在雲計算(suàn)、大(dà)數據、物(wù)聯網等諸多(duō)新型應用(yòng)的(de)驅動下(xià)，國内外100Gb/s技術已成熟商用(yòng)并實現規模部署，超100Gb/s高(gāo)速傳輸技術成爲光(guāng)通(tōng)信領域新的(de)研究熱(rè)點之一。縱觀近期IEEE /ITU-T标準制定、主流設備商樣機研制、典型運營商現網試點等諸多(duō)超100Gb/s技術及産業發展動态，400Gb/s借助标準化(huà)推動和(hé)技術近期可(kě)商用(yòng)等特性成爲目前最受關注的(de)超100Gb/s候選速率，如何合理(lǐ)選擇400Gb/s技術方案并推動其未來(lái)産業化(huà)應用(yòng)引起業界普遍關注。

　　400G标準研究及制定業已啓動，三大(dà)标準組織協作穩步推進

　　随著(zhe)100Gb/s技術及标準日趨完善，國際标準化(huà)組織ITU-T、IEEE和(hé)OIF的(de)高(gāo)速傳輸标準化(huà)工作逐步轉向超100Gb/s。ITU-T SG15圍繞下(xià)一代支持超100Gb/s的(de) OTN結構演進、IEEE 802.3聚焦新一代高(gāo)速以太網速率、OIF側重超100Gb/s用(yòng)模塊及芯片接口等開展研究，2013年3月(yuè)IEEE 802全會上正式決定 400GE立項則标志著(zhe)400Gb/s速率标準化(huà)工作正式啓動。參照(zhào)IEEE 802.3标準常規制定周期，預計2016~2017年左右400GE制定完成，預計ITU-T SG15基于400GE客戶側信号優先驅動的(de)超100Gb/s OTN标準化(huà)工作同期完成，OIF在2015年年初400Gb/s白皮書(shū)完成以後預計将啓動400Gb/s光(guāng)模塊和(hé)器件等标準化(huà)工作。另外，我國标準化(huà)組織CCSA 在400Gb/s标準研究與制定工作方面與國外同步，目前正在進行400Gb/s長(cháng)距離傳輸、400Gb/s光(guāng)模塊等相關标準化(huà)研究工作。

　　鑒于ITU-T和(hé)IEEE在10Gb/s、40Gb/s技術标準化(huà)過程中合作不力的(de)曆史教訓（導緻OTN容器在承載以太網10GE LAN 和(hé)40GE LAN接口時(shí)兼容性差），以及ITU-T、IEEE和(hé)OIF在100Gb/s傳輸技術标準制定過程中的(de)成功合作的(de)經驗，三大(dà)标準組織在400Gb/s标準制定過程中保持著(zhe)良好的(de)溝通(tōng)，并且不定期通(tōng)過标準組織之間正式交流函的(de)方式告知自身制定标準的(de)進展以及與他(tā)方标準的(de)協調問題，典型如ITU-T和(hé)IEEE對(duì)于 400Gb/s模塊的(de)重用(yòng)性、OIF和(hé)IEEE對(duì)于電域物(wù)理(lǐ)單通(tōng)路特性的(de)相互兼容性等。按照(zhào)目前ITU-T專注400GE映射和(hé)長(cháng)距離傳輸、IEEE規範客戶側接口400GE、 OIF側重400Gb/s模塊及接口等标準化(huà)範疇，400Gb/s标準将在三大(dà)标準組織的(de)齊力協作下(xià)穩步推進，預計2016~2017年期間400Gb/s标準将正式面世。

　　400G多(duō)樣化(huà)設備樣機逐步推出，現網試點驗證加速産業化(huà)進程

　　和(hé)昔日10Gb/s、40Gb/s和(hé)100Gb/s技術發展類似，400Gb/s在步入正式商用(yòng)之前需要經曆技術、市場(chǎng)等多(duō)維度選擇和(hé)競争。國内外諸多(duō)設備廠商爲了(le)盡早選擇優勢技術方案并奪取市場(chǎng)先機，近兩年已逐步競相推出400Gb/s原型樣機，如華爲、中興、烽火、阿朗（上海貝爾）、Ciena、Coriant、富士通(tōng)等等。這(zhè)些設備樣機主要采用(yòng)四載波100Gb/s速率、兩載波100Gb/s來(lái)通(tōng)過多(duō)子載波複用(yòng)技術來(lái)傳輸400Gb/s信号，也(yě)有部分(fēn)廠商直接采用(yòng)單載波400Gb/s技術。另外，爲了(le)更好地兼容超400Gb/s信号傳輸并根據市場(chǎng)最終需求靈活選擇速率，設備樣機一般設計爲靈活支持多(duō)種傳輸速率，除了(le)400Gb/s速率之外還(hái)可(kě)支持如1Tb/s、1.6Tb/s或2Tb/s等，這(zhè)在促進400Gb/s技術和(hé)設備優勝劣汰競争的(de)同時(shí)也(yě)爲速率更高(gāo)的(de)傳輸技術發展奠定了(le)前期基礎。

