400G OTN的关键技术

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1、参考色超100G技术发展趋势陶智勇 027-87691215参考色目目录录超超100G100G曙光初现曙光初现400G400G技术选择技术选择400G400G建设案例建设案例参考色 互联网+需要100G+MobileOTTBig DataCloud固定宽带介入用户 亿户3G、LTE用户 亿户固定宽带家庭普及率3G、LTE用户普及率城市带宽接入能力 Mbps农村宽带接入能力 Mbps2020年2015年4.04.0 1212 70%70% 85%85% 5050 1212固定宽带介入用户 亿户3G、LTE用户 亿户固定宽带家庭普及率3G、LTE用户普及率城市带宽接入能力 Mbps农村宽带接入能

2、力 Mbps2.72.7 4.54.5 50%50% 32.5%32.5% 20204 4参考色 100G已全面覆盖 光传输技术、交换路由技术的进步 当前在干线网100G设备已经完全取代了10G/40G摩尔定律：当价格不变时，集成电路可容纳的元器件的数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍 Compound Annual Growth Rate (CAGR)：复合年均增长率，一项投资在特定时期内的年度增长率参考色 超100G曙光初现 400G路由器2015年左右逐步部署 超100G传送网的部署也将在2015年左右开始起步参考色 400G VS 1T 400G成为超100G主要技

3、术路线20122013201720232033年份8T10T38T125T700T8040G80100G年均增长40%年均增长30%年均增长20%400G需求 开始出现1T需求开 始出现（数据来源：韦乐平总在2013 optinet 中国光网络研讨会讲稿）u 客户接口：厂商已能实现400GE背板接口及网络处理器，客户光模块预计2017年可推出；而1TE技术上困难较大；u 线路侧传输技术：400G相对容易，通过2-3年可达到商用要求；而1T需要开发更多的专用光/电集成器件，前景不明朗，达到商用较为遥远u 容量无明显提升：传送层，在同等调制技术下，单纤传送容量相当参考色 传输容量取决于可用带宽和调

4、制格式，与传输速率无关调制格式PM-QPSK (SE:4bit/Hz)PM-16QAM (SE:8bit/Hz) 数据率 Gbit/s1025100200400100010251002004001000波特率 Gbaud/s2.56.2525501002501.253.12512.52550125通道带宽 GHz512.5501002005002.56.252550100250波道数80032080402081600640160804016 C带容量 Tbit/s888888161616161616超密集波分复用(UDWDM)，降低光电器件带宽要求，降低核心器件门槛波特率数据率/频谱效率；带宽

5、需求波特率2；C波带波道数4000GHz/通道带宽QAM: Quadrature Amplitude Modulation的缩略语简称，意为正交幅度调制 QPSK:正交相移键控（Quadrature Phase Shift Keyin，QPSK）参考色 业界积极推动400G标准化OIFIEEEClient 400GE(LAN )OIFITU-TIEEEIEEEClient 400G(WAN ) IEEE 802.3选定400G为下一代以太网接口速率，朝Tbit/s演进成为业界共识 OIF:已就400G客户侧、线路侧模块封装以及线路调制技术展开研究 ITU-T:已就Beyond 100G封装映射

6、展开研究，提出“Flex OTN”帧结构等草案 CCSA：2012年完成400G/400GE承载和传输技术研究报告IEEE： p 接口速率，400G or 1T?p接口距离 p多通道并行技术ITU-T： p 速率，容器定义 p开销、帧结构定义 p映射、复用方式定义 p频谱间隔划分OIF： p客户侧CFP模块 p线路侧MSA模块 p调制方式 p接收检测技术参考色目目录录超超100G100G曙光初现曙光初现400G400G技术选择技术选择400G400G建设案例建设案例参考色 400G传送技术面临挑战 调制级数增加，传输距离下降，器件要求高 多子载波，系统复杂度倍增 100G传输已逼近香农极限 频

7、谱效率和传输距离成为超100G的主要矛盾参考色 400G传输怎么实现的？客户侧 400GbE 接口技术132400GbE 封装映射编码 调制技术400G 线路传输技术MUXDEMUXREG4400G 相干接收技术参考色 CDFP MSA 1625/28G12CDFP2/CFP2 850/28G 1040/45G3CDFP4/CFP4 4100G400G客户侧光模块进展GenerationGenerationGeneration 小体积、低功耗、低成本是客户侧模块的最终诉求参考色 400GbE封装映射：Flex OTN传统OTN帧结构Flex OTN帧结构 定义N倍基准速率高阶ODUflex/O

8、TUflex 灵活的线路速率满足不同场景传送需求参考色 400G线路传输有3种方案4100G传输方案2200G传输方案12400GbE200G200G基于100G PM-QPSK多载波调制 高度集成的数字相干接收机 3000km无电中继 C band传输容量达 15Tbit/s 核心骨干网高速传输距离优先基于200G PM-16QAM双载波调制 高度集成的数字相干接收机 500km无电中继 C band传输容量达 25Tbit/s 城域骨干网高速传输容量优先400GbE100G100G100G 100G400GbE400G基于400G PM-64QAM调制 高度集成的数字相干接收机 200km

