400G標(biāo)準(zhǔn)研究及制定業(yè)已啟動(dòng)，三大標(biāo)準(zhǔn)組織協(xié)作穩(wěn)步推進(jìn)

 

　　隨著100Gb/s技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)日趨完善，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ITU-T、IEEE和OIF的高速傳輸標(biāo)準(zhǔn)化工作逐步轉(zhuǎn)向超100Gb/s。ITU-T SG15圍繞下一代支持超100Gb/s的 OTN結(jié)構(gòu)演進(jìn)、IEEE 802.3聚焦新一代高速以太網(wǎng)速率、OIF側(cè)重超100Gb/s用模塊及芯片接口等開(kāi)展研究，2013年3月IEEE 802全會(huì)上正式?jīng)Q定 400GE立項(xiàng)則標(biāo)志著400Gb/s速率標(biāo)準(zhǔn)化工作正式啟動(dòng)。參照IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)常規(guī)制定周期，預(yù)計(jì)2016~2017年左右400GE制定完成，預(yù)計(jì)ITU-T SG15基于400GE客戶側(cè)信號(hào)優(yōu)先驅(qū)動(dòng)的超100Gb/s OTN標(biāo)準(zhǔn)化工作同期完成，OIF在2015年年初400Gb/s白皮書完成以后預(yù)計(jì)將啟動(dòng)400Gb/s光模塊和器件等標(biāo)準(zhǔn)化工作。另外，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化組織CCSA 在400Gb/s標(biāo)準(zhǔn)研究與制定工作方面與國(guó)外同步，目前正在進(jìn)行400Gb/s長(zhǎng)距離傳輸、400Gb/s光模塊等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化研究工作。

 

　　鑒于ITU-T和IEEE在10Gb/s、40Gb/s技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化過(guò)程中合作不力的歷史教訓(xùn)（導(dǎo)致OTN容器在承載以太網(wǎng)10GE LAN 和40GE LAN接口時(shí)兼容性差），以及ITU-T、IEEE和OIF在100Gb/s傳輸技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定過(guò)程中的成功合作的經(jīng)驗(yàn)，三大標(biāo)準(zhǔn)組織在400Gb/s標(biāo)準(zhǔn)制定過(guò)程中保持著良好的溝通，并且不定期通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)組織之間正式交流函的方式告知自身制定標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)展以及與他方標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)調(diào)問(wèn)題，典型如ITU-T和IEEE對(duì)于 400Gb/s模塊的重用性、OIF和IEEE對(duì)于電域物理單通路特性的相互兼容性等。按照目前ITU-T專注400GE映射和長(zhǎng)距離傳輸、IEEE規(guī)范客戶側(cè)接口400GE、 OIF側(cè)重400Gb/s模塊及接口等標(biāo)準(zhǔn)化范疇，400Gb/s標(biāo)準(zhǔn)將在三大標(biāo)準(zhǔn)組織的齊力協(xié)作下穩(wěn)步推進(jìn)，預(yù)計(jì)2016~2017年期間400Gb/s標(biāo)準(zhǔn)將正式面世。

 

　　400G多樣化設(shè)備樣機(jī)逐步推出，現(xiàn)網(wǎng)試點(diǎn)驗(yàn)證加速產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程

 

　　和昔日10Gb/s、40Gb/s和100Gb/s技術(shù)發(fā)展類似，400Gb/s在步入正式商用之前需要經(jīng)歷技術(shù)、市場(chǎng)等多維度選擇和競(jìng)爭(zhēng)。國(guó)內(nèi)外諸多設(shè)備廠商為了盡早選擇優(yōu)勢(shì)技術(shù)方案并奪取市場(chǎng)先機(jī)，近兩年已逐步競(jìng)相推出400Gb/s原型樣機(jī)，如華為、中興、烽火、阿朗（上海貝爾）、Ciena、Coriant、富士通等等。這些設(shè)備樣機(jī)主要采用四載波100Gb/s速率、兩載波100Gb/s來(lái)通過(guò)多子載波復(fù)用技術(shù)來(lái)傳輸400Gb/s信號(hào)，也有部分廠商直接采用單載波400Gb/s技術(shù)。另外，為了更好地兼容超400Gb/s信號(hào)傳輸并根據(jù)市場(chǎng)最終需求靈活選擇速率，設(shè)備樣機(jī)一般設(shè)計(jì)為靈活支持多種傳輸速率，除了400Gb/s速率之外還可支持如1Tb/s、1.6Tb/s或2Tb/s等，這在促進(jìn)400Gb/s技術(shù)和設(shè)備優(yōu)勝劣汰競(jìng)爭(zhēng)的同時(shí)也為速率更高的傳輸技術(shù)發(fā)展奠定了前期基礎(chǔ)。

 

