400G高速传输系统的关键技术研究和应用探讨.pdf

400G来了 Topic编辑1甄清岚专题400G高速传输系统的关键技术研究和应用探讨中国联通研究院胡雅坤张贺沈世奎中国联合网络通信集团有限公司马重阳中讯邮电咨询设计院有限公司张传熙随着国家“东数西算”工程八大枢纽、十大集群战略规划的部署实施和落地建设，以及AIGC、A R/V R 等新兴业务与应用的快速发展，网络带宽和流量规模迫切需要大幅度提升，这也为传送网演进升级到40 0 G时代提供了直接驱动力。当前产业界主流40 0 G系统在骨干及城域层面的编码调制解决方案主要有两种：一是基于PCS-16QAM的调制格式，波特率约9 OGBaud、频谱间隔10 0 GHZ，适合中长距传输；二是基于QPSK的调制格式，波特率约为130GBaud、频谱间隔150 GHz，用于超长干线传输。当单波速率和波特率提升，40 0 G传输会引起更大的系统损伤，需要优质先进的光纤光缆提升传输性能；波道间隔增大使频谱由C波段扩展到L波段，多波段系统的维护以及SRS效应导致功率转移，需要光器件产业链迭代升级和系统智能化演进。光纤对于40 0 G系统的影响光纤链路衰减和非线性效应成为限制40 0 G系统性能的重要因素。400G系统建设需要搭载在更大光纤有效面积、更小衰减的光缆上进行传输，可以显著提升系统无电中继传输距离。相比G.652.D光纤，G.654.E光纤具有更大有效面积和更小插损，在同等入射光功率的情况下，具有更好的性能。参考现有行业标准要求，测算三种码型在G.652.D、G.6 54.E光纤上的标准模型传输距离如表1所示，G.654.E光纤在标准模型下，传输距离能提升50%；同等站距设置情况下，不考虑衰耗系数的差异，G.654.E光纤比G.652.D光纤性能优化1.5dB，考虑衰耗因素，G.654.E光纤提升效果更明显根据上海-广州段长度为18 2 6 km光缆现状进行仿真，按照40 0 GQPSK表1不同码型在G.652.D、G.6 54.E光纤上传输距离对比G.652.D光纤标准码型模型下的传输距离模型下的传输距离行标YD/T3964-202116QAM640kmPCS-16QAM1120kmQPSK1760km纯C波段条件下进行模拟传输：在“G.654.E+G.652.D光缆共存”条件下传输，一跳直达的OSNR不达标，需要增加一个电中继才能满足传输性能要求；如果全部采用G.654.E光缆进行传输，可以实现上海-广州一跳直达，OSNR可达2 2.5dB，满足现网开通条件。现网仿真结果表明光缆的升级换代、站段设置优化，对系统性能影响非常显著。400G系统对关键光器件的要求400G时代网络传输速率升级，适用于长距干线的系统需要130 GBaudG.654.E光纤标准990km1710km2790km备注含光缆线路余量和系统OSNR余量行标YD/T4370-2023含光缆线路余量和系统OSNR余量未标准化，测算值含光缆线路余量和系统OSNR余量15专题Topic 400G来了编辑I甄清岚波段提供两个不同的EDFA增益WSS进行波长调度，新型光放将大大增加网络规划和网络维护难度。通传统光放过“C+L”一体化的CtWSS可以简化站点的光纤连接，同时能波长0够有效降低成本、提图1传统和新型EDFA增益谱对比升集成度。目前支持波特率且波道间隔扩展到150 GHZ。为12THz的WSS已有少量厂家提供商了在速率提升的同时保证系统容量翻用样品测试。倍，单纤至少支持8 0 波传输，光带宽约12THZ，因此频谱需要从C波段扩展到L波段，并且具备一定隔离带。40 0 G系统的变化对OTU、WS S、ED F A 等关键光器件提出了新的需求。长距OTN系统的传输能力和相干光模块的功能特性有着直接关联。400G长距相干光模块通过升级电器件DSP芯片，迭代FEC、星座整形等算法，对损伤进行精准补偿，实现高性能低功耗的发展目标；提升高速相干光器件集成度，通过SiP/TF-LN/InP等不同技术路线达到高波特率、高带宽、低成本的目标，并且具备更好的背靠背OSNR容限。为了实现光层“C6T+L6T”超宽频谱的传输，光放大器最重要的变革是带宽的扩展。掺钼光纤放大器（ED F A）在波长超过16 10 nm之后放大效率劣化明显，提高泵浦功率已经无法抵消增益平坦滤波器（GFF）衰减带来的功率损失，不能满足对L波段的放大需求。目前业界通过改变光纤掺杂元素新配比、创新光纤制造流程工艺改善增益带宽，提升饱和功率和噪声系数，如图1所示。WSS是实现光信号灵活交又调度的核心器件，40 0 G光系统需要宽谱的大端口WSS。如果需要为C和L进行统一规范，尚待进一步研究另外一种系统调节手段是系统功率自动优化。经历多跨段传输后，功率转移会累积，导致C波段波长的功率明显低于L波段，OSNR平坦度显著劣化。系统功率自动优化可以通过在EDFA监控每个OMS段光放输入/输出信号的功率,设置反馈机制，在系统功率变化超出阅值、平坦度不满足要求时，通过逐级调整EDFA泵浦功率以达到需求增益，保证频谱功率均衡和系统稳定。400G技术的下一步演进和未来800G系统的复杂度将进一步提升，线400G系统性能的优化和维护路损伤更加难以预测和调节，传统的运400G系统扩展到“C+L”波段之维优化模式难以支持光网络的管理。未后，光纤中受激拉曼散射(SRS)效应的来可以基于光网络数字李生技术，通过影响将会更为凸显，短波长的功率向采集丰富全面的系统数据和实时感知长波长转移。当出现系统波道变化等的动态数据，深入挖掘数据关系，建立情况时，SRS效应会增加性能劣化的不同的功能模型，对光传输系统建立高程度，甚至有业务中断的风险。因此，保真、多维度、动态响应的李生映射模400G“C+L系统需要具备抑制SRS型。通过李生模型，可以在规划和设计效应、均衡波道性能、保证收端OSNR阶段给出系统的最优配置，在运维阶段最优的手段。对不同的系统优化策略进行模拟仿真，从海缆维护中迁移出的假光找到最佳策略并由管控系统下发至实（D L）填充技术是目前业界普遍用于体网络实施。抑制SRS效应的手段。DL填充波可以400G时代已经到来，不断提升传通过宽谱ASE噪声产生，通过WSS进输性能和系统集成度，同时优化功耗行滤波和波长选择，或者用可调谐激和成本，是未来系统迭代演进的方向。光器作为独立填充波光源。DL填充波400G系统架构、性能调优、运行维护技术一是可以让系统开局时处于满波都对现网应用提出了新的要求，运营商状态；二是在真实波道增加/减少时，要充分利用现网光缆和机房资源，提升DL在相应波长处基于功率匹配进行秒系统运维的智能化程度，建设高速、灵级的下波/上波，让系统保持在稳定状活、安全、智能的40 0 G高速传输网，为态。目前业界对于DL的实现方式及位全光底座建设和“东数西算”实施打好置、触发条件、上下波功率大小等没有坚实基础。CVSRS能量转移CL图2 光纤SRS能量转移效应16