摘要：随着数据中心及云服务的飞速发展，传送网面临业务流量爆炸式增长带来的巨大压力，超高速、超大容量和动态灵活成为光传输技术未来的发展趋势。当前，包括电信运营商、OTT和设备厂商在内的业界各方正在积极推动400G技术的应用部署。本文介绍了400G OTN/WDM技术发展，分析了400G的应用场景和技术方案考虑，最后结合网络建设和运维需求对400G技术的应用部署提出相关建议。
关键词：400G；技术；应用
随着“宽带中国”和“互联网+”战略的提出，目前传输网络广泛应用的100G OTN 系统将无法满足未来急速增长的带宽需求，超100G 技术是可行的方案。云计算、移动互联、高清流媒体等新兴网络业务的飞速发展，对于光纤通信网络的带宽容量提出了越来越高的需求，100Gbit/s 难以满足未来持续急速增长的带宽需求。因此，超100G OTN技术成为目前业界研究的重点，1Tbit/s技术的应用则相对遥远，400Gb/s 技术是近几年传送网技术演进的方向。
一、超100G的技术需求
互联网的快速发展需要100G+ 技术，而现代人们已经看到这一技术的曙光，由于目前固定宽带接入客户达到了四亿以上，传统LTE 用户已经达到了12 亿户，固定宽带家庭普及率达到了70%，城市宽带接入能力已经达到50Mbps，农村宽带接入能力也已经达到了12Mbps。这一数据在2025 年将会达到更科学的比例设置。实现100G 的全面覆盖并不是难事，通过光传输技术和交换路由技术的发展，人们开始意识到干线网如果使用100G 的传递设备取代原有的，取得成倍的那些速率。业界普遍认为，超100G 在2015 年开始就应经开始崭露头角，能够达到更高的服务器端口传播速率，其逐步部署的过程是相对比较科学的。
二、400G的技术选择
1、400G技术的发展背景。但是通过观察，不难发现，400G 路由器已经开始了逐步的部署，电信运营商通过升级网络信息传递网络，希望能够实现对板背板接口和网络处理器接口的预留。400G 成为超100G 主要技术路线的选择，在线路测的传输技术选择方面，运营商希望能够通过三年左右的时间达到商用的需求，并且开发更多的专用光电集成器件与之相匹配。它可以达到更加科学的传送成容量提升，在同等条件数之下单纤传输能量相当。为了能够快速达到超100G 的400G 传输标准开发，业界都在积极的推动400G 标准化进程，认为能够开辟IEEE 标准，从而在选定将400G 的网络作为下一代以太网的借口速率并且进行接口距离的计算，开展多通道的并行技术。在适用OIF 技术进行针对400G 客户测和线路侧模块封装及线路调制技术展开研究的过程中，可以考虑对于客户侧的CFP 模块和线路侧MSA 模块升级，采用更加科学的调制方式和接收检测技术进行连接。
2、400G传送面临的挑战。在400G 传送技术被广泛需求并且迅速发展的时候，400G 传送技术同样面临着多元化的挑战，比如说在调制级数逐渐增加的情况下，其传输距离的下降，要求能够有高标准的元器件，但是目前的100G 传输已经逐渐接近了传送的极限，因此在多子载波的增长需求中，系统的复杂度面临倍增的局面。而且，频谱的效率和传输距离成为了超100G 的主要架构矛盾。
3、400G技术选择的技术。从标准上看，目前国际化标准组织都在推进400Gb/s 的标准化工作正式决定 400GE 立项，标志着400Gb/s 速率标准化工作正式启动，预计相关标准制定完成。而ITU-T SG15 基于400GE 客户侧信号优先驱动的超100Gb/s OTN 标准化工作预计也将同期完成。OIF 则完成400Gb/s 白皮书以后启动400Gb/s 光模块和器件等标准化工作。值得一提的是，我国标准化组织CCSA 在400Gb/s 标准研究与制定工作方面与国外同步，目前正在进行400Gb/s长距离传输、400Gb/s 光模块等相关标准化研究工作。
三、400G 技术的应用部署
1、400G部署越早越有利。“但从面向未来发展和性价比的角度考虑，400G的优势明显，可以优先考虑部署。”对于400G部署，一位业内人士分析，运营商可以在流量压力较大的骨干网尽快部署，毕竟这是面向未来的技术，早部署早受益。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在成本方面，从端到端成本分析，基于原有设备体积和机房面积，400G将对系统转发能力和端口密度提升4倍，性价比优势很明显。而且400G是面向未来的技术，将满足未来3-5年网络流量猛增的需求。从这一角度讲，对于目前流量压力比较大的骨干网节点，越早部署400G平台越有利。对运营商而言，核心骨干路由器具备400G及400G以上演进能力已经成为趋势，最大的问题是要不要现在就上马400G。事实上，400G从技术研发到产业链都已经基本成熟，运营商无需对400G技术和产品的成熟度有太多顾虑。因此，面对增速越来越快的网络流量，运营商新建网络如果过于保守，可能会很快面临升级压力，直接采用400G平台是最优的选择；如果网络中拥有大量老旧10G/40G平台，可以直接应用400G平台进行网络改造，避免重复投资；对于现有的100G平台，运营商可以选择兼容现网线卡的核心路由器，确保向400G平滑演进，保护运营商的前期投资。
