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1、参考色超超100G技术发展趋势技术发展趋势陶智勇陶智勇027-87691215参考色目录超超超超100G100G曙光初现曙光初现曙光初现曙光初现400G400G技术选择技术选择技术选择技术选择400G400G建设案例建设案例建设案例建设案例参考色互联网互联网+需要需要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Mbps20202020年年20152015年年4.04.04.04.01212121270%70%70%70%85%85%85%85%50505050121
2、21212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Mbps2.72.72.72.74.54.54.54.550%50%50%50%32.5%32.5%32.5%32.5%202020204 4 4 4参考色100G已全面覆盖已全面覆盖光传输技术、交换路由技术的进步光传输技术、交换路由技术的进步当前在干线网当前在干线网100G设备已经完全取代了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CompoundAnnualGrowth
3、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超100G曙光初现曙光初现400G路由器路由器2015年左右逐步部署年左右逐步部署超超100G传送网的部署也将在传送网的部署也将在2015年左右开始起步年左右开始起步参考色400GVS1T400G成为超成为超100G主要技术路线主要技术路线20122013201720232033年份年份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：厂商已能实现客户接口
4、：厂商已能实现400GE背板接口及网络处理器，客户光模块预计背板接口及网络处理器，客户光模块预计2017年可推出；而年可推出；而1TE技术上困难较大；技术上困难较大；u线路侧传输技术：线路侧传输技术：400G相对容易，通过相对容易，通过2-3年可达到商用要求；而年可达到商用要求；而1T需要开发更多的专用光需要开发更多的专用光/电集成器件，前景不电集成器件，前景不明朗，达到商用较为遥远明朗，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制格式，与传输速率无关传输容量取决于可用带
5、宽和调制格式，与传输速率无关调制格式调制格式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80032080402081600640160804016C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；带宽需
6、求波特率2；C波带波道数4000GHz/通道带宽QAM:QuadratureAmplitudeModulation的缩略语简称，意为正交幅度调制QPSK:正交相移键控（QuadraturePhaseShiftKeyin，QPSK）参考色业界积极推动业界积极推动400G标准化标准化OIFIEEEClient 400GE(LAN)OIFITU-TIEEEIEEEClient 400G(WAN)IEEE802.3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Beyond100G封装映射展开研究，提出
7、“FlexOTN”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，400Gor1T?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录超超超超100G100G曙光初现曙光初现曙光初现曙光初现400G400G技术选择技术选择技术选择技术选择400G400G建设案例建设案例建设案例建设案例参考色400G传送技术面临挑战传送技术面临挑战调制级数增加，传输距离下降，器件要求高调制级数增加，传输距离下降，器件要求高多子载