　　國(guó)內(nèi)外主流光傳輸設(shè)備商在成功研制400Gb/s設(shè)備樣機(jī)的同時(shí)，從2012年左右開(kāi)始擇機(jī)在運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)網(wǎng)或?qū)嶒?yàn)室開(kāi)展試驗(yàn)，典型如華為和荷蘭KPN、波蘭EXATEL等多個(gè)歐洲運(yùn)營(yíng)商基于不同400Gb/s技術(shù)的試驗(yàn)，中興和德國(guó)電信基于多種超100G速率的試驗(yàn)，Ciena和Sprint/Vodafone、阿朗和澳大利亞及歐美多個(gè)運(yùn)營(yíng)商、Coriant和奧地利A1/波蘭NETIA開(kāi)展400Gb/s試驗(yàn)等。目前國(guó)外個(gè)別運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)或準(zhǔn)備選擇400Gb/s技術(shù)承載在線業(yè)務(wù)，如法國(guó)電信選擇阿朗400Gb/s技術(shù)承載巴黎到里昂的業(yè)務(wù)、智利Telefonica擬選擇華為400Gb/s OTN技術(shù)承載數(shù)據(jù)中心互聯(lián)業(yè)務(wù)等。國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商在400Gb/s新技術(shù)試點(diǎn)與國(guó)外比較相對(duì)滯后，2013年年底中國(guó)移動(dòng)率先啟動(dòng)了基于400Gb/s速率的實(shí)驗(yàn)室及現(xiàn)網(wǎng)試點(diǎn)測(cè)評(píng)項(xiàng)目，華為、中興、烽火和阿朗均參與該項(xiàng)目，相關(guān)工作預(yù)計(jì)2014年第三季度完成，其他兩大運(yùn)營(yíng)商尚在籌劃之中。從未來(lái)發(fā)展來(lái)看，主流廠商400Gb/s設(shè)備樣機(jī)的成功研制和多個(gè)運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)網(wǎng)試點(diǎn)評(píng)測(cè)之間的互動(dòng)在一定程度上加速了400Gb/s技術(shù)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，這為400Gb/s技術(shù)日后競(jìng)爭(zhēng)超100Gb/s長(zhǎng)距傳輸首選速率創(chuàng)造了優(yōu)勢(shì)條件。

 

　　400G繼承100G關(guān)鍵技術(shù)，調(diào)制及載波存在個(gè)性差異

 

　　100Gb/s突破了原有基于強(qiáng)度調(diào)制、強(qiáng)度檢測(cè)的傳統(tǒng)傳輸技術(shù)路線，引入了相位調(diào)制和基于數(shù)字信號(hào)處理（DSP）的相干接收等新型機(jī)制，是高速傳輸技術(shù)發(fā)展過(guò)程中的里程碑事件。考慮到100Gb/s近期才開(kāi)始規(guī)模部署，同時(shí)兼顧未來(lái)傳輸帶寬增長(zhǎng)節(jié)奏及需求時(shí)機(jī)、超高速光電器件和芯片發(fā)展現(xiàn)狀、單比特功耗及成本等諸多因素，400Gb/s將采用繼承100Gb/s的偏振復(fù)用、相位調(diào)制、基于數(shù)字信號(hào)處理（DSP）的相干接收、基于多種優(yōu)化算法的前向糾錯(cuò)（FEC）等關(guān)鍵技術(shù)，不太可能采用實(shí)現(xiàn)機(jī)制更為復(fù)雜、基于電域或光域的正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)或類OFDM技術(shù)。因此，從技術(shù)實(shí)現(xiàn)本質(zhì)機(jī)理上而言，400Gb/s繼承了100Gb/s關(guān)鍵技術(shù)并力爭(zhēng)重用相關(guān)器件芯片，相對(duì)100Gb/s而言并沒(méi)有引入重大技術(shù)變革。

 

　　從具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)上來(lái)看，400Gb/s技術(shù)在調(diào)制碼型選擇和載波數(shù)量方面也呈現(xiàn)出個(gè)性差異。相對(duì)100Gb/s技術(shù)而言，400Gb/s比特速率增加了4倍，如果采用和100Gb/s類似的單載波和正交相移鍵控（QPSK）調(diào)制技術(shù)，那么信號(hào)波特率將達(dá)到112Gbaud量級(jí)，這無(wú)論在電域信號(hào)處理、還是在光域信號(hào)調(diào)制都根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)（目前光電商用化器件也就支持到28~32Gbaud左右的波特率）。因此，400Gb/s技術(shù)在繼承100G關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用了增加調(diào)制階數(shù)和（或）提升載波數(shù)量的方式降低信號(hào)處理的波特率，典型如采用4載波、單載波100Gb/s速率的QPSK調(diào)制方式，采用2載波、單載波200Gb/s速率的16 QAM（正交幅度調(diào)制）調(diào)制方式等，或者采用單載波400Gb/s速率的16 QAM等調(diào)制方式。另外，考慮到軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）理念向光網(wǎng)絡(luò)延伸，基于軟件可配置或自適應(yīng)的調(diào)制和多載波復(fù)用技術(shù)將有可能在400Gb/s技術(shù)中引入，也即400Gb/s信號(hào)發(fā)射端需要引入數(shù)模轉(zhuǎn)換（DAC）功能模塊以實(shí)現(xiàn)調(diào)制碼型的靈活調(diào)整或配置。

