自2010年以來，IEEE、OIF、ITU-T先后發布了100G相關技術規范，包括100G以太網技術、100G OTN接口技術、100G WDM調制技術、FEC技術、OTU4幀結構及映射復用方式等；國內CCSA于2012年完成行標《N×100 Gbit/s光波分復用（WDM）系統技術要求》，推動100G WDM技術快速發展。
目前的100G WDM產品還屬于第一代產品，其主要具有以下特點。
a） 線路側彩光發送端統一采用偏振復用和QPSK調制技術（PM-（D）QPSK）、增強型的FEC編碼技術（包括軟判決和硬判決2種主要方式）；接收端采用差分相干檢測和DSP處理等方式；光纖色度色散和偏振模色散（PMD）通過高速信號處理（DSP）技術在電域進行補償，不再采用傳統色散補償模塊。
b） 能夠實現1 000 km以上的長距離傳輸，長距離傳輸能力還需要進一步提升。
c） 光模塊和芯片技術還需要進一步優化。設備的集成度和單位功耗還沒有達到明顯優于40G產品的預期。
d） 普遍采用OTN平臺，兼容傳統點到點WDM和OTN應用。
e） 軟判決FEC技術的能力在不斷穩定和提高。
隨著光放大器技術的改進、超長傳輸技術的應用、光/電子集成技術的發展，下一代100G WDM系統碼型調制技術不會改變，但將在長距離傳輸能力、集成度和功耗等方面有較大的改進。
2 100G WDM關鍵參數對網絡應用的影響
2.1 色散/PMD補償技術的變化對系統設計的影響
100G WDM技術采用高速信號處理技術對光纖的色散和偏振模色散進行補償，色度色散補償能力達到30 000 ps/nm以上、PMD補償能力達到25 ps以上。根據近4年對國內大量運營5~15年的干線光纜測試數據分析，光纖色度色散系數基本不會隨應用時間而變化，光纖PMD隨應用時間會有一定的增加，但1 500 km光纖的PMD還是遠小于25 ps。這一技術對系統設計的好處是非常顯著的。
a） 與10G和傳統40G WDM系統相比，100G WDM系統在應用中完全不需要考慮線路色度色散和PMD的影響和補償，將100G WDM系統的傳輸線路受限因素從光纖的衰減、色度色散、PMD簡化為僅考慮衰減受限，不需要再考慮在系統中每個光放站該如何合理選擇色散補償模塊（DCM），以保證色散補償效果和系統性能最佳，大大簡化了系統設計的復雜性。
b） 采用DSP進行色散補償，對線路色散變化不敏感，實驗室測試結果表明，在配置光復用段保護（OMSP）的系統中，主備用路由光纖色散相差17 000 ps/nm以上，業務保護倒換時間不超過100 ms，這樣的結果表明，在WDM系統中采用OLP、OMSP等光層保護技術的情況下，基本可以不考慮主備用路由色散差異對保護倒換時間的影響。相比傳統40G WDM系統，除配置DCM模塊外，還需要在每個OTU上配置單波電可調色散補償模塊（ADC）針對DCM補償后的各波道殘余色散差異進行微調補償，這種電可調色散補償模塊的響應速度比較慢，為保證在采用OLP、OMSP等光層保護技術的系統中的保護倒換時間盡量短，一般要求主備用路由殘余色散差異不超過100 ps/nm。
2.2 光放大器結構優化對系統設計的影響
光放大器的噪聲系數（NF）是限制WDM系統長距離傳輸能力的主要參數之一，通過降低光放大器的NF可以有效提高WDM系統的長距離傳輸能力。在100G WDM系統中，由于不需要進行色散補償，光放大器的結構可以進行優化，降低NF。10G和40G WDM系統中典型EDFA結構如圖1（a）所示，采用兩級放大器結構，在兩級放大器之間，預留連接DCM的接頭，如果不需要配置DCM，則需要在配置DCM的位置配置衰耗器，兩級放大器的主要目的是補償DCM帶來的插入損耗（4~10 dB）。這種光放大器的NF比較大，一般在6 dB以上。在100G WDM系統中，由于不需要DCM，放大器的結構可以簡化為單級結構，如圖1（b）所示。隨著結構的簡化，同時對EDFA的泵浦源進行波長上的優化，可將NF降低到5 dB以下。NF從6 dB以上，降低到5 dB以下，大于1 dB的NF優化，在相同系統配置條件下，可以使系統的傳輸距離增長4個光放段，約300 km以上。
