引入超100G波分技术，可有效提升集成度，降低槽位占用和系统功耗

通过200G波分技术的应用可以使系统容量提升一倍到16T，提高波道利用效率[4]。采用单槽位2×200G单板，比现网2×100G线路单板单槽位带宽提升一倍，单Gbit/s功耗降低40%以上，未来配合单槽位4×100G支路单板（CFP可插拔光模块），进一步节省电子架槽位，降低功耗。

2.3.2 网络带宽按需灵活调整，超100G硬件归一化

采用线路速率100G/200G/400G可编程技术，通过硬件不变，软件可编程方式调节线路速率，在网络前期只需开通低速率满足当前要求。例如，将来随着带宽增长需要更高带宽、更大容量，无需升级硬件板卡即可实现在线业务平滑升级发放，从而带来更低的TCO投入。

图3 与100G波分带宽及能耗对比

3 结 论

随着200G、400G等超100G波分技术的日益成熟，超100G波分技术将逐步部署应用于运营商网络，满足业务高速发展的需求。因此，需充分了解各种组网方案特点和要求，根据现网网络状况选取合适的组网方案，可在最大程度保护原有投资的情况下实现网络平滑演进。