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引言：各种宽带应用的发展，使用户对于带宽的需求越来越大，造成了运营商网络自下而上的压力，特别是干线网络急需系统容量的提升。100G传输技术的诞生很好地解决了运营商所面临的问题。但在正式商用化之前，还面临着很多技术上的挑战，其依然是一个正在发展中的技术。本文总结了100Gbit/s DWDM的关键技术和解决方案。
一、100Gbit/s传输面临的挑战
从技术上来说，100Gbit/s信号在光纤中传输所面临的物理传输限制比10/40Gbit/s 更加严峻，如相比40Gbit/s系统而言，色度色散（CD）容限要求为40Gbit/s的4/25倍，偏振模色散（PMD）容限要求为40Gbit/s 的2/5倍，非线性效应明显增加；背靠背OSNR要求提高4dB，滤波器级联造成的代价（ROADM）等方面都更加难以达到要求。
二、100Gbit/s传输关键技术
（一）线路侧光调制接收技术
虽然目前广泛用于40Gbit/s传输的NRZDQPSK或者RZ-DQPSK 直接提速到112Gbit/s也可以实现100Gbit/s传输，但这种方案的综合性能较差，系统余量较低，直接将传统的调制技术“提速”到100Gbit/s的速率，很难解决100Gbit/s 速率提升带来的诸多物理限制。解决方案之一就是将100Gbit/s 信号反向复用到多个10Gbit/s 和40Gbit/s的OTU2、OTU3，并利用多个低比特速率的光信号进行传输上，经传输后再进行100Gbit/s业务数据的恢复。这种方案可以在现有的器件条件下实现，是当前阶段较为经济有效的方案，但波长利用率较低。同时，这种方案也存在多个接收信号在接收端进行对齐及波长管理的问题。
解决100Gbit/s 速率上的物理限制的另一个更重要的技术发展方向是，寻求一种高频谱利用率的、单波长传输的新型调制格式与接收方式。与40Gbit/s 采用多种多样的码型相比，100Gbit/s 大家更为关注偏振复用、相干接收、多相位调制和OFDM 等技术以克服物理传输的限制。
正交相移键控（QPSK）是目前100Gbit/s光调制技术的基础，再与频分复用或偏振复用或正交频分复用等技术结合是100Gbit/s光调制技术必须的，业界研究较多的是PM-DQPSK-PT、PM- （D）QPSK和OFDM-QPSK。
PM-QPSK 光调制方式是OIF 推荐的100Gbit/s 长距离光传输调制方式，是目前几个主流厂家主要采用的技术，技术方案基本是成熟的。原理是：OTU4 速率分成4 路， 即28 ?32Gbaud， 每两路做一个（差分）正交相位调制（QPSK），两个QPSK 光输出信号按偏振态正交复用，形成100Gbit/s PM-QPSK 光信号。由于是28 ?32Gbaud，其光谱较窄，从而可以支持50GHz 波长间隔及穿通多个OADM 站点。
相同光调制方式下100Gbit/s 跟10Gbit/s 相比，OSNR 容限要差10dB，PMD 容限会降低10倍，CD 容限降低100 倍，因此必须采用先进技术手段保证100Gbit/s 的实用性。选择光相干、平衡光接收技术相比NRZ 直接接收提升OSNR 容限近6dB。
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，接收端本地光振荡器与接收光信号存在频率差以及相位差，业界看好的解决方案是采用高速电信号处理（DSP）技术。
依赖于复杂的电处理技术，系统的PMD 容限和CD 容限可以优于10Gbit/s 系统，可降低PMD 和CD引入的传输代价，并具有较高的光接收灵敏度。
其困难是要开发包含高速ADC（50Gsample/s 以上）和DSP 的专用ASIC 芯片以及光器件集成和降低功耗，技术工艺难度极大。
（二）高效FEC技术
目前10Gbit/s NRZ 在纠错前误码率（pre-FEC）为2×10-3 时（超强纠错编码纠错门限）的OSNR 容限小于12dB，而业界看好的PM-QPSK 的pre-FECBER 2×10-3时OSNR 容限在15.5dB 左右， 也就是说采用相同能力的FEC，100Gbit/s 传输距离不到10Gbit/s 的一半。
