湯 瑞，吳冰冰，趙文玉，張海懿

(中國(guó)信息通信研究院 技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)研究所，北京 100191)

0 引 言

隨著400 Gbit/s光傳輸系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化的完成，商用技術(shù)發(fā)展及相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈已日趨成熟，業(yè)界已開始轉(zhuǎn)向超400 Gbit/s接口的研發(fā)以滿足網(wǎng)絡(luò)升級(jí)需求。根據(jù)市場(chǎng)研究公司Omdia的預(yù)測(cè)，未來2～3年，市場(chǎng)對(duì)于超100 Gbit/s網(wǎng)絡(luò)的部署需求將逐步超過100 Gbit/s網(wǎng)絡(luò)，并且超400 Gbit/s(含400 Gbit/s)將成為超100 Gbit/s網(wǎng)絡(luò)的主流應(yīng)用，市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)主要來源于電信網(wǎng)絡(luò)提速(骨干網(wǎng)向200 Gbit/s升級(jí)，城域網(wǎng)向400 Gbit/s及以上速率升級(jí))以及數(shù)據(jù)中心互聯(lián)應(yīng)用。

目前國(guó)際和國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化組織正積極開展超400 Gbit/s技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)討論，同時(shí)學(xué)術(shù)界和工業(yè)界對(duì)超400 Gbit/s進(jìn)行了大量研究，并期望超400 Gbit/s能夠在400 Gbit/s的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升網(wǎng)絡(luò)容量并降低每比特傳輸成本，以解決運(yùn)營(yíng)商日益面臨的業(yè)務(wù)流量及網(wǎng)絡(luò)帶寬持續(xù)增長(zhǎng)的壓力，從而在干線網(wǎng)絡(luò)傳輸、城域核心路由器互聯(lián)和數(shù)據(jù)中心互聯(lián)等場(chǎng)景得以應(yīng)用。從2019年開始，國(guó)際國(guó)內(nèi)主要傳輸廠商陸續(xù)發(fā)布了超400 Gbit/s 數(shù)字信號(hào)處理(Digital Signal Processing，DSP)芯片，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室或現(xiàn)網(wǎng)試驗(yàn)以及部分部署案例。系統(tǒng)速率主要為800 Gbit/s，傳輸距離百公里量級(jí)，主要面向數(shù)據(jù)中心互聯(lián)等短距場(chǎng)景等。

如何實(shí)現(xiàn)更高的傳輸速率(800 Gbit/s～1 Tbit/s及以上)，以及長(zhǎng)距離傳輸系統(tǒng)如何演進(jìn)是未來骨干光傳送網(wǎng)面臨的一大挑戰(zhàn)，也是近兩年高速傳送的熱點(diǎn)話題和研究重點(diǎn)。本文討論分析了單載波800 Gbit/s光傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展，同時(shí)對(duì)800 Gbit/s技術(shù)的后續(xù)演進(jìn)進(jìn)行了探討。

1 800 Gbit/s傳輸技術(shù)方案

目前，100 GBaud相干光組件技術(shù)已基本具備可商用能力，可以支撐64階正交幅度調(diào)制(Quadrature Amplitude Modulation，QAM)方式的單波800 Gbit/s系統(tǒng)。表1所示為近兩年的一些傳輸系統(tǒng)試驗(yàn)結(jié)果，由表可知，對(duì)800 Gbit/s及以上速率，大多采用了概率星座整形(Probability Constellation Shaping，PCS)，但由于系統(tǒng)過高的光信噪比(Optical Signal Noise Ratio，OSNR)需求，基于摻鉺光纖放大器(Er-doped Fiber Amplifier，EDFA)和標(biāo)準(zhǔn)單模光纖(Standard Single Mode Fiber，SSMF)的傳輸距離僅可滿足城域200 km左右的應(yīng)用場(chǎng)景。PCS可以改善OSNR容限，但OSNR容限改善越大，PCS編碼的冗余率也越大，從而提高了所需的器件波特率；其次，高階調(diào)制格式還會(huì)增加對(duì)激光器的線寬和模數(shù)轉(zhuǎn)換(Analog to Digital Converter，ADC)量化位寬的需求；而實(shí)現(xiàn)DSP算法的加法器和乘法器單元對(duì)高階調(diào)制格式也需要更多的量化位寬，從而增加了DSP芯片的復(fù)雜度和功耗。800 Gbit/s可能成為超400 Gbit/s的一個(gè)主要速率選擇，但具體技術(shù)方案還需要綜合考慮器件水平、調(diào)制格式和傳輸距離的要求。

