隨著互聯網、雲(yun) 計算、移動寬帶、DC等的快速發展，網絡傳(chuan) 輸帶寬需求呈現爆炸式增長。2012年9月的日內(nei) 瓦IEEE全會(hui) 上，在包括華為(wei) 在內(nei) 的整個(ge) 產(chan) 業(ye) 鏈的聯合推動下，IEEE成員單位達成共識：選擇400GE作為(wei) 100GE之後的下一代以太網速率，從(cong) 而正式開啟400GE的標準化進程。但從(cong) 互聯網業(ye) 務與(yu) 網絡流量看，400G速率仍然不能滿足未來帶寬的持續增長，因此Tbit/s量級的傳(chuan) 輸需求一定會(hui) 到來，這也將成為(wei) 400G之後下一代光傳(chuan) 送技術要麵臨(lin) 的巨大挑戰。

超100G高速光傳(chuan) 輸麵臨(lin) 挑戰

　　當前的100G WDM/OTN商用係統能提供8T（C band SE=2）的傳(chuan) 輸容量，預計在2015/2016年開始商用部署的400G WDM/OTN係統，能提供16T到20T（C band SE=4-5）的傳(chuan) 輸容量。而Tbit/s量級WDM係統，則需要提供約40T（C band SE=6-10）的傳(chuan) 輸容量，並實現超過1000km的無電中繼傳(chuan) 輸才有價(jia) 值。

　　當前，光纖的傳(chuan) 輸容量（考慮傳(chuan) 輸距離需求）已經逼近信道的香農(nong) 極限，香農(nong) 理論決(jue) 定了係統的頻譜效率越高（容量越大），信號無誤碼傳(chuan) 輸需要的信噪比就越高，而過高的信噪比需求會(hui) 導致光傳(chuan) 輸距離急劇減少。而且，在WDM係統中，光纖的非線性效應也對入纖的信號功率有限製（不能夠無限提升發射光功率），進而限製了信噪比，壓縮了提升頻譜效率的技術空間。針對400G和Tbit/s量級速率，如何實現高頻譜效率（大容量）、長距離、低成本的傳(chuan) 輸是高速光傳(chuan) 輸麵臨(lin) 的最大挑戰。

Flex 2T光傳(chuan) 輸解決(jue) 方案應對挑戰

　　從(cong) 理論限製、光電器件與(yu) 材料、工程工藝技術的綜合發展來看，以太網速率不太可能再像以前一樣按照10倍遞增的速度發展，在400GE之後，以太網速率會(hui) 進一步演進到Tbit/s量級是業(ye) 界的共識，但具體(ti) 是1Tbit/s、1.6Tbit/s、2Tbit/s、4Tbit/s，目前還沒有定論。綜合來看，400GE之後最有可能的是1.6TE（低於(yu) 4倍遞增缺乏競爭(zheng) 力，10倍遞增技術實現上存在巨大難度，4倍可能是最佳的選擇）。考慮OTN以及FEC開銷之後，波分側(ce) 速率為(wei) 2T左右，並且超100G高速光傳(chuan) 輸技術不是一個(ge) 單一的光模塊技術，而是一係列光電、管控技術的集成。因此，華為(wei) 提出具備集中傳(chuan) 送控製器的Flex 2T高速光傳(chuan) 輸解決(jue) 方案。

　　華為(wei) Flex 2T光傳(chuan) 輸解決(jue) 方案具有“彈性管道”、“即時帶寬”、“編程光網”三大特性，可使傳(chuan) 統的“啞管道”變為(wei) 智能管道。

剖析Flex 2T五大關(guan) 鍵技術

　　Flex 2T光傳(chuan) 輸解決(jue) 方案具有Flex TRx及iODSP/FEC、Flex ROADM、Flex OTN、集中傳(chuan) 送控製器、新型光放大器與(yu) 新型光纖五大關(guan) 鍵技術。下文將詳細闡述。

關(guan) 鍵技術之一：Flex TRx及iODSP/FEC

　　傳(chuan) 輸速率越來越高，在滿足傳(chuan) 輸距離的基礎上，單個(ge) 波長已經無法支持Tbit/s量級長途傳(chuan) 輸。未來的Flex Tbit/s量級光傳(chuan) 輸將采用多子載波模式，通過在發射端采用DAC/iODSP/FEC encoding，接收端采用ADC/iODSP/FEC decoding，用一套硬件、軟件控製提供多種編碼調製/FEC模式，靈活適配多種應用場景。

