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創(chuàng )新技術(shù) 開(kāi)啟下一代光網(wǎng)絡(luò )的新紀元

2011/09/22

　　開(kāi)啟高速傳輸 100G漸行漸近

　　也許是“光的冬天”時(shí)間太久，40G WDM還沒(méi)有真正步入光通信的舞臺，100G 速率的WDM接踵而來(lái); 也許業(yè)務(wù)發(fā)展太快，40G 還沒(méi)有來(lái)得急施展拳腳，100G 已經(jīng)躍躍欲試。當人們漸漸的走出“該不該發(fā)展40G”討論，重新對40G樹(shù)立信心的時(shí)候，100G又走入了我們的視野，甚至有人提出，40G不必急，等一等100G。經(jīng)過(guò)技術(shù)的探討與爭論，經(jīng)過(guò)標準的制定與規范，100G “忽如一夜春風(fēng)來(lái)，千樹(shù)萬(wàn)樹(shù)梨花開(kāi)”， 是 如此接近的走入我們的視野。作為新一代光網(wǎng)絡(luò )的領(lǐng)軍技術(shù)，當前正值100G大規模應用的啟動(dòng)前夕。

　　誠然，技術(shù)的進(jìn)步總是伴隨都會(huì )一些新的障礙，在高速100Gb/s的發(fā)展過(guò)程中，也同樣提出了很多新的技術(shù)問(wèn)題。100Gb/s信號由于單信道速率的提升，對OSNR要求相對于40Gb/s提高4dB，相對于10Gb/s提高10dB；色散容限與PMD容限均下降為40Gb/s的1/3；同時(shí)100Gb/s受非線(xiàn)性等傳輸損傷的影響將更嚴重。為達到與現有10Gb/s或40Gb/s DWDM網(wǎng)絡(luò )相當的傳輸性能，包括調制與編碼、相干接收、新型FEC等關(guān)鍵技術(shù)需要被用到100Gb/s具體實(shí)現方案中。目前，100G調制格式目前主要有QPSK和OFDM兩種，但現在業(yè)界基本已經(jīng)達成共識100G碼型將必須歸一到（D）QPSK碼型上。OIF建議采用復用-正交相位調制（PM-QPSK）或偏振復用-差分正交相位調制（PM-DQPSK）作為100Gb/s的主流調制技術(shù)，其中偏振復用首先將信號傳輸波特率降低一半，QPSK相位調制又可將之再降低一半，這樣100Gb/s信號實(shí)際波特率降為25Gbaud/s，考慮信號傳輸的相開(kāi)銷(xiāo)以及FEC編碼后，其實(shí)際特率在25Gbaud/s~32Gbaud/s之間，這樣的信號帶寬使得100Gb/s用于50GHz間隔DWDM系統成為可能。

　　理論上說(shuō)，PM-(D)QPSK在未采用相干解調技術(shù)時(shí)，假如不考慮偏振解復用引入的代價(jià)，100Gb/s在OSNR靈敏度和色散容限上，應該是介于40Gb/s系統的DPSK與DQPSK之間的。但由于每個(gè)偏振態(tài)都存在四個(gè)相位關(guān)系，PM-(D)QPSK比D(Q)PSK更易于受到非線(xiàn)性影響，特別是交叉相位調制（XPM）的干擾，在與具有OOK調制的鄰道信號混傳時(shí)表現的尤為明顯。相干接收是100Gb/s系統中非常重要的技術(shù)，直接決定了系統的傳送性能。相干接收利用信號光與本振光混頻，在電域中對信號進(jìn)行偏振估計和相位估計，同時(shí)相干接收中本振光源可在一定程度上補償信號光功率的損耗，可比非相干獲得更高的接收機靈敏度，同樣也可獲得更好的OSNR靈敏度。相干接收的核心技術(shù)在于電域，非相干的核心技術(shù)在光域。考慮到器件的遠期成本，電域多采用ASIC封裝，雖然早期投片成本較高，但容易實(shí)現規模量產(chǎn)，一致性較好，成本下降趨勢很快；光域器件成本一般隨器件復雜度成倍增加，且量產(chǎn)成品率也低于電器件。高速ADC和DSP產(chǎn)品化一直以來(lái)成為100Gb/s相干通信的技術(shù)瓶頸。

