400G光傳輸在中國(guó)啟程

2009年，Verizon在巴黎和法蘭克福之間部署了第一條商用100G光纖鏈路。隨后，阿爾卡特朗訊所提出的100G信號(hào)調(diào)制方式與相干接收技術(shù)被寫入國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，大大加快了該技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。2013年，100G技術(shù)在全球市場(chǎng)迎來了爆發(fā)性增長(zhǎng)，100G的收入逼近整體市場(chǎng)的15%。在中國(guó)市場(chǎng)，中國(guó)移動(dòng)和中國(guó)電信的100G集采規(guī)模更是不斷的刷新世界記錄，因此，2013年也被稱為100G技術(shù)的“中國(guó)商用元年”，業(yè)界也廣泛認(rèn)為100G技術(shù)開啟了“黃金十年”的商用期。就在這股100G熱潮不斷高漲之際，2014年初，阿爾卡特朗訊在中國(guó)的旗艦公司上海貝爾宣布了與中國(guó)移動(dòng)研究院合作成功完成中國(guó)首次基于商用平臺(tái)的400G光傳輸測(cè)試。相對(duì)于從10G/40G到100G，這次在這么短的時(shí)間內(nèi)，國(guó)內(nèi)最大的移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商就將注意力從100G投向400G，這讓業(yè)界的關(guān)注點(diǎn)迅速轉(zhuǎn)向400G甚至更高速率的光傳輸技術(shù)上。

400G光傳輸技術(shù)在業(yè)界已不算陌生。

2012年初，阿爾卡特朗訊就首家發(fā)布了400G PSE商用芯片，隨后Ciena也發(fā)布了400G商用芯片。

在2013年的OFC上，Ovum分析師認(rèn)為，200G-400G的部署將比預(yù)期來的更快。特別在一些高流量地區(qū)，這一趨勢(shì)將更加明顯。400G已經(jīng)在數(shù)據(jù)中心互聯(lián)等一些大帶寬應(yīng)用場(chǎng)景下已經(jīng)顯露出了其價(jià)值。

同年，阿爾卡特朗訊的400G商用平臺(tái)率先在全球開始商用，并在歐洲、北美、亞太等多家重要運(yùn)營(yíng)商的現(xiàn)網(wǎng)上進(jìn)行了部署，這一切都讓人感覺400G的商用步伐似乎太快了。

400G光傳輸技術(shù)將成為后100G時(shí)代的關(guān)鍵技術(shù)。

從行業(yè)方面來看，無論是運(yùn)營(yíng)商還是全球主流的設(shè)備商，掌握領(lǐng)先的400G技術(shù)，便掌握了未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的方向，因此400G技術(shù)將成為運(yùn)營(yíng)商和設(shè)備商未來爭(zhēng)奪的制高點(diǎn)。

在“2013移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)國(guó)際研討會(huì)”上，中國(guó)移動(dòng)通信研究院專家就表示，在超100G技術(shù)上，中國(guó)移動(dòng)將掌握主動(dòng)，攻關(guān)核心技術(shù)，積極實(shí)踐探索后100G技術(shù)發(fā)展方向，不斷推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)承載能力提升；目前，400G標(biāo)準(zhǔn)化工作正在各標(biāo)準(zhǔn)化組織推進(jìn)，主要傳輸設(shè)備廠商已經(jīng)能夠提供400G傳輸設(shè)備，中國(guó)移動(dòng)將于2014年進(jìn)行400G測(cè)試。

在“2013光通信技術(shù)和發(fā)展論壇”上，中國(guó)電信集團(tuán)科技委主任韋樂平指出，按照目前的流量發(fā)展趨勢(shì)，未來5年，網(wǎng)絡(luò)流量年增長(zhǎng)近40%，將以100G主導(dǎo)；2017年，骨干最大截面?zhèn)鬏攷�寬約為38Tb/s，需要 5個(gè)80波分100G系統(tǒng)，只要可行，400G是更合理的選擇；未來5-10年，網(wǎng)絡(luò)流量年增長(zhǎng)約30%，高流量地區(qū)將需要45-125Tb/s，只要可行，400G應(yīng)該是主導(dǎo)速率。