表1 800 Gbit/s及以上速率傳輸系統(tǒng)試驗(yàn)結(jié)果

2 800 Gbit/s傳輸關(guān)鍵技術(shù)

2.1 關(guān)鍵技術(shù)概述

實(shí)現(xiàn)單波800 Gbit/s長(zhǎng)距傳輸，需要從多個(gè)方面進(jìn)行。如圖1所示，采用抗噪聲能力更強(qiáng)的低階調(diào)制格式，采用高性能補(bǔ)償算法，采用增強(qiáng)型前向糾錯(cuò)(Forward Error Correction，F(xiàn)EC)技術(shù)等增強(qiáng)系統(tǒng)抗噪聲和損傷的能力，采用超低損、大有效面積光纖、混合放大和全拉曼放大等手段，優(yōu)化傳輸信道，減少傳輸過程中的損傷和噪聲。

圖1 400 Gbit/s長(zhǎng)距離增強(qiáng)型WDM系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

2.2 信號(hào)整形

(1) 頻譜整形

基于發(fā)射端的頻譜整形技術(shù)能夠減緩波分復(fù)用(Wavelength Division Multiplexing，WDM)系統(tǒng)中信道間的非線性效應(yīng)，對(duì)于單載波800 Gbit/s系統(tǒng)，由于波特率太高，所需帶寬可能超出光電器件的能力，此時(shí)需要DSP芯片在發(fā)端進(jìn)行帶寬預(yù)補(bǔ)償和頻譜整形。預(yù)補(bǔ)償主要采用數(shù)字濾波器來對(duì)信號(hào)的奈奎斯特頻率點(diǎn)進(jìn)行預(yù)加重，頻譜整形一般采用升余弦或根升余弦濾波器來實(shí)現(xiàn)。為了降低對(duì)器件的要求，提升抗非線性效應(yīng)能力，目前的800 Gbit/s商用產(chǎn)品也有采用數(shù)字子載波復(fù)用(Digital Subcarrier Multiplexing，DSCM)結(jié)合信號(hào)整形的方案，如2020年美國(guó)Infinera公司使用專用集成電路(Application-Specific Integrated Circuit，ASIC)芯片驗(yàn)證了8×11.95 GBaud結(jié)合PCS的DSCM系統(tǒng)傳輸性能，利用康寧公司的超低損耗光纖實(shí)現(xiàn)了單波800 Gbit/s超過1 000 km的傳輸。圖2所示為單載波和8個(gè)DSCM的結(jié)構(gòu)比較，DSCM的最大優(yōu)勢(shì)在于降低了相位噪聲的影響，簡(jiǎn)化了DSP設(shè)計(jì)[12-13]。

圖2 單載波和DSCM對(duì)比圖

相較于高波特率單載波系統(tǒng)，DSCM系統(tǒng)在數(shù)字域中將若干低波特率子載波信號(hào)復(fù)用可實(shí)現(xiàn)與其相等的頻譜效率，而且通過對(duì)子載波帶寬和調(diào)制格式的靈活配置可實(shí)現(xiàn)傳輸速率顆粒度的精細(xì)化調(diào)整，同時(shí)各子載波較低的波特率還帶來了非線性容忍性增強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。然而，為支持在數(shù)字域中將各基帶子載波向高頻方向搬移并復(fù)用以獲得復(fù)合高波特率信號(hào)，DSCM方案仍需要采用高采樣率大帶寬數(shù)模轉(zhuǎn)換(Digital to analog converter, DAC)，高采樣率帶來的巨大數(shù)據(jù)吞吐量對(duì)芯片的處理速度和運(yùn)行能耗都提出了極高的要求，如何在保留DSCM優(yōu)勢(shì)的前提下，降低對(duì)DAC帶寬和采樣率的要求也是需要重點(diǎn)研究的課題[14]。

