超高速光传送应对移动互联驱动的带宽激增

通信业正处于一个令人激动的创新与变革期。

　　其中，移动互联网可以说是在此轮变革中最令人瞩目的热点之一，一系列智能终端的出现以及3G的普及，使所有的普通人真正实现了随时随地接入互联网的梦想。在3G网络支撑下，人们通过智能终端不仅可以获取信息，还可以实现许多以往无法想象的功能，比如视频浏览、定位服务、在线游戏等。

　　按照贝尔实验室的分析数据，到2014年，全球将有12亿部以iPad为代表的联网移动终端，以及25亿部智能手机。所有这些终端带来的数据增长是爆炸式的，据统计，智能手机每月流量是普通功能手机的35倍，而一部平板电脑的数据流量是普通手机的121倍，带上网卡的笔记本电脑的流量甚至达到了普通手机的498倍。

　　在这些新型智能终端的驱动下，到2014年，移动互联网的业务将占所有移动数据量的70%；到2015年，移动数据总量将是2010年的30倍；到2017年，全球将有107EB的数据来自于各种移动终端。所以，有人形象地说我们面临着一场数据海啸，那我们的基础网络是否已经做好了应对的准备呢？

　　光网络的应对之道

　　作为基础网络，光网络需要提前为带宽的增长做好准备。目前来看，光传送网从今天的10G、40G向100G演进已经势不可挡。从Infonetic的统计可以看到，到2014年基于相干检测技术的100G板卡的出货数量会占到所有速率的40%。

　　从目前的情况来看，100G的标准已经完全成熟，IEEE、ITU-T、OIF和CCSA已经对100G的系统架构、模块接口、链路标准以及设备技术规范和测试规范做了完善的定义。而在路由器、光传送、光模块和测试仪表等各个领域，目前都已经有了多个厂家能提供成熟商用的产品。所以，可以说100G的整个生态圈已经非常完善。

　　相比于40G编码方式的多样性，100G的技术路线相当明确，业界公认PDM-QPSK+相干检测是100G的最佳解决方案。但是，100G并不是光网络带宽演进的终点，目前各厂家都已经开始展开对于400G甚至1T的系统的研究。但从图1我们可以看到，100G以上系统的研发面临着香农定律的限制，必须在频谱效率、性能和容量方面做平衡。

　　如图1所示，如果调制相位从目前100G普遍采用的4相位发展到400G的16相位，系统的OSNR需求将提高3.8dB；如果要进一步提升到256相的话，系统OSNR将达到19dB以上，这无疑将使系统的传送距离大大缩短。

　　如果要实现400G甚至是T比特传送，我们可以在以下几方面做改进。

　　1.更高性能的DSP处理芯片。它使我们有能力引入SD-FEC，相比于HD-FEC，大致可以提升系统OSNR性能1.5dB左右，即图1中的紫色点向香农曲线的极限推进1.5dB。当然，SD-FEC会带来更多的开销字节、更高的成本和更长的时延，我们需要视网络实际需求灵活采用。对于100G系统，基于HD-FEC的技术已经可以做到2000公里无电中继传送，已可满足绝大部分网络的需求；但对400G以上的系统，SD-FEC是必须采用的技术。

　　2.灵活格栅技术。100G以后的传送速率一般需要大于50GHz的频谱，比如400G的采用双载频和16相位复用后其理论频谱宽带是100GHz。经过一些技术处理后，其频谱宽带可以压缩到75GHz，这样就带来一个如何在C波段内有效安排不同频谱宽度的信号问题。灵活格栅技术定义了最小12.5GHz的频谱宽度，允许以此为单位灵活安排不同的信号，从而将频谱利用度最大化。

　　3.Raman光放。Raman光放并不是新的技术，在向100G以上速率进军时，我们需要获得更佳的系统OSNR，Raman光放的低噪声系数对此有很好的帮助。

　　4.超级波道（superchannel）。通过将若干个100G信号调制在一起可以获得一个T比特级别的高速信号。通常这些子信号通过OFDM方式调制以获得最佳的频谱效率。由于每个子信号都是1个100G信道，所以100G的DSP及相关处理技术可以看做构建更高速率信号的基本模块。

　　5.先进的功率控制技术。众所周知，更高的入纤功率可以带来更佳的OSNR性能，但同时会带来更大的非线性。在100G以上的系统中，我们需要更好地控制每个波道的入纤功率，在OSNR与非线性间达到最佳点。

　　阿尔卡特朗讯的高速传送解决方案

　　阿尔卡特朗讯早在2010年6月即率先在OTN平台1830PSS上推出了单载波100G相关检测商用系统。到目前为止，已经在全球60个以上的客户网络中得到了大规模的应用，累计100G OTU发货数量超过了2300块，占全球100G市场份额超过69%，居于无可置疑的领先地位。

　　在2011年12月，阿尔卡特朗讯发布了增强型的100G解决方案，将无电中继距离由1500公里提升到2000公里。2012年3月，阿尔卡特朗讯再次发布了适用于100G和400G的全新一代的光电处理引擎（PSE - Photonic Service Engine）。该引擎采用了以下四项关键技术以进一步提升性能。

　　1.引入SD-FEC提高1.5dB的系统性能，从而使100G的系统无电中继传送距离进一步扩展到3000公里。

　　2.先进的波长整型技术将400G的频谱宽带压缩到75GHz，在C波段内最多可以容纳下58个波道，从而使系统的最大容量从原先的8.8T （88x10G）提升到23T（58x400G），扩展了2.6倍的网络容量。

　　3.更高的取样速率和超快的数模转换，使信号的判决更为精确。

　　4.增强的频率和相位控制技术以抑制滑码。

　　除了不断提升网络传送容量，阿尔卡特朗讯同时也在传送网架构方面不断创新。阿尔卡特朗讯率先提出CBT（Convergent Backbone Transport）的理念，即：尽量用低层旁路高层，只在必要时才使用高层；尽量用光层旁路电层，只在必要时才使用电层。

　　这是因为处理层次越低，其传送效率越高，每比特功耗越低。对于骨干网中的100G等大颗粒业务来说由于其汇聚需求通常已经在汇聚层中完成，业务目的地明确而单一，所以基于ROADM的光层调度能最好地完成高效传送的目的。在汇聚层中，通常为了提高带宽填充率，可以引入ODU交叉矩阵以完成基于小颗粒业务的汇聚，只有在真正需要打开数据包进行三层以上处理的站点，才引入路由器。