400G和800G相干光傳輸標(biāo)準(zhǔn)最新進(jìn)展

數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展導(dǎo)致光網(wǎng)絡(luò)帶寬需求猛增，每年以20%以上的速度增長(zhǎng)，推動(dòng)光傳輸網(wǎng)絡(luò)向更高速率、更大容量的解決方案發(fā)展。

目前，單波100G/200G WDM系統(tǒng)已在運(yùn)營(yíng)商骨干網(wǎng)大規(guī)模商用部署，單波400G系統(tǒng)已從城域網(wǎng)走向骨干網(wǎng)，成為業(yè)界關(guān)注和應(yīng)用的焦點(diǎn)。行業(yè)。隨著400G光傳輸標(biāo)準(zhǔn)在各標(biāo)準(zhǔn)組織達(dá)成共識(shí)，Beyond 400G成為各標(biāo)準(zhǔn)組織感興趣的新話題。

光傳輸標(biāo)準(zhǔn)組織概況

光傳輸技術(shù)涉及的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織主要有ITU-T SG15、OIF、IEEE802.3以及各種MSA（多源協(xié)議），各國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織的職責(zé)分配以及與光傳輸設(shè)備的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：如圖1所示。

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織關(guān)系圖

光傳輸客戶設(shè)備輸出的100/200/400/800GE以太網(wǎng)接口規(guī)范由IEEE802.3定義。連接WDM設(shè)備和客戶設(shè)備的客戶側(cè)光模塊相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)由OIF/MSA定義。WDM設(shè)備涉及到的業(yè)務(wù)信號(hào)封裝和光傳輸系統(tǒng)，系統(tǒng)規(guī)范由ITU-T SG15定義，其中ITU-T SG15 Q5涉及光纖，Q6涉及WDM系統(tǒng)和光器件，Q11定義了OTN幀結(jié)構(gòu)、映射，以及其他技術(shù)。線路側(cè)光模塊實(shí)現(xiàn)由OIF/MSA定義。

國(guó)內(nèi)光傳輸標(biāo)準(zhǔn)組織主要有CCSA TC6 WG1和WG4工作組。WG1標(biāo)準(zhǔn)化的WDM設(shè)備具有較高的權(quán)威性，基本反映了國(guó)內(nèi)三大運(yùn)營(yíng)商的要求和設(shè)備商的能力，而WG4主要定義了不同速率和應(yīng)用的光模塊標(biāo)準(zhǔn)。

Beyond 400G光傳輸標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展

近年來(lái)，OIF一直在各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)組織中引領(lǐng)400G和800G相干光系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作。2022年，OIF完成了400ZR標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。目前正在制定800G LR和ZR的規(guī)范，包括光系統(tǒng)參數(shù)、FEC、DSP、OTN映射等技術(shù)方面。預(yù)計(jì)將于2024年底完成。OIF的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展對(duì)ITU-T和IEEE 802.3的800G標(biāo)準(zhǔn)化的技術(shù)趨勢(shì)具有重要影響。

IEEE802.3在以太網(wǎng)接口規(guī)范方面具有絕對(duì)的權(quán)威。IEEE802.3正在標(biāo)準(zhǔn)化800G/1.6T以太網(wǎng)接口，包括單通道100G和200G兩路不同傳輸距離的接口。值得一提的是，2023年，IEEE802.3dj項(xiàng)目中就800G 10km應(yīng)用是否采用IMDD（強(qiáng)度調(diào)制和直接檢測(cè)）還是相干技術(shù)進(jìn)行了激烈的討論。

最終，802.3dj決定為800G 10km設(shè)定兩個(gè)項(xiàng)目目標(biāo)，采用不同的技術(shù)解決方案?？梢钥吹?，隨著單通道速率的提升，相干技術(shù)正在不斷下沉和拓展其應(yīng)用場(chǎng)景。