9、无电中继 C band传输容量达 25Tbit/s 城域骨干网高速传输容量优先1400G传输方案3参考色 主流技术：PM-16QAM双载波调制TxRx相干检测接收相干检测接收PM-16QAMPM-16QAM调制发送调制发送长距离传输（光纤）合 波 器分 波 器1. 每个子载波（200G）用偏振分束器，将激光分成X、Y两个垂直的偏振方向分离出 y轴偏振信号2 经过偏振分束器1 激光信号分离出 x轴偏振信号 光信号传播方向光子的偏振方向3 分离后的x、y信号12. 分别对 x、y偏振方向上的光信号进行 16QAM调制0001 01001110 1101 y方向100G信号码流经过“串行-并行”转换

10、， 变成2路56Gbit/s信号，112Gbps/2=56Gbps不同的码流对应不同的 相位。例如0001时，选 择/16相位的信号； 0110的时候，选择/4 相位的信号，一共有12 个相位。加90o相 位偏移， 形成正交 幅度调制/120001/401105/120010000101100010/12/45/12不同的码流对应不同的振 幅。例如0110时，选择 低电平的信号；0001的 时候，选择高电平的信号 ，一共有3个振幅。16QAM星座图0001001101000101 （224Gbit/s）偏振22. 分别对 x、y偏振方向上的光信号进行 16QAM调制0001 01001110

11、1101 y方向100G信号码流经过“串行-并行”转换， 变成2路56Gbit/s信号，112Gbps/2=56Gbps不同的码流对应不同的 相位。例如0001时，选 择/16相位的信号； 0110的时候，选择/4 相位的信号，一共有12 个相位。加90o相 位偏移， 形成正交 幅度调制/120001/401105/120010000101100010/12/45/12不同的码流对应不同的振 幅。例如0110时，选择 低电平的信号；0001的 时候，选择高电平的信号 ，一共有3个振幅。16QAM星座图0001001101000101 （224Gbit/s）偏振2. 分别对 x、y偏振方向上的光

12、信号进行 16QAM调制0001 01001110 1101 y方向100G信号码流经过“串行-并行”转换， 变成2路56Gbit/s信号，112Gbps/2=56Gbps不同的码流对应不同的 相位。例如0001时，选 择/16相位的信号； 0110的时候，选择/4 相位的信号，一共有12 个相位。加90o相 位偏移， 形成正交 幅度调制/120001/401105/120010000101100010/12/45/12不同的码流对应不同的振 幅。例如0110时，选择 低电平的信号；0001的 时候，选择高电平的信号 ，一共有3个振幅。16QAM星座图0001001101000101 （224

13、Gbit/s）偏振2. 分别对 x、y偏振方向上的光信号进行 16QAM调制0001 01001110 1101 y方向100G信号码流经过“串行-并行”转换， 变成2路56Gbit/s信号，112Gbps/2=56Gbps不同的码流对应不同的 相位。例如0001时，选 择/16相位的信号； 0110的时候，选择/4 相位的信号，一共有12 个相位。加90o相 位偏移， 形成正交 幅度调制/120001/401105/120010000101100010/12/45/12不同的码流对应不同的振 幅。例如0110时，选择 低电平的信号；0001的 时候，选择高电平的信号 ，一共有3个振幅。16Q

14、AM星座图0001001101000101 （224Gbit/s）偏振3. 偏振合波器将 x、y 两个偏振方向上已经调制好的光信号合路到一根光纤上X偏振方向已经经过 16QAM调制的信号Y偏振方向已经经过 16QAM调制的信号34. 接收端将接收到的信号分离到 x、y 两个偏振方向上分离出X轴 偏振信号分离出Y轴 偏振信号45. 相干接收，将 x、y 两个偏振方向上的光信号转变为电流/电压信号12345451 接收端本振激光器,通过锁相 等技术，跟发送端激光器输出 的信号同频同相(相干)。同样 也分离出x、y偏振方向的信号相干接收，解除调制积分2 接收到的 x偏振方向的光信号SintCosts

15、(t)=I2+Q2Cos(t+)/2 3 本地激光器 x偏振方向的光信号积分= Isintdt = - QI、Q解调由ADC、 DSP处理56. ADC 高精度模拟-数字转换，将电流/电压信号变成0101数字码流400G相干采用高性能的ADC模块，采样精度高达56G Sample/s，所以支持单波200G（采样带宽要2倍信号带宽。而做PM-16QAM，需要调制信号速率在28G）6 6去除色散、噪声、非线性等干扰因素，还原从发端的发出的400G信号前面的 16 个环节，如PM-16QAM调制、相干接收等，都是采用商用器件。如果不是采购特别差的器件，各厂家的性能都是差不多的。影响最终性能的就在第7个环节 DSP，各厂家采用了不同的（专利）算法。算法的优劣很难用语言或者形象来形容。通过实验、测试结果比拼，可以直接对比得知各厂家最终实现结果的好坏。7. DSP 高速数字处理7参考色