谱写高速光通信新篇章——40Gb/s技术及其应用

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          10Gb/s光纤通信系统成功商用后，业界对于光传输速率的研究目标便转向了40Gb/s技术，这就引发了设备商研发40Gb/s大容量系统的竞赛热潮，同时也促使一些新技术如PMD等得到深入剖析。但由于受到诸多因素的影响，目前40Gb/s技术仍主要处于试验阶段，并未像业界最初期望的那样迅速得到规模化商用。鉴于此，随着数据业务的高速增长和40Gb/s技术的日益完善，40Gb/s技术从何时在何地以何种方式逐步规模化引入商用网络，成为目前业界关注和期望解决的热点问题之一。

40Gb/s的技术优势与实现障碍

          40Gb/s技术应用时具有很多优势，主要表现在以下几个方面。

    一是频谱效率提高。在WDM系统中，40Gb/s在采用相同通路间隔的前提下，频谱效率比10Gb/s速率高4倍，换句话说，在业务总量相同的前提下，40Gb/s技术可以显著降低波长或光纤的使用量。

    二是维护管理简化，机房占地少。相对10Gb/s速率而言，40Gb/s的系统集成度提高了4倍，这样管理的业务板卡单元减少4倍，维护管理简化，成本降低，同时机房占地面积也明显减少。

    三是设备成本降低。随着技术的成熟和未来逐步规模商用，40Gb/s设备的成本也将会逐步回落到10Gb/s设备成本的2～3倍之间，整体上降低网络的设备成本。

    四是网络服务增强。随着路由器10Gb/s接口的商用和40Gb/s接口的推出，传输网络采用40Gb/s技术后可以更好地承载数据业务。

    虽然40Gb/s技术具备众多优势，但在光域和电域具体实现时均面临着诸多障碍。电域最显著的便是要突破材料的电子速率处理瓶颈，这就促使研究人员采用新型材料或者改进集成技术来研制基于40Gb/s速率的核心处理芯片，如采用InP或者SiGe材料的成帧器、复用/解复用器等。而在光域，限制40Gb/s技术应用的因素更多，最主要的方面包括CD、PMD、非线性效应、OSNR等。若与10Gb/s系统的传输限制因素作简单量级比较，40Gb/s系统的CD容限和PMD容限便分别为10Gb/s系统的1/16和1/4，OSNR容限值要提高6dB，这在一定程度上极大地阻碍了40Gb/s技术的应用。

40Gb/s成熟程度不断提高

         40Gb/s技术的成熟程度涉及以下几个方面。

    在传输限制克服技术方面，对于40Gb/s传输限制的克服，目前已经具备多种技术可以选择，如采用新型的调制码型（CS-RZ/PSBT/DPSK/DQPSK等）、超强FEC、单/多通路色散精确补偿、电域色散补偿和采用喇曼放大器等。选择这些技术中的一种或几种组合，就可以大大增强40Gb/s信号的传输距离。

    在40Gb/s器件方面，目前国外有多家40Gb/s器件商可以提供40Gb/s系统必需的光电器件，如发射机、接收机、成帧器、复用/解复用器、FEC编解码器、调制器等，而且这些器件商经过最近几年的兼并与整合，目前生产格局和产品相对稳定。国内的WTD也可以提供40Gb/s的VSR光收发合一模块。

    在40Gb/s设备方面，从目前公开的资料来看，国内外大部分传统光通信设备商都可以提供40Gb/s设备，设备类型以40Gb/sWDM设备为主。另外，一些新兴的高速通信设备制造商，也可以提供功能类似于OTU的40Gb/s传输设备，同时部分路由器厂家的新产品目前也可以提供基于40Gb/s的POS接口。

    在测试仪表方面，目前有多家公司都可以提供40Gb/s的不同测试仪表，如40Gb/s误码仪和STM-256抖动分析仪、示波器、40Gb/sSDH/OTN分析仪、模块化调测系统等。

    在标准规范方面，40Gb/s的国际标准目前主要由ITU-T和OIF来完成。ITU-T已经制定了多项与40Gb/s有关的标准，涉及到40Gb/s技术的网络接口、设备功能特性、物理层接口和抖动特性等多个方面。目前，规范中的一些参数指标如多通路物理层参数、STM-256抖动等尚未完善，正在进一步的研究之中。OIF主要规范与40Gb/s有关的电层处理标准，目前已经完成了SFI-4/5、SPI-3/4/5、SxI-5、TFI-5、VSR-4-01/02/03/04/05和VSR-5-01等规范的制订，同时也完成了与MSA相关的规范。国内的CCSA也已经启动了40Gb/s设备与器件相关的一些标准研究工作。

40Gb/s从试验走向商用

           40Gb/s技术目前主要应用于现场试验或者试验网部分，最近的典型试验如MCI、Mintera和CIENA公司的1200km现网试验；AT&T、StrataLight和西门子的850km（单向）、1700km（光路环回）现网试验；中国教育科研网2005年在北京和天津之间的40Gb/s现网试验；Verizon、Mintera、Xtera的2560km/3040km的现场试验；日本电信和朗讯的40Gb/s的现场试验等等。典型试验网如德国教育科研网目前在Stuttgart大学和Karlsruhe大学开通的1条40Gb/s通路；德国电信从2003年7月开始在Stuttgart和Nurnberg之间原有的10Gb/sDWDM系统中开通了两个40Gb/s试验波长，目前已进入商用阶段；国内高性能宽带信息网（3TNet）杭州到上海之间的Tbit/s级DWDM传输试验网，从2005年年底开始运行，网络中配置了两个40Gb/s波长。

     另外，40Gb/s技术的应用需求也变得日益明朗，比较典型的有：2005年1月，马可尼与德国电信签订了为期3年的合同，采用Multihaul来构建40Gb/s宽带网络；2006年3月，芬兰的Finnet与西门子签订了合同，升级其现有网络所有波长到40Gb/s；2006年6月，AT&T的CTO在2006全球通信会议上称在2007年第一季度升级美国31个城市的MPLS骨干网到40Gb/s，同时，GlobalCrossing也申明将现有MPLS网络逐步升级到40Gb/s速率（JuniperT640）。

     虽然40Gb/s技术具备诸多潜在优势，但因多方因素制约，目前仍没有得到规模化商用，并且面临着100Gbit/s速率的挑战。但100Gbit/s技术距离实用水平尚有较大差距，因此，随着40Gb/s技术和标准的成熟、成本的降低、试验网络的大量验证与数据流量的持续增多，40Gb/s技术势必于2～3年内在VSR和骨干WDM网络（如和10Gbit/s混合组网或独立组网）等领域逐渐得到规模化商用，谱写高速光纤通信网络新的篇章。