譜寫高速光通信新篇章——40Gb/s技術(shù)及其應(yīng)用

10Gb/s光纖通信系統(tǒng)成功商用后，業(yè)界對于光傳輸速率的研究目標(biāo)便轉(zhuǎn)向了40Gb/s技術(shù)，這就引發(fā)了設(shè)備商研發(fā)40Gb/s大容量系統(tǒng)的競賽熱潮，同時(shí)也促使一些新技術(shù)如PMD等得到深入剖析。但由于受到諸多因素的影響，目前40Gb/s技術(shù)仍主要處于試驗(yàn)階段，并未像業(yè)界最初期望的那樣迅速得到規(guī)?；逃?。鑒于此，隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的高速增長和40Gb/s技術(shù)的日益完善，40Gb/s技術(shù)從何時(shí)在何地以何種方式逐步規(guī)?；肷逃镁W(wǎng)絡(luò)，成為目前業(yè)界關(guān)注和期望解決的熱點(diǎn)問題之一。

40Gb/s的技術(shù)優(yōu)勢與實(shí)現(xiàn)障礙

40Gb/s技術(shù)應(yīng)用時(shí)具有很多優(yōu)勢，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

一是頻譜效率提高。在WDM系統(tǒng)中，40Gb/s在采用相同通路間隔的前提下，頻譜效率比10Gb/s速率高4倍，換句話說，在業(yè)務(wù)總量相同的前提下，40Gb/s技術(shù)可以顯著降低波長或光纖的使用量。

二是維護(hù)管理簡化，機(jī)房占地少。相對10Gb/s速率而言，40Gb/s的系統(tǒng)集成度提高了4倍，這樣管理的業(yè)務(wù)板卡單元減少4倍，維護(hù)管理簡化，成本降低，同時(shí)機(jī)房占地面積也明顯減少。

三是設(shè)備成本降低。隨著技術(shù)的成熟和未來逐步規(guī)模商用，40Gb/s設(shè)備的成本也將會逐步回落到10Gb/s設(shè)備成本的2～3倍之間，整體上降低網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備成本。

四是網(wǎng)絡(luò)服務(wù)增強(qiáng)。隨著路由器10Gb/s接口的商用和40Gb/s接口的推出，傳輸網(wǎng)絡(luò)采用40Gb/s技術(shù)后可以更好地承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

雖然40Gb/s技術(shù)具備眾多優(yōu)勢，但在光域和電域具體實(shí)現(xiàn)時(shí)均面臨著諸多障礙。電域最顯著的便是要突破材料的電子速率處理瓶頸，這就促使研究人員采用新型材料或者改進(jìn)集成技術(shù)來研制基于40Gb/s速率的核心處理芯片，如采用InP或者SiGe材料的成幀器、復(fù)用/解復(fù)用器等。而在光域，限制40Gb/s技術(shù)應(yīng)用的因素更多，最主要的方面包括CD、PMD、非線性效應(yīng)、OSNR等。若與10Gb/s系統(tǒng)的傳輸限制因素作簡單量級比較，40Gb/s系統(tǒng)的CD容限和PMD容限便分別為10Gb/s系統(tǒng)的1/16和1/4，OSNR容限值要提高6dB，這在一定程度上極大地阻礙了40Gb/s技術(shù)的應(yīng)用。

40Gb/s成熟程度不斷提高

40Gb/s技術(shù)的成熟程度涉及以下幾個(gè)方面。

在傳輸限制克服技術(shù)方面，對于40Gb/s傳輸限制的克服，目前已經(jīng)具備多種技術(shù)可以選擇，如采用新型的調(diào)制碼型（CS-RZ/PSBT/DPSK/DQPSK等）、超強(qiáng)FEC、單/多通路色散精確補(bǔ)償、電域色散補(bǔ)償和采用喇曼放大器等。選擇這些技術(shù)中的一種或幾種組合，就可以大大增強(qiáng)40Gb/s信號的傳輸距離。

在40Gb/s器件方面，目前國外有多家40Gb/s器件商可以提供40Gb/s系統(tǒng)必需的光電器件，如發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、成幀器、復(fù)用/解復(fù)用器、FEC編解碼器、調(diào)制器等，而且這些器件商經(jīng)過最近幾年的兼并與整合，目前生產(chǎn)格局和產(chǎn)品相對穩(wěn)定。國內(nèi)的WTD也可以提供40Gb/s的VSR光收發(fā)合一模塊。

