解鯤

【摘要】 本文介紹了100G傳輸?shù)暮诵募夹g(shù)，并從業(yè)務(wù)調(diào)度、多速率混傳、網(wǎng)絡(luò)保護(hù)、建設(shè)成本的角度探討了在工程中的應(yīng)用策略，并給出了組網(wǎng)模型。

【關(guān)鍵詞】 100G 傳輸 應(yīng)用

一、引言

隨著LTE業(yè)務(wù)的開展以及物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、高清視頻等新技術(shù)的推廣，配備100GE端口的路由器正逐步應(yīng)用于核心網(wǎng)，以應(yīng)對(duì)帶寬需求激增對(duì)城域網(wǎng)帶來的巨大沖擊。100G傳輸技術(shù)的應(yīng)用從而成為必然的趨勢。在多年不斷的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)后，機(jī)房空間、管道、光纜等基礎(chǔ)通信資源對(duì)于運(yùn)營商來說越發(fā)寶貴，100G傳輸系統(tǒng)不僅擁有更先進(jìn)的技術(shù)而且具備更高的集成度，可以更高效地完成業(yè)務(wù)傳送并降低建網(wǎng)成本。

二、100G傳輸核心技術(shù)

2.1 編碼調(diào)制與復(fù)用技術(shù)

目前業(yè)內(nèi)就100G調(diào)制碼型技術(shù)的選擇已達(dá)成一致，PM-QPSK（偏振復(fù)用正交相移鍵控）傳輸碼型成為主流方案。40G傳輸技術(shù)采用的正交相位調(diào)制可將波特率降低至50G左右，但這在50GHz的間隔中還是會(huì)導(dǎo)致誤碼率過高。因此需要在QPSK基礎(chǔ)上加入偏振復(fù)用調(diào)制，即PM-QPSK。通過PM-QPSK調(diào)制可將波特率進(jìn)一步降低至28G左右，減小了信號(hào)的基帶帶寬，提高了色度色散和偏振模色散容限，降低了對(duì)傳輸通道和光電器件帶寬的需求，使信號(hào)可在50GHz間隔內(nèi)進(jìn)行有效的傳輸。

2.2 FEC技術(shù)

FEC（前向糾錯(cuò)）技術(shù)長久以來都是提高傳輸性能的重要手段，在發(fā)射端編碼時(shí)加入某些校驗(yàn)比特，在接收端通過解碼，對(duì)校驗(yàn)比特進(jìn)行一定的計(jì)算以糾正碼流中的錯(cuò)誤，從而達(dá)到改善系統(tǒng)誤碼性能的目的。通過FEC技術(shù)可降低信號(hào)誤碼率，提高系統(tǒng)OSNR靈敏度并增強(qiáng)傳輸系統(tǒng)的可靠性。

糾錯(cuò)編碼是以犧牲有效帶寬為代價(jià)來換取更高的傳輸質(zhì)量，編譯碼方案是決定其性能的關(guān)鍵。

信號(hào)接收端的譯碼方式可以分為硬判決和軟判決。硬判決是指FEC譯碼器輸入序列中僅包含0和1，軟判決是指FEC譯碼器的輸入為多級(jí)量化電平。硬判決方式的復(fù)雜度低、技術(shù)相對(duì)成熟，而在相同碼率下，軟判決有更高的增益，但譯碼的復(fù)雜度卻會(huì)成倍增加。

在10G和40G DWDM系統(tǒng)中應(yīng)用的FEC技術(shù)均采用了硬判決方式，對(duì)于100G系統(tǒng)，在應(yīng)用于超長距離光傳輸時(shí)，為了獲得更好的FEC增益性能，可考慮采用軟判決方式。

2.3 相干接收技術(shù)