ITU-T SG15 Q6工作組自2018年發(fā)布100G DWDM規(guī)范以來(lái)，400G/800G的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展緩慢。根本原因是ITU-T致力于標(biāo)準(zhǔn)化兼容多個(gè)制造商和嘗試的DWDM系統(tǒng)尋找一個(gè)參數(shù)來(lái)確定發(fā)射機(jī)的質(zhì)量，但對(duì)于采用相干調(diào)制的DWDM系統(tǒng)很難取得滿意的結(jié)果。

2023年2月，Q6會(huì)議決定重啟400G標(biāo)準(zhǔn)化，并對(duì)800G標(biāo)準(zhǔn)化采取開放態(tài)度。同時(shí)，Q6未來(lái)對(duì)C+L擴(kuò)展頻段的需求在800G DWDM的應(yīng)用中得到了認(rèn)可，Q6在400G和800G標(biāo)準(zhǔn)化方面的表現(xiàn)值得期待。

CCSA TC6 WG1先后完成了Nx400G光波分復(fù)用（WDM）系統(tǒng)的一系列行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，包括《Nx400G光波分復(fù)用（WDM）系統(tǒng)技術(shù)要求》、《城域Nx400G光波分復(fù)用（WDM）技術(shù)要求》 ）”和“擴(kuò)展C波段光波分復(fù)用（WDM）系統(tǒng)的技術(shù)要求”。這些標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了400G骨干、城域和擴(kuò)展C頻段的應(yīng)用，調(diào)制格式主要指定2x200Gbit/s PM-16QAM/PM-QPSK和400Gbit/s PM-16QAM。

同時(shí)，隨著DSP（數(shù)字信號(hào)處理）和高性能FEC（前向糾錯(cuò)）技術(shù)的發(fā)展以及運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需求，兩個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，《Nx400Gbit/s超長(zhǎng)距離光波分復(fù)用（WDM）系統(tǒng)技術(shù)要求》和《城域Nx800Gbit/s光波分復(fù)用（WDM）系統(tǒng)技術(shù)要求》是近兩年啟動(dòng)的。這些標(biāo)準(zhǔn)將規(guī)定120Gbd以上基于QPSK調(diào)制格式的WDM光系統(tǒng)，并啟動(dòng)800G城域網(wǎng)的研究，使我國(guó)走在長(zhǎng)距離、高速的前沿。DWDM標(biāo)準(zhǔn)化。

CCSA TC6 WG4近三年來(lái)完成了400G強(qiáng)度調(diào)制和相位調(diào)制技術(shù)的7個(gè)系列標(biāo)準(zhǔn)，并啟動(dòng)了800G光模塊標(biāo)準(zhǔn)化工作，以支持光系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用需求。

400G及Beyond 400G的進(jìn)展

ITU-T SG15 Q11工作組作為OTN技術(shù)的主要標(biāo)準(zhǔn)制定者，就400G OTN標(biāo)準(zhǔn)以外的階段性討論達(dá)成共識(shí)。第一階段主要圍繞800G OTN標(biāo)準(zhǔn)制定，主要關(guān)注如何承載800GE以太網(wǎng)業(yè)務(wù)、800G FlexO接口技術(shù)等，預(yù)計(jì)2023年底完成相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。第二階段重點(diǎn)是OTN 800G以上接口技術(shù)，將是2023年后標(biāo)準(zhǔn)討論的重點(diǎn)。

在第一階段工作中，ITU-T SG15 Q11已達(dá)成多項(xiàng)共識(shí)。針對(duì)承載IEEE802.3規(guī)定的800GE客戶端業(yè)務(wù)，確定了ODUflex（800G）速率以及800GE到OTN映射的參考點(diǎn)。從800GE以太網(wǎng)接口恢復(fù)的兩路257B格式的數(shù)據(jù)流按照257B的粒度進(jìn)行交織，形成一股數(shù)據(jù)流。