在40Gb/s設(shè)備方面，從目前公開的資料來看，國內(nèi)外大部分傳統(tǒng)光通信設(shè)備商都可以提供40Gb/s設(shè)備，設(shè)備類型以40Gb/sWDM設(shè)備為主。另外，一些新興的高速通信設(shè)備制造商，也可以提供功能類似于OTU的40Gb/s傳輸設(shè)備，同時(shí)部分路由器廠家的新產(chǎn)品目前也可以提供基于40Gb/s的POS接口。

在測試儀表方面，目前有多家公司都可以提供40Gb/s的不同測試儀表，如40Gb/s誤碼儀和STM-256抖動分析儀、示波器、40Gb/sSDH/OTN分析儀、模塊化調(diào)測系統(tǒng)等。

在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范方面，40Gb/s的國際標(biāo)準(zhǔn)目前主要由ITU-T和OIF來完成。ITU-T已經(jīng)制定了多項(xiàng)與40Gb/s有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，涉及到40Gb/s技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)接口、設(shè)備功能特性、物理層接口和抖動特性等多個(gè)方面。目前，規(guī)范中的一些參數(shù)指標(biāo)如多通路物理層參數(shù)、STM-256抖動等尚未完善，正在進(jìn)一步的研究之中。OIF主要規(guī)范與40Gb/s有關(guān)的電層處理標(biāo)準(zhǔn)，目前已經(jīng)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等規(guī)范的制訂，同時(shí)也完成了與MSA相關(guān)的規(guī)范。國內(nèi)的CCSA也已經(jīng)啟動了40Gb/s設(shè)備與器件相關(guān)的一些標(biāo)準(zhǔn)研究工作。

40Gb/s從試驗(yàn)走向商用

40Gb/s技術(shù)目前主要應(yīng)用于現(xiàn)場試驗(yàn)或者試驗(yàn)網(wǎng)部分，最近的典型試驗(yàn)如MCI、Mintera和CIENA公司的1200km現(xiàn)網(wǎng)試驗(yàn)；ATT、StrataLight和西門子的850km（單向）、1700km（光路環(huán)回）現(xiàn)網(wǎng)試驗(yàn)；中國教育科研網(wǎng)2005年在北京和天津之間的40Gb/s現(xiàn)網(wǎng)試驗(yàn)；Verizon、Mintera、Xtera的2560km/3040km的現(xiàn)場試驗(yàn)；日本電信和朗訊的40Gb/s的現(xiàn)場試驗(yàn)等等。典型試驗(yàn)網(wǎng)如德國教育科研網(wǎng)目前在Stuttgart大學(xué)和Karlsruhe大學(xué)開通的1條40Gb/s通路；德國電信從2003年7月開始在Stuttgart和Nurnberg之間原有的10Gb/sDWDM系統(tǒng)中開通了兩個(gè)40Gb/s試驗(yàn)波長，目前已進(jìn)入商用階段；國內(nèi)高性能寬帶信息網(wǎng)（3TNet）杭州到上海之間的Tbit/s級DWDM傳輸試驗(yàn)網(wǎng)，從2005年年底開始運(yùn)行，網(wǎng)絡(luò)中配置了兩個(gè)40Gb/s波長。

另外，40Gb/s技術(shù)的應(yīng)用需求也變得日益明朗，比較典型的有：2005年1月，馬可尼與德國電信簽訂了為期3年的合同，采用Multihaul來構(gòu)建40Gb/s寬帶網(wǎng)絡(luò)；2006年3月，芬蘭的Finnet與西門子簽訂了合同，升級其現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)所有波長到40Gb/s；2006年6月，ATT的CTO在2006全球通信會議上稱在2007年第一季度升級美國31個(gè)城市的MPLS骨干網(wǎng)到40Gb/s，同時(shí)，GlobalCrossing也申明將現(xiàn)有MPLS網(wǎng)絡(luò)逐步升級到40Gb/s速率（JuniperT640）。

雖然40Gb/s技術(shù)具備諸多潛在優(yōu)勢，但因多方因素制約，目前仍沒有得到規(guī)?；逃?，并且面臨著100Gbit/s速率的挑戰(zhàn)。但100Gbit/s技術(shù)距離實(shí)用水平尚有較大差距，因此，隨著40Gb/s技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的成熟、成本的降低、試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)的大量驗(yàn)證與數(shù)據(jù)流量的持續(xù)增多，40Gb/s技術(shù)勢必于2～3年內(nèi)在VSR和骨干WDM網(wǎng)絡(luò)（如和10Gbit/s混合組網(wǎng)或獨(dú)立組網(wǎng)）等領(lǐng)域逐漸得到規(guī)?；逃?，譜寫高速光纖通信網(wǎng)絡(luò)新的篇章。