(2) 星座圖整形

為提升高階QAM的抗噪聲性能，并增強(qiáng)光收發(fā)機(jī)的可編程能力，提供速率靈活可變的光傳輸，業(yè)界于2016年左右提出信號(hào)整形技術(shù)，并于2～3年后成功在單波200 和400 Gbit/s等速率相干光模塊中商用。星座圖整形技術(shù)包含PCS和幾何整形，分別改善星座點(diǎn)出現(xiàn)的概率和星座點(diǎn)位置，優(yōu)化傳輸性能。對(duì)于加性高斯白噪聲(Additive White Gaussian Noise，AWGN)信道，當(dāng)調(diào)制格式足夠高時(shí)，信噪比(Signal Noise Ratio，SNR)增益可達(dá)1.53 dB[15]。幾何整形采用均勻分布的非等距星座點(diǎn)設(shè)計(jì)，利用設(shè)計(jì)的啟發(fā)式算法或者嚴(yán)格意義上的最優(yōu)化算法得到優(yōu)化的星座分布。PCS采用等距分均勻星座分布設(shè)計(jì)，調(diào)整不同星座圖的出現(xiàn)概率，使其服從高斯分布，從而實(shí)現(xiàn)接近香農(nóng)極限的目的[16]。PCS的核心部分在于將獨(dú)立二元分布的比特序列設(shè)計(jì)為具有目標(biāo)分布的符合序列，相比于普通均勻QAM調(diào)制，PCS僅需要增加概率分布匹配器(Distribution Matcher，DM)來將等概率的信源數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成特定概率分布的符號(hào)序列，且可以兼容大部分的調(diào)制解調(diào)DSP算法，因而業(yè)界更偏向于PCS技術(shù)，預(yù)計(jì)其在800 Gbit/s系統(tǒng)中會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用。

2.3 信道均衡

800 Gbit/s傳輸系統(tǒng)初期需要采用128 Gbaud方案配合150 GHz波道間隔來實(shí)現(xiàn)，同時(shí)要滿足運(yùn)營(yíng)商80波配置要求，波段擴(kuò)展將成為必選方案。而在超寬波段系統(tǒng)中，由于受激拉曼散射(Stimulated Raman Scattering，SRS)引起的短波長(zhǎng)功率向長(zhǎng)波長(zhǎng)功率轉(zhuǎn)移現(xiàn)象不可忽視。特別是對(duì)于C+L波段的傳輸系統(tǒng)，通常需要調(diào)整EDFA的增益和增益斜率，對(duì)入纖信號(hào)進(jìn)行功率調(diào)整，不平坦的系統(tǒng)信號(hào)入纖功率使得用于評(píng)估非線性損傷的高斯噪聲(Gaussian Noise，GN)模型不能準(zhǔn)確評(píng)估C+L波段傳輸系統(tǒng)非線性損傷，需要對(duì)模型進(jìn)行修正包括建模計(jì)算SRS導(dǎo)致的波長(zhǎng)相關(guān)的損耗變化對(duì)非線性的影響；分析PCS技術(shù)和多電子載波復(fù)用技術(shù)等對(duì)非線性的加劇或減弱的影響。

另外，如果考慮C+L波段傳輸系統(tǒng)中動(dòng)態(tài)的波長(zhǎng)上下路，還需要對(duì)系統(tǒng)中的波長(zhǎng)功率進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制。此前業(yè)內(nèi)在常規(guī)C+L波段傳輸系統(tǒng)中的通常做法是采用填充波道使系統(tǒng)始終保持滿配狀態(tài)，實(shí)際工作中采用“真波換假波”思路進(jìn)行功率均衡和控制，以避免由于系統(tǒng)動(dòng)態(tài)上下波對(duì)現(xiàn)有波道上業(yè)務(wù)性能產(chǎn)生影響，但這可能會(huì)需要更多的波道監(jiān)測(cè)設(shè)備，帶來額外的成本和槽位空間占用。借助光標(biāo)簽及軟件層面的復(fù)用段級(jí)甚至通道級(jí)自適應(yīng)均衡管理算法將有可能在C+L波段的高速傳輸系統(tǒng)應(yīng)用中發(fā)揮重要作用。