　　傳(chuan) 統的Transceiver適用場景單一，而Flex Transceiver（以下簡稱Flex TRx）僅(jin) 需通過簡單的軟件配置，即可根據實際業(ye) 務情況，實現速率可變、帶寬可變和傳(chuan) 輸距離可變，對光層帶寬資源進行合理優(you) 化分配，實現流量的精細化運營。Flex Transceiver的靈活特性可以通過控製子載波數目、子載波波特率、子載波的調製格式和iODSP功能模塊/FEC類型與(yu) 開銷等實現；可基於(yu) e-OFDM、e-Nyquist WDM等載波複用技術實現載波數目的按需配置；可基於(yu) 時鍾自適應的ADC/DAC時鍾恢複技術實現從(cong) 低到高的多個(ge) 符號速率調整；可基於(yu) 動態星座圖映射和多電平IQ調製實現xPSK和xQAM多種調製格式的任意組合及切換。

　　與(yu) Flex 的TRX技術相適配，發射端iODSP可進行信道預失真、波形預加重、調製器帶寬預補償(chang) 、光纖非線性預補償(chang) 以及光譜預整形的綜合處理來提升光係統的傳(chuan) 輸性能；接收端iODSP可以在電域補償(chang) 光纖線路中的色散展寬、WSS光濾波損傷(shang) 、非線性損傷(shang) ，快速進行偏振跟蹤與(yu) 偏振態延時補償(chang) 、激光器頻差補償(chang) 和載波相位恢複等。同時基於(yu) 自適應超級FEC來實現硬判決(jue) 、軟判決(jue) 、軟&硬混合判決(jue) 譯碼、實現從(cong) 低到高FEC開銷的自動配置與(yu) 前後級聯，實現根據網絡時延需求和功耗需求配置FEC譯碼參數。

　　iODSP/FEC最關(guan) 鍵的一點是具備ASIC芯片的動態功耗管理功能，在滿足網絡部署實際需求的情況下，可基於(yu) 網絡鏈路的實際需求打開或者關(guan) 閉功能模塊，並配置算法參數，以此調整芯片運行功耗，最大程度減少能耗需求，實現綠色網絡。

關(guan) 鍵技術之二：Flex ROADM

　　在傳(chuan) 統DWDM技術中，各種分合波器件如Mux、Demux、WSS、ROADM等都是基於(yu) 固定的帶寬柵格（Grid）定義(yi) ，如50GHz/100GHz；而在Flex Terabits光網絡中，為(wei) 了支持新型超高速數據傳(chuan) 輸並提高網絡資源利用率，係統根據各信號需要的頻譜分配不同的帶寬（如37.5GHz、50GHz、75GHz、100GHz、125GHz等），並以一個(ge) 較為(wei) 精細的步長（如12.5GHz、6.25GHz等）進行間隔調整。因此，在Flex Terabits光網絡中，所有的分合波器件與(yu) 模塊（含WSS、ROADM）需要能夠進行動態帶寬分配，其分配的帶寬不再根據現有的ITU-T DWDM標準中定義(yi) 的固定柵格，而是根據動態帶寬數據傳(chuan) 輸的需求來調整和分配。

關(guan) 鍵技術之三：Flex OTN

　　傳(chuan) 統的OTN通過GMP技術實現對TDM/IP等多業(ye) 務的封裝和承載，但隨著業(ye) 務速率的提升，基於(yu) 固定速率OTUk接口的映射、封裝、成幀處理已經不能滿足運營商對超寬帶和靈活可配置帶寬的需求，且不同的OTUk需要不同的硬件與(yu) 之對應，也無法與(yu) 具備可軟件編程的光物理層單元相適配。

　　華為(wei) 提出了靈活光傳(chuan) 送網（Flex OTN）整體(ti) 解決(jue) 方案，在客戶側(ce) 定義(yi) 靈活的客戶封裝容器，滿足任意多樣化業(ye) 務、超大顆粒業(ye) 務承載需求，在線路側(ce) 定義(yi) 靈活的線路傳(chuan) 送速率，滿足運營商對光頻譜帶寬資源的精細化運營，提供端到端彈性傳(chuan) 送管道，提高整體(ti) 網絡運營效率。

　　Flex OTN主要由服務層和傳(chuan) 送層構成。服務層麵向業(ye) 務，通過提供低階ODUFlex可變封裝容器，根據實際業(ye) 務大小靈活映射封裝，滿足任意業(ye) 務承載需求。傳(chuan) 送層麵向光物理資源，提供階梯可變線速接口OTUCn，OTUCn為(wei) n倍100G速率（n可變），根據實際光物理資源進行最優(you) 配置。例如，其可根據需求，提供200G、300G、…、n*100G等係列多等級靈活速率線路接口，引入Flex OTN，使得OTN可與(yu) 可編程光線路完美結合，既擴展了OTN的靈活性，又與(yu) 現網兼容。Flex OTN的引入不會(hui) 帶來OTN體(ti) 係大的變化和硬件成本提升，很好地滿足了對未來多業(ye) 務靈活、高效率的承載，同時又能夠滿足運營商對光頻譜帶寬資源的精細化運營需求。

