100G设备技术的现状与未来发展趋势

        未来较长时期，有线和无线宽带接入用户还会持续快速增长，而HDTV、3DTV、物联网、云计算等宽带应用不断涌现，单用户带宽需求还会成倍增加，传输带宽还会持续增长，运营商面临带宽增量不增收的局面，因此未来骨干网还会长期面临巨大的传输压力，100G DWDM大容量传输是缓解运营商传输压力的有效手段。

　　100G的源头是100GE业务，2010年中IEEE802.3ba对100GE完成了规范，而ITU-T在2009年底就为100GE业务承载定义了OTU4，同时OIF规范了业务的100G 长距模块的实现以及100G互连互通接口规范，随着100G相关标准的相继发布，2011年国际主流设备商先后推出了100G DWDM骨干传输解决方案。为了解决干线传输带宽压力，全球领先运营商积极推进100G商用化进程。2011年中国电信启动了100G DWDM设备研究性测试，在此基础上完成了国内100G DWDM设备技术要求(标准)，中国移动近期正在进行100G DWDM设备的测试，预计今年中国电信和中国移动都会启动100G DWDM现网部署，100G商用大幕即将开启。本文将回顾100G设备技术的现状，探讨100G设备技术未来的发展趋势。

　　100G设备技术现状

　　标准滞后等原因造成了40G解决方案众多，严重影响到了40G产品链的健康发展。而得益于IEEE、ITU-T、OIF等标准组织几乎同步推进并发布100G相关标准，100G市场被业界一致看好，普遍认为100G是一个具有10年以上长寿命的产品。

　　调制技术众家归一

　　100G光调制方式选择了偏振复用-正交相移键控(简称PM-QPSK，或DP-QPSK等)，图1为100G发送机侧原理框图。把100G业务速率封装进ODU4，加上高效的纠错编解码后线路速率约为30G波特率，从而支持50GHz通道间隔。100G采用相干光接收技术，其原理框图如图2所示。由于采用了统一的光调制解调方案，促进了100G产业链的成熟和100G的规模部署。

　　支持长距离大容量传输

　　100G采用了革命性的光相干接收技术以及复杂的电处理技术，其传输性能有了巨大提升。光接收机色度色散(CD)容限达50000ps/nm、偏振模色散(PMD)容限超过90ns，可以省去光纤线路的色散补偿单元，工程部署中几乎可以不考虑光纤的色度色散和偏振模色散问题，而CD和PMD是目前大规模商用的10G尤其是40G DWDM长距离传输系统的一个关键限制因素，因此100G DWDM设备可以简化工程设计和运营维护。

　　在10G/40G DWDM系统采用约7%冗余的硬判决纠错编解码(HD-FEC)，商用的纠错能力极限约在4E-3，采用约20%冗余的HD-FEC，纠错能力极限可达8E-3。全球领先设备商的100G DWDM系统采用了先进的具有软判决功能的前向纠错(SD-FEC)技术，纠错能力接近2E-2，比目前常用的7%冗余的HD-FEC几乎好了一个数量级，系统OSNR容限提高2dB左右，对应传输能力增加约60%，无电中继传输距离达到1500km(20×22dB)以上，传输能力接近10G DWDM系统。

　　100G设备技术演进趋势

　　宽带运营商为了解决骨干传输带宽压力，正积极推进100G设备的商用测试和布点，积累100G设备规模商用的经验，目前100G设备可以基本满足商用部署要求，但在传输能力、设备功耗、设备运维能力等方面还有进一步提升的空间。进一步提升设备的技术性能

　　目前100G HD-FEC系统传输能力不强，尤其是光纤链路中存在大衰耗长跨段时，无电中继传输距离也就在300-400km，对幅员辽阔的大国无法有效覆盖，因此SD-FEC是100G长距离传输系统必须支持的商用技术。

　　目前100G系统关键的集成了高速ADC+相干处理算法+SD-FEC的ASIC芯片还在持续改进。增加新的处理功能模块、优化相干处理算法的效率，从而提高性能、降低芯片规模;另外还需更好地满足工程应用需求，如改善算法来缩短业务保护倒换时间等。

　　光器件的集成度还在进一步提升。目前已有PM-QPSK集成的光调制器和光解调器，未来发送端驱动器可能跟光调制器进一步集成、光接收端就是一个光组件，这样集成度和性能都可能提升。改善100G线路侧模块高速电路、电源等设计，提高接收机的光信噪比容限。

　　降低关键器件的功耗

　　目前规模商用的10G/40G设备，核心光模块单位面积功率功耗在1-1.5W/inch2，而100G客户侧CFP模块功耗约2W/inch2，而100G线路侧MSA 168pin模块功耗超过3W/inch2。功耗大了不但浪费能源，而且需要更大的散热器、更大的风扇，降低了设备的集成度，芯片管芯温度过高会严重影响设备的寿命和可靠性，因此设备降耗是100G必须进一步解决的问题。

　　目前100G相干处理核心的内含高速ADC和DSP的ASIC芯片最先进的采用40nm工艺，近期可望通过优化算法减少逻辑单元数量来降低功耗，远一点可采用28nm芯片工艺进一步降低功耗。

　　完善100G系统设备测试、运维监测等手段

　　随着光通信系统从低速向高速演进，测试手段应越来越完善，现实情况是由于信号速率的提高，测试难度大大增加，100G测试方法/标准还没有起草，新的测试仪表没有及时跟进，主要表现在：(1)100G发射机、接收机指标标准和仪表缺乏;(2)实验室缺乏100G抖动测试仪表;(3)100G OTN仪表无法验证新型FEC编码的纠错能力;(4)工程运维中100G的OSNR等无法有效监测等等。100G作为一代长寿命的产品，完善的设备测试和运维监测手段是今后要解决的问题。

　　经过光通信界的共同努力，100G DWDM技术已基本成熟，主流光网络设备商都适时推出了100G长距离光传输解决方案，国内外运营商已启动了商用测试的步伐，我们将迎来100G DWDM时代。

　　100G DWDM设备规模商用将启动，未来100G设备会在系统性能、功耗及测试运维技术手段方面进一步提升，更好地满足运营商TCO降低的需要。