2、400G 的实现方式。目前现网广泛使用100G OTN 系统单波道的传输率是100Gb/s，提高OTN系统单波道的传输速率的也就是频谱资源一定的情况下实现更高的频谱效率，而提升频谱效率就会相应降低系统的传输距离。高阶调制技术可以有效提高OTN 系统的频谱效率，可以使系统达到单通道400Gb/s 的速率，但是由于相位噪声的影响，传输距离就会大大降低，不满足现网的实际应用需求，因此多载波的方案也是重要的研究方向。
（1）四载波的100G PDM-QPSK。四载波的100G PDMQPSK方案即4 个子载波采用Nyquist-WDM 技术复用，每个子载波上承载一个100 Gb/s 信号，不同的载波通过Nyquist 方式复用。前面介绍100Gb/s 系统采用的是50GHz 波道间隔，四载波的100G PDM-QPSK 方案经过采用Nyquist-WDM 技术、灵活栅格技术，4 个子载波所占频谱宽度从200GHz 降低到120～150GHz。此方案实际是基于对现有的100G OTN 技术的重用，可以实现与100G 技术相当的远距离传输，但是频谱效率相对于100G 系统提升不大。
（2）双载波的200GPDM-16QAM。双载波的200GPDM-16QAM采用PDM-16QAM调制格式，同时利用Nyquist 滤波技术和灵活格栅技术，单载波频谱带宽降至37.5GHz，则双载波所占用频谱宽带为75GHz，频谱效率提升明显。但是此方案也因为采用了高阶调制格式和Nyquist 技术，OSNR 容限要求提高明显，达到17dB，相比100Gb/s 系统提高6-7dB，传输距离相较于100G 技术明显减小，只有500km 左右，在长途传输网的应用受到了限制。但是如果结合超低损光纤和高性能的拉曼放大器，传输距离也可以达到1000km 以上，基本满足长途传输网的需求。
（3）单载波的400GPDM-32QAM。单载波的400GPDM-32QAM技术方案就是在传统的50GHz 栅格内实现400Gb/s 信号传输，通过一个载波的400G PDM-32QAM 方式来构建400G超级波道。此方案在理论是可以大大提高频率效率，但是由于香农定理的限制，此方案实现相较于刚才的两种方案实现难度大、成本高，而且由于OSNR 的急速下降和非线性效应的影响，传输距离也急速减小，小于200km，无法满足远距离传输网的需求。
3、超低损光纤。根据香农定律，当系统的容量越大时，信号无误码传输需要的光信噪比（OSNR）就越高，过高的OSNR需求会导致光传输距离的急剧减少，因此在波道数量不变的情况下，随着单波速率的持续提升，标准单模光纤容量已经接近物理极限；同时考虑到光在光纤传输中的非线性效应，进一步降低了OSNR的提升空间。色散和偏振效应对400G 传输系统影响不大，制约400G 传输系统的传输质量和传输距离主要因素是光纤的损耗和非线性效应。相比于普通光纤，超低损光纤有限降低了光信号在光纤传输损耗，对非线性效应也有更高抑制性。因此，如果400G系统采用超低损光纤，可以增大传输距离，并且相应会减少EDFA 的设置，减少了噪声的来源。
随着400G OTN/WDM技术的成熟和标准化完成，400G技术将逐步在骨干网和城域网中应用，通信技术的发展日新月异，在业界的拖动之下，400Gb/s 技术将进一步加快发展步伐。物联网的时代必将到来，运营商联手挑战更加多样化的新型网络通信技术，将达成万物互联的全新时代。
参考文献：
[1] 何培森.浅谈400G 超低损光纤技术发展和应用分析[J].信息通信，2017（01）：23.
[2] 任之良.400G 商用序幕中兴通讯400G 方案现网测试获肯定[J].通信世界，2015（13）：43.
[3] 何培森.100G OTN 拉开400G 商用序幕中兴通讯400G 方案现网测[J].广东省电信规划设计院，2012.
论文作者:闫亮
论文发表刊物:《基层建设》2019年第4期
论文发表时间:2019/5/5
标签：技术论文; 载波论文; 频谱论文; 光纤论文; 需求论文; 系统论文; 方案论文; 《基层建设》2019年第4期论文;