關(guan) 鍵技術之四：集中傳(chuan) 送控製器

　　可編程傳(chuan) 送控製器通過與(yu) 網絡設備層的控製接口，提供跨多設備形態的統一控製，實現從(cong) 動態雲(yun) 業(ye) 務到基於(yu) Flex硬件的彈性管道端到端統一控製；通過與(yu) 應用層的開放式API，使應用可以驅動網絡，快速即時重構網絡硬件係統，實現可編程化的光網絡, 滿足用戶動態實時性以及個(ge) 性化服務需求；通過集中式的控製理念，使業(ye) 務多層流量疏導更加智能、可控，全網資源利用率得以最大化提升，業(ye) 務端到端質量得到有效保證。這種基於(yu) 集中式管理、標準化控製以及開放式API的軟件定義(yi) 管理方式，使傳(chuan) 送網從(cong) 啞管道轉變成智能管道，管道作為(wei) 業(ye) 務的一部分為(wei) 運營商提供“OaaS”增值服務（Optical as a Service）。

　　可編程傳(chuan) 送控製器主要包含兩(liang) 層：物理網絡控製層及南向接口，抽象網絡控製層及北向接口。通過南向接口，物理網絡控製層從(cong) 網絡中收集並維護拓撲信息及TE信息，並對物理傳(chuan) 送網絡進行連接的建立、修改、刪除、光層性能監控與(yu) 調測等配置；同時對網絡中已經建立的連接進行維護。抽象網絡控製層可以對傳(chuan) 送網絡資源進行抽象，向應用層隱藏傳(chuan) 送網絡的內(nei) 部細節；同時，向應用層提供開放接口，使應用層可以根據應用需求，使用傳(chuan) 送網絡資源。在抽象網絡控製層中，運營商根據不同的應用場景，可在傳(chuan) 送網控製器上開發和安裝相應的控製插件，適配不同的應用對網絡的不同需求。典型的網絡控製插件如業(ye) 務路徑計算插件、虛擬化控製插件等。

關(guan) 鍵技術之五：新型光放大器與(yu) 新型光纖

　　超100G高速光傳(chuan) 輸係統主要受功率/損耗和OSNR限製，考慮到長距離傳(chuan) 輸需求，先進的二階、三階拉曼放大器，以及新型光纖等成為(wei) 業(ye) 界的關(guan) 注點。

　　相比傳(chuan) 統商用的摻鉺光纖放大器（EDFA），拉曼光放大器（Raman OA）和相位敏感型放大器 （PSA）具有更低的噪聲指數，是未來通信係統中低噪聲放大的重要光放技術。PSA的小信號增益大，噪聲小，並可以實現相位再生，這些特性使得PSA對於(yu) 未來的1T+係統較有吸引力。但是PSA的應用仍然麵臨(lin) 很多困難，比如偏振敏感、多波長工作困難，帶寬受限，伴隨四波混頻等問題。相比PSA，Raman OA技術則成熟很多，並已經在商用DWDM係統中使用。而現階段分布式Raman OA和EDFA相結合的Hybrid光放大器正受到業(ye) 界重點關(guan) 注，它具有比Raman OA更高的增益，比EDFA更低的噪聲指數，結合二者各自的優(you) 點同時又平衡了相應的缺點。

　　但是，目前商用的拉曼放大器在增益、安全、OAM、成本等方麵，仍然不如EDFA，因此研究開發滿足Tbit/s量級傳(chuan) 輸的新型高增益、低成本、安全的高階拉曼放大器勢在必行。

　　現有網絡大多基於(yu) G.652/655 SMF光纖，為(wei) 了適應諸如1T+等高速傳(chuan) 輸係統，研究者正致力於(yu) 開發具有大有效麵積/低非線性、低損耗、擴展傳(chuan) 輸窗口等特性的新型光纖，以改進非線性容限並降低損耗，這樣可以提高係統的入纖功率，繼而延長傳(chuan) 輸距離。舉(ju) 例而言，基於(yu) 低折射率包層摻雜或光子晶體(ti) 結構的純矽纖芯光纖（PSCF），相比SMF具有更低的傳(chuan) 輸損耗，實驗證明其抗非線性性能也優(you) 異。除了折射率引導光纖之外，還有空芯光子帶隙光纖、多模多核光纖等也是業(ye) 界目前研究的熱點，目前還在學術研究階段。

　　可見，華為(wei) Flex 2T解決(jue) 方案將引領高速光傳(chuan) 輸向數字化、軟件化方向發展，構建可變帶寬光網絡，滿足未來不同業(ye) 務的快速部署、帶寬的按需分配、網絡的易維易管等要求，能夠靈活承載不同速率的業(ye) 務，幫助運營商有效降低TCO，提升盈利水平。