傳統(tǒng)10G技術(shù)采用非相干解調(diào)的方式，在光域內(nèi)對(duì)信號(hào)完成偏振解復(fù)用和相位解調(diào)。而100G技術(shù)采用了相干解調(diào)的調(diào)制方式，利用信號(hào)光與本振光混頻，在電域內(nèi)對(duì)信號(hào)進(jìn)行偏振估計(jì)和相位估計(jì)。采用相干接收技術(shù)，信號(hào)解調(diào)與接收到的信號(hào)強(qiáng)度沒有關(guān)系，即使信號(hào)在經(jīng)過長距離傳輸后疊加一些噪聲，只要在接收端還能識(shí)別相位關(guān)系，就可恢復(fù)出數(shù)據(jù)。與直接解調(diào)和差分解調(diào)的方式相比，相干檢測所使用的本地激光器的功率要遠(yuǎn)大于輸入光信號(hào)的光功率，可在一定程度上補(bǔ)償信號(hào)光功率的損耗。當(dāng)信號(hào)光功率過低時(shí)，適當(dāng)提高本振光源功率可以增加相干混頻后的光信號(hào)幅度，以改善光電轉(zhuǎn)換后電信號(hào)的誤碼率。因此，相干解調(diào)比非相干解調(diào)可獲得更高的接收機(jī)靈敏度，也可以極大地改善OSNR[1]。

2.4 DSP技術(shù)

由于100G的相干解調(diào)是在電域內(nèi)對(duì)信號(hào)進(jìn)行偏振和相位估計(jì)，因此高效的DSP（數(shù)字信號(hào)處理）技術(shù)對(duì)于100G的發(fā)展至關(guān)重要。通過采用電濾波及均衡措施，可以消除色散和PMD導(dǎo)致的眼圖畸變與碼間干擾，重新恢復(fù)初始的碼元信息。經(jīng)數(shù)字信號(hào)處理后，100G信號(hào)提高了色散容限和自適應(yīng)線路色散變化的響應(yīng)速度，非線性損傷對(duì)系統(tǒng)的影響也受到了抑制。傳輸線路上不需要再安裝DCM模塊，系統(tǒng)的PMD容限得以極大提升，PMD效應(yīng)也不再是系統(tǒng)傳輸距離的瓶頸，從而系統(tǒng)的組網(wǎng)能力和靈活性得到大幅度的提高。

三、100G傳輸應(yīng)用策略

3.1 業(yè)務(wù)調(diào)度

100G系統(tǒng)的交叉容量需求要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過10G/40G系統(tǒng)，在80波的100G系統(tǒng)中，如要滿足全波道交叉需要24T的交叉容量，這對(duì)現(xiàn)有的設(shè)備來說比較難于實(shí)現(xiàn)。如果采用多節(jié)點(diǎn)堆疊方式來提供更大的交叉容量，會(huì)存在局部阻塞的情況。因此在現(xiàn)階段，在系統(tǒng)中進(jìn)行局部的100G業(yè)務(wù)調(diào)度是比較合理的調(diào)度方式。

100G系統(tǒng)支持ODU0/ODU1/ODU2/ODU3/ODU4等多種顆粒，在規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和業(yè)務(wù)調(diào)度的靈活度要求來選用不同類型的設(shè)備。如此多的顆粒類型能否實(shí)現(xiàn)相互間的靈活交叉匯聚也需要進(jìn)行驗(yàn)證。

3.2 多速率混傳

從現(xiàn)網(wǎng)來看，在10G/40G系統(tǒng)中混傳100G業(yè)務(wù)主要有兩種場景。

第一種，相干100G和非相干10G/40G系統(tǒng)混傳。具備相干接收端的100G系統(tǒng)有很多優(yōu)越性，可以節(jié)省DCM模塊，規(guī)劃光層也更方便，然而和原有的系統(tǒng)混傳時(shí)，原系統(tǒng)中的DCM模塊會(huì)影響100G的傳輸性能，傳輸能力比純相干系統(tǒng)稍弱。目前相干100G系統(tǒng)的入纖光功率一般在1～2dBm，和現(xiàn)有的10G/40G系統(tǒng)接近，如果OSNR參數(shù)能同時(shí)滿足100G和10G/40G的設(shè)計(jì)要求，可實(shí)現(xiàn)兼容混傳。第二種，相干100G和相干40G系統(tǒng)的混傳。對(duì)于相干接收的40G系統(tǒng)，目前業(yè)界有兩種主流編碼技術(shù)。一種采用四相位調(diào)制（PDM-QPSK），碼速率為11.25Gbit/s，入纖功率較低，抗非線性效應(yīng)較弱，和100G相干兼容混傳代價(jià)較大。另一種采用兩相位調(diào)制（PDM-BPSK），碼速率為21.5Gbit/s，入纖功率和100G系統(tǒng)接近，混傳代價(jià)較小，傳輸能力較強(qiáng)，是較容易實(shí)現(xiàn)的混傳方案[2，3]。

