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数据中心100G主流应用技术分析与市场预测罗森伯格亚太电子有限公司：孙慧永一，摘要自2010年IEEE802.3ba标准发布之日起，100G的应用从技术层面已经具备了可行性，从2010年以来到现在，100G的应用与技术层面的探讨一直备受关注。
而由于IEEE802.3ba 中无论是单模还是基于多模光纤技术所支持的100G应用并未形成规模化的应用趋势，这与早期标准多模光纤应用以10G*10并行传输100G的方式，以及单模光纤基于WDM技术支持长距离的方式，总体光收发器与光纤链路的合并总体成本偏高，端口功耗高，特别是多模光纤100G与40G接口与通道不统一等因素相关，更重要的是100G的市场实际需求还未真正被激发起来。
经过最近2-3年的发展，100G的应用已经形成多种技术类型与联盟，无论是已经标准化的IEEE802.3bm还是以SWDM，MSA等多个织织所推出的100G应用模型。
支持100G的接口与应用技术种类非常多且各具特点。
这对于即将部署100G的数据中心用户的选择带来了困惑：具体选择什么类型的100G对于数据中心用户从技术层面，长远升级以及投资回报率上更具有优势呢？本文尝试从这些角度提供一些可供参考的建议。
二，数据中心100G应用处于一触即发的静默期IEEE802.3ba标准自2010年发布后，40G基于多模光纤并行传输的规模化应用实际是从2013年下半年开始的，其间也有一部分用户选择基于BIDI技术等40G应用，经过这几年的规模化部署，40G已经整体市场已经趋于稳定状态。
而100G的规模化部署将处于一触即发的静默状态，为什么这么说呢？因为100G的应用当前对许多用户来说是有真实需求的。
下图1以太网端口趋势的预测来自DELL，可以看到2016年100G的应用处于急速增长前的阶段。
图1：全球以太网交换机端口趋势那么哪些原因使100G的应用落地？有几个方面因素促使100G以太网规模化应用。
从宏观上看，近年来数据通信量处于快速增长的趋势，据Cisco的报告中显示，全球移动网络的数据通信量年复合增长率57%; 物联网（IoT）在中国市场投资增长年复合增长达到30%以上，物联网的快速增长使得机器之间MTM(Machine to Machine)的数据通信量急增且许多数据24小时不间断; 除此以外，据统计，全球三网合一宽带网络投资年复合增长率达到15%左右。
100g光模块传输距离
【原创实用版】
目录
1.100g 光模块的概述
2.100g 光模块的传输距离
3.100g 光模块的应用领域
4.100g 光模块的未来发展趋势
正文
一、100g 光模块的概述
100g 光模块，顾名思义，是一种光纤通信设备，其传输速率为
100Gbps，即每秒传输 100 千兆比特的数据。
在当前大数据时代，100g 光模块凭借其高速传输能力，成为构建高速、高容量、长距离光通信网络的重要设备。
二、100g 光模块的传输距离
100g 光模块的传输距离受到光纤的类型、光模块的性能以及环境因素等多种因素的影响。
一般来说，单模光纤的传输距离较远，可以达到数百到上千公里；而多模光纤的传输距离相对较短，通常在几公里到几十公里之间。
在实际应用中，100g 光模块的传输距离需要根据具体需求和光纤类型进行选择。
三、100g 光模块的应用领域
100g 光模块广泛应用于各种光纤通信网络，包括电信、数据中心、互联网服务提供商、有线电视等领域。
特别是在数据中心内部，100g 光模块可以实现高速、高容量的数据传输，满足大规模数据中心的高速互联需求。
四、100g 光模块的未来发展趋势
随着光纤通信技术的不断发展，100g 光模块在未来将面临更高的传输速率、更远的传输距离、更小的尺寸等挑战。
