400G和800G相干光传输标准最新进展

作者:兰洋科技    浏览量:4450    时间:2023年10月04日    标签: 光纤电缆 机房综合布线

数据中心网络的快速发展导致光网络带宽需求猛增,每年以20%以上的速度增长,推动光传输网络向更高速率、更大容量的解决方案发展。

目前,单波100G/200G WDM系统已在运营商骨干网大规模商用部署,单波400G系统已从城域网走向骨干网,成为业界关注和应用的焦点。行业。随着400G光传输标准在各标准组织达成共识,Beyond 400G成为各标准组织感兴趣的新话题。

光传输标准组织概况

光传输技术涉及的国际标准组织主要有ITU-T SG15、OIF、IEEE802.3以及各种MSA(多源协议),各国际标准组织的职责分配以及与光传输设备的对应关系如下:如图1所示。

400G和800G相干光传输标准最新进展

国际标准组织关系图

光传输客户设备输出的100/200/400/800GE以太网接口规范由IEEE802.3定义。连接WDM设备和客户设备的客户侧光模块相关标准由OIF/MSA定义。WDM设备涉及到的业务信号封装和光传输系统,系统规范由ITU-T SG15定义,其中ITU-T SG15 Q5涉及光纤,Q6涉及WDM系统和光器件,Q11定义了OTN帧结构、映射,以及其他技术。线路侧光模块实现由OIF/MSA定义。

国内光传输标准组织主要有CCSA TC6 WG1和WG4工作组。WG1标准化的WDM设备具有较高的权威性,基本反映了国内三大运营商的要求和设备商的能力,而WG4主要定义了不同速率和应用的光模块标准。

Beyond 400G光传输标准进展 

近年来,OIF一直在各个标准组织中引领400G和800G相干光系统的标准化工作。2022年,OIF完成了400ZR标准规范。目前正在制定800G LR和ZR的规范,包括光系统参数、FEC、DSP、OTN映射等技术方面。预计将于2024年底完成。OIF的标准进展对ITU-T和IEEE 802.3的800G标准化的技术趋势具有重要影响。

IEEE802.3在以太网接口规范方面具有绝对的权威。IEEE802.3正在标准化800G/1.6T以太网接口,包括单通道100G和200G两路不同传输距离的接口。值得一提的是,2023年,IEEE802.3dj项目中就800G 10km应用是否采用IMDD(强度调制和直接检测)还是相干技术进行了激烈的讨论。

最终,802.3dj决定为800G 10km设定两个项目目标,采用不同的技术解决方案。可以看到,随着单通道速率的提升,相干技术正在不断下沉和拓展其应用场景。

ITU-T SG15 Q6工作组自2018年发布100G DWDM规范以来,400G/800G的标准化进展缓慢。根本原因是ITU-T致力于标准化兼容多个制造商和尝试的DWDM系统寻找一个参数来确定发射机的质量,但对于采用相干调制的DWDM系统很难取得满意的结果。

2023年2月,Q6会议决定重启400G标准化,并对800G标准化采取开放态度。同时,Q6未来对C+L扩展频段的需求在800G DWDM的应用中得到了认可,Q6在400G和800G标准化方面的表现值得期待。

CCSA TC6 WG1先后完成了Nx400G光波分复用(WDM)系统的一系列行业标准,包括《Nx400G光波分复用(WDM)系统技术要求》、《城域Nx400G光波分复用(WDM)技术要求》 )”和“扩展C波段光波分复用(WDM)系统的技术要求”。这些标准涵盖了400G骨干、城域和扩展C频段的应用,调制格式主要指定2x200Gbit/s PM-16QAM/PM-QPSK和400Gbit/s PM-16QAM。

