1、400G400G及新型光纤技术研究及新型光纤技术研究20192019年年8 8月月2424日日1400G技术2光纤技术3现网试点传送网传送网络带宽络带宽需求需求互联网互联网DC/IDC高高速互联速互联移动互联移动互联网和物联网和物联网网光传送网带宽增长需求-100,000 200,000 300,000 400,000 500,000 600,000 700,000 800,000 900,000 201220132014201520162017201820192020ON port forecast in 100G equivalents10G40G100G B 100G 以数据中心为主的网
2、络建设统计截止2019年底光传送技术发展42.5G/10G 强度调制、直接检测 不关注偏振态40G 强度调制、直接检测 相位调制、直接检测 相干检测、偏振复用100G 相位调制 相干检测 偏振复用 超强FEC DSP技术超超 100G（400G/Tbit/s）相位调制 相干检测 偏振复用 超强FEC 增强DSP 多电平调制 多子载波80 x10G（800G）80 x40G（3.2T）80 x100G（8T）Nx400G（？（？T）单波道速率和系统容量，均在不断提升u 100G技术已经全面在省际和省内部署，并逐步在本地城域引入。u 需要开始评估下一代高速传输技术下一代高速传输技术的引入。400G
3、技术5400G关键技术400GE客户侧400G OTN400G线路侧400G线路技术u400G被认为是超100G时代的重要技术选择，Tbit/s技术暂未开始，多子载波技术成为主流。6400G相关标准u 100G端到端标准已基本完成，产业链日趋成熟，且全球规模商用；国内外标准组织已开展超100G技术研究和标准规范。u 总体上看，400G相关的国际标准和行业标准预计2019-2018年完成发布。ITU OTUCn帧结构和灵活栅格已完成、光接口指标研究中IEEE 200GE/400GE，客户侧接口，预计2019年底完成OIF 调制和解调技术，线路侧，正在讨论中CCSA 技术要求和测试方法，刚立项开展
4、相关工作。12347IEEE标准进展n IEEE 802.3bs于2019年3月正式立项开展标准化工作，相关标准化工作取得一定进展，预计2019年底完成正式的客户侧标准。n 2019年1月，扩展研究范围，补充了200Gb/s，同时规范200Gb/s和400Gb/s。1、已完成D1.4，征求意见和讨论完善中；2、重点讨论了普通单模光纤上2km和10km的技术指标；3、都基于PAM4的多通道技术（Nx50G），类似于100GE中的4x25G。客户侧技术8基于PAM4（脉冲幅度调制）（脉冲幅度调制）的多通道技术（Nx50G），共用100G现有的的硬件和技术。400G SMF400GBASE-FR8（
5、2Km）400GBASE-LR8（10Km）200G SMF200GBASE-FR4（2Km）200GBASE-LR4（10Km）CWDMLAN-WDMITU-T标准进展（OTN帧结构等）OTUCn成为100G OTU4后的下一代OTN技术，采用类似SDH的复用结构，以5G为最小时隙（TS），n倍的100G速率（n可变）。超100G OTN标准独立于IEEE 400GE的工作内容已完成。由于部分与IEEE 400GE密切相关，因此，未来超100G OTN的标准制定的完成时间预计将与IEEE 400GE保持同步。OTN帧结构 G.694.1中已规范灵活栅格技术 灵活栅格 尚未开始相关研究光接口O
6、TN帧结构OTUCn成为100G OTU4后的下一代OTN技术，不再采用OTU1/2/3/4等现有定义方式。区别于OTU4及以下帧结构，OTUCn帧结构不包含FEC区域，主要因为FEC和线路接口类型强相关。OTUCn 帧是由n个OTUC 交织而成，n倍的100G速率，例如OTUC2，OTUC4等，根据n值不同而不同。OTN映射封装复用方式Clients(e.g.,STM-N,FC,IB,IP,Ethernet,MPLS,.)OPUkODUkOPUCnODUCnOPUkODUkOTUkVOTUk,OTUk-vOTUCnOTUkVOTUk,OTUk-vOTLk.nOTLk.nOTUCn中，以5G为
7、最小时隙（TS），映射复用方式对应的净荷类型（PT）为22。OTU4中，最小TS为1.25G，PT为21。与OTU4类似，支持多种不同业务的映射复用；支持单级复用和多级复用。OIF标准进展（线路侧）n OIF 物理链路层（PLL）工作组目前与400Gbit/s长距传输相关的标准化工作是400Gbit/s白皮书。n 最新进展是2019年11月立项研究灵活相干DWDM传输框架文件，试图统一在400G时代的调制方式，类似于用DP-QPSK统一了整个100G时代，有利于产业链发展和成熟。13400G线路侧调制技术线路速率=复用偏振数 子载波数子载波数 Log2(调制阶数调制阶数)波特率波特率举例：举例