同時(shí)，為了解決257B帶來(lái)的對(duì)齊和MTTFPA（平均誤包接受時(shí)間）問(wèn)題，將ODUflex 4×3808行凈荷分為257B的整數(shù)倍塊和38bit填充，其中使用了32bit攜帶CRC32完成相關(guān)錯(cuò)誤標(biāo)記功能。為了簡(jiǎn)化ODUflex與以太網(wǎng)接口的時(shí)鐘倍頻關(guān)系，對(duì)于這257B數(shù)據(jù)流還需要進(jìn)行速率補(bǔ)償，以彌補(bǔ)800GE以太網(wǎng)處理中刪除的AM速率。

與400GE相比，為了節(jié)省傳輸帶寬，縮小以太網(wǎng)業(yè)務(wù)速率與OTN速率的差距，增加以太網(wǎng)業(yè)務(wù)與OTN速率同模塊的可能性，800GE到OTN映射的參考點(diǎn)由66B改為碼流轉(zhuǎn)為257B碼流。800GE PMA接口到OTN傳輸網(wǎng)絡(luò)的處理功能如下圖所示。

800GE到OTN的處理功能示意圖

在FlexO接口技術(shù)方面，根據(jù)傳輸距離不同，分為FlexO-x-RS短距離接口和FlexO-xD長(zhǎng)距離接口。其中，G.709.1中規(guī)定了FlexO-x-RS短距離接口，主要用于域間和域內(nèi)互連，傳輸距離通常在40km以內(nèi)。FlexO-xD接口在G.709.3中規(guī)定，主要用于相干接口的長(zhǎng)距離互連，傳輸距離通常為100~450km。

短距離接口標(biāo)準(zhǔn)方面，確定先修改G.709.1，定義通用的FlexO-8幀結(jié)構(gòu)、速率、開銷和映射技術(shù)，也方便OIF或OpenRoadm等其他標(biāo)準(zhǔn)組織的使用參考相關(guān)框架結(jié)構(gòu)。由于B100G FlexO能夠很好地支持高達(dá)800G速率，因此確定800G FlexO接口繼續(xù)復(fù)用基于1280×5140的FlexO幀結(jié)構(gòu)。

新增加的映射技術(shù)包括將以太網(wǎng)業(yè)務(wù)直接映射復(fù)用到FlexO-xe路徑。該路徑與傳統(tǒng)的B100G映射復(fù)用路徑相比，減少了ODUflex通道層和OTUCn復(fù)用段，并允許將多個(gè)100GE/200GE/400GE或1 800GE映射直接復(fù)用到FlexO-xe。

在長(zhǎng)距離接口標(biāo)準(zhǔn)方面，與400G FlexO接口相比，隨著單口800G傳輸帶寬的增加，在傳輸相同距離的前提下，對(duì)光器件和模塊的要求更加嚴(yán)格，因此在原有FlexO-x-DO全速率接口上增加了全速率接口FlexO-xe-DO，不僅降低了OTN復(fù)用層次，而且降低了FlexO-x-DO接口DSP幀導(dǎo)頻信號(hào)的插入頻率。該接口主要適用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)以太網(wǎng)業(yè)務(wù)復(fù)用傳輸，不支持OTUCn或ODUflex傳輸。與OIF 800ZR接口相比，可以通過(guò)FlexO 3R再生功能延長(zhǎng)傳輸距離。

總體來(lái)看，國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)組織已基本完成400G速率的光傳輸標(biāo)準(zhǔn)，其中128GBd以上基于QPSK調(diào)制的DWDM長(zhǎng)距離應(yīng)用是標(biāo)準(zhǔn)的重點(diǎn)；而B400G及以上速率包括800G甚至1.6T已成為ITU-T、OIF、IEEE802.3、CCSA等國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)組織的研究熱點(diǎn)。調(diào)制格式、映射技術(shù)、擴(kuò)展C+L光系統(tǒng)、高性能FEC等技術(shù)將成為標(biāo)準(zhǔn)化的關(guān)鍵技術(shù)。

資料來(lái)源：fibermall

擴(kuò)展閱讀

400G相干光器件發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)