同时，硅光子技术、光子集成电路等新技术的发展也将为 100g 光模块的性能提升提供新方向。
100G OTN系统关键技术1、100GOTN关键要求长途传输系统升级到100GOTN系统，必须要满足以下几方面要求。
（1）支持50GHz的通道间距。
（2）色散（CD）容限±700ps/nm。
（3）偏振模色散（PMD）容限10ps（DGD平均值）。
（4）能够在现有的DWDM网络和OTN中平滑升级。
（5）不对现有的DWDM通道信号产生重大串扰代价。
目前可以通过具有相干检测功能的100GPM-QPSK调制模式来满足这些要求。
2、100GPM-QPSK关键技术特性（1）OSNR性能改善具有相干检测功能的PM-QPSK比二进制（OOK）大约改善了6dB的光信噪比灵敏度。
100Gbit/s的容量是10Gbit/s的10倍，所以100G调制方案需要提供比10GOOK码型高10dB的性能。
相干检测的关键优势在于光波相位信息可以传递到数字领域，因而可以利用强大的电子色散补偿（EDC）能力，以非常低的代价清理信号失真。
因此，通过使用100GPM-QPSK与EDC，相干检测的技术可以获得6dB 的改善（与直接检测OOK相比）；利用高编码增益FEC可得2～3dB 的改善；由于减少CD和PMD的传输代价，再有1～2dB的改善。
这样，总改善能达到9～11dB，使得100GPM-QPSK接近10GOOK系统光信噪比的灵敏度。
这就意味着，100G系统在应用上可以达到目前的10G系统的传输距离。
（2）色散（CD）容限具有电子色散补偿（EDC）功能的调制解调器芯片，可不需外部可调谐色散补偿器。
芯片色散补偿的总量取决于有限脉冲响应（FIR）自适滤波器的2个因素，即拍点数量和拍点延时量。
10GDWDM的部署主要是利用色散补偿光纤（DCF）限制10GOOK接收器容限内的残余色散（通常是±400ps/nm），在这个范围内100GPM-QPSKEDC 是很容易做到的。
（3）偏振模色散（PMD）容限具有电子色散补偿（EDC）的调制解调器芯片还可以用于PMD 的补偿。
100G/200G相干光模块在城域网、核心网的应用在光通信领域，更大的带宽、更长的传输距离、更高的接收灵敏度，永远都是科研者的追求目标。
伴随着视频会议等通信技术的应用和互联网的普及产生的信息爆炸式增长，对作为整个通信系统基础的物理层提出了更高的传输性能要求。
在强大的需求驱动下，大规模铺设的DWDM系统正逐渐耗尽其波长资源，通过压缩光脉冲提升时分复用（TDM）系统的效率也有很大的技术瓶颈。
在这样的背景之下，似乎被遗忘了的相干系统又再一次引起了人们的注意。
相干光通信的理论和实验始于80年代，相干光通信系统被公认为具有灵敏度高的优势，各国在相干光传输上做了大量研究；由于EDFA和WDM技术的发展，相干光通信的研究一度发展缓慢。
然而随着时间的推移，很多问题的出现使得其再次受到广泛关注。
在数字通信方面，如何扩大C波段放大器的容量，克服光纤色散效应的恶化，以及增加自由空间传输的容量和范围已成为科研工作者们的重要考虑因素；在模拟通信方面，灵敏度和动态范围是系统的关键参数；而这些都能通过相干光通信技术得到改善。
与此同时，过去的三十年中，科研工作者在光器件方面取得了很大的进步，比如，激光器的输出功率，线宽，稳定性和噪声，以及光电探测器的带宽，功率容量和共模抑制比都得到了很大的改善，微波电子器件的性能也大幅提高。
这些进步使得相干光通信系统商用化变为可能。
在新的历史机遇下，易飞扬锐意进取，在相干光通信的研究领域中，自主研发了single Lambda CFP-DCO100G相干光模块，使用DP-D/QPSK调制技术，满足全C波段ITU-T可调（50/100GHz），标准100GE接口（可定制OUT-4）,符合CFP-MSA 协议，方便用户直接接入现有设备；为数据中心互联（DCI），城域网应用定制研发，传输距离（~100Km），支持P2P和DWDM传输。