　　隨著(zhù)ASIC封裝工藝提高，40nm的CMOS工藝已逐步成熟，功耗進(jìn)一步降低已完全可用于封裝到光模塊中。目前業(yè)界已成熟的ADC最高采樣率能做到56GS/s，對于112Gb/s信號可實(shí)現全采樣。對127Gb/s信號全采樣需要65GS/s的ADC，否則由于欠采樣引入的OSNR代價(jià)大約有0.5dB，這在一定程度上會(huì )削弱20%開(kāi)銷(xiāo)FEC的增益。使用數字信號處理技術(shù)來(lái)均衡補償傳輸信道損傷是100Gb/s相干通信的主流實(shí)現方案， 100Gb/s信號經(jīng)數字信號處理后，色散容限往往可達到數萬(wàn)ps/nm，DGD容限也可做到100ps以上，一方面可減少線(xiàn)路色散補償光纖（DCF）的使用，抑制非線(xiàn)性損傷的影響；另一方面自適應線(xiàn)路色散變化的響應速度非常快，避免了40Gb/s使用TDC的弊端；另外100Gb/s也避開(kāi)了40Gb/s某些碼型對線(xiàn)路PMD受限的尷尬。數字信號處理技術(shù)除了補償色散、PMD等線(xiàn)性損傷之外，也將朝著(zhù)開(kāi)發(fā)非線(xiàn)性損傷均衡算法的方向發(fā)展。

　　作為國內優(yōu)秀的信息通信領(lǐng)域設備與網(wǎng)絡(luò )解決方案提供商、國家科技部認定的國內光通信領(lǐng)域唯一的“863”計劃成果產(chǎn)業(yè)化基地，烽火科技一直堅持自主創(chuàng )新、自主研發(fā)的道路，早在2006年就已經(jīng)對100Gb/s進(jìn)行戰略布局。烽火公司力挑重擔，先后承擔國家973項目“超高速、超大容量、超長(cháng)距離光傳輸基礎研究”和國家863項目“100GE光以太網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究與系統傳輸試驗平臺研制”項目，開(kāi)展了對160×100Gb/s 2000公里的3U光傳輸系統開(kāi)展研究，將采用業(yè)界最為先進(jìn)的編碼，有更良好的OSNR及DGD容限，更適合長(cháng)距傳輸。目前，烽火公司Gb/s已經(jīng)取得里程碑進(jìn)展，解決了諸多100Gb/s的關(guān)鍵技術(shù)難題，取得了一系列重大成果，進(jìn)而成功轉換到100Gb/s商用化產(chǎn)品中。目前，烽火公司100G已經(jīng)取得里程碑進(jìn)展，解決了諸多100G的關(guān)鍵技術(shù)難題，為后續的產(chǎn)品應用打下了良好的基礎。

　　OTN應用不斷深入 助力光網(wǎng)絡(luò )建設

　　隨著(zhù)通信業(yè)務(wù)容量迅速擴大，特別是數據業(yè)務(wù)對核心網(wǎng)帶寬的拉動(dòng)，密集波分復用技術(shù)已經(jīng)在國內各運營(yíng)商省干、本地、城域范圍內得到了廣泛的應用。縱觀(guān)國內建設規模來(lái)看，80×10Gb/s在干線(xiàn)上已經(jīng)成為主流，40×10Gb/s的DWDM系統在城域和本地網(wǎng)中發(fā)展迅速。然而，傳統的DWDM系統通常被認為只是點(diǎn)到點(diǎn)“線(xiàn)路技術(shù)”，在業(yè)務(wù)的調度與組網(wǎng)技術(shù)方面存在著(zhù)不足。隨著(zhù)上層IP業(yè)務(wù)的迅速發(fā)展，要求底層的傳輸平臺層面具有更多的靈活性和智能性，因此，OTN技術(shù)逐漸浮出水面。

　　OTN和傳統的波分技術(shù)相比，有非常的多的技術(shù)優(yōu)勢。首先，OTN是支持多種客戶(hù)信息的透明傳送，包括SDH、GE和10GE等，并且OPUk在傳送信息時(shí)不對信號做任何處理，異步映射模式也保證了客戶(hù)信號的定時(shí)信息傳送。另一方面路由器使用10GE接口可以大大降低網(wǎng)絡(luò )建設成本，所以WDM系統引入OTN接口是路由器采用10GE接口的前提條件。其次，OTN提供了光電兩種交叉模式，根據網(wǎng)絡(luò )的特點(diǎn)和技術(shù)的需要可以靈活的選擇，并且對于電交叉支持ODU1(2.5G)、ODU2(10G)、ODU3(40G)多種顆粒的交叉。再次，OTN引入了非常豐富的開(kāi)銷(xiāo)，包括SM、PM、TCM（1-6）等，相對比基于SDH的WDM只能依賴(lài)SDH的B1和J0字節來(lái)說(shuō)，性能和故障的監測能力更強大。

