數據中心網絡的快速發(fā)展導致光網絡帶寬需求猛增，每年以20%以上的速度增長，推動光傳輸網絡向更高速率、更大容量的解決方案發(fā)展。
目前，單波100G/200G WDM系統(tǒng)已在運營商骨干網大規(guī)模商用部署，單波400G系統(tǒng)已從城域網走向骨干網，成為業(yè)界關注和應用的焦點。行業(yè)。隨著400G光傳輸標準在各標準組織達成共識，Beyond 400G成為各標準組織感興趣的新話題。
光傳輸標準組織概況
光傳輸技術涉及的國際標準組織主要有ITU-T SG15、OIF、IEEE802.3以及各種MSA（多源協(xié)議），各國際標準組織的職責分配以及與光傳輸設備的對應關系如下：如圖1所示。
國際標準組織關系圖
光傳輸客戶設備輸出的100/200/400/800GE以太網接口規(guī)范由IEEE802.3定義。連接WDM設備和客戶設備的客戶側光模塊相關標準由OIF/MSA定義。WDM設備涉及到的業(yè)務信號封裝和光傳輸系統(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幀結構、映射，以及其他技術。線路側光模塊實現由OIF/MSA定義。
國內光傳輸標準組織主要有CCSA TC6 WG1和WG4工作組。WG1標準化的WDM設備具有較高的權威性，基本反映了國內三大運營商的要求和設備商的能力，而WG4主要定義了不同速率和應用的光模塊標準。
Beyond 400G光傳輸標準進展
近年來，OIF一直在各個標準組織中引領400G和800G相干光系統(tǒng)的標準化工作。2022年，OIF完成了400ZR標準規(guī)范。目前正在制定800G LR和ZR的規(guī)范，包括光系統(tǒng)參數、FEC、DSP、OTN映射等技術方面。預計將于2024年底完成。OIF的標準進展對ITU-T和IEEE 802.3的800G標準化的技術趨勢具有重要影響。
IEEE802.3在以太網接口規(guī)范方面具有絕對的權威。IEEE802.3正在標準化800G/1.6T以太網接口，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項目中就800G 10km應用是否采用IMDD（強度調制和直接檢測）還是相干技術進行了激烈的討論。
最終，802.3dj決定為800G 10km設定兩個項目目標，采用不同的技術解決方案?？梢钥吹?，隨著單通道速率的提升，相干技術正在不斷下沉和拓展其應用場景。
ITU-T SG15 Q6工作組自2018年發(fā)布100G DWDM規(guī)范以來，400G/800G的標準化進展緩慢。根本原因是ITU-T致力于標準化兼容多個制造商和嘗試的DWDM系統(tǒng)尋找一個參數來確定發(fā)射機的質量，但對于采用相干調制的DWDM系統(tǒng)很難取得滿意的結果。
2023年2月，Q6會議決定重啟400G標準化，并對800G標準化采取開放態(tài)度。同時，Q6未來對C+L擴展頻段的需求在800G DWDM的應用中得到了認可，Q6在400G和800G標準化方面的表現值得期待。
CCSA TC6 WG1先后完成了Nx400G光波分復用（WDM）系統(tǒng)的一系列行業(yè)標準，包括《Nx400G光波分復用（WDM）系統(tǒng)技術要求》、《城域Nx400G光波分復用（WDM）技術要求》 ）”和“擴展C波段光波分復用（WDM）系統(tǒng)的技術要求”。這些標準涵蓋了400G骨干、城域和擴展C頻段的應用，調制格式主要指定2x200Gbit/s PM-16QAM/PM-QPSK和400Gbit/s PM-16QAM。
同時，隨著DSP（數字信號處理）和高性能FEC（前向糾錯）技術的發(fā)展以及運營商的網絡建設需求，兩個行業(yè)標準，《Nx400Gbit/s超長距離光波分復用（WDM）系統(tǒng)技術要求》和《城域Nx800Gbit/s光波分復用（WDM）系統(tǒng)技術要求》是近兩年啟動的。這些標準將規(guī)定120Gbd以上基于QPSK調制格式的WDM光系統(tǒng)，并啟動800G城域網的研究，使我國走在長距離、高速的前沿。DWDM標準化。
CCSA TC6 WG4近三年來完成了400G強度調制和相位調制技術的7個系列標準，并啟動了800G光模塊標準化工作，以支持光系統(tǒng)標準的應用需求。
400G及Beyond 400G的進展