2.4 非線性補(bǔ)償

高階調(diào)制格式、高波特率以及WDM等技術(shù)使得信號(hào)對(duì)非線性效應(yīng)愈加敏感。同時(shí)，波分系統(tǒng)的頻譜也在不斷擴(kuò)展，入纖功率的提升也會(huì)帶來更大的非線性效應(yīng)。相干接收端DSCM技術(shù)的發(fā)展和成熟，使得數(shù)字向后傳播補(bǔ)償(Digital Backward Propagation，DBP)算法、共軛雙波(Phase-Conjugated Twin Waves，PCTW)算法和非線性傅里葉變換(Nonlinear Fourier Transform，NFT)算法等接收端數(shù)字非線性補(bǔ)償算法得到實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用。這些算法雖然能夠?qū)崿F(xiàn)較為優(yōu)異的非線性損傷補(bǔ)償性能，但都存在復(fù)雜度過高且需提前知曉傳輸系統(tǒng)具體信息的不足。與此同時(shí)，微擾法和深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的策略有效地實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)參數(shù)無關(guān)的非線性損傷抑制[17-19]，但深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的無記憶前饋式結(jié)構(gòu)使其依舊面臨著非線性損傷補(bǔ)償效果和復(fù)雜度相互制約的矛盾，因此，克服光信道的非線性信號(hào)失真，建立接近實(shí)際信道的非線性理論模型，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)低復(fù)雜度高性能的光纖非線性損傷補(bǔ)償方案對(duì)于推動(dòng)非線性損傷補(bǔ)償算法的實(shí)際應(yīng)用很有必要，也是實(shí)現(xiàn)800 Gbit/s長(zhǎng)距傳輸?shù)闹匾鼓芗夹g(shù)[20]。

2.5 糾錯(cuò)編碼

光通信FEC技術(shù)經(jīng)歷了從硬判決到軟判決，從解碼到迭代解碼，從單碼到級(jí)聯(lián)碼，從分組碼到卷積碼，從獨(dú)立FEC到調(diào)制編碼結(jié)合的過程。目前，主流的FEC方案包括：里德-所羅門(Reed-Solomon，RS)碼、Turbo乘積碼、階梯(Staircase)碼和低密度奇偶校驗(yàn)碼(Low-Density Parity-Check，LDPC)等[21]，許多FEC方案可以實(shí)現(xiàn)小于香農(nóng)極限1 dB的性能。

目前的高速WDM系統(tǒng)FEC方案研究有兩個(gè)大的方向：一是FEC自身增益性能的提升。目前由于受ADC器件帶寬以及濾波器件帶寬的限制，最高支持的FEC開銷是20%～25%，未來隨著器件帶寬的優(yōu)化設(shè)計(jì)，將可以支持更大開銷的FEC，從而為800 Gbit/s系統(tǒng)提供更多的OSNR增益；二是FEC與其他數(shù)據(jù)處理模塊做聯(lián)合迭代，提升系統(tǒng)整體性能。由于FEC自身性能的提升空間較小，為進(jìn)一步提升系統(tǒng)性能，業(yè)界開始研究FEC與其他數(shù)據(jù)處理模塊做聯(lián)合迭代的方案，典型的兩個(gè)例子就是與非線性補(bǔ)償器和解調(diào)器做聯(lián)合迭代，隨著互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)工藝的進(jìn)步及算法研究的深入，可以在800 Gbit/s芯片中實(shí)現(xiàn)FEC與其他數(shù)據(jù)處理模塊的聯(lián)合迭代以獲得更好的傳輸性能。

2.6 波段擴(kuò)展及放大

800 Gbit/s傳輸系統(tǒng)在使用128 GBaud、PM-16QAM方案時(shí)，波道寬度為150 GHz，器件有效帶寬為75 GHz。此時(shí)，擴(kuò)展C波段按6 THz計(jì)算，只能承載40個(gè)波道的傳輸。目前的80波長(zhǎng)距相干傳輸系統(tǒng)的頻譜范圍已由常規(guī)C波段4 THz擴(kuò)展至6 THz。但6 THz擴(kuò)展C波段仍無法支持80波800 Gbit/s長(zhǎng)距系統(tǒng)，需進(jìn)一步開展頻譜擴(kuò)展技術(shù)研究，收斂多種潛在方案及頻譜邊界。目前來看，L波段是潛在的相對(duì)成熟的新波段選擇[22]。