8、波，系统复杂度倍增多子载波，系统复杂度倍增100G传输已逼近香农极限传输已逼近香农极限频谱效率和传输距离成为超频谱效率和传输距离成为超100G的主要矛盾的主要矛盾参考色400G传输怎么实现的？传输怎么实现的？客户侧客户侧400GbE接口技术接口技术132400GbE封装映射编码封装映射编码调制技术调制技术400G线路传输技术线路传输技术MUXDEMUXREG4400G相干接收技术相干接收技术参考色CDFPMSA1625/28G12CDFP2/CFP2850/28G1040/45G3CDFP4/CFP44100G400G客户侧光模块进展客户侧光模块进展GenerationGenerationGe
9、neration小体积、低功耗、低成本是客户侧模块的最终诉求小体积、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：封装映射：FlexOTN传统传统OTN帧结构帧结构FlexOTN帧结构帧结构定义N倍基准速率高阶ODUflex/OTUflex灵活的线路速率满足不同场景传送需求参考色400G线路传输有线路传输有3种方案种方案4100G传输方案2200G传输方案12400GbE200G200G基于100GPM-QPSK多载波调制高度集成的数字相干接收机3000km无电中继Cband传输容量达15Tbit/s核心骨干网高速传输距离优先基于200GPM-16QAM双载波调制高度集成的数
10、字相干接收机500km无电中继Cband传输容量达25Tbit/s城域骨干网高速传输容量优先400GbE100G100G100G100G400GbE400G基于400GPM-64QAM调制高度集成的数字相干接收机200km无电中继Cband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：主流技术：PM-16QAM双载波调制双载波调制TxRx相干检测接收相干检测接收相干检测接收相干检测接收PM-16QAMPM-16QAM调制发送调制发送调制发送调制发送长距离传输（光纤）合合波波器器分分波波器器1.每个子载波（每个子载波（200G）用偏振分束器，将激光分成）
11、用偏振分束器，将激光分成X、Y两个垂直的偏振方向两个垂直的偏振方向分离出y轴偏振信号2经过偏振分束器经过偏振分束器1激光信号激光信号分离出x轴偏振信号光信号光信号传播方向传播方向光子的偏振方向3分离后的分离后的x、y信号信号12.分别对分别对x、y偏振方向上的光信号进行偏振方向上的光信号进行16QAM调制调制0001010011101101y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
12、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）振幅振幅相位相位偏振偏振22.分别对分别对x、y偏振方向上的光信号进行偏振方向上的光信号进行16QAM调制调制0001010011101101y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
13、/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）振幅振幅相位相位偏振偏振2.分别对分别对x、y偏振方向上的光信号进行偏振方向上的光信号进行16QAM调制调制0001010011101101y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
14、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）振幅振幅相位相位偏振偏振2.分别对分别对x、y偏振方向上的光信号进行偏振方向上的光信号进行16QAM调制调制0001010011101101y方向100G信号码流经过“串行-并行”转换，变成2路56Gbi
15、t/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）振幅振幅相位相位偏振偏振3.偏振合波器将偏振合波器将x、y两个偏振方向上已经调制好的光信号两个偏振方向上已经调制好的光信号合路合路到一根光纤
16、上到一根光纤上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接收端将接收到的信号分离到x、y两个偏振方向上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，将相干接收，将x、y两个偏振方向上的光信号转变为电流两个偏振方向上的光信号转变为电流/电压信号电压信号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(t)=I2+Q2Cos(t+)/23本地激光器x偏振
