400G OTN網(wǎng)絡技術探討
隨著云計算、大數(shù)據(jù)、高清視頻等新業(yè)務的不斷涌現(xiàn)，以及5G業(yè)務即將開始試商用布局，網(wǎng)絡帶寬壓力不斷增加，運營商對單纖容量提出更高要求。相比于當前部署的100G系統(tǒng)，400G技術具備大帶寬、低時延、低功耗等優(yōu)勢，部署400G系統(tǒng)來滿足帶寬需求已是大勢所趨。
那么，400G在OTN(Optical Transport Network，光傳送網(wǎng))網(wǎng)絡中是如何應用的?要想解答這個問題，我們先了解400G在OTN網(wǎng)絡的三種傳輸方案。
- 2x200G 傳輸方案
- 4x100G 傳輸方案
- 1x400G 傳輸方案
對比上述的三種傳輸方案，都有各自的特點和應用場景。目前，應用最廣泛的是***種2x200G傳輸方案，基于200G PM-16QAM雙載波調制技術，通過數(shù)字相干接收機，實現(xiàn)500 km無電中繼的傳輸，應用于城域網(wǎng)和骨干網(wǎng)。
下面，我們以2x200G傳輸方案為例，介紹400G系統(tǒng)的關鍵技術。
PM-16QAM技術
- PM-16QAM是高階碼型調制格式。
- PM指把一個光信號分離成2個偏振方向，再把信號調制到這兩個偏振方向進行傳輸。相當于對數(shù)據(jù)做了“1分為2”的處理，速率降低一半。
- 16QAM指一個符號表示4個數(shù)字bit，相當于對數(shù)據(jù)做了1分為4的處理，速率降低了1/4。
同理，QPSK指一個符號表示2個數(shù)字bit，相當于對數(shù)據(jù)做了1分為2的處理，速率降低了1/2。64QAM指一個符號表示6個數(shù)字bit，相當于對數(shù)據(jù)做了1分為6的處理，速率降低了1/6。
雙載波光源技術
- 單載波只用一個頻率點;多載波用幾個頻點來傳送信息，如果n個頻率給一個用戶傳送信息，則速率可以提高n倍。
- 400G雙載波通過DSP進行信號處理，將1個400G分為2路200G PM-16QAM信號，1路200G占用37.5 GHz頻譜，這樣400G只需要75 GHz頻譜，達到5.33 bit/s/Hz的頻譜效率。
從現(xiàn)階段電路技術來說，100G已接近“電子瓶頸”的極限。如果速率再高，引起的信號損耗、功率耗散、電磁輻射(干擾)和阻抗匹配等問題難以解決，即使解決則要花費非常大的代價，而400G通過PM-16QAM技術和雙載波光源技術可以降低電層處理的速率(即波特率)，把400G高速率降到低速率進行傳輸。
這樣，400G(448 Gbit/s)的信號，實際上處理的數(shù)據(jù)波特率為448÷2(雙載波)÷2(PM)÷4(16QAM)=28G Baud。
可變柵格ROADM技術
實現(xiàn)光信號在線路上的靈活封裝和智能調度。
- 可變柵格指信道間隔是可配置的，支持從37.5 GHz開始，以12.5 GHz為步長的間隔。
- 可變柵格兼容固定間隔的50 GHz和100 GHz的波長柵格。
- 業(yè)務單板支持12.5 GHz的波長調諧，合分波單板支持12.5 GHz可變柵格配置，根據(jù)信號大小靈活封裝。
- 通過ROADM對光信號進行可重構，實現(xiàn)光信號的智能調度。
SD-FEC算法
SD-FEC軟判決算法采用15%~25%碼字開銷，來提升系統(tǒng)信噪比，實現(xiàn)長距離傳輸需求。
- 第二代SD-FEC軟判決算法采用25%碼字開銷，比***代采用更強的糾錯編碼，進一步提升傳輸性能。
- 支持***代SD-FEC算法(15%)和第二代SD-FEC算法(25%)的切換。
400G技術大幅提升了OTN網(wǎng)絡的傳輸帶寬和距離，使得OTN網(wǎng)絡實現(xiàn)大帶寬長距離無中繼傳輸，為OTN網(wǎng)絡在5G商用中起到重要支撐作用。
文中涉及的縮略語：
- PM-16QAM(Polarization-Multiplexed 16-Quadrature Amplitude Modulation，偏振復用16階正交振幅調制)
- QPSK(Quadrature Phase Shift Keying，四相移相鍵控/正交移相鍵控)
- 64QAM(64 Quadrature Amplitude Modulation，64種符號的正交幅度調制)
- DSP(Digital Signal Processor，數(shù)字信號處理器)
- ROADM(Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer，可重構光分插復用器)
- SD-FEC(Soft Decision Forward Error Correction，軟判決前向糾錯)
