探析100G波分技术及其应用实践

□陈晓岚

身份证号： 45222419850901**** 广西南宁

[摘要]随着4G/5G无线通信网络以及家庭宽带数据传输业务的高速发展，数据通信业务呈几何倍的增长，迫切需求大容量的光通信传输网络。因此，如何利用现有的光纤传输系统，进一步提高光通信容量以满足日益膨胀的需求，已成为光通信领域研究的重点。而基于密集波分复用（DWDM）技术的100G波分系统，是我国目前产业链最成熟、使用最广泛的光网络热点技术。本文结合100G波分技术对其应用进行研究探讨，希望为相关技术人员提供参考。

[关键词]100G；波分技术；应用；实践；

引言

当前我国社会经济的快速发展和人们生活水平的提高，在此背景下数据互联网得到了迅猛发展，如果依靠传统的光传输技术给城域网提供上网流量，将会导致用户上网的卡顿和网速不佳。随着光网络技术的快速发展，波分系统已经成为数据传输网络带宽组网的理想选择，其组网技术已经从10G、40G提升到100G、超100G。100G波分系统的应用，突破了传统波分复用方式对光色散、非线性的限制，促进了城域网的发展进步。

一、100G波分技术简述

100G波分技术采用的是OTN波分技术，即光传送网，它的基础是密集波分复用技术。密集波分复用技术(DWDM)是一种能在一根光纤上同时传送多个携带有电信息（数字或模拟）的光载波，从而实现系统扩容的光纤通信技术。它将多种不同波长的光信号组合（复用）起来进行传输，传输后将光纤中组合的光信号再分离开（解复用），送入不同的光通信终端，即在一根物理光纤上提供多个虚拟的光纤通道，可省掉大量的光纤资源[1]。密集波分复用技术可以让光纤传输量得到极大的增加，利用DWDM技术在同一根光纤中同时传送的波长数量现在已经远超200个。

二、100G波分技术应用推动背景

数据业务特别是视频和P2P应用的快速发展，使得IP业务流量急剧增长，以往的2.5G、10G、40G波分系统的承载能力已经难以适应大量业务需求，由此对现有城域网络和省际、国际骨干通信网络的传输带宽承载提出了更高要求。为了缓解移动智能终端、宽带接入、云计算等新兴业务对网络带宽造成的巨大压力，100G波分技术凭借其先进的编码技术、超强前置纠错技术、相干光接收技术和DSP电域色散补偿技术等，为其在干线网络中大规模部署创造了条件，波分系统光传输技术也从以往主流的10G/40G迈向1OOG演进，成为光传输技术的主流技术。100G波分技术的使用，能够为城域网提供更高的上网速度和可靠保证。