17、方向的光信号积分=Isintdt = - QI、Q解调由ADC、DSP处理56.ADC高精度模拟高精度模拟-数字转换，将电流数字转换，将电流/电压信号变成电压信号变成0101数字码流数字码流400G相干采用高性能的ADC模块，采样精度高达56GSample/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
18、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高速数字处理高速数字处理7参考色400G线路技术的实现线路技术的实现发端调制发端调制线路传送线路传送收端相干收端相干第一代第一代硬判（硬判（HD）l1000kml65nm工艺第二代第二代软判（软判（SD）l2000kml40nm工艺第三代第三代软判（软判（SD）l3000kml28nm工艺grid/WSSPM-16QAMSoftFECOpticalamplifierelectronic-subcarriermultiplexTxRxDSPNewfiberoptica
19、l-subcarriermultiplex光电集成光电集成参考色400G调制方案比较调制方案比较2SC-DP-16QAM由由OIF选为第一代选为第一代400G码型码型2SC-DP-8QAM有极大希望成为第二代有极大希望成为第二代400G码型码型单载波单载波400G离实用化之间尚有距离离实用化之间尚有距离参考色灵活栅格灵活栅格ROADM1569.591568.771567.951531.121530.33, nmC-band, fixed 50 GHz grid1569.181568.361530.7210 Gb/s 40 Gb/s 100 Gb/s 10 Gb/s 40 Gb/s 40 Gb/
20、s 40 Gb/s 40 Gb/s 1569.591568.771567.951531.121530.33, nmC-band, 50-200 GHz Flexible Grid (in 25 GHz increments)1569.181568.361530.72100 Gb/s 1 Tb/s 400 Gb/s 100 Gb/s 400 Gb/s 50GHz50GHz75GHz75GHz150GHz烽火灵活栅格烽火灵活栅格ROADMp波长间隔可灵活设置，通常调整步长为波长间隔可灵活设置，通常调整步长为12.5GHzp超超100G时代的必选配置时代的必选配置参考色低损耗、超低损光纤低损耗、超低
21、损光纤有效面积增加有效面积光纤衰减色散系数100%870.19016.7标准652110%950.187121%1050.184烽火133%1150.182146%1270.180161%1390.178康宁177%1530.17720减少芯区锗掺杂量，包层掺入氟硅烷至饱和降低瑞利散射损耗n相对于标准相对于标准G652光纤，有效面积增加，色散系数增大光纤，有效面积增加，色散系数增大n有助于降低光纤非线性效应有助于降低光纤非线性效应参考色高性能高性能数字信号处理数字信号处理超强纠错编码超强纠错编码提升传输性能提升传输性能参考色DSP发展方向发展方向专注高性能专注高性能码型互换实现DP-QPSK、
22、8QAM和16QAM三种码型软件切换多核方向2个200GDSP，实现一个400G模块容量降低外围电路复杂性参考色光电集成光电集成减小功耗和体积减小功耗和体积ADC业界速率和功耗水平业界速率和功耗水平DACDSPDSP业界工艺水平业界工艺水平长距离传输（光纤）DACDACDACADCADCADCADCDSPFECFECPm-iqm:调制器MIXER+PD:相干接收机（PD探测器）DRV：驱动TIA：跨阻放大器参考色光网络演进方向光网络演进方向光传送网关键技术发展趋势光传送网关键技术发展趋势大大容量电交叉大容量电交叉高速率传输高速率传输灵活网络架构灵活网络架构智能控制平面智能控制平面l12.8T/
23、25.6T支持多维度应用l统一信元交换（ODUk、PKT、VC）lODU0/1/2/2e/3/4/flex全颗粒调度l400G背板带宽，面向未来400G应用l100Gl2*100G/200Gl2*200G/400Gl1TlFlexOTNlCDC-FlexROADMl灵活调制技术（PM-QPSK、PM-16QAM）lASONlPCElT-SDN参考色弹性光网络弹性光网络(ElasticOpticalNetwork)FlexTransceiverp未来未来OTU板卡将支持线路速率、调制方式的板卡将支持线路速率、调制方式的“灵活灵活”切换切换p线路速率、调制方式的选择与应用相关线路速率、调制方式的选