10Gbit/s和40Gbit/s DWDM 系统已普遍采用各种增强纠错编解码技术，净编码增益（NCG）约8.5dB。OIF建议选择冗余度在18%?20% 的软判决纠错编码（SD-FEC），净编码增益可达10.5dB左右，这时线路速率超过了126Gbit/s。
考虑到100Gbit/s采用了智能化的电处理技术，OSNR传输代价可以减少；省掉分布式色散补偿模块，可以提高系统的OSNR等，100Gbit/s 系统传输能力可以与10Gbit/s系统相当。
（三）客户侧CFP 模块
100GE采用了多道（Lanes）并行光接口，客户侧模块比以往的10Gbit/s 模块就复杂的多。MSA 联盟制定的100Gbit/s CFP 模块标准支持热插拔。
（四）集成技术
100Gbit/s 的线路侧光模块集成主要包括：包含高速ADC 和大规模DSP 的ASIC 芯片；光发射机光调制器、光接收机光解调器以至于两者集成在一起。实现方案及其复杂，必须依赖光电集成技术，否则功耗、体积和成本会造成100Gbit/s 难以规模商用。
另外客户侧CFP 模块包含4 通道TOSA 和ROSA以及4 路光合波和光分波、高速Mux/DeMux，也需要光集成，否则其功耗和体积难于适应大规模商用要求。
结束语
总之，100Gbit/s 技术的成熟和规模商用已经渐行渐近。从其应用特点来看，长距传输和短距互联各有侧重，但长距传输应用时面临的挑战较为显著，包括线路传输限制解决、系统余量考虑、光信噪比测试、组网OTN 功能支持以及现网升级兼容性支持等；从国内100Gbit/s 后续发展趋势来看，技术成熟、规模商用和成本将是影响其部署的主要因素。从今年开始，将是100Gbit/s DWDM 的大发展阶段，随着其系统性能和设备的体积、功耗进一步降低后将逐步推动应用的规模商用，后续的400Gbit/s 或更高速率将重新成为高速传输应用技术新的关注焦点。
参考文献
[1]施社平.100Gbit/s速率标准最新进展[J].电信工程技术与标准化，2010（9）.
[2]曹云，冯勇华.商用100Gbit/s系统关键技术分析.邮电设计技术，2011，（7）.
（作者单位：广东省电信工程有限公司）
一、100Gbit/s传输面临的挑战
从技术上来说，100Gbit/s信号在光纤中传输所面临的物理传输限制比10/40Gbit/s 更加严峻，如相比40Gbit/s系统而言，色度色散（CD）容限要求为40Gbit/s的4/25倍，偏振模色散（PMD）容限要求为40Gbit/s 的2/5倍，非线性效应明显增加；背靠背OSNR要求提高4dB，滤波器级联造成的代价（ROADM）等方面都更加难以达到要求。
二、100Gbit/s传输关键技术
（一）线路侧光调制接收技术
虽然目前广泛用于40Gbit/s传输的NRZDQPSK或者RZ-DQPSK 直接提速到112Gbit/s也可以实现100Gbit/s传输，但这种方案的综合性能较差，系统余量较低，直接将传统的调制技术“提速”到100Gbit/s的速率，很难解决100Gbit/s 速率提升带来的诸多物理限制。解决方案之一就是将100Gbit/s 信号反向复用到多个10Gbit/s 和40Gbit/s的OTU2、OTU3，并利用多个低比特速率的光信号进行传输上，经传输后再进行100Gbit/s业务数据的恢复。这种方案可以在现有的器件条件下实现，是当前阶段较为经济有效的方案，但波长利用率较低。同时，这种方案也存在多个接收信号在接收端进行对齐及波长管理的问题。
解决100Gbit/s 速率上的物理限制的另一个更重要的技术发展方向是，寻求一种高频谱利用率的、单波长传输的新型调制格式与接收方式。与40Gbit/s 采用多种多样的码型相比，100Gbit/s 大家更为关注偏振复用、相干接收、多相位调制和OFDM 等技术以克服物理传输的限制。
正交相移键控（QPSK）是目前100Gbit/s光调制技术的基础，再与频分复用或偏振复用或正交频分复用等技术结合是100Gbit/s光调制技术必须的，业界研究较多的是PM-DQPSK-PT、PM- （D）QPSK和OFDM-QPSK。
