【秒懂承載】熱點技術名詞——“Flex Shaping”

今日和文檔君一起學習技術名詞：Flex Shaping（靈活整形）——?旨在提升超100G速率業(yè)務傳輸距離，增加系統(tǒng)傳輸帶寬，降低網(wǎng)絡建設成本。

Q：什么是Flex Shaping

A：Flex Shaping是中興通訊OTN領域系列創(chuàng)新技術和算法族的統(tǒng)稱（涉及內容較多，本文僅介紹其中最關鍵的技術），電域方面主要包含概率整形和波特率連續(xù)可調等技術，光域方面主要包含光域均衡和背景波填充等技術。

通過光域整形和電域整形聯(lián)動設計，綜合優(yōu)化業(yè)務傳輸質量，達到增加網(wǎng)絡帶寬、延長傳輸距離、降低建網(wǎng)成本的目的。

該算法的應用對于超100G網(wǎng)絡發(fā)展具有重要意義。

Q：為什么需要Flex Shaping

A：數(shù)字時代流量激增，光網(wǎng)絡持續(xù)向更高單波速率、更大頻譜帶寬演進，有效提升網(wǎng)絡系統(tǒng)容量的同時，業(yè)務傳輸性能卻大不如前。

單波速率提升：通過采用更高階的調制方式，增加每個碼元攜帶的比特數(shù)，提升相同頻譜間隔內的傳輸速率。然而調制階數(shù)提高，碼元狀態(tài)數(shù)也相應增多，系統(tǒng)區(qū)分難度加大，傳輸性能變差。此外，受WSS（Wavelength Selective Switch，波長選擇開關）器件濾波代價的影響，超100G信號穿通多個ROADM（Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer，可重構光分插復用器）站點后傳輸性能也會劣化。

頻譜資源拓寬：傳統(tǒng)C波段（6THz）擴展到C+L波段（共12THz）。由于SRS（Stimulated Raman Scattering，受激拉曼散射）效應的影響，C+L系統(tǒng)在增減波長時存在光性能劣化問題，比如劇烈的功率、OSNR波動，嚴重影響業(yè)務傳輸質量，甚至有業(yè)務中斷的風險。

因此，業(yè)界亟需一種有效方案保障在傳輸容量提升的同時，傳輸距離不變?；诖?，中興通訊提出Flex Shaping先進算法，旨在優(yōu)化超100G業(yè)務傳輸性能。

Q：Flex Shaping都包括什么

A：前文提到Flex shaping通過電域和光域兩個維度的整形算法和技術來優(yōu)化OTN網(wǎng)絡傳輸性能，以下我們一一介紹。

電域方面

概率整形結合波特率連續(xù)可調技術，取得傳輸距離與傳輸容量最佳平衡。

一、概率整形技術

要了解概率整形，首先得了解高階調制（詳見：【秒懂承載】熱點技術名詞——“高階調制”）。以16QAM調制為例，每個碼元攜帶4個bit信息，共16種調制狀態(tài)（0000，0001，0010，...，1111）。圖1中各圓點（狀態(tài)）為16QAM調制的星座點，這些星座點組合為星座圖。在星座圖中，離坐標軸原點越近代表星座點能級越低，發(fā)射光功率越低，反之則越高。對于光信號而言，發(fā)光功率越高傳輸過程中引起的非線性效應越大，傳輸性能受到的影響越顯著。

根據(jù)香農定律，光通信系統(tǒng)模型中發(fā)端的離散星座點近似高斯分布時，傳輸性能最優(yōu)。相比傳統(tǒng)星座點的等概率分布，概率整形技術正是通過改變不同星座點出現(xiàn)概率，使其近似于高斯分布來提升傳輸性能，如圖2所示。

概率整形技術將星座圖外圈的星座點以一定概率和規(guī)則映射至靠近原點的星座點，增加低能級星座點出現(xiàn)概率，減少高能級星座點出現(xiàn)概率，從而降低平均發(fā)射功率，更有效容忍噪聲等因素帶來的損傷，提升30%以上傳輸距離。

打個比方，有1輛貨車（波道）正在運送貨物（400G業(yè)務），有些貨箱打包的貨物很重，有些則很輕，這樣既不穩(wěn)定，也不安全，影響貨物運輸。通過優(yōu)化打包方案，減少承重較大的貨箱（高能級星座點）占比，提升承重較小的貨箱（低能級星座點）占比，使得載重盡量均衡分布，從而實現(xiàn)長距離安全運輸。

二、波特率連續(xù)可調技術

傳統(tǒng)光器件只支持波特率定點可調，比如部分廠商800G光模塊僅支持幾個固定波特率可調（69GBd、85GBd、91GBd、95GBd）。在滿足傳輸距離的前提下，受限于波特率無法靈活調整，很可能需要犧牲傳輸速率及容量。

中興通訊OTN相干光模塊支持波特率連續(xù)可調，可實現(xiàn)業(yè)務速率及調制方式靈活調整。比如1.2T相干光模塊支持64GBd~140GBd連續(xù)可調，可實現(xiàn)100G~1.2T速率靈活部署。針對骨干、城域、DCI不同場景在傳輸距離上的差異，可按需調整模塊的速率及調制方式，在滿足傳輸距離的情況下，使傳輸速率和容量達到最優(yōu)。