采用硅光技术集成优化解决方案，满足低功耗应用（~22W）充分保证性能，可以根据应用场景提供可定制的系统解决方案。
100g otu4 标准
OTU4（Optical Transport Unit 4）是光传输网络中的一
种标准格式，用于传输高速光信号。
以下是100g OTU4标
准的详细说明：
1. OTU4的速率：OTU4的速率为100 Gbps（Gigabits per second），即每秒传输100亿个二进制位。
2. 传输格式：OTU4采用光传输格式，使用光纤传输光信号。
光信号通过光纤传输，可以实现高速、长距离的数据传输。
3. 信道编码：OTU4使用高级调制技术和信道编码来提高传
输效率和可靠性。
常见的信道编码方式包括前向纠错编码（Forward Error Correction，FEC）等。
4. 传输距离：OTU4的传输距离可以达到数百公里，具体取
决于光纤的质量和传输设备的性能。
5. 光接口：OTU4使用标准化的光接口，如LC（Lucent Connector）或SC（Subscriber Connector）等。
这些接口
可以确保光纤的连接和传输的稳定性。
6. 兼容性：OTU4是一种通用的光传输标准，可以与其他OTU标准兼容，如OTU1、OTU2、OTU3等。
这样可以实现不
同速率的光信号之间的互联互通。
7. 应用领域：OTU4广泛应用于光传输网络中，可用于数据
中心互连、长距离数据传输、电信网络等领域。
总结：100g OTU4是一种高速光传输标准，具有100 Gbps 的速率，采用光传输格式，使用光纤传输光信号。
它具有高效、稳定的传输性能，适用于各种光传输网络应用。
100ge工作原理
100GE是指100G以太网，是一种高速网络连接技术，其工作原
理涉及多个方面。
首先，100GE的工作原理涉及物理层和数据链路层。
在物理层，100GE使用光纤传输或者电气传输，光纤传输采用光模块进行光信
号的发送和接收，而电气传输则使用高速电缆进行数据传输。
在数
据链路层，100GE采用了新的数据帧格式和调制解调技术，以支持
高速数据传输。
其次，100GE的工作原理还涉及网络设备的处理能力和数据包
转发。
在路由器、交换机等网络设备中，需要具备足够的处理能力
来处理100GE的高速数据流量，并且需要支持100GE接口的数据包
转发和路由功能。
此外，100GE的工作原理还包括网络协议的支持和优化。
为了
实现高效的100GE网络通信，需要对现有的网络协议进行优化，以
适应高速数据传输的需求，同时还需要支持新的网络协议和技术，
如以太网帧格式、TCP/IP协议等。
最后，100GE的工作原理还涉及网络管理和安全。
对于100GE 网络，需要进行有效的网络管理和监控，以确保网络的稳定运行和性能优化。
同时，也需要采取相应的安全措施，保护100GE网络免受各种网络安全威胁。
总的来说，100GE的工作原理涉及多个方面，包括物理层和数据链路层的传输技术、网络设备的处理能力和数据包转发、网络协议的支持和优化，以及网络管理和安全等方面。
这些方面共同构成了100GE高速网络连接技术的工作原理。
超100g融合光传送设备关键技术及工程应用(一)超100g融合光传送设备关键技术及工程应用超100g融合光传送设备是今天光通信领域的重要技术之一，它具有高容量、高速率和低功耗的特点，应用广泛。
下面列举了一些超100g融合光传送设备的应用，并进行详细讲解。
1. 高速数据中心互连超100g融合光传送设备在高速数据中心互连方面发挥了重要作用。
随着大数据和云计算的兴起，数据中心需要处理海量的数据和高速率的远程传输。