密集波分復(fù)用技術(shù)已進(jìn)入單波400G相干通信傳輸時(shí)代。單波400G有多種調(diào)制格式，如64GBd-PM-16QAM、96GBd-PM-16QAM-PS、128GBd-PM-QPSK，調(diào)制格式階數(shù)越高，光信噪比要求越高，傳輸距離越短。相干光器件是相干通信的核心器件，包括相干光源和相干收發(fā)器件。相干收發(fā)器件按信號(hào)波特率可分為64GBd、96GBd和128GBd幾種。64GBd相干光器件實(shí)現(xiàn)單波400G短距傳輸（PM-16QAM），128GBd相干光器件實(shí)現(xiàn)單波400G長(zhǎng)距傳輸（PM-QPSK）。96GBd被認(rèn)為是過(guò)渡速率，本文將著重介紹64GBd和128GBd相干光器件發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)。

現(xiàn)狀

相干光源包括固定波長(zhǎng)激光器和波長(zhǎng)可調(diào)諧激光器。固定波長(zhǎng)激光器應(yīng)用于點(diǎn)到點(diǎn)的短距傳輸系統(tǒng)，滿足應(yīng)用需求的前提下大幅降低成本。波長(zhǎng)可調(diào)諧激光器應(yīng)用于密集波分復(fù)用系統(tǒng)，關(guān)鍵指標(biāo)包括線寬、功率、功耗、調(diào)諧范圍、調(diào)諧速度，其中128GBd應(yīng)用有C+L雙波段需求。波長(zhǎng)可調(diào)諧激光器按原理分外腔激光器和集成激光器，均可以滿足當(dāng)前商用需求，器件成本很大部分來(lái)自于復(fù)雜的生產(chǎn)組裝和測(cè)試定標(biāo)。外腔激光器為增益芯片和外腔濾波器芯片的集成，可以單芯片實(shí)現(xiàn)雙波段功能；集成激光器需要設(shè)計(jì)雙波段芯片切換方案。波長(zhǎng)可調(diào)諧激光器主流采用熱調(diào)方案實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)調(diào)諧，調(diào)諧時(shí)間為百秒量級(jí)。波長(zhǎng)可調(diào)諧激光器的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為OIF-iTLA實(shí)施協(xié)議，封裝尺寸朝小型化方向演進(jìn)，同時(shí)，朝窄線寬（目標(biāo)100kHz）、高功率（>+16dBm）、低功耗（<3W）、更快調(diào)諧時(shí)間不斷優(yōu)化。

相干收發(fā)器件是指包括光芯片、電芯片、承載基板/管殼和其他輔助元件的光電集成器件，實(shí)現(xiàn)相干調(diào)制和解調(diào)功能。相干收發(fā)器件的核心是光芯片，光芯片材料有硅光、磷化銦和薄膜鈮酸鋰等3種，其特性如表1所示。其中，硅光是當(dāng)前小型化可插拔模塊的主流選擇；薄膜鈮酸鋰屬于新材料和新技術(shù)，當(dāng)前尚未產(chǎn)品化，有望在128GBd時(shí)代廣泛應(yīng)用。

發(fā)展趨勢(shì)

相干光模塊和光器件的封裝形態(tài)發(fā)展趨勢(shì)是標(biāo)準(zhǔn)化，以滿足開放式光網(wǎng)絡(luò)中互聯(lián)互通需求，也有利于降低設(shè)計(jì)和制造成本。低功耗短距離相干光模塊主流封裝標(biāo)準(zhǔn)為QSFP-DD，大功耗長(zhǎng)距離高性能相干光模塊主流為CFP2封裝。在標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展方面，器件級(jí)有分立光器件（ICR/CDM）和收發(fā)集成光器件（IC-TROSA）協(xié)議，以及相干光源iTLA協(xié)議；模塊級(jí)有單跨短距離互聯(lián)互通的64GBd-PM-16QAM400ZR協(xié)議、多跨段互聯(lián)互通的64GBd-PM-16QAM的400GOpenZR+和OpenROADM等MSA（multisourceagreement）協(xié)議。

