三大标准推进 论400Gb/s技术及应用展望

　　国内外主流光传输设备商在成功研制400Gb/s设备样机的同时，从2012年左右开始择机在运营商现网或实验室开展试验，典型如华为和荷兰KPN、波兰EXATEL等多个欧洲运营商基于不同400Gb/s技术的试验，中兴和德国电信基于多种超100G速率的试验，Ciena和Sprint/Vodafone、阿朗和澳大利亚及欧美多个运营商、Coriant和奥地利A1/波兰NETIA开展400Gb/s试验等。目前国外个别运营商已经或准备选择400Gb/s技术承载在线业务，如法国电信选择阿朗400Gb/s技术承载巴黎到里昂的业务、智利Telefonica拟选择华为400Gb/s OTN技术承载数据中心互联业务等。国内运营商在400Gb/s新技术试点与国外比较相对滞后，2013年年底中国移动率先启动了基于400Gb/s速率的实验室及现网试点测评项目，华为、中兴、烽火和阿朗均参与该项目，相关工作预计2014年第三季度完成，其他两大运营商尚在筹划之中。从未来发展来看，主流厂商400Gb/s设备样机的成功研制和多个运营商现网试点评测之间的互动在一定程度上加速了400Gb/s技术产业化进程，这为400Gb/s技术日后竞争超100Gb/s长距传输首选速率创造了优势条件。

　　400G继承100G关键技术，调制及载波存在个性差异

　　100Gb/s突破了原有基于强度调制、强度检测的传统传输技术路线，引入了相位调制和基于数字信号处理（DSP）的相干接收等新型机制，是高速传输技术发展过程中的里程碑事件。考虑到100Gb/s近期才开始规模部署，同时兼顾未来传输带宽增长节奏及需求时机、超高速光电器件和芯片发展现状、单比特功耗及成本等诸多因素，400Gb/s将采用继承100Gb/s的偏振复用、相位调制、基于数字信号处理（DSP）的相干接收、基于多种优化算法的前向纠错（FEC）等关键技术，不太可能采用实现机制更为复杂、基于电域或光域的正交频分复用（OFDM）技术或类OFDM技术。因此，从技术实现本质机理上而言，400Gb/s继承了100Gb/s关键技术并力争重用相关器件芯片，相对100Gb/s而言并没有引入重大技术变革。

　　从具体实现细节上来看，400Gb/s技术在调制码型选择和载波数量方面也呈现出个性差异。相对100Gb/s技术而言，400Gb/s比特速率增加了4倍，如果采用和100Gb/s类似的单载波和正交相移键控（QPSK）调制技术，那么信号波特率将达到112Gbaud量级，这无论在电域信号处理、还是在光域信号调制都根本无法实现（目前光电商用化器件也就支持到28~32Gbaud左右的波特率）。因此，400Gb/s技术在继承100G关键技术的基础上，采用了增加调制阶数和（或）提升载波数量的方式降低信号处理的波特率，典型如采用4载波、单载波100Gb/s速率的QPSK调制方式，采用2载波、单载波200Gb/s速率的16 QAM（正交幅度调制）调制方式等，或者采用单载波400Gb/s速率的16 QAM等调制方式。另外，考虑到软件定义网络（SDN）理念向光网络延伸，基于软件可配置或自适应的调制和多载波复用技术将有可能在400Gb/s技术中引入，也即400Gb/s信号发射端需要引入数模转换（DAC）功能模块以实现调制码型的灵活调整或配置。

　　400G谱效和距离难能两全，方案选择与应用场景相关

　　单通路传输速率不断提升的目的主要体现在特定的频谱资源内实现更高的频谱效率（也即每Hz频谱每秒传输的比特数更高）、实现系统资源优化管理并进一步降低单位比特成本等。传输速率从100Gb/s提升到400Gb/s时，单通路速率提升的同时必然要提升频谱效率，否则单纯将单通路速率提升到400Gb/s意义不大。另外，传输距离也是更高速率技术必须考虑的问题，也即速率提升的同时不能显着降低可达距离，毕竟新技术的未来应用环境还将基于现有实际网络的拓扑架构。由于频谱效率和传输距离是对矛盾体，在采用相同技术和芯片工艺等前提下提升频谱效率的同时增加传输距离不太现实，这种矛盾在400Gb/s时代尤为明显。因此，目前业界推出了的几种400Gb/s主流技术方案或侧重频谱效率，或侧重传输距离，譬如4载波、单载波采用100Gb/s速率的QPSK调制方式的传输距离在1000km以上，但其频谱效率约为3.2b/s/Hz；采用2载波、单载波采用200Gb/s速率的16 QAM调制方式的传输距离在500~600km量级，其频谱效率提升至4~5b/s/Hz左右；而采用单载波400Gb/s速率其频谱效率没有显着变化，但由于采用单载波技术波特率提升了一倍（相关光电器件工作带宽均需提升），传输距离降低到200km~300km左右量级。