ITU-T SG15 Q11工作組作為OTN技術的主要標準制定者，就400G OTN標準以外的階段性討論達成共識。第一階段主要圍繞800G OTN標準制定，主要關注如何承載800GE以太網業(yè)務、800G FlexO接口技術等，預計2023年底完成相關標準。第二階段重點是OTN 800G以上接口技術，將是2023年后標準討論的重點。
在第一階段工作中，ITU-T SG15 Q11已達成多項共識。針對承載IEEE802.3規(guī)定的800GE客戶端業(yè)務，確定了ODUflex（800G）速率以及800GE到OTN映射的參考點。從800GE以太網接口恢復的兩路257B格式的數據流按照257B的粒度進行交織，形成一股數據流。
同時，為了解決257B帶來的對齊和MTTFPA（平均誤包接受時間）問題，將ODUflex 4×3808行凈荷分為257B的整數倍塊和38bit填充，其中使用了32bit攜帶CRC32完成相關錯誤標記功能。為了簡化ODUflex與以太網接口的時鐘倍頻關系，對于這257B數據流還需要進行速率補償，以彌補800GE以太網處理中刪除的AM速率。
與400GE相比，為了節(jié)省傳輸帶寬，縮小以太網業(yè)務速率與OTN速率的差距，增加以太網業(yè)務與OTN速率同模塊的可能性，800GE到OTN映射的參考點由66B改為碼流轉為257B碼流。800GE PMA接口到OTN傳輸網絡的處理功能如下圖所示。
800GE到OTN的處理功能示意圖
在FlexO接口技術方面，根據傳輸距離不同，分為FlexO-x-RS短距離接口和FlexO-xD長距離接口。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互連，傳輸距離通常在40km以內。FlexO-xD接口在G.709.3中規(guī)定，主要用于相干接口的長距離互連，傳輸距離通常為100~450km。
短距離接口標準方面，確定先修改G.709.1，定義通用的FlexO-8幀結構、速率、開銷和映射技術，也方便OIF或OpenRoadm等其他標準組織的使用參考相關框架結構。由于B100G FlexO能夠很好地支持高達800G速率，因此確定800G FlexO接口繼續(xù)復用基于1280×5140的FlexO幀結構。
新增加的映射技術包括將以太網業(yè)務直接映射復用到FlexO-xe路徑。該路徑與傳統(tǒng)的B100G映射復用路徑相比，減少了ODUflex通道層和OTUCn復用段，并允許將多個100GE/200GE/400GE或1 800GE映射直接復用到FlexO-xe。
在長距離接口標準方面，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，對光器件和模塊的要求更加嚴格，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復用層次，而且降低了FlexO-x-DO接口DSP幀導頻信號的插入頻率。該接口主要適用于點對點以太網業(yè)務復用傳輸，不支持OTUCn或ODUflex傳輸。與OIF 800ZR接口相比，可以通過FlexO 3R再生功能延長傳輸距離。
總體來看，國內外標準組織已基本完成400G速率的光傳輸標準，其中128GBd以上基于QPSK調制的DWDM長距離應用是標準的重點；而B400G及以上速率包括800G甚至1.6T已成為ITU-T、OIF、IEEE802.3、CCSA等國內外標準組織的研究熱點。調制格式、映射技術、擴展C+L光系統(tǒng)、高性能FEC等技術將成為標準化的關鍵技術。
資料來源：fibermall
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400G相干光器件發(fā)展現狀和趨勢
作者：中興光電子 沈百林，王會濤密集波分復用技術已進入單波400G相干通信傳輸時代。單波400G有多種調制格式，如64GBd-PM-16QAM、96GBd-PM-16QAM-PS、128GBd-PM-QPSK，調制格式階數越高，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)器件按信號波特率可分為64GBd、96GBd和128GBd幾種。64GBd相干光器件實現單波400G短距傳輸（PM-16QAM），128GBd相干光器件實現單波400G長距傳輸（PM-QPSK）。96GBd被認為是過渡速率，本文將著重介紹64GBd和128GBd相干光器件發(fā)展現狀和趨勢。
