100G OTN大容量传输技术浅析

李纯丹

摘 要：100G OTN是近年来新的传输技术，现已在全国一干、二干和大型本地网开始规模部署。对100G OTN的关键技术和100 Gbit/s PM-QPSK技术的特性进行了具体分析，希望能够对100G OTN的发展提供帮助。

关键词：100G OTN；大容量；传输技术；互联网

中图分类号：TN919.3 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）11-0133-02

近年来，互联网技术进入了快速发展阶段，互联网的用户数量、宽带需求和应用种类也随着互联网的发展而快速增长。在我国，干线传输网的流量以每年50%的速率增长，骨干传输网的宽带也提高到约200 Tbit/s。随着物联网、云计算、IPTV和移动互联网等宽带技术的应用，对大容量传送网络的需求也越来越多。虽然40G波分规模部署的时间不到5年，但却已面临着100G的强大冲击和挑战。

1 100G OTN的关键技术

由于单信道速率的提升，100G系统对OSNR的要求相比10G系统提高了10 dB；色散容限与传输速率的平方成反比下降。因此，为了实现100G的高速光传输，必须降低系统对OSNR和色散容限的要求，克服非线性效应的影响。100G波分系统采用PM-QPSK，并辅以四相位相干检测技术，

100G PM-QPSK波分系统通过偏振复用、新型编码调制、高效FEC、相干检测、高速数模转换及DSP等关键技术，可以实现OSNR约10 dB的提升，使其OSNR容限与10G系统相当。关键技术中，100Gbit/s PM-QPSK技术是100G的核心。

2 100Gbit/s PM-QPSK技术的特性

2.1 改善OSNR性能

相干检测最主要的优势是能够充分利用电子色散补偿能力，用较小的代价实现对信号失真的恢复。从OSNR容限提升的贡献上看，偏振复用能够提供3 dB的增益，QPSK提供3 dB的增益，FEC提供约3 dB的编码增益，相干接收也能够提供2～3 dB的增益，因此100G波分的OSNR容限可以达到10G的水平。也就是说，100G在进行应用时，能够有和10G系统相同的传输距离。

改善OSNR物理层的性能影响如图2所示。

2.2 色度色散和偏振模色散容限

调制解调器的芯片具备电子色散补偿的功能，因此外部不需要可调谐色散补偿器。芯片的色散补偿总量与有限脉冲响应自适滤波器中的两个因素有密切的关系，即拍点延时量和拍点数量。对PMD进行补偿的关键就是要能够快速地对网络中的高速偏振动态变化进行跟踪。在电域上，利用ADC和DSP技术实现色散补偿，理论上可以获得无限宽的色散容限，而考虑到芯片设计的复杂度和可实现性，通常CD容限设计在几万 ps/nm，PMD容限设计在几百 ps。

2.3 相位调制

QPSK技术可以使光载波增加被携带的信息量，而与偏振复用的有效结合，能够使100G信号的波特率降低到约25 Gbaud/s，所以在间隔为50 GHz的OTN系统中被广泛应用。此外，信号对光纤非线性的容忍能力要求也得到了有效的降低。

2.4 偏振复用

光信号不同的偏振态具有正交特性，对其充分应用能使光载波同时携带两路信息，这使信号码元速率下降1/2.对发射机来说，想要实现偏振复用，就要运用一些简单的无源器件，接收机解偏的部分是难点。目前，相干检测技术越来越成熟，在电域中应用高速ADC和DSP技术，可以非常容易地处理偏振复用。

3 100G OTN的技术优势

100G波分的建网模式，从技术上来说有纯100G传输模式和10G/40G/100G混传模式两种可行方案。混传模式中不同速率之间的波道会因相互影响而导致传输损伤，同时随着100G的性价比逐渐超越10G和40G，纯100G将成为建网的主流模式。

采用PM-QPSK的100G波分系统，能够很好地满足高速路由器的传输需求。在系统组网中，它不需要进行色散补偿，可以简化链路上放大器的数量，能够有效地简化设计，并节约建网成本；在城域中组网，它无需考虑路由长短造成的色散变化，可以穿通多个ROADM节点，使得组网更加灵活、高效。

100G波分系统是为高速率传输诞生的，这决定了其将主要建设在一干和二干层面，其次是大型本地网层面。100G OTN强大的交叉能力，使其可以提升带宽的利用率和组网的灵活性。尤其是在大型本地网的核心网组网中，引入ROADM和智能控制平面WASON，可以进一步提高OTN的智能特性，能够实现网络信息的自动维护和更新，降低运维难度和成本投入，更高效地实现业务端到端的配置和智能调度。当具有MESH的拓扑时，还可以提供多等级服务，具备多次断纤保护，能够大幅提高网络的安全性。

由于40G波分技术除受到衰耗的限制外，还会受到PMD和CD的限制，尤其是PMD无法在40G系统内进行抑制和补偿，其先天不足决定了其短命的结局。而100G波分技术能够从系统设计上克服PMD和CD的限制，因此，从开始推广就受到业界的广泛关注。随着其产业链的逐渐成熟，它的价格优势已逐渐体现出来。目前，网主流厂家10G波道造价约10万元/波，而100G波道造价约50万元/波，可以看出100G系统已逐渐呈现出更高的性价比，再加上其16 T的大带宽容量，在很大程度上减少了配套光缆的建设需求。因此，100G将是未来多年干线传输的主要建设内容，而100G OTN也将成为本地网建设的重点。

4 结束语

随着100G的规模部署，400G也逐渐步入人们的视野。通过对4个基于100Gbit/s PM-QPSK调制的子载波使用OFDM技术，便构成了一个400G的超级通道。随着下一代软判决、超高速数模转换和波长整型等多项关键技术的成熟，400G系统将逐渐发展起来。纵观当今信息时代，人们对通信宽带的需求是无止境的，未来1T技术也将崭露头角。

参考文献

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〔编辑：李珏〕endprint