隨著互聯(lián)網(wǎng)、云計算、移動寬帶、DC等的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬需求呈現(xiàn)爆炸式增長。2012年9月的日內(nèi)瓦IEEE全會上，在包括華為在內(nèi)的整個產(chǎn)業(yè)鏈的聯(lián)合推動下，IEEE成員單位達成共識：選擇400GE作為100GE之后的下一代以太網(wǎng)速率，從而正式開啟400GE的標準化進程。但從互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)與網(wǎng)絡(luò)流量看，400G速率仍然不能滿足未來帶寬的持續(xù)增長，因此Tbit/s量級的傳輸需求一定會到來，這也將成為400G之后下一代光傳送技術(shù)要面臨的巨大挑戰(zhàn)。

超100G高速光傳輸面臨挑戰(zhàn)

　　當前的100G WDM/OTN商用系統(tǒng)能提供8T（C band SE=2）的傳輸容量，預(yù)計在2015/2016年開始商用部署的400G WDM/OTN系統(tǒng)，能提供16T到20T（C band SE=4-5）的傳輸容量。而Tbit/s量級WDM系統(tǒng)，則需要提供約40T（C band SE=6-10）的傳輸容量，并實現(xiàn)超過1000km的無電中繼傳輸才有價值。

　　當前，光纖的傳輸容量（考慮傳輸距離需求）已經(jīng)逼近信道的香農(nóng)極限，香農(nóng)理論決定了系統(tǒng)的頻譜效率越高（容量越大），信號無誤碼傳輸需要的信噪比就越高，而過高的信噪比需求會導(dǎo)致光傳輸距離急劇減少。而且，在WDM系統(tǒng)中，光纖的非線性效應(yīng)也對入纖的信號功率有限制（不能夠無限提升發(fā)射光功率），進而限制了信噪比，壓縮了提升頻譜效率的技術(shù)空間。針對400G和Tbit/s量級速率，如何實現(xiàn)高頻譜效率（大容量）、長距離、低成本的傳輸是高速光傳輸面臨的最大挑戰(zhàn)。

Flex 2T光傳輸解決方案應(yīng)對挑戰(zhàn)

　　從理論限制、光電器件與材料、工程工藝技術(shù)的綜合發(fā)展來看，以太網(wǎng)速率不太可能再像以前一樣按照10倍遞增的速度發(fā)展，在400GE之后，以太網(wǎng)速率會進一步演進到Tbit/s量級是業(yè)界的共識，但具體是1Tbit/s、1.6Tbit/s、2Tbit/s、4Tbit/s，目前還沒有定論。綜合來看，400GE之后最有可能的是1.6TE（低于4倍遞增缺乏競爭力，10倍遞增技術(shù)實現(xiàn)上存在巨大難度，4倍可能是最佳的選擇）。考慮OTN以及FEC開銷之后，波分側(cè)速率為2T左右，并且超100G高速光傳輸技術(shù)不是一個單一的光模塊技術(shù)，而是一系列光電、管控技術(shù)的集成。因此，華為提出具備集中傳送控制器的Flex 2T高速光傳輸解決方案。

　　華為Flex 2T光傳輸解決方案具有“彈性管道”、“即時帶寬”、“編程光網(wǎng)”三大特性，可使傳統(tǒng)的“啞管道”變?yōu)橹悄芄艿馈?/p>

剖析Flex 2T五大關(guān)鍵技術(shù)

　　Flex 2T光傳輸解決方案具有Flex TRx及iODSP/FEC、Flex ROADM、Flex OTN、集中傳送控制器、新型光放大器與新型光纖五大關(guān)鍵技術(shù)。下文將詳細闡述。

關(guān)鍵技術(shù)之一：Flex TRx及iODSP/FEC

　　傳輸速率越來越高，在滿足傳輸距離的基礎(chǔ)上，單個波長已經(jīng)無法支持Tbit/s量級長途傳輸。未來的Flex Tbit/s量級光傳輸將采用多子載波模式，通過在發(fā)射端采用DAC/iODSP/FEC encoding，接收端采用ADC/iODSP/FEC decoding，用一套硬件、軟件控制提供多種編碼調(diào)制/FEC模式，靈活適配多種應(yīng)用場景。

　　傳統(tǒng)的Transceiver適用場景單一，而Flex Transceiver（以下簡稱Flex TRx）僅需通過簡單的軟件配置，即可根據(jù)實際業(yè)務(wù)情況，實現(xiàn)速率可變、帶寬可變和傳輸距離可變，對光層帶寬資源進行合理優(yōu)化分配，實現(xiàn)流量的精細化運營。Flex Transceiver的靈活特性可以通過控制子載波數(shù)目、子載波波特率、子載波的調(diào)制格式和iODSP功能模塊/FEC類型與開銷等實現(xiàn)；可基于e-OFDM、e-Nyquist WDM等載波復(fù)用技術(shù)實現(xiàn)載波數(shù)目的按需配置；可基于時鐘自適應(yīng)的ADC/DAC時鐘恢復(fù)技術(shù)實現(xiàn)從低到高的多個符號速率調(diào)整；可基于動態(tài)星座圖映射和多電平IQ調(diào)制實現(xiàn)xPSK和xQAM多種調(diào)制格式的任意組合及切換。

