一、广电光网络建设需求

　　伴随着国家“宽带中国”战略及实施方案的颁布，我国宽带基础设施将进入快速健康发展的轨道。另外，高速互联网、互动电视、3D高清视频、云计算、云存储、物联网等宽带应用的不断涌现，促使传输网络从骨干到城域网络带宽需求成倍增长。在网络高速发展的时代，100G WDM/OTN大容量传输网络建设将是广电缓解带宽压力的最佳手段。

　　二、100G OTN技术发展趋势

　　光网络传送与数据传输，已经迈入了一个前所未有的大颗粒时代。广电业务发展的需求与光传送网的成熟，使OTN应用之路越走越宽。

　　如今云计算、物联网等新兴技术蓬勃发展。另外，随着固定接入宽带用户的持续普及和高清视频业务的规模部署以及各种宽带应用的大量涌现，骨干传送网带宽需求将持续快速增长。来自OIF的统计数据显示，网络宽带运营商年均流量增长速度大大高于其收入增长速率，运营商不得不降低单位流量的传输成本来缓解其收入压力。提高系统传输容量是降低TCO最有效的手段。经过几年的努力，100G标准已完成，技术也已取得突破，主流设备商已经发布了100G产品，100G时代已经来临。

　　三、100G OTN 核心技术浅析

　　100G OTN核心技术包含100G OTN线路发送端调制技术、100G OTN相干接收和DSP技术、SD-FEC以及100G客户侧技术等。

　　100G OTN线路调制技术

　　OTN的长距传输主要受限于以下物理限制OSNR、色散、非线性效应和 PMD。这些物理受限因素和调制信号速率密切相关，调制速率越高，影响越明显。

　　QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)是100G调制方式的最佳选择，100G信号比特率是112Git/s或者更高。如果直接采用QPSK调制，会对系统的光/电器件提出非常高的技术要求。所以引入了光偏振复用(Polarization Multiplexed)方案。偏振复用采用两路独立的光偏振态来承载56GHz业务。每路偏振态都采用QPSK调制方式，可以将波特率进一步降低到28Gbit/s。从而可以降低光/电器件的带宽要求，并降低了系统功耗和成本。国际标准化组织综合此两种技术选择“偏振复用-正交相移键控码”(PM-QPSK)做为标准100G光调制方式。

　　在发送端，100G信号被分为4路低速信号，加上OTN和FEC开销，每路信号为28Gbit/s。激光器发出的光分解为垂直和水平两个偏振态。用两个频率相同的偏振态来承载信号使速率降低一半，降低带宽，适应更紧凑的通道间隔。QPSK采用4个传输相位调制每个偏振态的光信号。然后，两个偏振态的QPSK调制光信号会被耦合在一起输出。偏振复用(PM)和QPSK将调制速率降为1/4，从而使100G系统成本降低。

　　相干接收和DSP技术

　　由于经过长距离传输后的PM-QPSK光信号其偏振态会随机变化，接收端的本地光振荡器与接收光信号存在频率差以及相位差，成熟的解决方案是采用高速电信号处理(DSP)技术来处理接收的信号。采用复杂的高级电信号处理补偿技术，可使100G系统PMD容限和CD容限优于10G系统，并且降低了PMD和CD引入的传输代价，具有较高的光接收灵敏度。

　　根据100G的相干接收和电域补偿技术原理，相干平衡光接收机从光信号还原出两路偏振态，并从中解调出4路相位信息，经过A/D转换为数字信号，然后通过电补偿处理模块来补偿信号由于长距传输造成的一些物理损伤，可去掉由于CD和PMD所带来眼图上的失真和码间干扰。相比NRZ直接接收，DSP补偿技术可提升OSNR容限到近6dB。采用DSP补偿技术，系统色散容限可以达到40000-60000ps/nm，PMD容限可以达到25-30ps，实现了100G系统中将不再需要色散补偿模块，且PMD也不再是传输距离的限制因素。网络部署更简单。

　　软判决SD-FEC技术

　　10G NRZ在纠错前误码率为2x10-3(超强纠错编码纠错门限)时OSNR容限小于12dB，100G的PM-QPSK的纠错前误码率为2x10-3时的OSNR容限在15.5dB左右，也就是说采用相同能力的FEC，100G系统的传输距离只有10G系统的一半。因此需要更高效率的FEC技术来提高100G系统能力，也就是软判决SD-FEC。

　　在10G/40G系统，采用的硬判决FEC中，解码器判断信号的标准是在二进制的0和1之间进行选择的，这种编码模式丢弃了信号的一些统计特性。而软判决SD-FEC最大限度使用信号中包含的信息，会精细化分信号的判断标准。应用更丰富的采样信息来判断接收到的信号是“1”还是“0”。使用更多的采样信息，解码器可以提供更高的解码准确率以此提高系统性能。软判决FEC比硬判决FEC的净编码增益高2dB。

　　100G的PM-QPSK信号调整，选择了冗余度为15%～20%的软判决纠错编码技术(SD-FEC，线路速率接近126Gbps)，净编码增益达10.5dB，100G B2B OSNR容限在13dB左右，基本达到了与10G相同量级的传输能力。