传统的千兆以太网已经无法满足这种需求，而超100g融合光传送设备可以提供高速率、高容量和低延迟的数据传输，实现数据中心之间的快速互联。
2. 高清视频传输超100g融合光传送设备也在高清视频传输中得到了广泛应用。
随着4K和8K超高清视频的普及，传统的传输方式已经无法满足高清视频的要求。
而超100g融合光传送设备可以提供足够的带宽和稳定的传输速率，确保高清视频信号的无损传输和实时性。
3. 5G移动通信随着5G技术的快速发展，超100g融合光传送设备在5G移动通信中也发挥了重要作用。
5G通信需要支持大容量、高速率和低延迟的数据传输，而超100g融合光传送设备可以满足这些需求，为5G通信提供可靠的传输基础。
4. 医疗影像传输超100g融合光传送设备在医疗影像传输领域也有广泛的应用。
医疗影像数据通常具有大容量和高质量要求，而超100g融合光传送设备可以提供高速率和稳定的数据传输，确保医疗影像数据的准确和及时传输。
5. 金融行业应用超100g融合光传送设备在金融行业也被广泛应用。
金融行业需要处理大量的数据交易和实时数据传输，而超100g融合光传送设备可以提供高速率和稳定的数据传输通道，确保金融交易的安全和高效。
以上列举的是超100g融合光传送设备的一些应用，它在高速数据中心互连、高清视频传输、5G移动通信、医疗影像传输和金融行业应用等方面具有重要作用。
随着技术的不断发展，超100g融合光传送设备的应用领域还将不断扩大。
100G系统PM-QPSK的波特率是比特率的四分之一，说明它用的频带宽度小啊。
如B=Rb/2*2=Rb调制以后的带宽。
现在100G的带宽是25Ghz。
带宽利用率高了。
现在100G实际应用的OSNR的测试方法就是用积分法，断了业务进行测试。
100G的放大器也是EDFA。
C波段1530—1565nm。
EDFA是网络中的最主要的噪声源。
100G无需进行CD和PMD色散补偿。
CFP模块，特大。
外形封装可插拔。
也是有一发一收两个口。
发送速率是100G。
40G/100G 将64B/66B编码(这是说的100GE编码方式，GE是8B/10B)变换为1024B/1027B 编码。
100G的灵敏度也是-14dBm.最小边摸抑制比35dB.10G的最小边摸抑制比也是35dB.100G总抖动容限0.28UI。
相邻通道隔离度》22dB.在1通道输入光和在2通道接收的光功率的比值。
N×100Gbit/s WDM系统支持光放大器的动态增益均衡(DGE) 功能，可由内置于光放大器的均衡滤波器、VOA或其他方式来实现。
当同时增加多个通路时，系统也应不受影响。
在极限情况下，对于N路WDM系统，如同时失去N一1多个通路，剩余通路在10ms内恢复正常无误码工作.烽火单根光纤C波段满配9.6Tb/s无电中继传输距离经现网测试超过2600km10G系统的传输码型是HDB3码2012年9月的日内瓦IEEE全会上，在包括华为在内的整个产业链的联合推动下，IEEE成员单位达成共识：选择400GE作为100GE之后的下一代以太网速率，从而正式开启400GE的标准化进程。
对10G客户侧发的光就是1310nm，也不是标准中心波长。
长距离80km。
120km是1550nm 的。
对100G和10G类似，线路侧用的也是串行光模块ODU4。
100G速率串行传输。
经过一个OTU后变为80波的标准波长。
接收端先相干检测，再电色散补偿，PMD补偿等。
对客户侧时由并行光模块10*10G(1550nm)或4*25G(1310nm)组成的。
100G传输技术及应用探讨
0 前言国内三大运营商分别完成100G系统测试后，也相继或正在启动100G系统现网（试）商用。
100G技术逐渐从规模验证阶段开始走向商用阶段。