 

　　400G譜效和距離難能兩全，方案選擇與應(yīng)用場(chǎng)景相關(guān)

 

　　單通路傳輸速率不斷提升的目的主要體現(xiàn)在特定的頻譜資源內(nèi)實(shí)現(xiàn)更高的頻譜效率（也即每Hz頻譜每秒傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)更高）、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)資源優(yōu)化管理并進(jìn)一步降低單位比特成本等。傳輸速率從100Gb/s提升到400Gb/s時(shí)，單通路速率提升的同時(shí)必然要提升頻譜效率，否則單純將單通路速率提升到400Gb/s意義不大。另外，傳輸距離也是更高速率技術(shù)必須考慮的問(wèn)題，也即速率提升的同時(shí)不能顯著降低可達(dá)距離，畢竟新技術(shù)的未來(lái)應(yīng)用環(huán)境還將基于現(xiàn)有實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浼軜?gòu)。由于頻譜效率和傳輸距離是對(duì)矛盾體，在采用相同技術(shù)和芯片工藝等前提下提升頻譜效率的同時(shí)增加傳輸距離不太現(xiàn)實(shí)，這種矛盾在400Gb/s時(shí)代尤為明顯。因此，目前業(yè)界推出了的幾種400Gb/s主流技術(shù)方案或側(cè)重頻譜效率，或側(cè)重傳輸距離，譬如4載波、單載波采用100Gb/s速率的QPSK調(diào)制方式的傳輸距離在1000km以上，但其頻譜效率約為3.2b/s/Hz；采用2載波、單載波采用200Gb/s速率的16 QAM調(diào)制方式的傳輸距離在500~600km量級(jí)，其頻譜效率提升至4~5b/s/Hz左右；而采用單載波400Gb/s速率其頻譜效率沒(méi)有顯著變化，但由于采用單載波技術(shù)波特率提升了一倍（相關(guān)光電器件工作帶寬均需提升），傳輸距離降低到200km~300km左右量級(jí)。

 

　　從芯片和設(shè)備研制、工程設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)維護(hù)等角度考慮，采用達(dá)到共識(shí)的唯一傳輸技術(shù)方案將對(duì)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展驅(qū)動(dòng)力最大，這在40Gb/s和100Gb/s技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中得到充分驗(yàn)證。目前400Gb/s面臨的技術(shù)發(fā)展環(huán)境與昔日40Gb/s有些類似，只不過(guò)40Gb/s僅僅是采用調(diào)制碼型變化來(lái)改善傳輸距離，而400Gb/s則額外增加了調(diào)整子載波數(shù)量的維度，但400Gb/s面臨的市場(chǎng)環(huán)境與40Gb/s有所不同，目前及未來(lái)城域及跨區(qū)的大型數(shù)據(jù)中心等傳輸應(yīng)用潛在需求很大，傳統(tǒng)干線優(yōu)先采用最高速率的傳統(tǒng)可能面臨變革。另外，雖然400Gb/s的多技術(shù)方案對(duì)于其未來(lái)產(chǎn)業(yè)化規(guī)模應(yīng)用帶來(lái)一定障礙，但基于多種傳輸距離規(guī)格的新型高帶寬傳輸需求將對(duì)400Gb/s的多技術(shù)方案提供有力支撐。因此，400Gb/s技術(shù)方案未來(lái)的最終選擇與應(yīng)用場(chǎng)景密切相關(guān)，很有可能率先打破高速傳輸新技術(shù)啟動(dòng)商用時(shí)單一方案一統(tǒng)天下的局面。

 

　　400G未來(lái)商用前景可期，尚存諸多不確定挑戰(zhàn)因素

 