8、：u PM-QPSK的100G：线路速率（112G）=2 x 1 x Log2(4)x 28G u 2SC-PM-16QAM的400G：线路速率（512G）=2 x 2 x Log2(16)x 32G 更高阶调制更高阶调制QPSK 8QAM16QAM更高波特率更高波特率32G43G64G更多子载波更多子载波单载波双载波8QAM调制阶数越高，噪声容忍度越低，因此对OSNR的要求就越高，这就严重的限制了信号的传输距离。相比100G，重要区别在于：u 更高阶调制u 更多子载波14线路侧调制技术能力比较来自于来自于OIF2019.167.00100G技术技术400G技术技术调制格式调制格式 QPSK
9、QPSK16QAM8QAMQPSK速率（速率（Gb/s）100400400400400含含FEC的符号速率的符号速率（Gbaud）3232324364子子载波载波数数14222每每子子载波载波速率（速率（Gb/s）100100200200200占用频谱（占用频谱（GHz）5015075/100100150频谱效率（频谱效率（bit/s/Hz）22.665.33/442.66系统容量（系统容量（Tbit/s）80 x100（8T）26x400（10.4T）53/40 x400（21.2/16T）40 x400（16T）26x400（10.4T）BER1e-12需要的需要的OSNR（不不含余量）含
10、余量）12.512.519.518.513.4G.652光纤光纤、纯、纯EDFA最大最大传传输距离（输距离（km）20002000500-60010001200硬件实现难度硬件实现难度+400G线路技术以G.652.D为主，存量和新建少量G.655，主要是存量光纤技术以EDFA放大器为主极少量拉曼放大器光放技术目前均是固定栅格，以50GHz为主灵活栅格，Nx12.5GHz，尚未应用波道间隔光纤技术发展趋势0.20dB/km0.185dB/km0.170dB/km0.150dB/km降低芯层掺杂浓度纯硅纤芯技术不断降低衰减，是光纤技术发展的永恒追求，但需要考虑对成本影响。G.652D 82um2
11、陆地用G.654 110-130um2海缆用G.654 150um2模场面积越大，弯曲性能和机械性能将会受到影响，需要考虑折中。G.652.D光纤光纤低损低损/超低损耗光纤超低损耗光纤（G.652.D）大有效面积光纤大有效面积光纤（G.654.E）低损低损/超低损耗大有效超低损耗大有效面积光纤（面积光纤（G.654.E）降低衰减降低衰减降低非线性降低非线性效应效应降低衰减降低衰减大有效面积光纤（G.654.E）u 大有效面积光纤，主要是指模场直径（MFD）比G.652标准单模光纤大，参考ITU-T G.654标准的标准的“截止波长位移单模光纤截止波长位移单模光纤”，主要应用于海缆通信系统海缆通
12、信系统中，尚未在陆地传输系统中应用。u 不同厂家光纤模场直径不同，有效面积范围在110um2到130um2，G.652在为82um2。u 光纤衰减系数有两类：低损耗，在0.190dB/km以下，与低损耗的G.652D光纤相接近；超低损耗，采用纯硅纤芯或降低纤芯Ge掺杂，衰减系数可做到0.170dB/km以下。u 能够提供该类光纤的国内外供应商，目前有康宁、长飞、康宁、长飞、OFS、住友、烽火、普住友、烽火、普睿司曼、中天和亨通睿司曼、中天和亨通等。400G系统应用部署的挑战u 在100G/超100G时代，CD/PMD不再是主要限制因素，非线性效应非线性效应和光纤衰减和光纤衰减成为系统传输性能主
13、要因素。u 如何在香农极限限制下，平衡频谱效率、传输距离和系统容量，以及成本，是400G应用部署的关键问题。频谱频谱效率效率系统系统容量容量传输传输距离距离提升设备性能新型光放技术新型光纤光缆降低背靠背OSNR容限，增强FEC纠错能力混合放大器，拉曼放大器更低衰减、更大有效面积的光纤19400G技术研究u 国内外行业内其它单位也已开展实验室测试验证工作，中国联通也已正在开展实验室研究测试；通过对400G及1T等系统传输性能的测试分析发现，基于现有光纤网络（G.652和G.655光纤），400G及1T等超高速系统主要技术无无电中继传输距离电中继传输距离较短较短，无法满足干线应用的传输距离。通过采
14、用大有效面积光纤，增加入纤光功率，可以延长传输距离，能够提升系统传输性能。u 但是上述研究均在实验室完成，尚未在现网新型光纤上开展相应研究，中国联通在业内首先基于新型光缆开展相应研究工作。u 如果现网环境中，新型光纤对400G传输性能的提升得到验证，就将更加有说服力。1400G技术2光纤技术3现网试点21新型光纤光缆技术研究标准化工作 ITU和行标山东现网试点 400G测试新疆现网试点 环境适应性其它潜在问题 应用维护光缆网络，建设周期和寿命长，投资巨大，需谨慎建设。新型光纤的引入，尽可能充分地论证，吸取以往新型光纤引入的经验。ITU国际标准 G.654“截止波长位移单模光纤”，有A/B/C/
