Page 20 - 网络电信2018年3月刊下
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运 营 商 专 栏

            供 250 个 200GE 或 250 个 400GE 接口。                      硬件资源（如中心频率、调制格式）的可编程控制，可以克服
                由此可见，随着 5G 时代新型技术的采用、各类基站的部署                     波分复用技术面临的波长资源利用率低、光通道灵活性不足和
            以及宽带业务的发展，势必对传送网提出了大容量和超高速的                          传输自适应能力较差等难题。在灵活栅格网络中，载波的放置
            承载需求，也是接下来重点探讨的问题。                                   有两种方案：微栅格和无栅格。研究证明                [6] ，灵活栅格光网络
                                                                 对频谱利用率提升达 5% ～ 95%，具体数值需要考虑具体的网络
                三、应对 5G 未来发展的超高速传输技术展                            拓扑和业务模型。表 1 所示为不同调制方式、载波方式、波特
            望                                                    率和波道间隔情况下，超高速（400Gbit/s、1Tbit/s）传输系
                目前商用的 100G 传输系统中主要采用相干接收的单载波极                    统典型参数对照表。
            化复用和 QPSK 调制技术，其频谱传输效率为 4bit/s/Hz，通过
                                                                  表 1 超高速传输系统典型参数表
            软、硬判决提高 OSNR 容限优化信号传输距离。对超高速传输技
                                                                    系统                       频谱效率
            术的研究来源于飞速发展的业务（特别是进入 5G 时代）对传输                               载波方式           波特率         波道间隔    传输距离
                                                                    速率          调制格式          (bit/s/
            容量、带宽、时延以及可靠性等方面提出的诉求。随着运营商                                  (bit/s)        (Gbaud)      （GHz）  （km）
                                                                   (bit/s)                     Hz)
            带宽投资收益的下滑，有必要从线路速率、传输容量、智能管控、
                                                                                PM-8 QAM  84    4     100    2100
            芯片处理和网络安全等 5 个方面进行深入探讨，达到高效益、                                       PM-16 QAM  61  5.33    75    500
            低成本运营的目的。                                               400G  单载波   PM-32 QAM  51  6.15   62.5   1200
                1. 提高线路传输速率技术                                                   PM-64 QAM  43   8      50    1000
                                                                               PM-256 QAM  34  10.67  37.5
                （1）采用多载波技术，提高系统传输容量。在超高速传                                单载波    PM-16 QAM  128  6.06  132    320
            输系统中，通过引入超通道载波聚合可实现更高传输容量的系                             1T   双载波    PM-64 QAM  44   8      50    730
            统。当前主流的 400Gbit/s 传输系统主要有 3 种实现方式：四                          双载波    PM-16 QAM  65          75    205
            载波的 100Gbit/s 链路聚合、双载波的 200Gbit/s 链路聚合和
            单载波的 400Gbit/s 链路。其中四载波的 100Gbit/sPDM-QPSK               2. 提升系统传输容量技术
            方式技术成熟、成本低且跨距长（1200 ～ 1500km），但相对于                       1.1 空分复用（SDM）技术
            100Gbit/s 传输系统并无明显的实质提升。双载波 (PDM-16AQM)                  随着单模光纤传输容量成功突破香农极限，SDM 技术作为
            方式可以提升频谱传输效率 165% 以上，且技术比较成熟、传输                      有效方案成为研究热点：通过在空间范围内同时传输多路信号，
            距离较远。单载波 400Gbit/s 方式频谱效率最高，其技术实现                    在有效抑制非线性效应的同时可将传输系统容量成倍提高，具
            难度大、传输距离受限、成本高，是超 100Gbit/s 系统研究持                    有多芯光纤、多模光纤（MMF）、空间光学器件模式复用等多种
            续努力实现的方向。                                            实现方式。多芯光纤采用在大直径包层中对称分布几根纤芯作
                （2）采用高阶调制方式，提升每符号比特数。在单载波                        为多条独立传输通道，同时避免通道间干扰和能量泄露；而 MMF
            调制方面，采用高阶在一定的频谱带宽上能够实现更高的传输                          通过激发光纤中多个高阶模式（不同电磁场分布），将不同信
            效率。相对于 QPSK，16QAM 调制的每符号比特数提升一倍，从                    号通过不同模式进行承载，各高阶模式可独立传输且不会发生
            而提升传输效率和容量。在超 100Gbit/s 传输领域，高阶调制                    干涉和耦合效应，如多芯光纤结构模式复用器、模式组结构模
            格式的运用是业界普遍采用的重要手段，同时高阶调制方式的                          式复用器、双芯光纤结构模式复用器、光圈探针采样结构模式
            采用，也对接收侧 OSNR 有更高的要求，限制了传输距离。目                       复用器等。在光学器件方面，可以使用模式选择复用器或滤波
            前，主流设备厂商在 16QAM、32QAM、64QAM 乃至 256QAM 等调制            器在多模介质（如光纤或光学波导）中独立激发出不同高阶模式，
            格式上不断创新实践，积累了诸多经验和成果，如基于 QPSK 的                      形成相互独立的传输通道，如相位波片结构模式复用器、空间
            400Gbit/s 传输系统，传输距离可达 3000km 以上，适用于远距                光调制（SLM）结构模式复用器等。SDM 的多种方案在科研领域
            离传输；而在 16QAM 调制方式下，400Gbit/s 系统传输距离超过                已成熟实现，但目前最实用的是多芯光纤。贝尔实验室通过激
            1200km，仅作为城域网超高速传输系统。                                发 MMF 中 8 路信号（每路信号采用 40Gbit/sQPSK 调制）的 6 个
                （3）采用更高信号波特率，实现高速信号传输。通过提                        空间模式和 2 个偏振模式实现了近 4Tbit/s 的传输容量。当然，
            升单信号的波特率，能实现整体传输速率的提升：在四载波的                          受限于光放大器、耦合器和信号串扰等技术难题，SDM 技术仍需
            100G 链路聚合中，通过将单信号波特率从 28/32GBaud 提升至                 进一步发展     [7] 。
            56/64GBaud，双载波就可以实现 400Gbit/s 传输；通过将单信                   1.2 频谱扩展技术
            号波特率提升至 128GBaud，即可直接实现 400Gbit/s 传输。在                   在普遍使用的密集波分复用系统（DWDM）中，主要利用光
            近期 400Gbit/s  超高速传输测试中，通过使用超低损耗、超大                   纤的 C 波段（1528 ～ 1565nm）作为工作波长，若波长间隔为 0.4
            有效面积的新型光纤，成功将 128.8GBaud 的 400Gbit/s 波分复             nm，约容纳 80 波光信号。考虑到现有波长资源大量占用和各通
            用 QPSK 信号传输超过 10130km，实现超长距离通信。                      道间串扰问题，若进一步提升系统的传输容量，可扩展通带范
                （4）采用灵活栅格技术，提高频谱使用效率。该技术使用                       围（即 L  波段：1570 ～ 1620nm），使用 C+L 波段共同完成信
            频域方法替代时域方法来为波长路由光传送网提供高效率和灵                          号的传输。虽然频谱扩展技术能将传输容量翻倍，由于两个波
            活性，根据每条光路的要求动态调整参数，有效承载多种数据                          段波长差别较大，系统中各部分器件（如激光光源、光放大器、
            速率、弹性分配频谱资源；同时，通过软件定义方式实现网络                          复用 / 解复用器以及调制 / 探测器等）的工作带宽都要做出相

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