　　软判决SD-FEC可有效提高系统性能，但需要有高速ADC硬件来采样和高速DSP处理信号。

　　100G客户侧CFP模块技术

　　IEEE定义了100GE的速率为103.125Gb/s。IEEE和ITU-T定义了100GE的4种物理层接口。

　　尽管10 x 10G的100GE客户侧相关标准还在讨论中，OIF定义了100G客户侧可热插拔光模块CFP类型有4波长(4×25G，100GBASE-LR4/ER4)和10波长(10×10G，100GBASE-LR10/ER10)。其中100GBASE-LR4和100GBASE-LR10的CFP客户侧模块已广泛应用于高速路由器、交换机和WDM系统的Client侧。100GE客户侧CFP模块采用光子集成技术(PIC)，实现了小体积、低功耗。

　　在100G WDM/OTN系统中，广泛采用了CFP封装的客户侧模块来接入100GE或OTU4业务。其中100GBASE-LR4和100GBASE-LR10应用最为广泛。100G BASE-ER4和100GBASE-ER10技术还不成熟，有待进一步研发。

　　四、100G OTN 技术优势

　　从100G OTN产业链的快速发展，技术的成熟应用来看，在广电系统中布局100G OTN的干线网络时机已越来越成熟。另外，如在各省广电传输网络中构建一张100G OTN的省干平面，可实现大管道的精细运营，可确保全省网络的安全可靠、进行多业务的高效承载。

　　100G OTN技术实现了大管道的精细运营

　　高效利用100G管道的关键是管道本身精细和完备的OAM能力。SDH/SONET网络只能提供1级连接监视能力（TCM），而WDM网络不具备通道级别的监视管理能力，网络可管理性和业务安全性较差。OTN提供丰富的开销字节，将监控告警下沉到波长/子波长，实现波长通道对业务的主动感知。OTN可提供6级连接监视功能，对于多运营商、多设备商和多子网的应用场景可实现分级和分段的通道级精细化管理。

　　OTN架构下复杂的业务侧颗粒变化与线路侧管道实现了完全剥离，线路板和支路板通过电交叉实现灵活组合和匹配，而且OTN将波长透传方式改为ODUk数字包封，实现时隙级别指配带宽，因此OTN架构的管道利用效率和调度能力成倍提升。

　　100G OTN技术拥有完善的保护机制

　　100G OTN技术具备完备的光层和电层保护，极大提升100G可靠性。OTN标准定义了类型丰富的网络级保护机制，如光线路保护、光通道保护、SNCP 保护以及ODUk1+1保护，ODUk环网保护等。

　　光层保护方面，常用光通道1+1保护，利用OCP单盘的进行并发选收功能，将客户信号并发至不同的波长通道，避免单个OTU失效引起的业务中断。如图1所示：

图1：光通道1+1保护

　　电层保护方面，常用ODUK1+1保护，通过电层交叉实现并发选收，保护倒换时间小于50ms。如图2所示：

图2：ODUK1+1保护

　　100G OTN可实现多业务的高效承载

　　宽带业务是传送网络主要需求，带宽消耗占比日益提升。此类业务特点是带宽增长快，颗粒多种多样，QoS和时延要求不高；IPTV点播、大客户专线业务是广电运营商重要利润来源，需配置高等级保护以及高QoS、低时延和低丢包率保证。OTN发展至今已完全具备宽口径承载特性，分组增强型OTN产品具备ODUk交叉、分组交换、VC交叉和Och交叉等处理能力，可实现对TDM和分组业务统一传送。

　　OTN具备SDH、OTUk、以太网业务、FC业务、CPRI业务和PON业务等统一承载能力，同时具备支持上述业务的各类客户侧接口，因此业界普遍认为100G OTN是匹配各类业务端口和解决多业务承载的最佳技术。

　　五、100G OTN 便捷运维

　　数字相干接收技术使得100G光传输系统具有足够的色散容限和偏振模容限，无需考虑线路传输上的色度色散和偏振模色散的影响，这给网络建设和运维带来一系列好处，主要包括：

　　简化了传输线路上的光学色散补偿和偏振解复用设计，线路设计更简单；

　　消除了低PMD光纤的依赖，适用于各种规格的传输光纤，方便光纤线路速率升级；

　　消除了传输线路DCF光纤非线性效应的影响，减少了线路放大器的数量和ASE噪声的影响，降低了线路成本，提升了系统长距传输能力；

　　减小了线路传输时延，按照1km光纤5us的时延计算，消除DCF光纤所带来的时延减少非常可观，这对时延敏感的应用环境意义重大；

　　保护恢复时间小于50ms，(不同于40G系统)100G数字信号处理自适应色散补偿算法收敛迅速，完全满足电信级恢复时延要求。

　　六、烽火科技100G OTN 助力广电网络发展

　　2013年运营商100G OTN的采购规模越来越大，100G OTN产业链也逐渐成熟，建设成本相比10G/40G的优势将越来越明显。另外，100G核心技术的成熟、网络管理的突出优势、系统后期的便捷维护都会让100G OTN网络建设成为广电骨干网络建设的重要发展趋势。

　　烽火科技凭借在100G技术领域的长期积累，不但在国际国内多次测试中以优异的成绩获得了广泛的肯定，而且成功建设了多个100G商用工程。在三大运营商的干线、马来西亚电信和山东广电等客户网络中规模应用。在100G工程运维方面也积累了丰富的经验，凭借成熟的技术和对广电网络的深入理解，烽火将持续为广电运营商提供高可靠、高可用的高速传输网络。