与40G系统以纷繁复杂的调制码型区分应用场景不同，100G系统的码型和调制方式归于统一，偏振复用正交相移键控（PM-QPSK）传输码型结合相干接收成为主流方案，同时数字信号处理（DSP）算法以及前向纠错（FEC）编解码成为决定100 Gbit/s性能的关键因素组成。
本文对100G系统的技术特性和传输性能进行了分析，同时还较深入讨论了100G系统规模应用时面临的混传、OTN调度、跨段规范等问题。
1 100G 系统主要传输技术 1.1 100G 系统OSNR 与FEC 光信噪比（OSNR）是WDM 系统最关键的指标之一。
相对10G系统或40G系统，100G系统由于速率明显增加，对OSNR的要求更为严格。
基于PM-QPSK结合相干接收的100G传输技术方案，一方面通过多级调制降低信号波特率，降低系统OSNR要求，另一方面，基于相干接收原理并结合高速DSP处理也可同样在明显改善OSNR要求的基础上，还可在电域补偿数万ps/nm的色度色散（CD）和数十ps的偏振模色散（PMD）。
FEC技术以编码冗余度（7%~20%）以及相应的芯片处理复杂度来换取更大的净增益，同时也是改善100G系统OSNR要求的关键技术之一。
光互联论坛（OIF）建议软判决FEC开销比小于20%，纠错极限可以达到1E-2量级。
根据研究结果，低于20%开销比时净增益随着冗余度增加而增大，而超过后受错误平层（Error Floor）影响增益反而下降［1］。
另外，信号速率提高导致数模转换（ADC）和DSP处理能力要求也急剧增加（见表1）。
7%开销的硬判决（HD）方式（有些厂商也采用FEC开销比大于7%的HD方式），ADC的采样率一般需要56 GSa/s左右，软判（SD）的开销比达到20%时，线路速率达到128 Gbit/s，ADC采样速率一般需要64 Gsa/s左右，功耗基本要比硬判决高出20%左右，同时也要采用40 nm 甚至28 nm 工艺的专用集成电路（ASIC）技术才能实现高运算量和低功耗目标［2］。
从目前设备厂商的设备具体实现来看，大部分厂商倾向于软硬结合的判决方式，以平衡算法复杂度、功耗等关键参数。
1.2 100G 系统非线性效应光纤非线性效应的强弱与入纤光功率、光信号速率、调制码型特性、光纤色散系数以及跨段数目等均有关系。
在相同传输码型的前提下，光信号的调制速率越高，一般对光纤非线性效应的忍耐程度越低［3］。
从100G系统实验室测试验证结果看，非线性效应明显限制了100G系统的入纤功率大小（见图1）。
若按照基于2 dB 系统OSNR 代价衡量标准，当系统采用G.655光纤时，实验室测试结果显示在长距传输时100G系统入纤功率不建议超过3 dBm，G.652因光纤芯径差异导致非线性效应略弱，入纤功率可适当提高一些。
1.3 100G 系统滤波效应100G系统多跨段长距离传输一般都需要采用基于波长选择开关（WSS）的可重构分插复用器（ROADM）进行功率均衡，同时考虑到未来100G系统城域网应用，100G系统也需要支持多个ROADM级联传输，因此研究100G系统信号的多级滤波效应非常重要。
由于ROADM 同时对信号和噪声进行滤波，而且滤波器个体也存在差异，因此ROADM的级联使用会引入一定滤波代价。
从实验室验证结果来看，15 个ROADM级联的OSNR代价小于1 dB（见图2），这样一般能够满足100G系统大部分应用场景。
1.4 100G 系统传输性能评价参数对100G系统来说，随着非线性效应的增强，OSNR已无法完全反映系统的传输质量，因此采用结合光域（OSNR）和电域（FEC纠错前误码率）进行系统传输性能评价的方式非常重要，单纯偏向于哪一种，均对于系统实际应用形成不利影响。