相干光模塊采用小型化可插拔封裝將成為主流，收發(fā)器件形態(tài)從分立向集成發(fā)展。數(shù)通模塊采用QSFP-DD封裝，電信模塊CFP2封裝成為主流。當(dāng)前400G相干QSFP-DD模塊可實(shí)現(xiàn)硅光器件和單通道EDFA的集成，應(yīng)用于低功耗的短距離傳輸場(chǎng)景。硅光器件集成DSP芯片，采用微電子封裝技術(shù)將是趨勢(shì)，也就是光電共封裝技術(shù)概念，即光芯片、模擬電芯片和DSP芯片共基板封裝，實(shí)現(xiàn)高速信號(hào)更優(yōu)的傳輸質(zhì)量，在高波特率信號(hào)傳輸時(shí)尤為重要；磷化銦器件集成窄線寬可調(diào)諧激光器將是趨勢(shì)，中長(zhǎng)期內(nèi)仍將存在分立器件和集成器件兩種形態(tài)，高速信號(hào)采用柔性電路板接口將是趨勢(shì)；長(zhǎng)期來(lái)看，薄膜鈮酸鋰器件和硅光的異質(zhì)集成將是趨勢(shì)。

相干400G傳輸從城域短距離向長(zhǎng)途傳輸演進(jìn)，促使相干收發(fā)器件波特率從64GBd邁向128GBd。2022年全球市場(chǎng)64GBd相干光器件約20多萬(wàn)只，2022年底Omdia預(yù)測(cè)未來(lái)五年相干400G模塊的年復(fù)合增長(zhǎng)率約為50%。2023年有128GBd相干光模塊的現(xiàn)網(wǎng)試驗(yàn)報(bào)道，預(yù)計(jì)基于128GBd-PM-QPSK的400G長(zhǎng)途傳輸技術(shù)即將成熟，2025年將規(guī)模商用。產(chǎn)業(yè)界64GBd相干收發(fā)器件現(xiàn)狀是硅光為主，磷化銦為輔，在128GBd時(shí)代將導(dǎo)入薄膜鈮酸鋰材料。

隨著相干收發(fā)器件速率或帶寬的提升，光電協(xié)同設(shè)計(jì)成為趨勢(shì)，以提高光電性能。相干收發(fā)器件中光芯片、電芯片以及基板/管殼的封裝結(jié)構(gòu)影響高速信號(hào)的傳輸質(zhì)量，一般來(lái)說(shuō)，小型化用BGA非氣密封裝，其他封裝用FPC接口。光器件中電芯片帶寬峰化將是必要功能，通過(guò)對(duì)光芯片、電芯片（以及DSP芯片）、基板的光電協(xié)同設(shè)計(jì)來(lái)保證光器件整體帶寬的滿足需求。

總體而言，64GBd相干光器件實(shí)現(xiàn)400G短距傳輸，處于商用上升期；128GBd相干光器件實(shí)現(xiàn)400G長(zhǎng)距傳輸，處于商用啟動(dòng)期。為滿足400G相干光傳輸系統(tǒng)更低成本、更高容量、更長(zhǎng)距離的需求，相干光器件將朝著標(biāo)準(zhǔn)化、小型化、高波特率、高性能等技術(shù)方向演進(jìn)。

來(lái)源：中興通訊，原文連接：https://www.zte.com.cn/china/about/magazine/zte-technologies/2023/6-cn/3/3.html

CIBIS峰會(huì)

由千家網(wǎng)主辦的2023年第24屆CIBIS筑智能化峰會(huì)即將正式拉開帷幕，本屆峰會(huì)主題為“智慧連接，‘筑’就未來(lái)”， 將攜手全球知名智能化品牌及業(yè)內(nèi)專家，共同探討物聯(lián)網(wǎng)、AI、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、IoT、智慧建筑、智能家居、智慧安防等熱點(diǎn)話題與最新技術(shù)應(yīng)用，分享如何利用更知慧、更高效、更安全的智慧連接技術(shù)，“筑”就未來(lái)美好智慧生活。歡迎建筑智能化行業(yè)同仁報(bào)名參會(huì)，分享交流！

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