同时,随着DSP(数字信号处理)和高性能FEC(前向纠错)技术的发展以及运营商的网络建设需求,两个行业标准,《Nx400Gbit/s超长距离光波分复用(WDM)系统技术要求》和《城域Nx800Gbit/s光波分复用(WDM)系统技术要求》是近两年启动的。这些标准将规定120Gbd以上基于QPSK调制格式的WDM光系统,并启动800G城域网的研究,使我国走在长距离、高速的前沿。DWDM标准化。

CCSA TC6 WG4近三年来完成了400G强度调制和相位调制技术的7个系列标准,并启动了800G光模块标准化工作,以支持光系统标准的应用需求。

400G及Beyond 400G 的进展

ITU-T SG15 Q11工作组作为OTN技术的主要标准制定者,就400G OTN标准以外的阶段性讨论达成共识。第一阶段主要围绕800G OTN标准制定,主要关注如何承载800GE以太网业务、800G FlexO接口技术等,预计2023年底完成相关标准。第二阶段重点是OTN 800G以上接口技术,将是2023年后标准讨论的重点。

在第一阶段工作中,ITU-T SG15 Q11已达成多项共识。针对承载IEEE802.3规定的800GE客户端业务,确定了ODUflex(800G)速率以及800GE到OTN映射的参考点。从800GE以太网接口恢复的两路257B格式的数据流按照257B的粒度进行交织,形成一股数据流。

同时,为了解决257B带来的对齐和MTTFPA(平均误包接受时间)问题,将ODUflex 4×3808行净荷分为257B的整数倍块和38bit填充,其中使用了32bit携带CRC32完成相关错误标记功能。为了简化ODUflex与以太网接口的时钟倍频关系,对于这257B数据流还需要进行速率补偿,以弥补800GE以太网处理中删除的AM速率。

与400GE相比,为了节省传输带宽,缩小以太网业务速率与OTN速率的差距,增加以太网业务与OTN速率同模块的可能性,800GE到OTN映射的参考点由66B改为码流转为257B码流。800GE PMA接口到OTN传输网络的处理功能如下图所示。

400G和800G相干光传输标准最新进展

800GE到OTN的处理功能示意图

在FlexO接口技术方面,根据传输距离不同,分为FlexO-x-RS短距离接口和FlexO-xD长距离接口。其中,G.709.1中规定了FlexO-x-RS短距离接口,主要用于域间和域内互连,传输距离通常在40km以内。FlexO-xD接口在G.709.3中规定,主要用于相干接口的长距离互连,传输距离通常为100~450km。

短距离接口标准方面,确定先修改G.709.1,定义通用的FlexO-8帧结构、速率、开销和映射技术,也方便OIF或OpenRoadm等其他标准组织的使用参考相关框架结构。由于B100G FlexO能够很好地支持高达800G速率,因此确定800G FlexO接口继续复用基于1280×5140的FlexO帧结构。

新增加的映射技术包括将以太网业务直接映射复用到FlexO-xe路径。该路径与传统的B100G映射复用路径相比,减少了ODUflex通道层和OTUCn复用段,并允许将多个100GE/200GE/400GE或1 800GE映射直接复用到FlexO-xe。

在长距离接口标准方面,与400G FlexO接口相比,随着单口800G传输带宽的增加,在传输相同距离的前提下,对光器件和模块的要求更加严格,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,不仅降低了OTN复用层次,而且降低了FlexO-x-DO接口DSP帧导频信号的插入频率。该接口主要适用于点对点以太网业务复用传输,不支持OTUCn或ODUflex传输。与OIF 800ZR接口相比,可以通过FlexO 3R再生功能延长传输距离。

总体来看,国内外标准组织已基本完成400G速率的光传输标准,其中128GBd以上基于QPSK调制的DWDM长距离应用是标准的重点;而B400G及以上速率包括800G甚至1.6T已成为ITU-T、OIF、IEEE802.3、CCSA等国内外标准组织的研究热点。调制格式、映射技术、扩展C+L光系统、高性能FEC等技术将成为标准化的关键技术。

资料来源:fibermall

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