以貨物運輸為例，為滿足跨省份、跨地市、同城等不同運輸場景需求，可以靈活選擇合適的運輸工具，在運輸距離和載貨量間取得最佳平衡。

光域方面

光域均衡技術（中興通訊獨有專利）保證業(yè)務穿通更多ROADM站點。背景波填充技術保障C+L系統(tǒng)性能穩(wěn)定、成熟商用。

一、獨有專利的光域均衡技術

為實現(xiàn)多方向業(yè)務間的靈活調度，城域網(wǎng)通常采用Mesh化組網(wǎng)架構，站點多為ROADM站。WSS器件是ROADM站點的核心器件。當超100G光信號經(jīng)過WSS時，邊緣頻率（fc-B/2、fc+B/2）受到的濾波影響相較中心頻率（fc）更明顯，容易導致光譜形狀失真，從而影響收端業(yè)務恢復。

為解決該問題，中興通訊采用光域均衡技術，優(yōu)化WSS器件光譜傳遞函數(shù)，將WSS通道中各切片進行分片衰減控制，設計成兩端高、中間凹的形狀，如圖3所示。當信號經(jīng)過光域均衡后的WSS時，邊緣頻率和中心頻率受到的濾波影響接近，光譜失真情況明顯好轉，從而保障業(yè)務經(jīng)多級WSS后仍能被可靠接收。

基于中興通訊光域均衡專利技術，可提升50%的WSS穿通級數(shù)，有效延長業(yè)務傳輸距離，減少中繼，節(jié)約建網(wǎng)成本。就像在貨運過程中，可提前確保沿途各隧道（ROADM站點）高度、寬度等規(guī)格合適，從而保障貨車能順利通過。

圖3 WSS光域均衡方案

二、背景波填充技術

C+L系統(tǒng)占用頻譜帶寬高達12THz，光纖中強烈的受激拉曼散射效應導致的短波長向長波長（C波段向L波段）功率轉移問題不可忽略。

當C+L系統(tǒng)出現(xiàn)波道變化等情況時，受激拉曼散射效應會嚴重影響業(yè)務傳輸性能。例如，當C波段的一些波長突然消失，其原本會向L波段轉移的功率也不復存在，從而導致L波段的業(yè)務信號功率及OSNR指標劣化。因此，C+L系統(tǒng)需要具備抑制SRS效應的方案。

背景波填充技術是目前業(yè)界普遍用于抑制SRS效應的手段?；诒尘安ㄌ畛浼夹g，中興通訊提出在C+L系統(tǒng)采用“真假波替換”的思想，如圖4所示。寬譜ASE（Amplified Spontaneous Emission）光源噪聲經(jīng)過WSS選出”假波“后，與真實業(yè)務波道一起注入系統(tǒng)傳輸，使系統(tǒng)始終保持滿波狀態(tài)。在真實業(yè)務波道增加或減少時，可實現(xiàn)秒級的“假波”與“真波”間的切換，從而避免C+L系統(tǒng)光性能劇烈波動，維持系統(tǒng)性能穩(wěn)定。

圖4 背景波填充方案示意

總的來說，基于Flex Shaping算法能實現(xiàn)高速和長距兼得，提升網(wǎng)絡傳輸容量，減少Gbit傳輸成本，降低客戶CAPEX投入。

Q：Flex Shaping算法有什么優(yōu)勢

A：中興通訊擁有獨有專利的光域均衡技術，WSS穿通級數(shù)可提升50%。

QFlex Shaping算法應用場景及業(yè)界應用進展

A：中興通訊Flex Shaping算法可靈活應用于骨干、城域及DCI等場景，已成為運營商超100項目的標配，起到增大傳輸容量、提升傳輸距離的重要作用，并創(chuàng)造多個業(yè)界之最。

一、概率整形應用進展

2022年8月，聯(lián)合中國電信完成業(yè)界首個128G波特率800G PS-16QAM實驗室驗證，基于G.652光纖及普通光放大器實現(xiàn)1050km傳輸距離。

2021年，助力德國O2 MBH（移動回傳）網(wǎng)絡現(xiàn)代化改造，建設全球最大200G（PS-16QAM）+ROADM網(wǎng)絡。

二、波特率連續(xù)可調應用進展

2023年Q4，聯(lián)合北京電信完成全球首個800G OTN可插拔方案現(xiàn)網(wǎng)試點，橫跨京冀多個數(shù)據(jù)中心機房，包括400G/800G混傳、400G多種調制方式等功能驗證。

三、光域均衡技術應用進展

2024年2月，攜手土耳其移動（Turkcell）完成單波800G無電中繼傳輸驗證，基于800G OTN可插拔模塊及光域均衡技術創(chuàng)造陸地系統(tǒng)最遠2000km傳輸紀錄。

2017年，助力泰國True部署全球首個長距離靈活柵格200G骨干波分網(wǎng)絡，基于中興通訊光域均衡專利技術，ROADM級聯(lián)穿通數(shù)量超過業(yè)內水平50%。繼2017年和2020年承建多個區(qū)域骨干網(wǎng)之后，2023年再次獲取骨干200G雙網(wǎng)融合項目，保障“智能泰國”暢通聯(lián)接。

四、背景波填充技術進展

2023年12月，中標中國移動400G OTN國干工程，采用C+L波段 & 400G QPSK方案，完成全球首條400G全光省際骨干網(wǎng)鏈路正式商用。

2023年Q1，中國移動采用中興通訊Real 400G方案，完成橫跨浙江、江西、湖南、貴州四省超長距離及C+L波段12THz驗證，創(chuàng)5616km陸地實時現(xiàn)網(wǎng)超長距離傳輸紀錄。