[圖]40G光網(wǎng)絡的需要、發(fā)展及采用

   
    上世紀60年代末協(xié)和飛機的問世開辟了航空飛行的新紀元。超音速飛機在速度及動力方面超越了原有飛機，本應成為未來的飛行技術。但最后事實并未如愿，協(xié)和飛機的銷售狀況并不理想，其他小型飛機反而銷售良好。今天的電信領域遇到了類似的問題：40G技術是否會成為下一個協(xié)和飛機？

　　正如擁戴者所說的，40G技術的巨大優(yōu)勢有：體積只有同等傳輸容量的10G系統(tǒng)的一半，功耗更低（減少了20%～40%），維護更容易（因為波長數(shù)減少了75%）。但是這些優(yōu)勢必須能夠降低系統(tǒng)總成本，否則運營商也不會考慮。

　　除上述優(yōu)越性之外，還有一些采用40G系統(tǒng)的動力，首先就是路由器接口。已證實在IP路由器中高速率數(shù)據(jù)流比多路低速率數(shù)據(jù)流的傳輸效率高得多。路由器供應商已經(jīng)推出了有40G接口的系統(tǒng)。

　　現(xiàn)有系統(tǒng)的擴展和升級是40G技術的又一推動力，還有其他潛在的市場，包括用于測試設備及海底傳輸?shù)氖瞻l(fā)機。雖然下一代網(wǎng)絡設備無疑會與40G技術兼容，但未來幾年究竟需要多少40G高速率設備呢？

　　流量如何增長是影響40G需求的一個重要因素。按最近的流量增速來看，即使采用較為保守的估計，用不了幾年，空閑信道就會用完。那時，運營商將不會再采用10G設備，因此最遲不超過2006或07年，40G的上馬將不可避免。

　　另一方面，若流量增速減緩，運營商或許還會繼續(xù)使用10G，將極大影響對新系統(tǒng)的需求。Strategies Unlimited的市場研究人員預測2008年底長途鏈路的增速將減緩，但整體網(wǎng)絡容量還將穩(wěn)步增長。雖然還有更激進的預測，但即使按這個預測，08年網(wǎng)絡容量需求顯然也比現(xiàn)在的容量大得多，這意味對40G系統(tǒng)的需求很旺盛。

　　Strategies Unlimited根據(jù)流量增長的預測數(shù)據(jù)對2.5G、10G和40G長途收發(fā)機的銷售情況的預測結果。盡管現(xiàn)在所有新系統(tǒng)都是10G的，但2.5G設備的銷售依然強勁。未來幾年10G銷售全面增長時，40G設備的銷量才開始逐步增大。還是一樣，所有一切都取決于網(wǎng)絡流量需求的發(fā)展。

　　影響40G技術應用的因素還有其實施的難易程度，這項技術當然還有不少難題。對于剛起步的運營商來說，雖然采用了高速率的系統(tǒng)，但其上傳輸?shù)臉I(yè)務信號還很少，使得光信噪比下降，導致40G長途鏈路的成本高于等效10G鏈路。

　　將10G升級為40G后，色散提高了16倍，偏振模色散也上升了2～4倍，但符合要求的40G器件還無法量產(chǎn)。此外還有一些隱形成本，比如為新系統(tǒng)培訓技術員、更新操作系統(tǒng)、驗證光纖和更昂貴的測試設備等。

　　另一個障礙是電子器件：無論是磷化銦還是硅鍺（SiGe）器件仍非常昂貴。CMOS的極限速率也可以達到40G，但可能還不如采用SiGe，因為CMOS需要用到昂貴的先進的蝕刻技術。此外，電子設備的主要成本來自測試，因此CMOS在高速率時沒有優(yōu)勢。

　　最后，不管設備商如何鼓動，運營40G網(wǎng)絡都不會是小事一樁。其難度類似于維持高性能賽車的最佳狀態(tài)或協(xié)和飛機的運營。

　　盡管存在這些困難，仍有不少公司最近發(fā)布和展示了許多產(chǎn)品。隨著拉曼放大技術、前向糾錯、色散補償技術和先進編碼調制技術（例如載頻抑制歸零碼（CS-RZ）、雙二進制編碼、差分相移鍵控編碼等）的發(fā)展，設備商已經(jīng)能提供40G速率的實用系統(tǒng)了。同時也驗證了在標準單模光纖上傳輸40G信號的可行性，盡管所用的光纖是98年后敷設的而不是最老的光纖。

長途與短途

40G將用于網(wǎng)絡何處呢？一方面，距離越短，應用40G技術越容易。大多數(shù)路由器之間的連接在同一中心局內，距離小于2km，適合采用40G設備。另一方面，最高速的鏈路通常用在長途（大于80km）網(wǎng)絡中，長途網(wǎng)絡中匯聚的流量足夠大，能夠承受40G設備的成本。
然而，長途市場增長依然緩慢，設備商正考慮將城域網(wǎng)作為第三個選擇。在城域網(wǎng)中，路由器之間的連接和現(xiàn)有系統(tǒng)的擴展對40G設備還有一定的需求，而且沒有長途連接那么復雜。