L波段光模塊在DSP芯片方面可與傳統(tǒng)C波段光模塊兼容，激光器、調(diào)制器、接收機(jī)以及波長(zhǎng)選擇開關(guān)(Wavelength Selectable Switch，WSS)等光芯片器件需升級(jí)支持?jǐn)U展頻譜范圍，且性能與C波段相近，但目前產(chǎn)業(yè)鏈尚不成熟，性能需進(jìn)一步研究驗(yàn)證。

光放大器方面，目前還沒有集成式的C+L波段EDFA，L波段EDFA噪聲系數(shù)比C波段噪聲系數(shù)大0.5～1.0 dB，在相同的入纖功率和跨段損耗前提下，L波段信號(hào)傳輸后的OSNR比C波段信號(hào)傳輸后的小0.5～1.0 dB。受SRS效應(yīng)影響，C波段信號(hào)功率轉(zhuǎn)移到L波段，接收端的OSNR需要綜合考慮C波段轉(zhuǎn)移的功率、L波段獲取的功率與C波段噪聲系數(shù)和L波段噪聲系數(shù)。分布式拉曼放大器理論上適用于任何波段的放大，非常適用于大容量長(zhǎng)距離傳輸應(yīng)用場(chǎng)景。由于拉曼放大器的增益特性與實(shí)際使用的光纖特性相關(guān)，對(duì)于擴(kuò)展C+L波段的傳輸系統(tǒng)，信號(hào)本身由于SRS導(dǎo)致的功率轉(zhuǎn)移也會(huì)加劇這種拉曼放大器的增益不平坦特性，特別是系統(tǒng)中動(dòng)態(tài)增減波時(shí)，拉曼放大器的增益平坦度更難保證。因此在C+L波段的傳輸系統(tǒng)中，在系統(tǒng)增減波的情況下，需要采用相應(yīng)的自動(dòng)功率調(diào)整策略，根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)調(diào)整增益和斜率，維持系統(tǒng)性能。

2.7 新型光纖

傳輸距離需求不變的前提下，無論是通過提升波特率還是調(diào)制格式的方式來實(shí)現(xiàn)單波更高速率的同時(shí)，系統(tǒng)對(duì)鏈路OSNR的要求更高?？s小跨段長(zhǎng)度、增加中繼數(shù)量或采用更低噪聲的拉曼放大器雖然可以一定程度上緩解800 Gbit/s及以上高速傳輸距離受限于OSNR的問題，但會(huì)帶來額外成本的顯著增加。因此業(yè)界一直在探索使用更高性價(jià)比的新型光纖技術(shù)來支持高速長(zhǎng)距傳輸。

低損耗大有效面積光纖通過增大模場(chǎng)面積降低高速信號(hào)傳輸?shù)姆蔷€性效應(yīng)，通過超低損耗減少光放大器引入的放大自發(fā)輻射(Amplified Spontaneous Emission，ASE)噪聲積累，相同距離鏈路的新型單模光纖(Single Model Fiber,SMF)帶給系統(tǒng)增益3 dB以上，并可以兼容現(xiàn)有EDFA和拉曼放大器。隨著超低損耗光纖制備技術(shù)的成熟，目前全球多個(gè)公司已實(shí)現(xiàn)超低損耗光纖的規(guī)模化生產(chǎn)。如表2所示，美國(guó)康寧、日本住友、中國(guó)長(zhǎng)飛光纖、亨通光電、烽火通信和中天科技等國(guó)內(nèi)外知名企業(yè)紛紛推出了成熟的商用超低損耗G.652光纖與超低損耗大有效面積G.654光纖[23]。國(guó)內(nèi)三大運(yùn)營(yíng)商也在積極推進(jìn)G.654.E光纖的應(yīng)用，并已開始了部分干線G.654.E光纖鏈路的建設(shè)工作。

表2 部分廠家新型光纖的規(guī)格參數(shù)