　　國内外主流光(guāng)傳輸設備商在成功研制400Gb/s設備樣機的(de)同時(shí)，從2012年左右開始擇機在運營商現網或實驗室開展試驗，典型如華爲和(hé)荷蘭KPN、波蘭EXATEL等多(duō)個(gè)歐洲運營商基于不同400Gb/s技術的(de)試驗，中興和(hé)德國電信基于多(duō)種超100G速率的(de)試驗，Ciena和(hé)Sprint/Vodafone、阿朗和(hé)澳大(dà)利亞及歐美(měi)多(duō)個(gè)運營商、Coriant和(hé)奧地利A1/波蘭NETIA開展400Gb/s試驗等。目前國外個(gè)别運營商已經或準備選擇400Gb/s技術承載在線業務，如法國電信選擇阿朗400Gb/s技術承載巴黎到裏昂的(de)業務、智利Telefonica拟選擇華爲400Gb/s OTN技術承載數據中心互聯業務等。國内運營商在400Gb/s新技術試點與國外比較相對(duì)滞後，2013年年底中國移動率先啓動了(le)基于400Gb/s速率的(de)實驗室及現網試點測評項目，華爲、中興、烽火和(hé)阿朗均參與該項目，相關工作預計2014年第三季度完成，其他(tā)兩大(dà)運營商尚在籌劃之中。從未來(lái)發展來(lái)看，主流廠商400Gb/s設備樣機的(de)成功研制和(hé)多(duō)個(gè)運營商現網試點評測之間的(de)互動在一定程度上加速了(le)400Gb/s技術産業化(huà)進程，這(zhè)爲400Gb/s技術日後競争超100Gb/s長(cháng)距傳輸首選速率創造了(le)優勢條件。

　　400G繼承100G關鍵技術，調制及載波存在個(gè)性差異

　　100Gb/s突破了(le)原有基于強度調制、強度檢測的(de)傳統傳輸技術路線，引入了(le)相位調制和(hé)基于數字信号處理(lǐ)（DSP）的(de)相幹接收等新型機制，是高(gāo)速傳輸技術發展過程中的(de)裏程碑事件。考慮到100Gb/s近期才開始規模部署，同時(shí)兼顧未來(lái)傳輸帶寬增長(cháng)節奏及需求時(shí)機、超高(gāo)速光(guāng)電器件和(hé)芯片發展現狀、單比特功耗及成本等諸多(duō)因素，400Gb/s将采用(yòng)繼承100Gb/s的(de)偏振複用(yòng)、相位調制、基于數字信号處理(lǐ)（DSP）的(de)相幹接收、基于多(duō)種優化(huà)算(suàn)法的(de)前向糾錯（FEC）等關鍵技術，不太可(kě)能采用(yòng)實現機制更爲複雜(zá)、基于電域或光(guāng)域的(de)正交頻(pín)分(fēn)複用(yòng)（OFDM）技術或類OFDM技術。因此，從技術實現本質機理(lǐ)上而言，400Gb/s繼承了(le)100Gb/s關鍵技術并力争重用(yòng)相關器件芯片，相對(duì)100Gb/s而言并沒有引入重大(dà)技術變革。

　　從具體實現細節上來(lái)看，400Gb/s技術在調制碼型選擇和(hé)載波數量方面也(yě)呈現出個(gè)性差異。相對(duì)100Gb/s技術而言，400Gb/s比特速率增加了(le)4倍，如果采用(yòng)和(hé)100Gb/s類似的(de)單載波和(hé)正交相移鍵控（QPSK）調制技術，那麽信号波特率将達到112Gbaud量級，這(zhè)無論在電域信号處理(lǐ)、還(hái)是在光(guāng)域信号調制都根本無法實現（目前光(guāng)電商用(yòng)化(huà)器件也(yě)就支持到28~32Gbaud左右的(de)波特率）。因此，400Gb/s技術在繼承100G關鍵技術的(de)基礎上，采用(yòng)了(le)增加調制階數和(hé)（或）提升載波數量的(de)方式降低信号處理(lǐ)的(de)波特率，典型如采用(yòng)4載波、單載波100Gb/s速率的(de)QPSK調制方式，采用(yòng)2載波、單載波200Gb/s速率的(de)16 QAM（正交幅度調制）調制方式等，或者采用(yòng)單載波400Gb/s速率的(de)16 QAM等調制方式。另外，考慮到軟件定義網絡（SDN）理(lǐ)念向光(guāng)網絡延伸，基于軟件可(kě)配置或自适應的(de)調制和(hé)多(duō)載波複用(yòng)技術将有可(kě)能在400Gb/s技術中引入，也(yě)即400Gb/s信号發射端需要引入數模轉換（DAC）功能模塊以實現調制碼型的(de)靈活調整或配置。