　　從國內建網(wǎng)趨勢來(lái)看，OTN已經(jīng)成為事實(shí)的標準，特別是在各個(gè)運營(yíng)商的本地城域網(wǎng)當中，基本都采用了基于電層交叉的OTN技術(shù)，利用支線(xiàn)路分離的架構，實(shí)現網(wǎng)絡(luò )側和線(xiàn)路側的解耦合，大大提升了組網(wǎng)的靈活性和業(yè)務(wù)的快速開(kāi)通和部署能力。目前OTN技術(shù)發(fā)展很快，國內主流廠(chǎng)家都推出了相應的OTN設備，運營(yíng)商也非常關(guān)注OTN的應用價(jià)值，也為OTN的快速應用增添了動(dòng)力。烽火科技從2002年開(kāi)始對OTN技術(shù)的跟蹤和研發(fā)，經(jīng)過(guò)幾年的努力，逐步在國內引領(lǐng)OTN技術(shù)的發(fā)展，目前已經(jīng)推出全系列的OTN產(chǎn)品，形成了端到端的解決方案，產(chǎn)品覆蓋核心層、骨干層、匯聚層、接入層，，其產(chǎn)品系列包括FONST 5000、FONST 4000、FONST 3000、FOSNT 2000、FONST 1000等新一代OTN傳送平臺。OTN產(chǎn)品一經(jīng)推出，獲得了客戶(hù)的大量認可，目前已經(jīng)在全國各個(gè)運營(yíng)商市場(chǎng)獲得了大量的商用，包括一干、二干、本地城域網(wǎng)獲得了成熟穩定的應用。

　　40G技術(shù)成熟，成就主流波分技術(shù)

　　在經(jīng)過(guò)接近兩年的預熱，40G已經(jīng)正式走上了舞臺的核心。在2010年，40G已經(jīng)成為了網(wǎng)絡(luò )建設的主旋律，特別是在一級干線(xiàn)的建設上面，40Gb/s DWDM成為解決帶寬需求、拓展傳輸容量的主要技術(shù)手段。

　　從技術(shù)的發(fā)展來(lái)看，40G本身技術(shù)已經(jīng)比較成熟，而且伴隨著(zhù)40G應用的不斷深入，40G編碼逐漸的歸一化和集中化，其中PDPSK和RZ-DQPSK成為了設備商和運營(yíng)商最主要的選擇對象。PDPSK在OSNR容限、非線(xiàn)性容限等具有非常優(yōu)勢的特性，唯的不足在其DGD容限較小，因此其主要應用于光纜PMD指標較好的應用場(chǎng)景，定位于12*22dB跨段以下，而且成本具有明顯優(yōu)勢。RZ-DQPSK在OSNR容限、非線(xiàn)性容限等方面性能比較均衡，相對于PDPSK而言，其DGD容限較大，可以在PMD值更差的光纖上進(jìn)行40G的網(wǎng)絡(luò )建設，主要定位于16*22dB以下的應用場(chǎng)景。

　　目前來(lái)看，40G最大的問(wèn)題在于上游產(chǎn)業(yè)鏈的力量比較分散，在供貨的速度以及價(jià)格上還需近一步的發(fā)展。特別是100G的出現對于40G的沖擊還是比較明顯，上游的器件、芯片廠(chǎng)家把精力更多的放在100G上面，造成40G產(chǎn)業(yè)鏈整體比較薄弱，特別對于40G的客戶(hù)側白光口模塊來(lái)講，雖然已經(jīng)相當的供貨能力，但其數量以及價(jià)格離業(yè)界的期望還遠遠不夠。