　　與Flex 的TRX技術(shù)相適配，發(fā)射端iODSP可進行信道預(yù)失真、波形預(yù)加重、調(diào)制器帶寬預(yù)補償、光纖非線性預(yù)補償以及光譜預(yù)整形的綜合處理來提升光系統(tǒng)的傳輸性能；接收端iODSP可以在電域補償光纖線路中的色散展寬、WSS光濾波損傷、非線性損傷，快速進行偏振跟蹤與偏振態(tài)延時補償、激光器頻差補償和載波相位恢復(fù)等。同時基于自適應(yīng)超級FEC來實現(xiàn)硬判決、軟判決、軟&硬混合判決譯碼、實現(xiàn)從低到高FEC開銷的自動配置與前后級聯(lián)，實現(xiàn)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)時延需求和功耗需求配置FEC譯碼參數(shù)。

　　iODSP/FEC最關(guān)鍵的一點是具備ASIC芯片的動態(tài)功耗管理功能，在滿足網(wǎng)絡(luò)部署實際需求的情況下，可基于網(wǎng)絡(luò)鏈路的實際需求打開或者關(guān)閉功能模塊，并配置算法參數(shù)，以此調(diào)整芯片運行功耗，最大程度減少能耗需求，實現(xiàn)綠色網(wǎng)絡(luò)。

關(guān)鍵技術(shù)之二：Flex ROADM

　　在傳統(tǒng)DWDM技術(shù)中，各種分合波器件如Mux、Demux、WSS、ROADM等都是基于固定的帶寬柵格（Grid）定義，如50GHz/100GHz；而在Flex Terabits光網(wǎng)絡(luò)中，為了支持新型超高速數(shù)據(jù)傳輸并提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率，系統(tǒng)根據(jù)各信號需要的頻譜分配不同的帶寬（如37.5GHz、50GHz、75GHz、100GHz、125GHz等），并以一個較為精細的步長（如12.5GHz、6.25GHz等）進行間隔調(diào)整。因此，在Flex Terabits光網(wǎng)絡(luò)中，所有的分合波器件與模塊（含WSS、ROADM）需要能夠進行動態(tài)帶寬分配，其分配的帶寬不再根據(jù)現(xiàn)有的ITU-T DWDM標準中定義的固定柵格，而是根據(jù)動態(tài)帶寬數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨髞碚{(diào)整和分配。

關(guān)鍵技術(shù)之三：Flex OTN

　　傳統(tǒng)的OTN通過GMP技術(shù)實現(xiàn)對TDM/IP等多業(yè)務(wù)的封裝和承載，但隨著業(yè)務(wù)速率的提升，基于固定速率OTUk接口的映射、封裝、成幀處理已經(jīng)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需要不同的硬件與之對應(yīng)，也無法與具備可軟件編程的光物理層單元相適配。

　　華為提出了靈活光傳送網(wǎng)（Flex OTN）整體解決方案，在客戶側(cè)定義靈活的客戶封裝容器，滿足任意多樣化業(yè)務(wù)、超大顆粒業(yè)務(wù)承載需求，在線路側(cè)定義靈活的線路傳送速率，滿足運營商對光頻譜帶寬資源的精細化運營，提供端到端彈性傳送管道，提高整體網(wǎng)絡(luò)運營效率。

　　Flex OTN主要由服務(wù)層和傳送層構(gòu)成。服務(wù)層面向業(yè)務(wù)，通過提供低階ODUFlex可變封裝容器，根據(jù)實際業(yè)務(wù)大小靈活映射封裝，滿足任意業(yè)務(wù)承載需求。傳送層面向光物理資源，提供階梯可變線速接口OTUCn，OTUCn為n倍100G速率（n可變），根據(jù)實際光物理資源進行最優(yōu)配置。例如，其可根據(jù)需求，提供200G、300G、…、n*100G等系列多等級靈活速率線路接口，引入Flex OTN，使得OTN可與可編程光線路完美結(jié)合，既擴展了OTN的靈活性，又與現(xiàn)網(wǎng)兼容。Flex OTN的引入不會帶來OTN體系大的變化和硬件成本提升，很好地滿足了對未來多業(yè)務(wù)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(guān)鍵技術(shù)之四：集中傳送控制器