　　400G譜效和(hé)距離難能兩全，方案選擇與應用(yòng)場(chǎng)景相關

　　單通(tōng)路傳輸速率不斷提升的(de)目的(de)主要體現在特定的(de)頻(pín)譜資源内實現更高(gāo)的(de)頻(pín)譜效率（也(yě)即每Hz頻(pín)譜每秒傳輸的(de)比特數更高(gāo)）、實現系統資源優化(huà)管理(lǐ)并進一步降低單位比特成本等。傳輸速率從100Gb/s提升到400Gb/s時(shí)，單通(tōng)路速率提升的(de)同時(shí)必然要提升頻(pín)譜效率，否則單純将單通(tōng)路速率提升到400Gb/s意義不大(dà)。另外，傳輸距離也(yě)是更高(gāo)速率技術必須考慮的(de)問題，也(yě)即速率提升的(de)同時(shí)不能顯著降低可(kě)達距離，畢竟新技術的(de)未來(lái)應用(yòng)環境還(hái)将基于現有實際網絡的(de)拓撲架構。由于頻(pín)譜效率和(hé)傳輸距離是對(duì)矛盾體，在采用(yòng)相同技術和(hé)芯片工藝等前提下(xià)提升頻(pín)譜效率的(de)同時(shí)增加傳輸距離不太現實，這(zhè)種矛盾在400Gb/s時(shí)代尤爲明(míng)顯。因此，目前業界推出了(le)的(de)幾種400Gb/s主流技術方案或側重頻(pín)譜效率，或側重傳輸距離，譬如4載波、單載波采用(yòng)100Gb/s速率的(de)QPSK調制方式的(de)傳輸距離在1000km以上，但其頻(pín)譜效率約爲3.2b/s/Hz；采用(yòng)2載波、單載波采用(yòng)200Gb/s速率的(de)16 QAM調制方式的(de)傳輸距離在500~600km量級，其頻(pín)譜效率提升至4~5b/s/Hz左右；而采用(yòng)單載波400Gb/s速率其頻(pín)譜效率沒有顯著變化(huà)，但由于采用(yòng)單載波技術波特率提升了(le)一倍（相關光(guāng)電器件工作帶寬均需提升），傳輸距離降低到200km~300km左右量級。

　　從芯片和(hé)設備研制、工程設計、網絡運營維護等角度考慮，采用(yòng)達到共識的(de)唯一傳輸技術方案将對(duì)技術和(hé)産業發展驅動力最大(dà)，這(zhè)在40Gb/s和(hé)100Gb/s技術的(de)發展過程中得(de)到充分(fēn)驗證。目前400Gb/s面臨的(de)技術發展環境與昔日40Gb/s有些類似，隻不過40Gb/s僅僅是采用(yòng)調制碼型變化(huà)來(lái)改善傳輸距離，而400Gb/s則額外增加了(le)調整子載波數量的(de)維度，但400Gb/s面臨的(de)市場(chǎng)環境與40Gb/s有所不同，目前及未來(lái)城(chéng)域及跨區(qū)的(de)大(dà)型數據中心等傳輸應用(yòng)潛在需求很大(dà)，傳統幹線優先采用(yòng)最高(gāo)速率的(de)傳統可(kě)能面臨變革。另外，雖然400Gb/s的(de)多(duō)技術方案對(duì)于其未來(lái)産業化(huà)規模應用(yòng)帶來(lái)一定障礙，但基于多(duō)種傳輸距離規格的(de)新型高(gāo)帶寬傳輸需求将對(duì)400Gb/s的(de)多(duō)技術方案提供有力支撐。因此，400Gb/s技術方案未來(lái)的(de)最終選擇與應用(yòng)場(chǎng)景密切相關，很有可(kě)能率先打破高(gāo)速傳輸新技術啓動商用(yòng)時(shí)單一方案一統天下(xià)的(de)局面。

