400G OTN網絡技術：單載波、雙載波、四載波有何區別？

隨着5G的商用以及雲計算、大數據等新業務的不斷湧現，網絡帶寬壓力劇增，相對於早前的25G/100G而言，400G具備大帶寬、低延時、低功耗等優勢，因此部署400G光傳送網（OTN）已是大勢所趨。目前400G具備單載波、雙載波以及四載波三種傳輸技術可實現400G光傳送網（OTN），這三種傳輸技術除了載波數不同以外，還存在什麼區別？各自具備什麼優劣勢？閱讀完本文您將從中找到答案。

單載波400G技術概述

單載波400G技術採用高階調製格式，通過基於400G PM-16QAM、PM-32QAM和PM-64QAM等單載波調製方式來構建400G波道，適用於城域網，數據中心互聯(DCI)等短距離應用（不需要長距離傳輸但需要大帶寬容量的應用）。

下面以400G PM-16QAM技術為例。其中，“PM”是指把一個400G（448Gbit/s）光信號分離成2個偏振方向（X、Y方向），再把信號調製到這兩個偏振方向進行傳輸，如下圖。相當於對數據做了“一分二”的處理，速率降低一半。“QAM”是指分離X、Y信號的過程，此時，速率降低一半，即224Gbit/s。“16”代表着X、Y信號分別被分為4個信號，此時速率從之前的224Gbit/s降低到了56Gbit/s。有人肯定會問，為什麼需要降低波特率？因為從現階段的電路技術來說，100Gbit/s已接近“電子瓶頸”的極限，如果繼續提高速率，信號損耗、功率耗散、電磁干擾等一系列問題也難以解決，即便是解決，也需要付出巨額成本。

優點：相對於多載波光源技術而言，單載波400G技術是一種較為簡單的波長調製解決方案，具備更簡單的結構、更小的尺寸以及相對較低的功耗，不僅如此，它還能提供網絡管理。由於單載波400G技術採用的是更高階的調製格式，可以提高信號速率以及提升頻譜效率300%以上，從而大大擴展了網絡容量，以便支持更多的用戶數。而且，它的系統集成度高，可以將單獨的子系統連接成一個完整的系統，讓它們彼此之間協同工作，獲得理想的性能。也就是說單載波是一種經濟且高效的解決方案。

缺點：正是因為單載波採用了更高階的調製格式，所以它需要更高的光信號噪聲比，這極大程度上縮短了傳輸距離（小於200千米），若是技術得不到突破，在遠距離傳輸上的應用並不樂觀。與此同時，單載波容易受到激光器相位噪聲和光纖非線性效應的影響。

雙載波400G技術概述

對於單載波400G技術而言，雙載波400G採用2*200G超級通路技術方案，主要是通過8QAM、16QAM和QPSK等調製格式構建400G超級波道，適用於長距離、複雜的城域網中。雙載波400G主要是通過DSP進行信號處理，將1個400G光信號分為2路200G信號，1路200G佔用37.5GHz頻譜，這樣一來400G只需要75GHz頻譜，從而達到5.33bit/s/Hz的頻譜效率。400G（448 Gbit/s）信號實際上處理的數據波特率為448÷2（雙載波）÷2（PM）÷4（16QAM）=28G Baud。

優點：雙載波400G頻譜效率提升了165%以上，系統集成度較高，體積小，功耗低。目前，該項傳輸技術已開始商用，常見於400G OTN。與此同時，相對單載波400G來說，雙載波400G可傳輸500千米，傳輸距離稍遠；當其與低損耗光纖和EDFA搭配使用時，傳輸距離可達1000多千米，能基本滿足遠距離傳輸的應用需求。

缺點：雖說雙載波400G與低損耗光纖和EDFA搭配使用，傳輸距離可達1000多千米，但無法滿足2000千米以上的超長距離傳輸需求。

四載波400G技術

四載波400G技術是指4個子載波（每個子載波承載一個100G信號）採用Nyquist WDM（奈奎斯特波分復用技術） PDM-QPSK調製方式創建400G波道，適用於超長距離骨幹網傳輸。

優點：四載波400G採用的技術成熟，目前已規模商用，成本低，傳輸距離可達2000千米。

缺點：四載波400G只有在通過芯片升級解決系統集成度和功耗問題的前提條件下，引入頻譜壓縮技術，才能提高頻譜效率，否則以目前的100G芯片搭建400G系統本質還是100G系統。

總結

經過本文介紹，您可以發現單載波400G傳輸距離受限，只適用於200千米以內的城域網、數據中心互聯等短距離應用；雙載波400G與低損耗光纖和EDFA搭配使用，可用於長距離的城域網（傳輸距離可達1000千米）；而四載波400G適用於2000千米的超長遠距離骨幹網傳輸。雖說目前400G還未普及化，但隨着全球數據流量的不斷攀升，帶寬需求無止境，2020年400G有望成為市場的主導速率，欲知更多400G以太網發展趨勢，可訪問《風口上的400G》。