24、择与应用相关参考色目录超超超超100G100G面临挑战面临挑战面临挑战面临挑战400G400G技术选择技术选择技术选择技术选择400G400G建设案例建设案例建设案例建设案例参考色速率速率100G400G调制格式PM-QPSK双载波PM-16QAM单纤容量10T20T通道间隔50GHz75GHz传输距离3000km1000km成熟度成熟不成熟不成熟成本适中高高400G城域部署，城域部署，100G正值壮年（在网）正值壮年（在网）2M/STM-NFEGE100G接入&汇聚核心&骨干接入&汇聚(500km场景)2M/STM-N波长波长MSTP100G400GMSTPIPRANIPRAN100G长途传
25、输长途传输100G为主为主成熟稳定可靠成熟稳定可靠p全球已铺设超过全球已铺设超过500张张100G网络网络安全性安全性p双平面负载分担双平面负载分担成本适中成本适中p产业链已发展成熟产业链已发展成熟城域骨干短距场景可部署城域骨干短距场景可部署400Gp500km参考色400G短距部署，短距部署，200G推荐部署（不在网）推荐部署（不在网）2M/STM-NFEGE100G接入&汇聚核心&骨干接入&汇聚2M/STM-N波长波长MSTP100G200G/400GMSTPIPRANIPRAN100G速率速率100G200G400G调制格式PM-QPSKPM-16QAM双载波PM-16QAM单纤容量10
26、T20T20T通道间隔50GHz50GHz75GHz传输距离3000km1000km1000km成熟度成熟成熟成熟不成熟成本适中适中高高系统容量与系统容量与400G相当相当功耗为功耗为400G一半一半成本适中成本适中p产业链已发展成熟产业链已发展成熟p成本约为成本约为400G的的1/2，100G的的1.5倍倍城域骨干短距场景可部署城域骨干短距场景可部署400Gp500km参考色400G如何部署如何部署400GpWSS级联级联p完成完成60波合波波合波OTUWSSOA WSSWSSOAWSSOTU应用特点应用特点pAWG合分波器由合分波器由WSS代替代替pOTU彩光进入彩光进入WSS模块模块适用
27、场景适用场景p城域骨干层城域骨干层p500km以内以内20波20波pOA放大补偿放大补偿p补偿补偿WSS插损插损参考色西安西安-信阳现网，实现信阳现网，实现1000KM传送传送uG652和和G655混纤，全长混纤，全长985.8kmuN*22dB模型：模型：G655光纤，光纤，2000kmu单跨模型：单跨模型：G655光纤，普通光纤，普通EDFA，与，与100G系统距离相当系统距离相当u超低损光纤模型：超低损光纤模型：1000kmu超低损大有效面积光纤模型：超低损大有效面积光纤模型：2000km烽火在烽火在2014.5参加中国移动参加中国移动400G实验室和实验室和2014.7月的现网测试，测
28、试结果优异月的现网测试，测试结果优异调试时间最短和最稳定，第一时间完成了调试时间最短和最稳定，第一时间完成了参考色Tbit光传输研究进展光传输研究进展OFC 2011, PDP JThA35ECOC 2011, We.8.A.6ACP 2012, PDP AF4C.3OFC2012, JTh2A.47COIN2012, TuF.1Opt. Express, 20, 2379-2385IEEE PTL, 24(19),1704-17071Tb/s CO-OFDM 1040km30.7Tb/sC bandCO-OFDM 168*100Gb/s CO-OFDM 2240km1Tb/s CO-OFDM
29、 12260km2010.92011.71Tb/s CO-OFDM8320km2012.22012.82012.1267.44Tb/s 368*183.3G2013.8Papers and Report3.2Tb/s 单光源2080km2013.12高级调制接收技术超高增益纠错编码算法光通道均衡补偿技术和算法低噪声光放大技术超低损/多芯/少模光纤硅基光集成技术专利及成果专利及成果烽火始终引领烽火始终引领Tbit光传输发展进程光传输发展进程CO-OFDM:CoherentOptical-OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing相干正交频分复用参考色小结小结超
30、超100G需求在需求在2015年左右逐步释放年左右逐步释放400G关键技术已经成熟关键技术已经成熟400G传输方案满足城域、骨干不同场景传输方案满足城域、骨干不同场景灵活栅格、低损光纤、光电集成逐步应用灵活栅格、低损光纤、光电集成逐步应用烽火始终引领超烽火始终引领超100G光传输发展进程，已完成光传输发展进程，已完成400G、Tbit测试测试参考色FAQ-1:什么是什么是PM调制调制1.光信号光子有很多振动方向，光子的振动方向垂直于传播方向。光信号光子有很多振动方向，光子的振动方向垂直于传播方向。t信号传播方向光子振动方向2.通过偏振分束器，将激光分离成通过偏振分束器，将激光分离成x、y两个垂