不過由于G.654.E光纖普遍采用純石英纖芯工藝，其色散稍大于普通光纖，這可能會(huì)給高速率長(zhǎng)距離光纖通信系統(tǒng)的色散容限帶來挑戰(zhàn)。另外，G.654.E光纖的截止波長(zhǎng)較大，對(duì)于C++系統(tǒng)，其最短波長(zhǎng)可到1 524 nm附近，已經(jīng)不在標(biāo)稱截止波長(zhǎng)內(nèi)，能否保證單模傳輸及傳輸性能，還需進(jìn)一步驗(yàn)證。對(duì)于拉曼放大系統(tǒng)，G.654.E光纖的低損耗特性有利于提高有效作用長(zhǎng)度，但更大的有效面積會(huì)犧牲拉曼放大效率，并且1 450 nm左右的泵浦光將不再是單模特性，系統(tǒng)的整體拉曼增益也可能會(huì)受到影響，有待充分的理論和實(shí)驗(yàn)研究。

隨著超低損耗光纖技術(shù)的不斷發(fā)展，目前基于純硅芯光纖的損耗已經(jīng)接近于理論極限值(0.14 dB/km)。學(xué)術(shù)界也對(duì)空芯光纖等新型光纖展開了研究?？招竟饫w的纖芯為中空或其他填充材料，通過特殊的包層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將光限制在氣體或真空纖芯中。空芯光纖經(jīng)歷多次迭代，衰耗已經(jīng)降至0.28 dB/km[24]。近兩年的多篇論文和實(shí)驗(yàn)為高性能光通信開辟了可能性。

3 800 Gbit/s標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展

目前800 Gbit/s相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化工作主要在光互聯(lián)論壇(Optical Internetworking Forum，OIF)和國(guó)際電工電子協(xié)會(huì)(Institute of Electrical and Electronics Engineers，IEEE)進(jìn)行，國(guó)際電信聯(lián)盟(International Telecommunication Union，ITU)第15研究組負(fù)責(zé)高速接口的邏輯層和物理標(biāo)準(zhǔn)化工作，目前的工作重點(diǎn)集中在200和400 Gbit/s，800 Gbit/s相關(guān)工作預(yù)計(jì)從2022年開始逐步展開。

(1) OIF

2020年12月，OIF正式啟動(dòng)800 Gbit/s相干接口項(xiàng)目，項(xiàng)目致力于定義面向園區(qū)網(wǎng)絡(luò)以及數(shù)據(jù)中心互聯(lián)應(yīng)用的800 Gbit/s相干線路規(guī)格，包括支持80 ～120 km傳輸、帶放大器的單跨段WDM系統(tǒng)以及支持2 ～10 km傳輸、不含放大器的固定波長(zhǎng)傳輸系統(tǒng)。

在具體技術(shù)參數(shù)方面，80 ～120 km接口目前基本確定采用PM-16QAM調(diào)制碼型，支持150 GHz間隔32個(gè)通道，采用靈活光傳送網(wǎng)信息結(jié)構(gòu)(Flexible OTN information structure，F(xiàn)lexO)幀結(jié)構(gòu)，開放前向糾錯(cuò)(Open Forward Error Correction，OFEC)編碼，更具體的物理層指標(biāo)還在持續(xù)討論當(dāng)中。2 ～10 km接口目前基本確定在G.652光纖上采用PM-16QAM調(diào)制碼型和193.7 THz工作頻率。

除了單波800 Gbit/s實(shí)現(xiàn)協(xié)議(Implementation Agreement，IA)，OIF也在討論支持光放的長(zhǎng)距800 Gbit/s和基于雙子載波的長(zhǎng)距800 Gbit/s等更多方案。同時(shí)在電接口方面，OIF也已啟動(dòng)系列112 Gbit/s電接口標(biāo)準(zhǔn)制定和224 Gbit/s電接口標(biāo)準(zhǔn)研究。

(2) IEEE

IEEE 802.3在2020年12月成立超400 Gbit/s以太網(wǎng)工作組(Beyond 400 Gbit/s Ethernet Study Group)，并在2021年4月和6月分別投票通過了800 Gbit/s和1.6 Tbit/s的立項(xiàng)計(jì)劃P802.3df，800 Gbit/s接口介質(zhì)包括銅纜、多模光纖(Multi Mode Fiber，MMF)和SMF，傳輸距離覆蓋1 m～40 km。其中單波長(zhǎng)800 Gbit/s接口規(guī)格為工作在SSMF、傳輸距離為10和40 km；1.6 Tbit/s接口則為16通道，每通道100 Gbit/s，或者8通道，每通道200 Gbit/s。同時(shí)，IEEE 802.3ck工作組也正在制定112 Gbit/s電接口標(biāo)準(zhǔn)。