2.3 PM-（D）QPSK調制技術對長跨段應用的影響
PM-（D）QPSK調制技術對非線性效應非常敏感，尤其是由于入纖功率過高造成的非線性效應的影響。入纖功率是網絡設計中關注的主要參數之一，也是唯一在現網應用中可以通過系統設計優化改善非線性效應的參數。非線性效應對系統性能的影響通常通過系統光通道代價來反映，通過實驗室對16個N×25 dB模型系統，分別在入纖功率為0、1、2和3 dBm的情況下進行OSNR光通道代價測試，結果如圖2所示。
系統入纖功率為0~2 dBm，系統OSNR代價有一定增加，在短波長區的變化比較明顯，但多數在1 dBm以內，入纖功率升到3 dBm，系統的OSNR代價明顯增加，接近甚至超過2 dB。因此業界普遍認為入纖功率在1 dBm以下，系統性能比較可靠，2 dBm以下可以接受，但更高的入纖功率顯然不合理。
入纖功率的限制，導致100G WDM系統對超長的光放段（衰減大于30 dB）非常敏感，在系統中存在這種光放段的情況下，系統的長距離傳輸能力將大打折扣，從而增大網絡建設和運營成本。可以預見，在未來的超100G WDM系統中，非線性效應仍將是非常重要的限制因素，建議在新建光纜線路時，光放段的設置應注意避免超長跨段出現。
2.4 OPU4速率規范對業務應用的影響
業務信號的全透明傳輸是對傳送網的基本要求，ITU-T G.709提出的OPU2和OPU3速率小于10GE以太網（10 312 500 kbit/s）和40GE以太網（41 250 000 kbit/s）的速率（見表1），導致10GE和40GE以太網信號分別映射到OPU2和OPU3中時，需要首先采用GFP封裝將以太網信號波特率進行壓縮，造成客戶信號不能全透明傳輸；或者采用超頻的OPU2e、OPU3e等方式，實現客戶信號的全透明傳輸，但這種方式無疑帶來網絡應用的復雜性，加大了網絡應用和維護的成本。
到100 Gbit/s階段，ITU-T G.709提出的OPU4比特率充分考慮了業務透明傳輸的需求。將OPU4的速率規范為104 355 975.330 kbit/s，大于100G以太網的速率，100G以太網信號映射到OPU4中不再需要GFP封裝，可以通過GMP完全透明映射到OPU4中，實現全透明傳輸。
OPU4中每個1.25G TS的速率為1 301 709.251 kbit/s，千兆以太網（GE）信號速率為1.25 Gbit/s，可以采用GMP方式完全透明映射到一個OPU4的1.25G TS中；8個1.25G TS的速率為10 413 674.008 kbit/s，萬兆以太網（10GE）信號的速率為10 312 500 kbit/s，可以采用GMP方式完全透明映射到8個OPU4的1.25G TS中。
2.5 客戶側接口實現方式的改進可降低網絡應用成本
100G高速數據流在客戶側引入了多通道分發（MLD）技術，對高速數據流進行多通道的分發，降低了每個通道的速率，從而降低對接口時鐘頻率的要求和復雜度。
目前，在100G WDM系統的客戶側存在著4×25G和10×10G 2種多通道光接口，多個通道在光層采用粗波分復用方式，將多個通道在一根光纖中傳輸。單個光通道的速率從100G降低到25G和10G，大大提高了客戶側光接口對色度色散和PMD的容限，2種接口均可實現10 km以上的無中繼傳輸（實驗室驗證，可實現在G.652光纖上進行15 km無中繼傳輸），而40G單通道光接口在G.652光纖上無中繼傳輸距離只有2 km以上，這種變化為網絡應用提供更多的靈活性，并降低網絡成本。