　　作為國內主流的40G解決方案提供商，烽火科技充分利用烽火科技這個(gè)國內最全面的光通信產(chǎn)業(yè)集團，實(shí)現器件和芯片的自主化生產(chǎn)，加強自主創(chuàng )新能力，掌握相關(guān)的核心技術(shù)和專(zhuān)利，40Gb/s WDM相繼在中國電信、中國聯(lián)通等運營(yíng)商取得應用。2011年更是窺先機力擔重擔，先后承建了中國聯(lián)通東北環(huán)80*40Gb/s傳輸工程。面對工程線(xiàn)路距離長(cháng)，技術(shù)難度大，業(yè)務(wù)量多的難題，烽火科技采用了一系列的關(guān)鍵技術(shù)，包括獨有的sDPSK和sRZ-DQPK編碼調制技術(shù)，結合功率均衡、增益鎖定、單通道精確色散補償技術(shù)等核心技術(shù)，很好的解決了工程O(píng)SNR受限、PMD受限等技術(shù)難題，為工程的穩定運行保駕護航。

　　PTN商用提速 應用空間不斷拓展

　　業(yè)務(wù)的需求是推動(dòng)PTN技術(shù)發(fā)展的主要動(dòng)力。移動(dòng)業(yè)務(wù)從2G向3G、HSPA+及LTE（4GG）的演進(jìn)，除了傳統業(yè)務(wù)IP化的需求，還對同步、網(wǎng)絡(luò )延時(shí)、可靠性及 安全性提出了較高的要求。PTN正是在這一背景下應運而生。它是以太網(wǎng)承載技術(shù)和傳送網(wǎng)技術(shù)相結合的產(chǎn)物，不但擁有天生的以太網(wǎng)的特性，并且擁有較好的電信級業(yè)務(wù)所需的五個(gè)基本屬性，分別為標準化的業(yè)務(wù)、可擴展性、可靠性、嚴格的QoS和運營(yíng)級別的OAM。

　　PTN分組內核提供了統計復用能力強大的彈性管道，帶寬利用率高，更適應分組業(yè)務(wù)突發(fā)性強的特點(diǎn)。PTN同時(shí)繼承了類(lèi)似SDH的傳輸網(wǎng)絡(luò )特性、強大的OAM及電信級保護能力、圖形化界面網(wǎng)管能力等。 PTN技術(shù)與其他技術(shù)相比，更加簡(jiǎn)單，實(shí)用，并且融合了多種技術(shù)優(yōu)勢，也因此備受業(yè)界的關(guān)注。從目前的業(yè)務(wù)需求和成熟度來(lái)說(shuō)，PTN的規模商用還需1-2年時(shí)間。預計未來(lái)5年內，PTN的市場(chǎng)將超過(guò)基于傳統的SDH設備。

　　當然PTN技術(shù)與成本優(yōu)勢也將隨著(zhù)產(chǎn)業(yè)鏈的進(jìn)一步發(fā)展而更加明顯，必將成為移動(dòng)回傳 等高價(jià)值業(yè)務(wù)的主流平臺。同時(shí)，PTN的引入及發(fā)展壯大也必將反作用于業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò )，將進(jìn)一步促進(jìn)IP化業(yè)務(wù)的高速增長(cháng)。

　　烽火從2004年參與制定PTN標準以來(lái)，積極研發(fā)探索，目前CiTRANS600系列在國內已經(jīng)實(shí)現的國內運營(yíng)商的大規模應用，并且在移動(dòng)、電信、聯(lián)通PTN測試中，依靠完善的技術(shù)、功能、設備的穩定表現，烽火PTN設備技術(shù)排名一直穩居前兩名。實(shí)現了多個(gè)唯一，唯一可以實(shí)現環(huán)網(wǎng)保護且同時(shí)支持Wrapping和Steering，唯一可以實(shí)現與MSTP設備2.5G接口互通，唯一可以同時(shí)實(shí)現E1和FE的TPS保護，唯一可以實(shí)現PTN、OTN、PON技術(shù)兼容的的PTN廠(chǎng)家。烽火科技CiTRANS 600系列智能化PTN產(chǎn)品采用業(yè)界最先進(jìn)的硬件技術(shù)和電信級的軟件智能實(shí)現PTN技術(shù)與ASON技術(shù)的完美融合，有效提升網(wǎng)絡(luò )智能化特性、高可靠性和易管理維護特性，已在國內的三大運營(yíng)商本地網(wǎng)都有規模部署，滿(mǎn)足不同運營(yíng)商的個(gè)性化需求。

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