15、D四个子类，应用于海底光缆通信系统 2019年7月开始讨论陆地传送系统用的G.654.E子类，预计2019年年9月月完成标准：MFD：中心值11.5-12.5um，0.7um 容差 1550nmCCSA行业标准 2019年底，中国联通牵头在CCSA开始标准化工作，国内主流光纤光缆厂家均参与，预计于2019年完成。现网试点现网试点西部新疆试验段东部山东试验段参加单位为评估环境适应性和传输性能，分别在西部和东部进行现网试点。西部：西古成缆，GYTS/GYTA 东部：亨通成缆，GYTS/GYTA由光纤厂家提供着色后光纤。u同条光缆中，G.652.D和G.654光纤分别在不同松套管，采用相同的生产制造
16、及施工敷设工艺，对比验证；u通过架空和管道试验段的验证工作，确保该新型光纤能够满足中国大部分地区的敷设和工作环境要求，具备环境适应性。新疆哈密试点重点评估环境适应性，架空敷设。u 2019年6月全部完成工程验收。u 口门子站安装光缆监测系统，转入自动监测收集数据阶段。哈密口门子巴里坤约72km约71km山东济南-青岛试点高速公路管道敷设，重点评估400G传输性能。u 2019年6月底，完成线路工程验收。u 2019年8月初，完成设备装机查勘，即将开展400G系统测试。新型光纤研究内容着色光纤光纤套塑缆芯绞合光缆护套光缆运输敷设接续400G 测试长期监测光纤入场测试光缆出厂验收测试，机械性能和环
17、境性能测试工厂光缆测试结果（1）vendor Avendor Bvendor Cvendor Dvendor Evendor Fvendor Gvendor HMFD(um)11.90.511212um211.8 0.412.5 0.412.40.5120.512.40.512.50.5 有效面积有效面积:110um2，125um2，130um21、MFD和有效面积318个熔接点，双向平均测试，采用不同的熔接机 最大 0.08dB，平均 0.02dB 与G.652D光纤熔接性能相近 同厂商G.654自熔接 平均0.044dB，60个熔接点 还需进一步测试，更多样本异厂商G.654熔接 平均0.
18、119dB，24个熔接点 还需进一步测试，更多样本G.654与G.652熔接2、光纤熔接3、光纤成缆及衰减系数、光纤成缆及衰减系数着色光纤，小着色光纤，小于于 0.19dB/km.光缆最大衰减光缆最大衰减系数系数.202dB/km.总计2700 样本u G.654光纤的成缆，采用与现有G.652.D光纤相同的工艺。u 成缆过程中，附加衰减系数均小于0.01dB/km。工厂光缆测试结果（2）280.1600.1700.1800.1900.2000.21013579111315171921attenuation(dB/Km)不同纤芯不同纤芯现网光缆测试结果0.1600.1700.1800.1900
19、.2000.210123456789101112attenuation（dB/km）不同纤芯不同纤芯1400G技术2光纤技术3现网试点中国联通400G WDM实验室测试参与厂家参与厂家：华为、中兴、烽火、上海贝尔和科锐安，五个主流供应商测试进度测试进度：目前已完成华为和烽火的系统测试，中兴和上海贝尔在测试中；主要测试码型主要测试码型：2SC-PM-16QAM（双子载波双子载波-偏振复用偏振复用-16QAM），所有厂家均支持；其它测试码型其它测试码型：2SC-PM-8QAM，高波特率2SC-PM-QPSK，部分厂家支持；板卡可配置板卡可配置：部分板卡基于相同板卡硬件，支持多种调制方式，网管可设置
20、成不同调制方式；测试光纤测试光纤：分别测试了G.652和G.654光纤；系统测试模型系统测试模型：10 x100km/25dB，重点关注光纤模场面积增大后对系统最佳入纤光功率的影响。济南三枢纽站莱芜鹁鸽岩站青岛山东路站u 总长度约870km；u 需测试6种G.654光纤和G.652光纤，共7种光纤；u 需配置光均衡站一个，可配置在青岛辽阳路站，或其它站；u 主要测试不同光纤下的传输性能，验证新型光纤对400G传输能力的提升。沂源站临沂马站青岛黄山镇莱芜原山路站青岛杭州路青岛辽阳东路诸城开发区12跨段单向测试模型济南三枢纽站莱芜鹁鸽岩站u 总长度约420km；u OTM站分别设置在济南和青岛；u
21、 该模型主要用于验证系统稳定性。沂源站临沂马站青岛黄山镇青岛辽阳东路诸城开发区6跨段双向测试模型现网测试研究目标400G系统测试系统测试 现网基于G.652和G.654光纤开展400G测试；主流传输设备厂家的400G设备均参与，多维度比较分析。对于光纤技术 验证G.652和G.654光纤的最佳入纤光功率；验证不同G.654光纤间的传输性能差异，后续指导光纤指标的标准化及归一。对于400G技术 验证不同400G技术在G.652和G.654光纤上的传输性能，并验证G.654光纤带来的传输性能提升；明确400G技术应用在G.652和G.654光纤时的最佳入纤光功率，指导后续400G线路设计和建设。最终目标最终目标 探讨400G高速传送系统的应用部署；骨干高速传送网络中新型光纤的引入策略。34谢谢