WDM系統的主要服務對象是為IP路由器網絡提供長距離中繼鏈路。為了保證IP網絡的安全，在國內絕大多數城市，都設置有2個骨干IP機房，機房間的距離多數都超過2 km，但大部分在10 km以下。在傳統40G 網絡應用中，為滿足大多數城市2個機房間的中繼傳輸的需求，往往需要在2個機房間建設40G WDM系統，平均每個中繼鏈路的功耗增加160 W以上，且占用大量寶貴的機房空間。而采用100G技術，針對10 km以下的中繼距離，僅僅采用光纖直驅方式即可。
2.6 2種客戶側光模塊技術的差異及對應用的影響
目前路由器和傳輸設備背板接口速率都是基于10 Gbit/s的SerDes技術，host板卡上MAC/Framer層ASIC芯片與CFP光模塊間的互聯也是通過10 Gbit/s的SerDes接口。4×25G光接口需要采用MLG技術，實現25與10 Gbit/s接口速率間的轉換；10×10G光接口不需要MLG。2種光模塊的原理結構見圖3。
這種結構上的差異也導致4×25G光模塊的價格比10×10G光模塊的價格高30%左右。
IEEE 802.3ba［2］對4×25G光接口進行了規范，包括100G BASE-LR4/ER4等。ITU-T G.709中針對IEEE定義的4×25G接口提出了多通道OTU4接口（OTL4.4），并在G959.1［3］中給出了OTL4.4的光接口參數。
10×10 MSA（多廠商產業聯盟）提出10×10G光接口的規范［4］，目前未被IEEE接受，但國內在行標《N×100 Gbit/s光波分復用（WDM）系統技術要求》［5］中接受了該接口。
針對這2種接口的光模塊的比較詳見表2。
對設備供應商的調研結果表明，國內主流的傳輸設備和路由器設備供應商絕大多數都支持采用這2種光模塊。
2種光接口模塊的選擇給運營商帶來一定的困擾，互通性和管理方便性是主要考慮因素（見圖4），在實驗室針對這2個因素進行了測試研究。
測試中，共配置8個客戶側互聯點（從A到H），分別采用4×25G和10×10G光模塊。針對100GE業務和OTU4業務的測試結果表明，只需要直接互聯的2個光模塊的型號一致，其他互聯點的光模塊是否與之一致，并不影響業務的互通。這2種光模塊均采用標準CFP封裝，在設備上能夠實現熱插拔和互換且不影響業務應用。
3 結束語
100G WDM傳輸技術和產品已經基本成熟，在現網長距離傳輸能力上可達到1 000 km以上，并開始在國內運營商骨干網上應用。100G WDM技術采用PM-（D）QPSK編碼調制技術、相干檢測技術和DSP技術將基于光纜線路的受限因素從衰減、色度色散和PMD減少為以衰減為主，簡化了系統配置，大大提高了現網光纜的適應性和應用靈活性；針對100GE以太網信號規范的OPU4容器，業務適應能力顯著提升；客戶側接口多通道傳輸方式大幅降低網絡應用成本。可以預見，100G WDM技術將很快取代40G WDM成為傳輸網的主流傳輸技術。
參考文獻：
［1］ ITU-T G.709/Y.1331 Interfaces for the Optical Transport Network（OTN）［S/OL］.
［2］ IEEE 802.3ba Local and metropolitan area networks Specific requirements Part 3: Carrier sense multiple access with collision detection （CSMA/CD） access method and physical layer specifications Local Area Network（LAN） protocols［S/OL］.
［3］ ITU-T G.959.1 Optical transport networks physical layer interfaces［S/OL］.
［4］ 10X10 MSA Technical Specifications, 2km, 10km and 40km Optical Specifications［EB/OL］.
［5］ N×100Gb/s光波分復用（WDM）系統技術要求（報批稿）［S/OL］.