PM-QPSK 光调制方式是OIF 推荐的100Gbit/s 长距离光传输调制方式，是目前几个主流厂家主要采用的技术，技术方案基本是成熟的。原理是：OTU4 速率分成4 路， 即28 ?32Gbaud， 每两路做一个（差分）正交相位调制（QPSK），两个QPSK 光输出信号按偏振态正交复用，形成100Gbit/s PM-QPSK 光信号。由于是28 ?32Gbaud，其光谱较窄，从而可以支持50GHz 波长间隔及穿通多个OADM 站点。
相同光调制方式下100Gbit/s 跟10Gbit/s 相比，OSNR 容限要差10dB，PMD 容限会降低10倍，CD 容限降低100 倍，因此必须采用先进技术手段保证100Gbit/s 的实用性。选择光相干、平衡光接收技术相比NRZ 直接接收提升OSNR 容限近6dB。
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，接收端本地光振荡器与接收光信号存在频率差以及相位差，业界看好的解决方案是采用高速电信号处理（DSP）技术。
依赖于复杂的电处理技术，系统的PMD 容限和CD 容限可以优于10Gbit/s 系统，可降低PMD 和CD引入的传输代价，并具有较高的光接收灵敏度。
其困难是要开发包含高速ADC（50Gsample/s 以上）和DSP 的专用ASIC 芯片以及光器件集成和降低功耗，技术工艺难度极大。
（二）高效FEC技术
目前10Gbit/s NRZ 在纠错前误码率（pre-FEC）为2×10-3 时（超强纠错编码纠错门限）的OSNR 容限小于12dB，而业界看好的PM-QPSK 的pre-FECBER 2×10-3时OSNR 容限在15.5dB 左右， 也就是说采用相同能力的FEC，100Gbit/s 传输距离不到10Gbit/s 的一半。
10Gbit/s和40Gbit/s DWDM 系统已普遍采用各种增强纠错编解码技术，净编码增益（NCG）约8.5dB。OIF建议选择冗余度在18%?20% 的软判决纠错编码（SD-FEC），净编码增益可达10.5dB左右，这时线路速率超过了126Gbit/s。
考虑到100Gbit/s采用了智能化的电处理技术，OSNR传输代价可以减少；省掉分布式色散补偿模块，可以提高系统的OSNR等，100Gbit/s 系统传输能力可以与10Gbit/s系统相当。
（三）客户侧CFP 模块
100GE采用了多道（Lanes）并行光接口，客户侧模块比以往的10Gbit/s 模块就复杂的多。MSA 联盟制定的100Gbit/s CFP 模块标准支持热插拔。
（四）集成技术
100Gbit/s 的线路侧光模块集成主要包括：包含高速ADC 和大规模DSP 的ASIC 芯片；光发射机光调制器、光接收机光解调器以至于两者集成在一起。实现方案及其复杂，必须依赖光电集成技术，否则功耗、体积和成本会造成100Gbit/s 难以规模商用。
另外客户侧CFP 模块包含4 通道TOSA 和ROSA以及4 路光合波和光分波、高速Mux/DeMux，也需要光集成，否则其功耗和体积难于适应大规模商用要求。
结束语
总之，100Gbit/s 技术的成熟和规模商用已经渐行渐近。从其应用特点来看，长距传输和短距互联各有侧重，但长距传输应用时面临的挑战较为显著，包括线路传输限制解决、系统余量考虑、光信噪比测试、组网OTN 功能支持以及现网升级兼容性支持等；从国内100Gbit/s 后续发展趋势来看，技术成熟、规模商用和成本将是影响其部署的主要因素。从今年开始，将是100Gbit/s DWDM 的大发展阶段，随着其系统性能和设备的体积、功耗进一步降低后将逐步推动应用的规模商用，后续的400Gbit/s 或更高速率将重新成为高速传输应用技术新的关注焦点。
参考文献
[1]施社平.100Gbit/s速率标准最新进展[J].电信工程技术与标准化，2010（9）.
[2]曹云，冯勇华.商用100Gbit/s系统关键技术分析.邮电设计技术，2011，（7）.
（作者单位：广东省电信工程有限公司）