　　新型超高帶寬應(yīng)用和高速光通信技術(shù)革新等共同推動(dòng)傳輸速率持續(xù)提升。雖然何種速率將在未來(lái)占據(jù)超100Gb/s技術(shù)主導(dǎo)地位業(yè)界尚未達(dá)成共識(shí)，但400Gb/s基于其標(biāo)準(zhǔn)化制定、技術(shù)可實(shí)現(xiàn)、可重用100Gb/s器件/芯片等優(yōu)勢(shì)近期已成為超100Gb/s最受業(yè)界關(guān)注的候選速率。首先，從傳輸網(wǎng)絡(luò)帶寬提供能力上來(lái)看，目前100Gb/s系統(tǒng)剛開(kāi)始規(guī)模部署，按照思科公司2013年的預(yù)測(cè)，IP流量（傳輸帶寬主要消耗者）在未來(lái)幾年將保持大約23%的復(fù)合增長(zhǎng)率，按此估算大約7年以后帶寬需求相對(duì)2013年增長(zhǎng)4倍左右,也即2020年對(duì)于400Gb/s的帶寬需求和2013年對(duì)于100G的帶寬需求相當(dāng)，因此至少需在2017~2018年左右啟動(dòng)現(xiàn)網(wǎng)承載業(yè)務(wù)應(yīng)用試點(diǎn)；其次，從產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及器件芯片支撐上來(lái)看，預(yù)計(jì)2016~2017年左右400Gb/s客戶側(cè)接口標(biāo)準(zhǔn)將制定完成，基于400GE客戶信號(hào)映射的新一代OTN架構(gòu)也將標(biāo)準(zhǔn)化完成，相應(yīng)400Gb/s關(guān)鍵芯片和器件也將逐漸成熟。綜合考慮上述應(yīng)用需求及產(chǎn)業(yè)成熟度等因素，400G未來(lái)商用前景值得期待。

 

　　雖然目前來(lái)看400Gb/s速率未來(lái)占據(jù)超100Gb/s首選商用速率的可能性比較大，但也存在很多不確定性挑戰(zhàn)因素。首先是技術(shù)方案多樣化的影響問(wèn)題。前面已提及昔日40Gb/s技術(shù)生命周期短的重要原因之一就是技術(shù)方案太多，沒(méi)有形成產(chǎn)業(yè)化合力，而400Gb/s的技術(shù)方案面臨類似情形，只不過(guò)方案數(shù)量相對(duì)40Gb/s要更少一些；第二，未來(lái)傳輸帶寬的實(shí)際增長(zhǎng)速率問(wèn)題。如果網(wǎng)絡(luò)未來(lái)傳輸帶寬需求增長(zhǎng)過(guò)快，那么按照4倍速率提升傳輸帶寬可能滿足不了增長(zhǎng)需求，而如果網(wǎng)絡(luò)未來(lái)傳輸帶寬需求增長(zhǎng)過(guò)慢，則100Gb/s主導(dǎo)的周期會(huì)加長(zhǎng)，隨著時(shí)間推移和技術(shù)革新，大于400Gb/s的速率靈活可適配的傳輸技術(shù)將可能趨于成熟，基于400Gb/s技術(shù)的黃金期將不再重現(xiàn)。第三，400Gb/s技術(shù)成本和功耗問(wèn)題。業(yè)界為了探索可商用化的100Gb/s技術(shù)進(jìn)行了大規(guī)模投入，短期內(nèi)無(wú)法獲取明顯的盈利，而且廠商之間競(jìng)爭(zhēng)加劇了利潤(rùn)率的降低。因此，如果400Gb/s技術(shù)在成本、功耗和集成度等方面相對(duì)100Gb/s而言沒(méi)有取得預(yù)期顯著提升的話，短期內(nèi)很難與100Gb/s進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)，畢竟100Gb/s技術(shù)依然在不斷優(yōu)化和改善之中，相當(dāng)于100Gb/s技術(shù)生命周期的延伸變相壓縮或者降低了400Gb/s技術(shù)的市場(chǎng)預(yù)期。

 

　　結(jié)論

 

　　400Gb/s借助標(biāo)準(zhǔn)化推動(dòng)和技術(shù)近期可達(dá)等成為目前聚焦度最高的超100Gb/s傳輸速率?；谥赜?00 Gb/s關(guān)鍵技術(shù)理念及核心器件，400Gb/s技術(shù)發(fā)展較快并已研制成功采用多種技術(shù)方案的設(shè)備樣機(jī)并開(kāi)展現(xiàn)網(wǎng)試驗(yàn)。由于信號(hào)速率提升了4倍，400Gb/s與100 Gb/s相比而言采用了個(gè)性化的調(diào)制及載波技術(shù)，但預(yù)計(jì)不會(huì)采用復(fù)雜度更高的OFDM技術(shù)，目前已出現(xiàn)四載波QPSK、兩載波16-QAM和單載波16-QAM等多種典型方案，這些方案均無(wú)法實(shí)現(xiàn)頻譜效率與傳輸距離的完美匹配，只能根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景特點(diǎn)選擇相對(duì)優(yōu)勢(shì)方案。綜合考慮未來(lái)帶寬需求及高速傳輸產(chǎn)業(yè)成熟進(jìn)度等，400b/s技術(shù)未來(lái)商用前景非常值得業(yè)界期待，但同時(shí)也存在諸多不確定性，預(yù)計(jì)到2016年左右400b/s技術(shù)的市場(chǎng)定位將趨于清晰。