31、直方向上的光信号。两个垂直方向上的光信号。其它振动方向上的光信号被滤除。X、Y两个方向就是光的偏振方向。光信号的电场一般表达式如右图所示。电场的参量包括振幅A、频率0、相位和偏振方向e参考色FAQ-2:什么是什么是16QAM调制调制56Gb/s DataPre-coderPre-coder56Gb/s Data/2x偏振方向的光信号SintCostIQ+-映射关系转为图形映射关系转为图形(星座图星座图)星座图将信号矢量端点进行平均分布，完整、清晰的表达了数字调制的相互映射关系光信号的电场一般表达式如右图所示。电场的参量包括振幅A、频率0、相位和偏振方向e。输入信号（I/Q）输出信号相位（）00
32、00000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111输出信号电平（A）/12/4/45/123/411/1213/125/417/1219/127/423/12中低高中7/12中低高中中低高中中低高中3/45/47/4振幅振幅相位相位s(t)=I*Cost-Q*Sint=I2+Q2Cos(t+)参考色FAQ-3:为何要引入双载波、为何要引入双载波、PM、16QAM?目的是为了降低电层处理的速率（波特率）目的是为了降低电层处理的速率（波特率）从现阶段电路技术来说，从现阶段电路技术来说，100Gbit/s已接近已接近“电子瓶颈
33、电子瓶颈”的极限。速率再高，引起的信号损耗、功率耗散、的极限。速率再高，引起的信号损耗、功率耗散、电磁辐射（干扰）和阻抗匹配等问题难以解决；即使解决，则要花费非常大的代价。电磁辐射（干扰）和阻抗匹配等问题难以解决；即使解决，则要花费非常大的代价。双载波，通过在双载波，通过在DSP进行信号处理，将进行信号处理，将1个个400G分为分为2路路200G，降低了比特率；，降低了比特率；PM，把，把1个光信号分离成个光信号分离成2个偏振方向，再把信号调制到这两个偏振方向上。相当于对数据做了个偏振方向，再把信号调制到这两个偏振方向上。相当于对数据做了“1分为分为2”的处理，速率降低一半；的处理，速率降低一
34、半；16QAM，一个符号表示，一个符号表示4个数字个数字bit，也相当于对数据做了，也相当于对数据做了“1分为分为4”的处理，速率降低为的处理，速率降低为1/4；以上，以上，400G（448Gbit/s）的信号，实际上，处理时的数据波特率仅为）的信号，实际上，处理时的数据波特率仅为448224=28GBaud。参考色FAQ-4:什么是相干？什么是相干？两束满足相干条件的光称为相干光。相干条件两束满足相干条件的光称为相干光。相干条件(CoherentCondition)：这两束光在相遇区域：这两束光在相遇区域：振动方向相同；振动方向相同；振动频率相同；振动频率相同；相位相同或相位差保持恒定。两束
35、相干的光在相遇的区域内会产生干涉现象相位相同或相位差保持恒定。两束相干的光在相遇的区域内会产生干涉现象400G相干传输技术如何实现相干？相干传输技术如何实现相干？在在400G相干方案中，在接收端选用与发送端激光器相同中心波长的的激光器（同频）。再通过同步电路处理，相干方案中，在接收端选用与发送端激光器相同中心波长的的激光器（同频）。再通过同步电路处理，使接收端的相位保持与发送端相同（同相），从而形成相干条件使接收端的相位保持与发送端相同（同相），从而形成相干条件为什么要相干？为什么要相干？产生相干条件后，可以比较方便的还原出经过产生相干条件后，可以比较方便的还原出经过“相位调制相位调制”的信号
36、的信号可不可以不要相干？可不可以不要相干？可以。但采用相干接收，性能会更好可以。但采用相干接收，性能会更好参考色FAQ-5:恢复恢复16QAM调制数据调制数据I、Q是1或0的bit序列。从上面可以看出，信号解调与接收到的信号的幅度（强度）没有什么关系。也就是说，即使信号经过长距离传输后，叠加一些干扰、噪声等因素，只要在接收端还能识别出相位关系，那么就可以恢复出数据。这也是为什么相干技术拥有更好的色散、PMD、非线性、OSNR的原因。积分接收到的x偏振方向的光信号SintCost/2本地激光器x偏振方向的光信号积分=Isintdt = - QI、Q解调由ADC、DSP处理原始的I、Q信号能否被正确恢复的关键。要提取出28GBaud的信号，对高速的模拟-数字转换ADC（去除干扰、噪声）、数字信号实时处理DSP的算法技术提出了更高的要求。s(t)=I*Cost-Q*Sint个人观点供参考，欢迎讨论
