400G OTN网络技术：单载波、双载波、四载波有何区别？

随着5G的商用以及云计算、大数据等新业务的不断涌现，网络带宽压力剧增，相对于早前的25G/100G而言，400G具备大带宽、低延时、低功耗等优势，因此部署400G光传送网（OTN）已是大势所趋。目前400G具备单载波、双载波以及四载波三种传输技术可实现400G光传送网（OTN），这三种传输技术除了载波数不同以外，还存在什么区别？各自具备什么优劣势？阅读完本文您将从中找到答案。

单载波400G技术概述

单载波400G技术采用高阶调制格式，通过基于400G PM-16QAM、PM-32QAM和PM-64QAM等单载波调制方式来构建400G波道，适用于城域网，数据中心互联(DCI)等短距离应用（不需要长距离传输但需要大带宽容量的应用）。

下面以400G PM-16QAM技术为例。其中，“PM”是指把一个400G（448Gbit/s）光信号分离成2个偏振方向（X、Y方向），再把信号调制到这两个偏振方向进行传输，如下图。相当于对数据做了“一分二”的处理，速率降低一半。“QAM”是指分离X、Y信号的过程，此时，速率降低一半，即224Gbit/s。“16”代表着X、Y信号分别被分为4个信号，此时速率从之前的224Gbit/s降低到了56Gbit/s。有人肯定会问，为什么需要降低波特率？因为从现阶段的电路技术来说，100Gbit/s已接近“电子瓶颈”的极限，如果继续提高速率，信号损耗、功率耗散、电磁干扰等一系列问题也难以解决，即便是解决，也需要付出巨额成本。

优点：相对于多载波光源技术而言，单载波400G技术是一种较为简单的波长调制解决方案，具备更简单的结构、更小的尺寸以及相对较低的功耗，不仅如此，它还能提供网络管理。由于单载波400G技术采用的是更高阶的调制格式，可以提高信号速率以及提升频谱效率300%以上，从而大大扩展了网络容量，以便支持更多的用户数。而且，它的系统集成度高，可以将单独的子系统连接成一个完整的系统，让它们彼此之间协同工作，获得最佳的性能。也就是说单载波是一种经济且高效的解决方案。

缺点：正是因为单载波采用了更高阶的调制格式，所以它需要更高的光信号噪声比，这极大程度上缩短了传输距离（小于200千米），若是技术得不到突破，在远距离传输上的应用并不乐观。与此同时，单载波容易受到激光器相位噪声和光纤非线性效应的影响。

双载波400G技术概述

对于单载波400G技术而言，双载波400G采用2*200G超级通路技术方案，主要是通过8QAM、16QAM和QPSK等调制格式构建400G超级波道，适用于长距离、复杂的城域网中。双载波400G主要是通过DSP进行信号处理，将1个400G光信号分为2路200G信号，1路200G占用37.5GHz频谱，这样一来400G只需要75GHz频谱，从而达到5.33bit/s/Hz的频谱效率。400G（448 Gbit/s）信号实际上处理的数据波特率为448÷2（双载波）÷2（PM）÷4（16QAM）=28G Baud。

优点：双载波400G频谱效率提升了165%以上，系统集成度较高，体积小，功耗低。目前，该项传输技术已开始商用，常见于400G OTN。与此同时，相对单载波400G来说，双载波400G可传输500千米，传输距离稍远；当其与低损耗光纤和EDFA搭配使用时，传输距离可达1000多千米，能基本满足远距离传输的应用需求。

缺点：虽说双载波400G与低损耗光纤和EDFA搭配使用，传输距离可达1000多千米，但无法满足2000千米以上的超长距离传输需求。

四载波400G技术

四载波400G技术是指4个子载波（每个子载波承载一个100G信号）采用Nyquist WDM（奈奎斯特波分复用技术） PDM-QPSK调制方式创建400G波道，适用于超长距离骨干网传输。

优点：四载波400G采用的技术成熟，目前已规模商用，成本低，传输距离可达2000千米。

缺点：四载波400G只有在通过芯片升级解决系统集成度和功耗问题的前提条件下，引入频谱压缩技术，才能提高频谱效率，否则以目前的100G芯片搭建400G系统本质还是100G系统。

总结

经过本文介绍，您可以发现单载波400G传输距离受限，只适用于200千米以内的城域网、数据中心互联等短距离应用；双载波400G与低损耗光纤和EDFA搭配使用，可用于长距离的城域网（传输距离可达1000千米）；而四载波400G适用于2000千米的超长远距离骨干网传输。虽说目前400G还未普及化，但随着全球数据流量的不断攀升，带宽需求无止境，2020年400G有望成为市场的主导速率，欲知更多400G以太网发展趋势，可访问《风口上的400G》。