400G光傳輸技術(shù)目前還存在標(biāo)準(zhǔn)之爭(zhēng)。

40G時(shí)代，由于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)未統(tǒng)一，多種技術(shù)制式并存導(dǎo)致了互通性差、成本高、商用化進(jìn)程慢。100G技術(shù)在標(biāo)準(zhǔn)化前也經(jīng)歷過標(biāo)準(zhǔn)之爭(zhēng)，最終阿爾卡特朗訊所倡導(dǎo)的PDM-QPSK調(diào)制方式和相干接收技術(shù)以優(yōu)良的性能統(tǒng)一了標(biāo)準(zhǔn)。同樣，對(duì)于超100G的標(biāo)準(zhǔn)，不可避免的也存在著標(biāo)準(zhǔn)之爭(zhēng)。無論是芯片廠商還是系統(tǒng)集成商，目前主要關(guān)注的還是400G。從40G的前車之鑒可以看出，沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，400G將可能會(huì)重蹈40G的覆轍。目前主要廠商的400G系統(tǒng)有以下三種實(shí)現(xiàn)方案：

*        通過四載波的100G PDM-QPSK方式來構(gòu)建400G超級(jí)波道

這種方案的好處是：100G技術(shù)已規(guī)模商用，技術(shù)成熟，成本低，跨距長(zhǎng)。

*         通過雙載波的200G PDM-16QAM方式來構(gòu)建400G超級(jí)波道

這種方案的好處是：頻譜效率提升165%以上，系統(tǒng)集成度較高，體積小，功耗低，目前已開始商用。

*        通過單載波的400G PDM-32QAM方式來構(gòu)建400G波道

這種方案的好處是：頻譜效率提升300%以上，系統(tǒng)集成度高。

在上述三種方案中，單載波方案頻譜效率最高，看似最好的解決方案，但是由于香農(nóng)定律的限制，其技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度大，成本高，跨距短（<200Km），如果沒有大的技術(shù)突破，在長(zhǎng)途傳輸中的應(yīng)用前景并不樂觀。

業(yè)內(nèi)專家曾指出，以目前的技術(shù)水平，單載波方案只適合于城域應(yīng)用。四載波方案的優(yōu)勢(shì)在于技術(shù)成熟、成本低、跨距長(zhǎng)，但只有在引入頻譜壓縮技術(shù)提高頻譜效率，并通過芯片升級(jí)解決集成度和功耗問題的前提下，這種400G系統(tǒng)才是有意義的，否則以目前的100G芯片搭建出來的400G系統(tǒng)其本質(zhì)還是100G系統(tǒng)。而對(duì)于雙載波方案來說，頻譜效率高和已開始市場(chǎng)商用是其最大的優(yōu)勢(shì)，以阿爾卡特朗訊和Ciena為代表的廠商已可以提供400G商用芯片，這可能會(huì)直接影響到400G標(biāo)準(zhǔn)的走向。但是，以目前國(guó)內(nèi)大規(guī)模使用的光纖質(zhì)量和光放大器來看，這種方案的的跨距相對(duì)較短，商用跨距在500km左右，這在長(zhǎng)途傳輸應(yīng)用場(chǎng)景中有一定的限制。如果結(jié)合低損耗光纖和新型光放大器，雙載波方案的跨距可以超過1000km，基本滿足長(zhǎng)途傳輸應(yīng)用。上世紀(jì)90年代敷設(shè)的“八縱八橫”骨干網(wǎng)如今臨近“退役”，中國(guó)電信已率先在新一輪的光纖網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中采用低損耗光纖。通常來說，這些新敷設(shè)的光纖具有20年生命周期，將為400G、1T乃至更高容量光通信系統(tǒng)的商用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

400G光傳輸技術(shù)門檻很高。

傳輸?shù)谋举|(zhì)就是以更高的頻譜效率和更低成本進(jìn)行長(zhǎng)距離的信息傳送。在超100G時(shí)代，進(jìn)一步提升系統(tǒng)容量和性能將面臨巨大的挑戰(zhàn)。因此如何在效率和成本之間找到一個(gè)平衡點(diǎn)，將影響著400G標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展。從香農(nóng)曲線與調(diào)制方式的關(guān)系圖中可以看出，進(jìn)一步增加頻譜效率意味著更高的信噪比要求，這也將直接導(dǎo)致400G系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度大大增加和成本快速上升。