中心局以及稍長距離的傳輸系統(tǒng)將會使用短距離（SR）收發(fā)機，用它們將傳輸設備和路由器連接起來。因此SR收發(fā)機的供應商不管怎樣都可能有訂單，但長距離傳輸設備供應商則需要城域網(wǎng)或長途業(yè)務才能生存。

通常認為，40G系統(tǒng)的每信道價格應該比10G低3倍才有競爭力。但事實并非如此。首先，從過去的經(jīng)驗看10G設備的價格在一段時間內是2.5G的4倍甚至10倍，仍然能賣出去。其次，還要取決40G信道如何使用。若系統(tǒng)擴展且不用敷設新光纖的話，或許值得考慮，但對于超長距離傳輸而言則可能無法盈利。

看看SR收發(fā)機的情況，40G產(chǎn)品的數(shù)量還很少，現(xiàn)在的售價在3萬美元左右。為使產(chǎn)品有競爭力，系統(tǒng)設備商要求收發(fā)器的價格下降到8千～1萬美元附近。這個價格仍然遠高于10G產(chǎn)品，大批量采購時，10G SR收發(fā)機的價格為500美元左右。預計隨著價格的下降，40G產(chǎn)品所需價格將在2007年左右達到用戶的期望值，那時銷售量將大增。
一旦40G在網(wǎng)絡中立足后，光傳輸將如何變化？近20年來，網(wǎng)絡中的傳輸速率平均每年增長26％。相當于每3年傳輸速度翻倍，或者說6年內從10G/s上升到40G/s。有人已經(jīng)預測從40G上升到160G也將按同樣的趨勢增長。

　　而最新的傳輸速率增長趨勢可能遵循更傳統(tǒng)的S曲線。在此情形中每年增速約為19％，或者說每4年翻倍?？紤]這種情況，下一個合理的步驟是升級到80G，這是因為80G還可以照樣使用現(xiàn)在常用的電子器件，而且還能用100GHz濾波器。

速率劇增

　　去年9月的ECOC會議有幾個演講提到了160G創(chuàng)新技術。去年7月，日本沖電氣公司展示了用OTDM傳輸640km的160G鏈路。去年甚至有文章討論640G單波長傳輸。但是我們不能無限地提高速率，因為總是要考慮成本。

　　首先，光在光纖中傳輸時由于非線性對信號的影響，傳輸速率存在物理極限。因為每個比特至少需要一個光子，6Tb/s可能就是理論極限了。而且速率越高，傳輸距離越短。這意味著其經(jīng)濟合理性也有極限。

　　柏林技術大學的研究人員在2003年模擬了160G傳輸?shù)娜N方案：16×10G、4×40G以及160G單信道。從網(wǎng)絡管理角度看，單信道160G傳輸方式顯然最好，但采用多個10G信道則可以獲得最好的網(wǎng)絡粒度和最小的器件總體成本。因此，即使單信道160G傳輸可行的話，也是遙遠的未來的事情了。

　　關鍵是，最好的系統(tǒng)是由運營商的需要決定的，而不是它有多高的傳輸速率。運營商并不一定非要最高的速率不可。例如采用WDM技術，運營商就可以有更多的選擇。同樣，采用OTDM的160G傳輸也只是另一種光復用，類似于“將4個25分硬幣換成一塊錢”。如果40G或160G方案還不是運營商的明確選擇，則其市場也將受限更多，由此價格也難以下降。

現(xiàn)在的情況

　　回到現(xiàn)在，廠商們正在緩慢而穩(wěn)定地推進40G技術，需求也開始出現(xiàn)了。Strategies Unlimited預測今年40G系統(tǒng)和路由器會有一些應用。如果發(fā)展順利，產(chǎn)品銷售可能在2007～08年開始高速增長。

　　如果情況不像預計那樣，40G也許會像協(xié)和飛機的命運一樣。更小更多粒度的系統(tǒng)將是主流，而更大、更快的系統(tǒng)反而不能取代它們。畢竟，如果乘客都坐不滿何必要買更快的飛機呢？但更可能的情況是，40G將成為最后的串行電調制速率，而80G和160G會成為協(xié)和飛機。

　　我們還需繼續(xù)觀察流量的增長。只要流量持續(xù)增長，即使年增速遠低于人們的預期，也有利于40G的發(fā)展。至關重要的是運營商如何看待此事，以及他們采用更高速率的愿望有多迫切。運營商們當然希望新設備能兼容40G，如果他們有這樣的設備，他們就有機會使用它們。另一方面，整個通信行業(yè)已經(jīng)迷失在更快才能更好的假設中了。

　　長途傳輸流量的增長情況，圖中顯示的是估算的10G等效鏈路數(shù)（2.5G、10G和40G都折算為10G）的估算情況，單位為2002年的百分比。

　　2.5G、10G和40G長途收發(fā)機的銷售量，單位為2003年的百分比。40G的數(shù)值包括短距離收發(fā)機。


摘自：光纖在線