　　可編程傳送控制器通過與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備層的控制接口，提供跨多設(shè)備形態(tài)的統(tǒng)一控制，實現(xiàn)從動態(tài)云業(yè)務(wù)到基于Flex硬件的彈性管道端到端統(tǒng)一控制；通過與應(yīng)用層的開放式API，使應(yīng)用可以驅(qū)動網(wǎng)絡(luò)，快速即時重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)硬件系統(tǒng)，實現(xiàn)可編程化的光網(wǎng)絡(luò), 滿足用戶動態(tài)實時性以及個性化服務(wù)需求；通過集中式的控制理念，使業(yè)務(wù)多層流量疏導(dǎo)更加智能、可控，全網(wǎng)資源利用率得以最大化提升，業(yè)務(wù)端到端質(zhì)量得到有效保證。這種基于集中式管理、標準化控制以及開放式API的軟件定義管理方式，使傳送網(wǎng)從啞管道轉(zhuǎn)變成智能管道，管道作為業(yè)務(wù)的一部分為運營商提供“OaaS”增值服務(wù)（Optical as a Service）。

　　可編程傳送控制器主要包含兩層：物理網(wǎng)絡(luò)控制層及南向接口，抽象網(wǎng)絡(luò)控制層及北向接口。通過南向接口，物理網(wǎng)絡(luò)控制層從網(wǎng)絡(luò)中收集并維護拓撲信息及TE信息，并對物理傳送網(wǎng)絡(luò)進行連接的建立、修改、刪除、光層性能監(jiān)控與調(diào)測等配置；同時對網(wǎng)絡(luò)中已經(jīng)建立的連接進行維護。抽象網(wǎng)絡(luò)控制層可以對傳送網(wǎng)絡(luò)資源進行抽象，向應(yīng)用層隱藏傳送網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部細節(jié)；同時，向應(yīng)用層提供開放接口，使應(yīng)用層可以根據(jù)應(yīng)用需求，使用傳送網(wǎng)絡(luò)資源。在抽象網(wǎng)絡(luò)控制層中，運營商根據(jù)不同的應(yīng)用場景，可在傳送網(wǎng)控制器上開發(fā)和安裝相應(yīng)的控制插件，適配不同的應(yīng)用對網(wǎng)絡(luò)的不同需求。典型的網(wǎng)絡(luò)控制插件如業(yè)務(wù)路徑計算插件、虛擬化控制插件等。

關(guān)鍵技術(shù)之五：新型光放大器與新型光纖

　　超100G高速光傳輸系統(tǒng)主要受功率/損耗和OSNR限制，考慮到長距離傳輸需求，先進的二階、三階拉曼放大器，以及新型光纖等成為業(yè)界的關(guān)注點。

　　相比傳統(tǒng)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(shù)，是未來通信系統(tǒng)中低噪聲放大的重要光放技術(shù)。PSA的小信號增益大，噪聲小，并可以實現(xiàn)相位再生，這些特性使得PSA對于未來的1T+系統(tǒng)較有吸引力。但是PSA的應(yīng)用仍然面臨很多困難，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(shù)則成熟很多，并已經(jīng)在商用DWDM系統(tǒng)中使用。而現(xiàn)階段分布式Raman OA和EDFA相結(jié)合的Hybrid光放大器正受到業(yè)界重點關(guān)注，它具有比Raman OA更高的增益，比EDFA更低的噪聲指數(shù)，結(jié)合二者各自的優(yōu)點同時又平衡了相應(yīng)的缺點。

　　但是，目前商用的拉曼放大器在增益、安全、OAM、成本等方面，仍然不如EDFA，因此研究開發(fā)滿足Tbit/s量級傳輸?shù)男滦透咴鲆?、低成本、安全的高階拉曼放大器勢在必行。

　　現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)大多基于G.652/655 SMF光纖，為了適應(yīng)諸如1T+等高速傳輸系統(tǒng)，研究者正致力于開發(fā)具有大有效面積/低非線性、低損耗、擴展傳輸窗口等特性的新型光纖，以改進非線性容限并降低損耗，這樣可以提高系統(tǒng)的入纖功率，繼而延長傳輸距離。舉例而言，基于低折射率包層摻雜或光子晶體結(jié)構(gòu)的純硅纖芯光纖（PSCF），相比SMF具有更低的傳輸損耗，實驗證明其抗非線性性能也優(yōu)異。除了折射率引導(dǎo)光纖之外，還有空芯光子帶隙光纖、多模多核光纖等也是業(yè)界目前研究的熱點，目前還在學(xué)術(shù)研究階段。

　　可見，華為Flex 2T解決方案將引領(lǐng)高速光傳輸向數(shù)字化、軟件化方向發(fā)展，構(gòu)建可變帶寬光網(wǎng)絡(luò)，滿足未來不同業(yè)務(wù)的快速部署、帶寬的按需分配、網(wǎng)絡(luò)的易維易管等要求，能夠靈活承載不同速率的業(yè)務(wù)，幫助運營商有效降低TCO，提升盈利水平。