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400G OTN网络技术:单载波、双载波、四载波有何区别?

2020年03月30日 3584

随着5G的商用以及云计算、大数据等新业务的不断涌现,网络带宽压力剧增,相对于早前的25G/100G而言,400G具备大带宽、低延时、低功耗等优势,因此部署400G光传送网(OTN)已是大势所趋。目前400G具备单载波、双载波以及四载波三种传输技术可实现400G光传送网(OTN),这三种传输技术除了载波数不同以外,还存在什么区别?各自具备什么优劣势?阅读完本文您将从中找到答案。

单载波400G技术概述

单载波400G技术采用高阶调制格式,通过基于400G PM-16QAM、PM-32QAM和PM-64QAM等单载波调制方式来构建400G波道,适用于城域网,数据中心互联(DCI)等短距离应用(不需要长距离传输但需要大带宽容量的应用)。

单载波400G技术.png

下面以400G PM-16QAM技术为例。其中,“PM”是指把一个400G(448Gbit/s)光信号分离成2个偏振方向(X、Y方向),再把信号调制到这两个偏振方向进行传输,如下图。相当于对数据做了“一分二”的处理,速率降低一半。“QAM”是指分离X、Y信号的过程,此时,速率降低一半,即224Gbit/s。“16”代表着X、Y信号分别被分为4个信号,此时速率从之前的224Gbit/s降低到了56Gbit/s。有人肯定会问,为什么需要降低波特率?因为从现阶段的电路技术来说,100Gbit/s已接近“电子瓶颈”的极限,如果继续提高速率,信号损耗、功率耗散、电磁干扰等一系列问题也难以解决,即便是解决,也需要付出巨额成本。

400G PM-16QAM.png

优点:相对于多载波光源技术而言,单载波400G技术是一种较为简单的波长调制解决方案,具备更简单的结构、更小的尺寸以及相对较低的功耗,不仅如此,它还能提供网络管理。由于单载波400G技术采用的是更高阶的调制格式,可以提高信号速率以及提升频谱效率300%以上,从而大大扩展了网络容量,以便支持更多的用户数。而且,它的系统集成度高,可以将单独的子系统连接成一个完整的系统,让它们彼此之间协同工作,获得最佳的性能。也就是说单载波是一种经济且高效的解决方案。

缺点:正是因为单载波采用了更高阶的调制格式,所以它需要更高的光信号噪声比,这极大程度上缩短了传输距离(小于200千米),若是技术得不到突破,在远距离传输上的应用并不乐观。与此同时,单载波容易受到激光器相位噪声和光纤非线性效应的影响。

双载波400G技术概述

对于单载波400G技术而言,双载波400G采用2*200G超级通路技术方案,主要是通过8QAM、16QAM和QPSK等调制格式构建400G超级波道,适用于长距离、复杂的城域网中。双载波400G主要是通过DSP进行信号处理,将1个400G光信号分为2路200G信号,1路200G占用37.5GHz频谱,这样一来400G只需要75GHz频谱,从而达到5.33bit/s/Hz的频谱效率。400G(448 Gbit/s)信号实际上处理的数据波特率为448÷2(双载波)÷2(PM)÷4(16QAM)=28G Baud。

双载波400G技术.png

优点:双载波400G频谱效率提升了165%以上,系统集成度较高,体积小,功耗低。目前,该项传输技术已开始商用,常见于400G OTN。与此同时,相对单载波400G来说,双载波400G可传输500千米,传输距离稍远;当其与低损耗光纤和EDFA搭配使用时,传输距离可达1000多千米,能基本满足远距离传输的应用需求。

缺点:虽说双载波400G与低损耗光纤和EDFA搭配使用,传输距离可达1000多千米,但无法满足2000千米以上的超长距离传输需求。

四载波400G技术

四载波400G技术是指4个子载波(每个子载波承载一个100G信号)采用Nyquist WDM(奈奎斯特波分复用技术) PDM-QPSK调制方式创建400G波道,适用于超长距离骨干网传输。

四载波400G技术.png

优点:四载波400G采用的技术成熟,目前已规模商用,成本低,传输距离可达2000千米。

缺点:四载波400G只有在通过芯片升级解决系统集成度和功耗问题的前提条件下,引入频谱压缩技术,才能提高频谱效率,否则以目前的100G芯片搭建400G系统本质还是100G系统。

总结

经过本文介绍,您可以发现单载波400G传输距离受限,只适用于200千米以内的城域网、数据中心互联等短距离应用;双载波400G与低损耗光纤和EDFA搭配使用,可用于长距离的城域网(传输距离可达1000千米);而四载波400G适用于2000千米的超长远距离骨干网传输。虽说目前400G还未普及化,但随着全球数据流量的不断攀升,带宽需求无止境,2020年400G有望成为市场的主导速率,欲知更多400G以太网发展趋势,可访问《风口上的400G》

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