　　400G未來(lái)商用(yòng)前景可(kě)期，尚存諸多(duō)不确定挑戰因素

　　新型超高(gāo)帶寬應用(yòng)和(hé)高(gāo)速光(guāng)通(tōng)信技術革新等共同推動傳輸速率持續提升。雖然何種速率将在未來(lái)占據超100Gb/s技術主導地位業界尚未達成共識，但400Gb/s基于其标準化(huà)制定、技術可(kě)實現、可(kě)重用(yòng)100Gb/s器件/芯片等優勢近期已成爲超100Gb/s最受業界關注的(de)候選速率。首先，從傳輸網絡帶寬提供能力上來(lái)看，目前100Gb/s系統剛開始規模部署，按照(zhào)思科公司2013年的(de)預測，IP流量（傳輸帶寬主要消耗者）在未來(lái)幾年将保持大(dà)約23%的(de)複合增長(cháng)率，按此估算(suàn)大(dà)約7年以後帶寬需求相對(duì)2013年增長(cháng)4倍左右,也(yě)即2020年對(duì)于400Gb/s的(de)帶寬需求和(hé)2013年對(duì)于100G的(de)帶寬需求相當，因此至少需在2017~2018年左右啓動現網承載業務應用(yòng)試點；其次，從産業标準及器件芯片支撐上來(lái)看，預計2016~2017年左右400Gb/s客戶側接口标準将制定完成，基于400GE客戶信号映射的(de)新一代OTN架構也(yě)将标準化(huà)完成，相應400Gb/s關鍵芯片和(hé)器件也(yě)将逐漸成熟。綜合考慮上述應用(yòng)需求及産業成熟度等因素，400G未來(lái)商用(yòng)前景值得(de)期待。

　　雖然目前來(lái)看400Gb/s速率未來(lái)占據超100Gb/s首選商用(yòng)速率的(de)可(kě)能性比較大(dà)，但也(yě)存在很多(duō)不确定性挑戰因素。首先是技術方案多(duō)樣化(huà)的(de)影(yǐng)響問題。前面已提及昔日40Gb/s技術生命周期短的(de)重要原因之一就是技術方案太多(duō)，沒有形成産業化(huà)合力，而400Gb/s的(de)技術方案面臨類似情形，隻不過方案數量相對(duì)40Gb/s要更少一些；第二，未來(lái)傳輸帶寬的(de)實際增長(cháng)速率問題。如果網絡未來(lái)傳輸帶寬需求增長(cháng)過快(kuài)，那麽按照(zhào)4倍速率提升傳輸帶寬可(kě)能滿足不了(le)增長(cháng)需求，而如果網絡未來(lái)傳輸帶寬需求增長(cháng)過慢(màn)，則100Gb/s主導的(de)周期會加長(cháng)，随著(zhe)時(shí)間推移和(hé)技術革新，大(dà)于400Gb/s的(de)速率靈活可(kě)适配的(de)傳輸技術将可(kě)能趨于成熟，基于400Gb/s技術的(de)黃(huáng)金期将不再重現。第三，400Gb/s技術成本和(hé)功耗問題。業界爲了(le)探索可(kě)商用(yòng)化(huà)的(de)100Gb/s技術進行了(le)大(dà)規模投入，短期内無法獲取明(míng)顯的(de)盈利，而且廠商之間競争加劇了(le)利潤率的(de)降低。因此，如果400Gb/s技術在成本、功耗和(hé)集成度等方面相對(duì)100Gb/s而言沒有取得(de)預期顯著提升的(de)話(huà)，短期内很難與100Gb/s進行競争，畢竟100Gb/s技術依然在不斷優化(huà)和(hé)改善之中，相當于100Gb/s技術生命周期的(de)延伸變相壓縮或者降低了(le)400Gb/s技術的(de)市場(chǎng)預期。

　　結論

　　400Gb/s借助标準化(huà)推動和(hé)技術近期可(kě)達等成爲目前聚焦度最高(gāo)的(de)超100Gb/s傳輸速率。基于重用(yòng)100 Gb/s關鍵技術理(lǐ)念及核心器件，400Gb/s技術發展較快(kuài)并已研制成功采用(yòng)多(duō)種技術方案的(de)設備樣機并開展現網試驗。由于信号速率提升了(le)4倍，400Gb/s與100 Gb/s相比而言采用(yòng)了(le)個(gè)性化(huà)的(de)調制及載波技術，但預計不會采用(yòng)複雜(zá)度更高(gāo)的(de)OFDM技術，目前已出現四載波QPSK、兩載波16-QAM和(hé)單載波16-QAM等多(duō)種典型方案，這(zhè)些方案均無法實現頻(pín)譜效率與傳輸距離的(de)完美(měi)匹配，隻能根據應用(yòng)場(chǎng)景特點選擇相對(duì)優勢方案。綜合考慮未來(lái)帶寬需求及高(gāo)速傳輸産業成熟進度等，400b/s技術未來(lái)商用(yòng)前景非常值得(de)業界期待，但同時(shí)也(yě)存在諸多(duō)不确定性，預計到2016年左右400b/s技術的(de)市場(chǎng)定位将趨于清晰。

　　作者簡介：趙文玉，現在工業和(hé)信息化(huà)部電信研究院通(tōng)信标準研究所傳送與接入研究部工作，高(gāo)工，主要從事40G/100G WDM、OTN等高(gāo)速光(guāng)傳送網技術研究、标準制定以及系統測試評估等工作。