特約撰稿人 | 宋向東

日本骨干光纖傳輸系統(tǒng)邁向400Gbit/s時代

特約撰稿人 | 宋向東

為了實現(xiàn)高容量且低功耗的光纖傳輸，構建靈活的網絡、探尋新的光傳輸系統(tǒng)解決方案勢在必行。超高速率、低能耗、兼?zhèn)潇`活性的400Gbit/s光纖網絡，就成為首選。

隨著互聯(lián)網和智能手機的普及，數(shù)據流量呈爆炸式成長，為了滿足不斷飆升的通信需求,100Gbit/s相干光纖系統(tǒng)順勢產生。

100Gbit/s光纖傳輸系統(tǒng)全面商用

日本NTT、日本電氣、富士通、三菱電機株式會社公司等受日本總務省委托，研發(fā)出了100Gbit/s光纖傳輸系統(tǒng)。它可以用到WDM的骨干光纖網及海底光纜網絡中，同時也可用在超高速數(shù)據專線網中，為客戶提供超高速數(shù)據專線服務。

因100Gbit/s光通信系統(tǒng)必須使用數(shù)字相干光通信技術才能實現(xiàn)，這就要求對超高速信號進行處理，因此超高速數(shù)字信號處理電路就成為必須的選擇。日本產官學聯(lián)合開發(fā)出的超高速光通信信號處理芯片,對光通信大容量化及日本光通信產業(yè)的發(fā)展做出了貢獻。

日本的大規(guī)模集成電路研發(fā)是通過聯(lián)合方式進行的。首先，將100Gbit/s光通信系統(tǒng)的功能模塊劃分成“信號編碼糾錯處理單元”、“多路復用單元”、“100Gbit/s光端機單元”、“色散補償單元”和”傳輸路徑評估單元”等，各個單元分別由參研單位獨立負責，分工進行；其次，功能模塊之間主要信號耦合由NTT負責，在開發(fā)過程中如果功能模塊之間需要協(xié)作時,也由NTT負責協(xié)調；最后，在功能模塊間設置內存(RAM),用檢測信號進行檢查,哪個模塊出現(xiàn)故障,就視為不合格。

大規(guī)模集成電路在國際電聯(lián)也是個大課題。如由ITU-T制訂的OTN標準與辦公室或家庭等計算機網絡使用的以太網不能很好匹配。但到2008年前后,100G OTN的標準化工作開始，最終決定采用創(chuàng)新的數(shù)字相干系統(tǒng)技術，OTN的下行接口配備了10G以太網接口，使10G以太網與10G OTN得以匹配。

目前應用程序服務提供商和內容提供商在東京、大阪、名古屋、橫濱、札幌、仙臺、京都、神戶、廣島、福岡等主要城市中，都在使用視頻、在線游戲、云計算等技術，以致于數(shù)據流激增，100Gbit/s的以太網出現(xiàn)適應了數(shù)據流激增的形勢。據日本媒體報道，2013年1月23日,亞洲互聯(lián)網服務提供商NTT Com公司在骨干光纖網上推出100Gbit/s以太網用戶界面，用于公司的互聯(lián)網超高速接入服務。當最大速率不超過10Gbit/s時，為固定費率；超過10Gbit/s時,超過部分按信息量計費。與傳統(tǒng)使用的多條10Gbit/s以太網電路服務相比，成本可節(jié)省約20%。目前日本的100Gbit/s光纖系統(tǒng)商用已經相當成熟。

400Gbit/s超高速光纖傳輸實驗系統(tǒng)推出

目前，日本市場上100Gbit/s光傳輸系統(tǒng)已經開始商用，然而隨著大數(shù)據和M2M的普及，客戶對數(shù)據的多樣性需求增強，對網絡速度要求不斷提高，對服務期待值不斷膨脹，將來要處理的數(shù)據量會遠遠超出預期，并且網絡上的業(yè)務量波動變化巨大。為了應對這些難題，就需讓光骨干網絡進一步超高速率化。然而，現(xiàn)在的光傳輸技術既需要超高速率化，又要確保光傳輸性能，必然是相當困難的，并且隨著網絡中信息量增長，電信設備的功率消耗也會顯著增加。為了實現(xiàn)高容量且低功耗的光纖傳輸，構建靈活的網絡、探尋新的光傳輸系統(tǒng)解決方案勢在必行。超高速率、低能耗、兼?zhèn)潇`活性的400Gbit/s光纖網絡，就成為首選。

圖 400Gbit/s光纖實驗系統(tǒng)

NTT、NEC、富士通三家公司受日本總務省委托，分別從2009年開始研發(fā)“超高速光網絡邊緣節(jié)點”，于2010～2011年又研發(fā)“100Gbit/s數(shù)字相干光通信系統(tǒng)”，至2012年已將其商用。三家公司于2012年再次接受日本總務省委托，共同研發(fā)“超高速、低功耗的光網絡技術”，最終在2014年10月推出了單信道400Gbit/s數(shù)字相干傳輸技術的實驗系統(tǒng)。

單信道400Gbit/s的數(shù)字相干傳輸技術的實驗系統(tǒng)分為3種情況：單信道速率200Gbit/s～400Gbit/s，WDM采用60個信道，用4值的正交相移鍵控調制（QPSK）方式，在1萬km長的光纖實驗線路上，傳輸速率達到了12.4Tbit/s；采用8值的正交振幅調制（QAM）方式，在5600km長的光纖實驗線路上，傳輸速率達到了18.5Tbit/s；采用16值的正交振幅調制（QAM）方式，在2000km長的光纖實驗線路上，傳輸速率達到了24.8Tbit/s。

除了在100Gbit/s系統(tǒng)上采用4值正交相移鍵控調制（QPSK）外，為了擴大容量還采用了8值正交振幅調制（QAM）和16值的正交振幅調制(QAM)，并由稱為副載波多路復用的奈奎斯特濾波的頻帶壓縮技術進行組合應用。特別是，根據光傳輸路徑的性能、線路質量,選擇適當?shù)恼{制方式，并采用了包含8值正交振幅調制（QAM）等在內的電子電路算法。

400Gbit/s的數(shù)字相干傳輸技術的實驗系統(tǒng)通過使用非線性光學效應的補償功能，實現(xiàn)了信號數(shù)字反向處理。此外，根據光纖中每個波長傳播延遲不同，可以估算出在1萬km時光纖的波長色散，并采取了高性能的MSSC-LDPC糾錯碼技術延長傳輸距離。綜合這些元素，在海底光傳輸模式下實驗距離最大達到了1萬km，陸地光傳輸模式下實驗距離最大達到了3000km。實驗中一個波道傳輸速率最大可達400Gbit/s,如果在一根光纖中采用60高密度波分復用，則這根光纖就可實現(xiàn)24Tbit/s（400Gbit/s×60）的傳輸能力。

依據本次實驗成果，結合色度色散、偏振模色散高性能的補償技術，可讓傳輸距離傳輸提高1倍以上、功耗削減一半，并通過自適應調制技術，構筑成靈活的網絡，具體如圖所示。