40G/100G标准化现状及发展趋势

摘    要：随着40G技术的规模商用以及100G技术的逐渐成熟，40G/100G标准化与产业应用关系更为密切，本文分析了40G/100G技术现状和标准化进展，同时对40G/100G技术后续发展趋势进行了较深入的探讨。

0  前言

由于高清电视（HDTV）、视频点播（VOD）和移动宽带业务的快速发展，特别是基于Internet的视频应用和P2P应用使运营商的骨干网络的业务流量持续增长。为了应对大容量网络的带宽要求，高速率的WDM传输技术成为解决问题的重点。传输容量也从1995年首次商用的8×2.5G系统发展到近几年开始规模部署的80×40G系统，而更高速率的N×100G传输技术也逐渐走向成熟。

与传统10G DWDM系统相比，40G/100G对各种系统的光传输损伤更为敏感。原本对10G系统影响并不显著的色度色散、偏振模色散、非线性效应等等，在40G/100G高速光传输系统中已经成为限制传输性能的主要因素。近些年，随着复杂调制码型技术、自适应色散补偿技术以及新型复用技术的逐渐突破和发展成熟，40G光传输技术已经发展成熟并逐步步入规模商用的阶段。与此同时，在网络流量保持快速增长的持续驱动下，N×100G光传输技术目前也已经取得了初步突破，并有望在未来2~3年内逐步成熟并取得商用。

1  40G/100G技术现状

随着40G系统商业应用的驱动和高速光电处理技术的发展，目前国内外主流传输设备厂商均可提供商用40G WDM产品。国内厂商华为、中兴和烽火，以及国外阿朗、诺西、爱立信、CIENA、富士通等诸多厂商目前均能提供N×40G WDM商用设备，支持差分移相键控（DPSK）、部分差分移相键控（P-DPSK）、归零码 -差分正交相移键控（RZ-DQPSK）、相位整型二进制传输（PSBT）和光双二进制码（ODB）等多种码型。随着技术的不断进步以及运营商宽带传送需求的日益迫切，国内外各大运营商均已经开始40G WDM网络的规模建设。中国联通、中国电信已经规模部署和建设40G WDM网络，中国移动也已经于2010年完成了40G的实验室和现网测试，已经开始了商用试点网络的建设和部署。从国外运营商来看，网络规模和业务量较大的运营商，如AT&T、Verizon和NTT等都已经部署和建设了40G商用网络。

借助于40G技术成功商用的经验，100G技术从2007年提出以后发展很快，相应逻辑接口已经趋于标准化后期。100G调制格式目前主要有正交相移键控（QPSK）和正交频分复用（OFDM）2种，但需要在性能、复杂度、可实现性上取得平衡。目前业界已认识到100G码型趋于归一到QPSK码型上，其中PM-QPSK成为主流方案。从2006年开始就已经有一些100G实验室演示及试验网建设。Internet2计划在2011年采用光子集成技术（infinera）和ciena的100G传输设备建设100G骨干网，但100G技术距离真正的规模商用还有一段时间。大部分光器件目前已经达到可商用程度，但相干接收技术中关键芯片ADC和DSP的量产商用还需一段时间，功耗和处理能力需要突破。

2  40G/100G标准化现状

目前主要有ITU-T、IEEE和OIF 3个组织在进行40G和100G的相关标准化工作。ITU-T主要从光传送网的角度对40G和100G技术进行规范；而IEEE主要从业务接口的角度规范40GE/100GE的接口参数；OIF则主要关注于100G长途传输线路接口以及相关电接口的规范。

各主要国际标准化组织在40G/100G的标准化工作如图1所示。ITU-T与IEEE对于40G/100G标准化分工如图2所示。

IEEE于2006年7月成立了高速网络工作组（HSSG），重点对40GE和100GE标准目标进行定义，包括10×10G和4×25G 2种100GE光接口标准。2007年12月，HSSG正式转变为IEEE 802.3ba任务组，其任务是制订在光纤和铜缆上实现40G和100G数据速率的标准，研究内容包括逻辑模块功能、基于光纤长距与短距PMD、基于铜缆PMD等。2010年6月，IEEE P802.3ba正式完成，由多个模块厂商组成的CFP多源协议联盟也发布了客户侧可热插拔光模块硬件和软件接口协议。随着802.3ba的完成，IEEE也启动了串行40GE的标准化工作（IEEE 802.3bg），预计到2011年6月完成。总体而言，IEEE在40GE和100GE上的标准化工作已经趋于完善。

ITU-T于2009年12月更新了OTN接口建议G.709，规范了40G/100G相应的逻辑接口（ODU3和ODU4），相应的物理接口指标在G.959.1中进行定义。同时，随着IEEE对40GE和100GE标准化工作的结束，ITU-T在G.709中还定义了40GE和100GE到OPU3和OPU4的映射协议，规定了单板中的成帧处理要求。可以说，到目前为止，ITU-T对40G和100G的相关标准工作已经趋于完善，这将会在很大程度上促进40G/100G技术的逐步广泛应用。

OIF于2008年9月左右开始研究100G长距离DWDM传输项目，该项目遵从ITU-T定义的112 Gbit/s传输速率，采用DP-QPSK和相干接收机结合的技术来开展100G系统的长距离传输研究，制定100G波分侧光模块电气机械接口、软件管理接口、集成式发射机和接收机组件、前向纠错技术的协议等规范以推动波分侧接口设计的标准化。目前开展的项目包括100G长距离DWDM传输架构、100G长距离DWDM传输集成光器件、100G DP-QPSK长距离通信的FEC、用于100G长距离DWDM传输的光模块标准、用于甚短距离芯片到模块的接口标准等，目前已完成的IA包括100G长途传输架构、偏振复用正交调整发射器件要求、100G DWDM传输系统用集成相干接收机要求以及100G长途WDM模块电气特性。

与此同时，我国也在积极进行40G/100G的标准化工作。我国的40G/100G传输标准由中国通信标准化协会（CCSA）制定，目前已经完成行标《N×40 Gbit/s光波分复用（WDM）系统技术要求》（YD/T 1991-2009）、《N×40 Gbit/s光波分复用（WDM）系统测试方法》（YD/T 2147-2010）。在100G的标准化工作方面，我国也在积极跟踪相关的国际标准的最新进展。目前已经完成标准类研究报告"40G/100G以太网承载和传输技术研究"，行业技术报告"N×100Gbit/s DWDM传输系统技术要求"和研究报告"N×100Gbit/s DWDM系统测试方法"正在研究当中。