此外，其他一些組織或聯(lián)盟也在進(jìn)行800 Gbit/s相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)，如800 Gbit/s Pluggabble多源協(xié)議(Multi- Source Agreement，MSA)已發(fā)布8×100 Gbit/s 100 m和4×200 Gbit/s 2 km規(guī)范；雙密度四通道小型可插拔封裝(Quad Small Form-factor Pluggable-Double Density，QSFP-DD)800 MSA將面向800 Gbit/s的技術(shù)規(guī)范統(tǒng)一合并至新發(fā)布的QSFP-DD 6.01規(guī)范，通道小型化可插拔(Octal Small Form-factor Pluggable，OSFP) MSA發(fā)布適用于800 Gbit/s OSFP模塊4.0的版本規(guī)范。中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)(China Communications Standards Association，CCSA)也針對(duì)800 Gbit/s分別立項(xiàng)了光模塊和傳輸系統(tǒng)的研究課題。

各標(biāo)準(zhǔn)化組織的800 Gbit/s接口標(biāo)準(zhǔn)情況如表3所示。

4 800 Gbit/s速率的演進(jìn)方向

從2019年開始，Infinera、Ciena、華為、Acacia和Inphi等多個(gè)廠商相繼發(fā)布800 Gbit/s DSP芯片，并基于實(shí)驗(yàn)室/現(xiàn)網(wǎng)試點(diǎn)驗(yàn)證了單載波800 Gbit/s的可行性[25]。綜合當(dāng)前器件廠商的研發(fā)狀態(tài)以及網(wǎng)絡(luò)對(duì)高寬帶傳輸需求的增長(zhǎng)趨勢(shì)，800 Gbit/s相干不同實(shí)現(xiàn)方案、應(yīng)用場(chǎng)景及路標(biāo)預(yù)測(cè)如表4所示。

表4 800 Gbit/s實(shí)現(xiàn)方案、應(yīng)用及路標(biāo)預(yù)測(cè)

目前的方案大多基于800 Gbit/s、64QAM調(diào)制格式，隨著高帶寬芯片與器件及算法技術(shù)的不斷演進(jìn)，預(yù)計(jì)基于PM-16QAM的800 Gbit/s不可插拔模塊從2023年開始逐步進(jìn)入測(cè)試和小批量商用階段；基于100 Gbit/s可插拔光收發(fā)合一模塊類型2(Centum Form Factor Pluggable Module-Type 2，CFP2)/QSFP-DD800封裝的可插拔模塊2024年小批量商用[26]。結(jié)合頻譜擴(kuò)展以及先進(jìn)的鏈路技術(shù)實(shí)現(xiàn)大容量長(zhǎng)距離的傳輸，傳輸距離從短距發(fā)展到長(zhǎng)距/超長(zhǎng)距，應(yīng)用場(chǎng)景也將從數(shù)據(jù)中心互聯(lián)應(yīng)用逐漸擴(kuò)展到城域網(wǎng)、省干網(wǎng)甚至骨干網(wǎng)。

5 結(jié)束語

WDM技術(shù)是解決高速大容量業(yè)務(wù)傳輸?shù)挠行Ъ夹g(shù)方案，國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商和互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)已經(jīng)開始部署400 Gbit/s系統(tǒng)，并已啟動(dòng)800 Gbit/s的研究工作。目前單載波800 Gbit/s的傳輸能力還無法滿足干線網(wǎng)絡(luò)的傳輸需求，標(biāo)準(zhǔn)化的工作重點(diǎn)也集中在80 km以內(nèi)的城域和數(shù)據(jù)中心互聯(lián)應(yīng)用。對(duì)800 Gbit/s長(zhǎng)距傳輸來說，在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)鏈路下很難基于一個(gè)方案同時(shí)滿足速率/容量提升和超長(zhǎng)距傳輸?shù)膬蓚€(gè)關(guān)鍵需求，并且仍有大量的技術(shù)難題需要解決和突破。本文在介紹800 Gbit/s光傳輸系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化研究最新進(jìn)展進(jìn)行了介紹，并對(duì)未來的速率演進(jìn)進(jìn)行了分析和展望。