超100G光传送技术最新进展

当前国内各大运营商都在加速5G网络建设步伐，预计2020年实现5G大规模商用。5G网络具有大带宽、超低时延、高灵活性、智能协同等特点，对光传送技术提出新的挑战，推动超100G光传送技术朝着超长距、大容量和智能化等方向发展。

超长距光传输

超长距光传输的核心技术是长距相干模块技术和光路系统技术。其中长距相干模块主要有高性能调制码型、高性能FEC/SDFEC和高性能链路损伤补偿算法等技术，光路系统技术主要有光放大技术、光交叉技术与和光层算法技术等。

长距相干模块技术

超100G光传送系统中，长距相干光模块是高性能传输的关键。长距相干光模块中DSP芯片是整个系统的核心部件，其主要实现高性能调制码型编/解码、系统损伤（色散、PMD等）补偿和FEC功能等。

目前100G/超100G业务主要的调制码型包括BPSK、QPSK、mQAM等传统调制码型和混合调制、概率整形等特殊调制码型。对于特定速率的业务而言，采用不同调制码型具有不同的光传输性能。相同业务速率下，低阶调制码型具有更长的传输距离和噪声容忍度，高阶调制码型具有更大的传输容量和更好的穿通能力，即使选用相同的调制码型，不同的FEC开销也会有不同传输性能。

－混合调制

混合调制是将两种调制码型在时域按照不同比例混合。相比常规高阶调制如8QAM和16QAM，混合调制实现谱效和信号波特率连续变化，以适配不同传输场景。

－概率整形

在使用高阶调制格式时可以对星座图进行整形，采用一定概率分布的星座映射，会获得一定的整形增益，即为达到相同性能所节省的信噪比。

－高性能FEC算法

DSP芯片内高性能FEC/SDFEC算法和非线性补偿算法等也是提高系统传输性能的关键技术，可进一步增加系统传输距离。目前中兴通讯在单波600G长距相干光模块中实现多种FEC/SDFEC算法和非线性补偿算法，在业内有较大的竞争优势。

光路系统技术

超100G光传送系统主要由光路系统技术实现超长距传输及系统灵活调度，主要包括光放大技术和光交叉技术等。

－光放大技术

超长距光传输系统主要采用光放大器补偿信号的衰减，实现超长距无电中继传输。光放大器主要有集中式放大器（EDFA）和拉曼放大器等。在光传输系统中，光放大器的ASE噪声是影响系统OSNR的主要因素。为实现超长距传输，低噪声EDFA或高阶拉曼等方法可有效改善放大器噪声系数，提高系统传输距离。

此外超低损大有效面积G.654光纤的应用，可显著降低跨段损耗，同时G.654光纤非线性效应影响相对G.652和G.655光纤小，因此G.654可适当提高入纤功率，改进系统传输距离。

－光交叉技术

在超100G系统中，高速光信号的频谱更加灵活，在不同调制方式下占用带宽不同。现有超100G系统除了支持传统ROADM的50GHz、100GHz带宽调度，还支持Flexible grid带宽调度，支持n×6.25GHz/12.5GHz带宽的灵活分配和调度。Flexible ROADM可实现不同的信号适配不同的带宽，既提高了频谱利用率，又满足超100G网络的灵活调度要求。

未来ROADM技术将朝着高维度、高灵活性和智能化等方向演进。此外OXC和全光背板可替代ROADM日益复杂的连纤，实现无纤化光端口全互联等技术创新，使网络具有更高的可靠性和更简单的运维。

光层算法技术

为全面监控光传送网传输性能，网络中引入大量光传输性能评估算法、光传输优化算法。

－光传输性能评估算法

通过智能化网元感知网络中跨段损耗、放大器噪声系数、信号入纤功率等信息，实时计算各波道传输后OSNR和传输代价，根据各波道间平坦度等情况评估系统OSNR。

－光传输优化算法

通过一系列整形、压缩、补偿等技术，应对实际光网络系统中不同类型的传输代价。例如采用数字均衡算法补偿系统非线性代价，利用全局光功率优化算法提高系统传输后OSNR，通过编码调制整形算法、频谱数字整形算法、光域整形算法等减小系统穿通代价。

超大容量传输

通常从两个角度提高超100G传送网系统容量，即单通道业务速率和系统通道数。同时，通过FTN（Faster than Nyquist）技术提升多通道频谱效率。

－单通道速率提升

通过高阶调制方法可实现单波600G/800G甚至更高的业务速率，目前中兴通讯OTN方案已实现单载波600G商用，下一代单波800G和1.2T产品也在规划阶段。

－扩展光纤频谱资源

扩展光纤频谱资源可提高系统通道数。目前光纤传输系统往往只使用了光纤的C和CE波段，随着光纤制作工艺的不断提升，新型光纤已经基本消除氢损的影响，可用的传输带宽大大拓宽，从1260nm一直连续拓展到1675nm。2019年国内各大运营商已将C++波段纳入集采测试范围中，2020年C++波段将会大规模商用。同时，从传统光纤的传输频谱特性来看，L波段与C波段非常接近，元器件的制作工艺也相似，如果能将L波段传送窗口利用起来，即使使用成熟的100G DP-QPSK技术也能倍增光纤的传送容量，在很大程度上满足带宽快速增长的需要，避免高阶调试方式对传送距离带来的限制。C与L波段差异主要体现在传输性能上，L波段损耗、色散等参数与C波段有明显差异，同时，L波段器件成熟度等也为L波段的大规模商用带来诸多挑战。

智能化光传送网

5G网络大规模商用，推动超100G传送网网管平面朝高智能管控方向演进。软件定义网络（SDN）技术的应用使得网络可以进行编程，网络的可扩展性和灵活性大大提高，从一定程度上解决了网络资源互联管控的问题。伴随智能管控框架、深度学习、模糊逻辑网络安全管理等人工智能技术的快速发展，基于SDN的人工智能技术在超100G传送网中的应用也将成为网络智能化发展的方向。

中兴通讯在SDN技术中融入软件定义光子（Software Defined Optics，SDO）技术。SDO技术即通过管控系统实现对光模块发射/接收光信号自定义控制，以实现在不同场景满足业务的基本功能的前提下，使业务特定性能达到最优。根据调整方式，主要分为编码整形、频谱整形与动态损伤整形三大类。在超长距传输里已简要概述编码整形和频谱整形，而动态损伤整形主要应对业务光传输时有可能面临的突发事件，例如网络遇雷击事件，光纤中信号光偏振态高速变化，产生较大SOP（State of Polarization），严重时会导致业务断链。为解决此类事件，SDO技术可提升DSP的SOP跟踪速率，维持业务正常通信。

在5G即将大规模商用的关键时期，中兴通讯致力于打造超长距、大容量和智能化超100G光传送网。基于高性能DSP芯片实现长距相干光模块，保持当前在传输100G/超100G传输能力方面的优势；加强在光路系统技术、光层算法方向研究，并大规模应用于超100G光传送网中，使网络从自动化向智能化的演进，为5G大规模商用打下坚实基础。