在目前标准规范中，N×10G 系统采用了OSNR作为关键参数评价系统的传输性能，N×40G系统则采用OSNR结合FEC 纠错前误码率的方式评价系统传输性能。
目前100G系统整体性能评价参数方法和40G系统趋于一致。
由于FEC纠错前误码率与所采用的判决方式及开销占用情况密切相关，因此100G 系统行业标准在40G系统应用的基础上根据100G系统所采用的关键技术类型对于FEC纠错前误码率进行了更详细的区分。
2 100G 技术工程应用分析 2.1 多速率混传应用
从目前的100G系统应用场景来看，多速率混传主要存在以下3种情况。
a）现有N×10G WDM系统直接扩容，10G系统和100G系统多速率混传。
b）现有N×40G WDM系统直接扩容，40G系统和100G系统多速率混传。
c）特定应用需求情况下，新建网络10G 系统和100G系统多速率混传。
10G 系统和100G 系统混传时，采用强度调制的10G系统与采用相位调制的100G系统通道间非线性效应明显，同时对于100G传输线路，10G传输线路使用的DCM模块引入了非线性效应，降低了100G系统的传输能力。
在实际混传时10G系统与100G系统采用信道保护（至少150 GHz左右）才能显著降低不同速率信道之间的串扰影响。
40G系统和100G系统混传时，混传代价与40G系统传输码型相关，若传输码型与100G系统相同，影响不大，若采用其他传输码型，则存在一定影响，但从整体上来看，因40G系统速率普遍采用相位调制，具体影响也稍弱于10G系统和100G系统混传情形。
因此，综合来看，混传不仅与不同速率系统兼容性相关，同时一定程度上会增加系统运维难度和安全风险。
因此，考虑到目前的100G系统主要应用需求（路由器/数据中心连接），还是建议以新建100G 网络为主。
2.2 OTN 调度应用基于100G系统（ODU4）的交叉容量需求与现有节点交叉容量差异过大，如果以典型3个维度80×100G系统而言，交叉容量就需要24 Tbit/s，已经超出目前业界的最大处理能力（6.4 Tbit/s）。
如果采用多节点堆叠方式（类集群）实现较大的大交叉容量，会存在局部阻塞情形，如果采用基于小粒度的交叉调度（ODU0/1/2/3等），采用100 Gbit/s线路速率时，也会同样面临类似ODU4的交叉容量问题。
综合来看，现阶段支持ODUk的大容量交叉设备还属于初步发展阶段，即使采用调度功能，局部100G线路调度应该还是近期的典型调度方式。
2.3 跨段参数应用10G WDM 系统标准规范了多种跨段模型，40G WDM系统标准规范了常规22 dB的多跨模型。
在确定100G WDM系统标准是否需要规范除22 dB之外的其他多跨传输模型以满足工程应用需求之前，需要首先讨论不同模型的入纤功率和配置的EDFA噪声指数差异性。
以N×25 dB跨段为例，每个跨段损耗增加3 dB，若不增加入纤功率，由于EDFA的噪声指数变化不大，因此与衡量系统末端OSNR的准则类似，单独规范的意义并不大。
如果可以增加入纤功率，则由于入纤功率、非线性效应和传输段损的综合变化，单独规范的实际需求还是存在的。
目前行业标准规范了使用G.652和G.655光纤的N×22 dB传输规格。
从100G系统前期的实验室测试结果来看，在现有22 dB入纤功率的基础上提升0.5~1 dB功率存在一定可行性，运营商可根据现网建设需求规范其他跨段传输的系统参数。
3 结束语100G技术在需求及技术双重驱动下，目前已开始逐步进入商用阶段。
采用PM-QPSK码型、基于DSP的相干接收、软/硬判FEC等技术，100G系统在CD、PMD和OSNR限制方面取得了显著突破。
同时，由于100G系统技术与10G系统、40G系统存在典型差异，在后期的大规模应用当中，多速率混传、OTN交叉调度、性能比较与评价、测试方法、标准跨段模型等问题还需要进一步讨论。