三、100G波分技术应用优势

100Gb/s波分技术相比以往广泛在城域网中应用的10Gb/s和40Gb/s波分技术，主要优点体现在几方面：

(1)码型调制技术。码型调制技术是光信号长距离传输后的一种优化技术。100G波分技术引入码型调制技术，可合理调制光信号的各项参数，提升光信号的强度,从而强化信号传输的可靠性，避免信号在干扰因素影响下出现遗漏或篡改等问题。码型调制技术可调制的信号参数较多，如振幅、频率等，可减少通信信号在长距离运输中的损耗,为用户提供更优质的通信体验，提升通信业务质量[2]；(2)前向纠错编码技术。前向纠错编码技术即称之为FEC技术，它在光纤通信中的应用研究起步较晚，在100G波分技术中才有着比较广泛使用。前向纠错编码技术通常在信息传递的时候，允许信息接收的一方针对信息当中的有限个错误进行监测和更正。使用这项技术以后就能在避免信息重传的情况下保证信息的准确性，从而提升了信息传递的精确性和真实性[3]。这项技术在100G波分技术中的使用，能够让信号传递不受其他因素的干扰，也减少为信息重传的风险，从而提升网速。除了调制外，前向纠错技术在确保信号的长距可靠传输方面也有着非常重要的作用。相比于10G系统，100G的OSNR需要提高10倍，这需要多种技术的组合应用才能实现，其中就包括FEC。FEC技术可以采用编码冗余度和相应芯片处理复杂度换取更大的信号增益，这也是改善100Gb/s波分系统OSNR要求的关键技术之一。在相同的速率下，软判决FEC比硬判决FEC的净编码增值高出约2dB，且能够有效降低功耗；(3)相干接收和DSP处理技术。在100G波分技术当中，其相干接收技术是在接收设备中通过载波相位信息去检测并接收光信号，首先可以利用偏振分束器将光信号进行拆分，分成两个不同垂直方向的光信号。在这一过程中产生任何其它方向的光信号都会被屏蔽掉。而接收端本振激光器通过锁定相位技术，得到与发送端输出的信号同频同相的相干光信号。相干接收技术的好处在于即使在长距离的传输中，光信号叠加了干扰和噪声，只要接收端接收到的相位正确，就能恢复出光信号原本的数据。接收完成后的光信号与本振信号相干后，通过高精度的模数转换，将信号变成二进制的数字码流，将数字码流送到DSP处理单元中进行高速的数字处理，将噪声、色散和非线性等干扰因素去除，最终还原出从发出端发出的100G光信号[4]。经过以上处理后，使得光信号在实际使用中的精确度和可靠性更高。所以，100G传输技术选择了相干光接收技术，在采用了相干接收的DSP处理技术后，增强了100Gb/s传输系统在复杂城域网中的适应性，有利于降低传输网后期优化风险；(4)低噪声光放技术。光纤链路中光放大器对光信号进行放大时，不但能对输入的光信号和噪声进行相同增益的放大，而且还会额外增加一部分ASE噪声功率。这种噪声还会沿着光纤链路中配置的光放大器逐渐积累起来，这也是导致光信号在光纤链路传播时光信噪比（OSNR）逐步降低的主要原因。相对于100G波分系统，仍然大量使用光放大器，但由于入纤功率的降低和光纤衰减的存在，以及通过优化实现光放大器的低噪声系数，在提升光放大器的光信噪声比方面已有很大进步；(5)客户侧接口。相较40GE客户侧接口传输距离1m、10m、100m和10km，100GE客户侧接口在光纤直连组网具有明显优势,其丰富的客户侧接口传输距离和类型，更有利于后期城域网中传输网规划建设。

可见，100G波分技术相对于传统的波分技术来说具有非常大的优势，大带宽，全业务，智能化，能够在满足用户多种业务上网需要的同时，提升用户的满意程度。另外，若电信运营商现有光纤资源不足，需要重新建设光纤或急需扩容业务，因建设周期长投资大，难以满足业务需求时，可以充分利用现网光纤资源，通过利用100G波分设备，充分发挥光纤大容量特性，从而提升光纤带宽资源的利用率，实现全业务的任意接入与灵活调度。此外，100G波分技术的光电器件安全性能更高，智能化程度更高。因此这项技术对上网的支持也更加可靠，降低出现网络故障的概率。最后，100G 波分技术可以利用EDFA进行超远距离的高速传输。因为100G波分技术的优越性能，其被广泛应用于实际通信网络传输解决方案中，极大地满足了高速上网需求。

四、100G波分技术应用实践

100G波分系统可广泛运用于长途骨干网络、数据中心互联和城域网的建设中，目前我国运营商基本都运用了单波长100G 技术来搭建长途骨干网络和进行城域网的建设，这种技术能有效解决两个核心路由器之间的客户端口之间的互联问题，实现了两地的高速传输。

1、长途骨干网应用。随着移动互联网业务迅猛发展和5G网络全面商用，各电信运营商的数据业务也大幅增长，以往建成的10G和40G的波道迅速被消耗掉，急需引入100G波分系统以便为长途骨干网络提供超大带宽。因为长途骨干网的无中继传输距离至少要达到1000-1500KM，经过长途传输，信号中的的噪声明显增加。运用偏振四相位编码调制（PM-QPSK）技术，通过偏振分集检测，解码内差和零差的结构，消除信号处理过程中的噪声。现有长途骨干网OTN网络管理都是从以前的WDM网管系统升级而来，完全满足 100G OTN网络系统配置、性能告警、故障分析和安全管理等网络管理和维护要求。

