400G和800G相干光传输标准最新进展-千家网 -

来源：千家网 2023-09-21

导读

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……

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

扩展阅读

400G相干光器件发展现状和趋势

作者：中兴光电子沈百林，王会涛

密集波分复用技术已进入单波400G相干通信传输时代。单波400G有多种调制格式，如64GBd-PM-16QAM、96GBd-PM-16QAM-PS、128GBd-PM-QPSK，调制格式阶数越高，光信噪比要求越高，传输距离越短。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发器件。相干收发器件按信号波特率可分为64GBd、96GBd和128GBd几种。64GBd相干光器件实现单波400G短距传输（PM-16QAM），128GBd相干光器件实现单波400G长距传输（PM-QPSK）。96GBd被认为是过渡速率，本文将着重介绍64GBd和128GBd相干光器件发展现状和趋势。

现状

相干光源包括固定波长激光器和波长可调谐激光器。固定波长激光器应用于点到点的短距传输系统，满足应用需求的前提下大幅降低成本。波长可调谐激光器应用于密集波分复用系统，关键指标包括线宽、功率、功耗、调谐范围、调谐速度，其中128GBd应用有C+L双波段需求。波长可调谐激光器按原理分外腔激光器和集成激光器，均可以满足当前商用需求，器件成本很大部分来自于复杂的生产组装和测试定标。外腔激光器为增益芯片和外腔滤波器芯片的集成，可以单芯片实现双波段功能；集成激光器需要设计双波段芯片切换方案。波长可调谐激光器主流采用热调方案实现波长调谐，调谐时间为百秒量级。波长可调谐激光器的行业标准为OIF-iTLA实施协议，封装尺寸朝小型化方向演进，同时，朝窄线宽（目标100kHz）、高功率（>+16dBm）、低功耗（<3W）、更快调谐时间不断优化。

相干收发器件是指包括光芯片、电芯片、承载基板/管壳和其他辅助元件的光电集成器件，实现相干调制和解调功能。相干收发器件的核心是光芯片，光芯片材料有硅光、磷化铟和薄膜铌酸锂等3种，其特性如表1所示。其中，硅光是当前小型化可插拔模块的主流选择；薄膜铌酸锂属于新材料和新技术，当前尚未产品化，有望在128GBd时代广泛应用。

发展趋势

相干光模块和光器件的封装形态发展趋势是标准化，以满足开放式光网络中互联互通需求，也有利于降低设计和制造成本。低功耗短距离相干光模块主流封装标准为QSFP-DD，大功耗长距离高性能相干光模块主流为CFP2封装。在标准发展方面，器件级有分立光器件（ICR/CDM）和收发集成光器件（IC-TROSA）协议，以及相干光源iTLA协议；模块级有单跨短距离互联互通的64GBd-PM-16QAM400ZR协议、多跨段互联互通的64GBd-PM-16QAM的400GOpenZR+和OpenROADM等MSA（multisourceagreement）协议。

相干光模块采用小型化可插拔封装将成为主流，收发器件形态从分立向集成发展。数通模块采用QSFP-DD封装，电信模块CFP2封装成为主流。当前400G相干QSFP-DD模块可实现硅光器件和单通道EDFA的集成，应用于低功耗的短距离传输场景。硅光器件集成DSP芯片，采用微电子封装技术将是趋势，也就是光电共封装技术概念，即光芯片、模拟电芯片和DSP芯片共基板封装，实现高速信号更优的传输质量，在高波特率信号传输时尤为重要；磷化铟器件集成窄线宽可调谐激光器将是趋势，中长期内仍将存在分立器件和集成器件两种形态，高速信号采用柔性电路板接口将是趋势；长期来看，薄膜铌酸锂器件和硅光的异质集成将是趋势。

相干400G传输从城域短距离向长途传输演进，促使相干收发器件波特率从64GBd迈向128GBd。2022年全球市场64GBd相干光器件约20多万只，2022年底Omdia预测未来五年相干400G模块的年复合增长率约为50%。2023年有128GBd相干光模块的现网试验报道，预计基于128GBd-PM-QPSK的400G长途传输技术即将成熟，2025年将规模商用。产业界64GBd相干收发器件现状是硅光为主，磷化铟为辅，在128GBd时代将导入薄膜铌酸锂材料。

随着相干收发器件速率或带宽的提升，光电协同设计成为趋势，以提高光电性能。相干收发器件中光芯片、电芯片以及基板/管壳的封装结构影响高速信号的传输质量，一般来说，小型化用BGA非气密封装，其他封装用FPC接口。光器件中电芯片带宽峰化将是必要功能，通过对光芯片、电芯片（以及DSP芯片）、基板的光电协同设计来保证光器件整体带宽的满足需求。

总体而言，64GBd相干光器件实现400G短距传输，处于商用上升期；128GBd相干光器件实现400G长距传输，处于商用启动期。为满足400G相干光传输系统更低成本、更高容量、更长距离的需求，相干光器件将朝着标准化、小型化、高波特率、高性能等技术方向演进。

来源：中兴通讯，原文连接：https://www.zte.com.cn/china/about/magazine/zte-technologies/2023/6-cn/3/3.html

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