400G和800G相干光传输标准最新进展
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。
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。
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。
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