現狀
相干光源包括固定波長激光器和波長可調諧激光器。固定波長激光器應用于點到點的短距傳輸系統(tǒng)，滿足應用需求的前提下大幅降低成本。波長可調諧激光器應用于密集波分復用系統(tǒng)，關鍵指標包括線寬、功率、功耗、調諧范圍、調諧速度，其中128GBd應用有C+L雙波段需求。波長可調諧激光器按原理分外腔激光器和集成激光器，均可以滿足當前商用需求，器件成本很大部分來自于復雜的生產組裝和測試定標。外腔激光器為增益芯片和外腔濾波器芯片的集成，可以單芯片實現雙波段功能；集成激光器需要設計雙波段芯片切換方案。波長可調諧激光器主流采用熱調方案實現波長調諧，調諧時間為百秒量級。波長可調諧激光器的行業(yè)標準為OIF-iTLA實施協(xié)議，封裝尺寸朝小型化方向演進，同時，朝窄線寬（目標100kHz）、高功率（>+16dBm）、低功耗（<3W）、更快調諧時間不斷優(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，實現相干調制和解調功能。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，當前尚未產品化，有望在128GBd時代廣泛應用。
發(fā)展趨勢
相干光模塊和光器件的封裝形態(tài)發(fā)展趨勢是標準化，以滿足開放式光網絡中互聯互通需求，也有利于降低設計和制造成本。低功耗短距離相干光模塊主流封裝標準為QSFP-DD，大功耗長距離高性能相干光模塊主流為CFP2封裝。在標準發(fā)展方面，器件級有分立光器件（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；模塊級有單跨短距離互聯互通的64GBd-PM-16QAM400ZR協(xié)議、多跨段互聯互通的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。數通模塊采用QSFP-DD封裝，電信模塊CFP2封裝成為主流。當前400G相干QSFP-DD模塊可實現硅光器件和單通道EDFA的集成，應用于低功耗的短距離傳輸場景。硅光器件集成DSP芯片，采用微電子封裝技術將是趨勢，也就是光電共封裝技術概念，即光芯片、模擬電芯片和DSP芯片共基板封裝，實現高速信號更優(yōu)的傳輸質量，在高波特率信號傳輸時尤為重要；磷化銦器件集成窄線寬可調諧激光器將是趨勢，中長期內仍將存在分立器件和集成器件兩種形態(tài)，高速信號采用柔性電路板接口將是趨勢；長期來看，薄膜鈮酸鋰器件和硅光的異質集成將是趨勢。
相干400G傳輸從城域短距離向長途傳輸演進，促使相干收發(fā)器件波特率從64GBd邁向128GBd。2022年全球市場64GBd相干光器件約20多萬只，2022年底Omdia預測未來五年相干400G模塊的年復合增長率約為50%。2023年有128GBd相干光模塊的現網試驗報道，預計基于128GBd-PM-QPSK的400G長途傳輸技術即將成熟，2025年將規(guī)模商用。產業(yè)界64GBd相干收發(fā)器件現狀是硅光為主，磷化銦為輔，在128GBd時代將導入薄膜鈮酸鋰材料。
隨著相干收發(fā)器件速率或帶寬的提升，光電協(xié)同設計成為趨勢，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/管殼的封裝結構影響高速信號的傳輸質量，一般來說，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，通過對光芯片、電芯片（以及DSP芯片）、基板的光電協(xié)同設計來保證光器件整體帶寬的滿足需求。
總體而言，64GBd相干光器件實現400G短距傳輸，處于商用上升期；128GBd相干光器件實現400G長距傳輸，處于商用啟動期。為滿足400G相干光傳輸系統(tǒng)更低成本、更高容量、更長距離的需求，相干光器件將朝著標準化、小型化、高波特率、高性能等技術方向演進。
來源：中興通訊，原文連接：https://www.zte.com.cn/china/about/magazine/zte-technologies/2023/6-cn/3/3.html
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