從前面的標(biāo)準(zhǔn)之爭(zhēng)可以看出，400G技術(shù)走向的選擇其實(shí)就是廠商技術(shù)實(shí)力的較量。作為超高速光傳輸?shù)暮诵募夹g(shù)，從100G時(shí)代起，超高速數(shù)字信號(hào)處理芯片較以往的研發(fā)難度大大增加，因此到目前規(guī)模商用為止，真正掌握這項(xiàng)技術(shù)的設(shè)備廠商依然很少。貝爾實(shí)驗(yàn)室從2005年就成功實(shí)現(xiàn)了100G的演示，但是到了2010年才開始提供100G的DSP芯片，其技術(shù)難度從研發(fā)的時(shí)間長(zhǎng)度中也可見一斑。在400G技術(shù)上，超高速光電數(shù)字信號(hào)處理及芯片的實(shí)現(xiàn)仍然是最大的挑戰(zhàn)。由于超高速光電處理及相關(guān)芯片涉及光學(xué)和微電子等基礎(chǔ)領(lǐng)域，400G在頻譜效率、傳輸距離、集成度、成本和功耗等方面需要大量的技術(shù)積累和工藝創(chuàng)新，才能達(dá)到商用化要求水平，這是絕大多數(shù)設(shè)備廠商在發(fā)展400G技術(shù)時(shí)面臨的最大障礙。

400G光傳輸系統(tǒng)涉及到以下一些關(guān)鍵技術(shù)，如

1、提高頻譜效率的高階調(diào)制方式；

2、光纖非線性效應(yīng)的抑制和補(bǔ)償技術(shù)；

3、更加高效和高增益的前向糾錯(cuò)技術(shù)（FEC編碼）；

4、具有更高效算法、更大規(guī)模處理能力的數(shù)字信號(hào)處理；

5、更高速的模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC）技術(shù)；

6、能適應(yīng)多種頻譜寬度的靈活柵格技術(shù)（Flex-grid）

只有全面掌握上述所有技術(shù)，才能真正提供符合未來要求的400G商用系統(tǒng)。得益于貝爾實(shí)驗(yàn)室強(qiáng)大的研發(fā)實(shí)力，從2012年到現(xiàn)在，阿爾卡特朗訊發(fā)布的400G PSE仍然全球領(lǐng)先，代表了業(yè)界在商用超高速傳輸領(lǐng)域的最高水平。很顯然，這次通過和中國(guó)移動(dòng)研究院的合作，阿爾卡特朗訊無論從核心芯片技術(shù)和系統(tǒng)集成能力都再次展現(xiàn)了在400G領(lǐng)域強(qiáng)大的實(shí)力。

作為產(chǎn)業(yè)鏈中游的設(shè)備廠商，是否掌握超高速400G核心技術(shù)將直接影響到產(chǎn)品的長(zhǎng)期規(guī)劃，這也將間接地影響到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)成本和電信資費(fèi)。由于長(zhǎng)期站在光傳輸領(lǐng)域的最前沿，具備極好的技術(shù)前瞻能力，阿爾卡特朗訊的400G解決方案是基于2008年就開始全球批量供貨的產(chǎn)品平臺(tái)。這個(gè)產(chǎn)品平臺(tái)從研發(fā)開始就立足高起點(diǎn)，使得采用該平臺(tái)構(gòu)建的光傳輸網(wǎng)絡(luò)能夠從10G平滑的演進(jìn)到400G，這么長(zhǎng)跨度的產(chǎn)品演進(jìn)規(guī)劃在光傳輸領(lǐng)域是及其罕見的。這種平滑演進(jìn)所帶來的好處就是運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)基本上不用變化就能快速的從10G升級(jí)到100G甚至400G，一方面運(yùn)營(yíng)商投資得到了極大的保護(hù)和節(jié)省，網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)能夠保持穩(wěn)定，另一方面也能讓用戶在得到更好的業(yè)務(wù)體驗(yàn)的同時(shí)，能間接地享受到更便宜的電信資費(fèi)。

作為第一家參加測(cè)試的設(shè)備商，說明了中國(guó)移動(dòng)對(duì)阿爾卡特朗訊在超高速傳輸領(lǐng)域技術(shù)和實(shí)力的認(rèn)可。相信阿爾卡特朗訊的400G系統(tǒng)能在不久的將來幫助運(yùn)營(yíng)商再次提升網(wǎng)絡(luò)的帶寬，為大家在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代帶來更好的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。
 
上海貝爾 彭濤