2、城域网组网应用。100G波分技术在城域网中的应用最显著成果就是长距离的信号传输，其能够使长距离传输不会受损，光信号传播过程中产生的色散和噪声现象都被大幅消除，在提升信号质量上取得了比较好的成果，能够保证信号的完整性和精确性，也不轻易出现故障，这样就能够满足偏远地区的上网需求，推动互联网技术的发展和应用。另外，100G波分技术能够节约建设成本，减少资源的使用和浪费，这样不仅使得网络运营成本降低，使用上网价格也大大降低，这样有助于这项技术的推广使用。而在城域网组网中，有着大量的政企客户专线、宽带电视、视频点播、视频直播、部署4G/5G网络等业务，汇聚层和接入层接口数量不断攀升，城域网带宽承载压力更加大。波分技术的应用具有组网灵活、拓展性强、可靠性高、容量大与成本低等优势，为保障上网用户的稳定可靠通信，城域网需要逐渐替换掉10G、40G波分系统，引入更先进的100G波分系统传输技术来提升网络的承载力。在城域网组网过程中，如果运用100G OTN 设备进行城域网核心层的组网，增加城域网核心层的带宽流量和长途传输设备的业务接口。因此，100G波分技术在城域网中的应用意义巨大，能够适应当前城域网组网的发展趋势。而随着超100G波分技术的逐渐成熟与商用，相信将来用户上网体验会迎来翻天覆地的变化。

3、数据中心互联互通应用。随着我国社会经济的快速发展，对互联网的需求也跟着水涨船高，数据中心不再是各电信运营商的标配，很多大型企业、机关学校、事业单位等都在全国甚至全世界范围内建立了多个数据中心。数据中心的互联互通，通常对于带宽的实时性要求很高，同时还要求较低的时延性。100G波分系统能做到低延时、高可靠，完全满足数据中心互联互通的高要求应用。

4、应用实践建议。100G波分系统较10G和40G波分系统技术优势明显，当前100G波分技术已经得到大规模商用。在进行100G OTN网络规划建设时，还需要注意以下几个事项：(1)网络架构方面。环网建设时包含了OTM和OLA站点的建设，由于业务调度的层次较多，需要设计一部分ROADM站点；(2)安全保护方面。随着我国对于信息安全的重视程度越来越高，在光缆建设方面，应配置光线路保护系统（OLP）自动切换策略，对于重要的数据专线，在客户端应该采取双链路的方式保护光缆安全；(3)当选择100G波分系统时，不管是应用于干线传输还是乡镇传输，应该综合考虑性能和成本因素，不要对其实现方式和差异性进行限制，只要符合实际应用场景需求即可。

五、结语

简而言之，100G波分技术具有巨大的承载能力和多样性接入端口，是目前应用于互联网服务的一项关键技术，它能够让信号的传递效率更快，从而提高上网速度，减少用户上网卡顿，同时在传输信号时候能够保证信号质量和可靠性。当前100G波分技术已经在干线传输系统中规模应用，取得了良好的社会效益。

【参考文献】

[1]钟昌锦,刘斌,付益,李沼云.密集波分复用(DWDM)技术实现原理分析[J]广东通信技术.2021(04)

[2]刘志峰.探讨100G波分技术在城域网中的应用[J]通讯世界.2019(11)

[3]卢向辉.对100G波分技术在城域网中的应用思考[J]数字通信世界.2019（05）

[4]马鑫.大容量100G OTN关键技术及其在电力通信中的应用分析[J]通讯世界.2019(11)

[5]作者简介：陈晓岚(1985-09)，女，广西象州县人，2008年7月北京交通大学光信息科学与技术专业毕业，大学本科学历，学士学位，工程师，一级建造师，曾长期履职于中国移动通信集团广西有限公司地市分公司重要技术岗位，尤其擅长主持通信网络本地传输网、波分系统网络、LTE基站IP地址规划、OLT设备故障处理等技术支撑工作，同时在主导信息通信技术相关学科课题培训以及项目研发方面取得优异成果。