因此，若現(xiàn)有40G系統(tǒng)波道使用率較高，且系統(tǒng)編碼為非相干編碼時(shí)，建議不考慮升級(jí)至100G系統(tǒng)。若現(xiàn)有系統(tǒng)波道使用率較低，且相應(yīng)段落存在100G業(yè)務(wù)需求，可適當(dāng)升級(jí)100G系統(tǒng)，但應(yīng)注意合理分配100G業(yè)務(wù)波道，盡可能減小混傳代價(jià)。

綜合來看，混傳不僅與不同速率系統(tǒng)兼容性相關(guān)，在一定程度上也會(huì)增加安全風(fēng)險(xiǎn)和系統(tǒng)維護(hù)的難度，故100G系統(tǒng)建議以新建為主。

3.3 網(wǎng)絡(luò)保護(hù)

100G系統(tǒng)將承載重要的核心網(wǎng)業(yè)務(wù)，因此安全性必然是運(yùn)營商所關(guān)注的重點(diǎn)。

100G系統(tǒng)與10G/40G系統(tǒng)的保護(hù)方式一樣，具有完備的光層和電層保護(hù)。如光線路保護(hù)、光通道保護(hù)、SNCP保護(hù)、ODUk1+1保護(hù)、ODUk環(huán)網(wǎng)保護(hù)等。在具體應(yīng)用中，光層可采用光通道1+1保護(hù)，利用OCP的并發(fā)選收功能將客戶信號(hào)并發(fā)至不同的波長通道，避免單個(gè)OTU失效引起的業(yè)務(wù)中斷。電層可采用ODUk1+1保護(hù)，通過電層的交叉來實(shí)現(xiàn)并發(fā)選收，滿足50ms之內(nèi)的電信級(jí)倒換時(shí)間要求。

3.4 建設(shè)成本

100G技術(shù)的實(shí)現(xiàn)機(jī)理較為復(fù)雜，設(shè)備將具備更高的集成度。而高集成度自然會(huì)帶來高功耗的問題，機(jī)房將需要更多的配套電源。在機(jī)房使用后期，電源問題將會(huì)成為機(jī)房的瓶頸。除了功耗問題外，100G系統(tǒng)的相關(guān)元器件還沒有大規(guī)模地投入生產(chǎn)，設(shè)備性價(jià)比仍低于10G/40G系統(tǒng)。

因此，在100G建設(shè)初期，建議40G及以下低速率業(yè)務(wù)仍通過現(xiàn)有的10G/40G系統(tǒng)來承載，待技術(shù)成熟且商用成本降低后，可逐步在100G系統(tǒng)中增加電交叉子架，用于承載低速率業(yè)務(wù)。同速率的傳輸成本將會(huì)低于10G/40G系統(tǒng)。

3.5 組網(wǎng)模型

圖1為某運(yùn)營商100G OTN系統(tǒng)組網(wǎng)模型，該地核心網(wǎng)路由器位于A、B、C三個(gè)核心匯接局。核心匯接局間的100G業(yè)務(wù)通過100G OTN核心環(huán)來調(diào)度，市內(nèi)與郊縣區(qū)域至核心匯接局的業(yè)務(wù)分別通過100G OTN的市內(nèi)匯聚環(huán)和市縣匯聚環(huán)根據(jù)業(yè)務(wù)落地點(diǎn)調(diào)度至相應(yīng)匯接局。

四、結(jié)束語

隨著高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，100G技術(shù)已經(jīng)成為城域核心網(wǎng)的必備之選。在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)即將大規(guī)模展開之際，做好100G的應(yīng)用策略研究，對(duì)運(yùn)營商具有極其重要的意義。