随着(zhe)社(she)会信息化进(jin)(jin)程的(de)(de)不(bu)断(duan)推进(jin)(jin)，以视频、云(yun)计算(suan)、物联网为代表的(de)(de)新兴业务(wu)对(dui)带宽需求(qiu)剧增(zeng)(zeng)，现有的(de)(de)骨干光(guang)传输(shu)系统无(wu)法满足日益(yi)增(zeng)(zeng)长的(de)(de)互连容量需求(qiu)，迫切(qie)要求(qiu)进(jin)(jin)一步提升(sheng)传输(shu)容量。
实际(ji)上，随着(zhe)网络传(chuan)输(shu)容(rong)量需求(qiu)的(de)激增(zeng)，光传(chuan)输(shu)系统(tong)其单通(tong)道传(chuan)输(shu)速率在经(jing)历了(le)从2.5Gbit/s－>10Gbit/s－>40Gbit/s－>100Gbit/s的提升，正在酝酿(niang)下(xia)一代(dai)的超100G光(guang)传(chuan)输系统。光(guang)传(chuan)输复(fu)用维度也从单纯的时分复(fu)发(fa)展到时间、波(bo)长、频率、偏振态(tai)、传(chuan)输模式(shi)的多(duo)维复(fu)用、多(duo)管齐下。面向(xiang)未来网络容量需求的光(guang)传(chuan)输，Pbit多芯空(kong)分复用以及光(guang)子轨道角动量复用已成(cheng)为业界研究热点。在具体实现上，高(gao)级(ji)正交幅度(du)调制、相(xiang)干接(jie)收、数(shu)字信号处理、多载波技(ji)(ji)术(shu)和光(guang)电集成(cheng)工艺等新技(ji)(ji)术(shu)逐步引入并持续优化，不断提(ti)升(sheng)光(guang)传输性(xing)能，降(jiang)低光(guang)传输成(cheng)本。
基于成(cheng)本和(he)兼容(rong)(rong)性等方(fang)面的考虑，充分(fen)利(li)用已铺(pu)设的光(guang)纤光(guang)缆，在现有光(guang)传输系统上通过升级和(he)改造(zao)光(guang)收发单(dan)元以(yi)提(ti)高单(dan)个波(bo)长通道传输数(shu)据(ju)率的方(fang)式来提(ti)升系统容(rong)(rong)量，具有较好的性价比(bi)和(he)可(ke)行性。超100G光传输将继承100G光传输(shu)系统(tong)的设计(ji)思想，采(cai)用(yong)偏振(zhen)复用(yong)、多级调制提(ti)高频(pin)谱效率，采(cai)用(yong)数字相干接收(shou)提(ti)高接收(shou)机灵敏度和信道(dao)均衡能力(li)。
超100G光(guang)(guang)(guang)传输意在可用频带(dai)资源(yuan)不变(bian)的(de)(de)情况下(xia)进一步提(ti)升单根(gen)光(guang)(guang)(guang)纤(xian)的(de)(de)传输容量，其关键在于提(ti)高(gao)频谱资源(yuan)的(de)(de)利用率(lv)和频谱效(xiao)率(lv)。对于光(guang)(guang)(guang)传输系统而言，光(guang)(guang)(guang)纤(xian)损耗窗口所(suo)导致(zhi)的(de)(de)可用带(dai)宽(kuan)限(xian)制和光(guang)(guang)(guang)传输通道(dao)光(guang)(guang)(guang)器(qi)件(jian)(jian)级联所(suo)引起的(de)(de)窄带(dai)滤波效(xiao)应要求(qiu)光(guang)(guang)(guang)传输的(de)(de)频谱效(xiao)率(lv)最大化(hua)(hua)；光(guang)(guang)(guang)传输通道(dao)的(de)(de)非(fei)线性效(xiao)应要求(qiu)光(guang)(guang)(guang)传输功率(lv)的(de)(de)效(xiao)率(lv)最大化(hua)(hua)。此外，光(guang)(guang)(guang)电(dian)器(qi)件(jian)(jian)水平对光(guang)(guang)(guang)传输符号(hao)基带(dai)带(dai)宽(kuan)亦有限(xian)制。
针对上述超100G光传输挑(tiao)战，业(ye)界从以(yi)下(xia)方面(mian)入手解决：①充分利用(yong)光信号可(ke)调制(zhi)维度（幅度、相位、偏振态(tai)）来承载数据以(yi)提高(gao)频(pin)(pin)谱效率(lv)(lv)；②采(cai)用(yong)多(duo)载波和(he)正交频(pin)(pin)分复用(yong)技(ji)术(shu)(shu)提高(gao)频(pin)(pin)谱利用(yong)率(lv)(lv)并降低(di)符(fu)号传输的(de)(de)波特率(lv)(lv)以(yi)抑制(zhi)色(se)散的(de)(de)影响、减(jian)小(xiao)对光、电(dian)器件带宽的(de)(de)要求；③采(cai)用(yong)数字相干接收(shou)(shou)技(ji)术(shu)(shu)提高(gao)接收(shou)(shou)机的(de)(de)灵(ling)敏度和(he)信道均衡能力，采(cai)用(yong)更高(gao)增(zeng)益的(de)(de)纠错编(bian)码提高(gao)系统(tong)的(de)(de)健壮性。④采(cai)用(yong)先进的(de)(de)光电(dian)集成技(ji)术(shu)(shu)减(jian)小(xiao)体(ti)积，降低(di)功(gong)耗，提高(gao)系统(tong)可(ke)靠性。
需要注意的是(shi)，尽管(guan)多(duo)维度多(duo)级调制(zhi)可以有效提高频谱效率，减小对传输(shu)通道和光(guang)电器件(jian)带宽(kuan)的要求，但多(duo)级调制(zhi)会(hui)减小星座图上符号之间的最小间距(ju)，降低(di)OSNR灵敏度以及传输(shu)损(sun)伤容(rong)忍能(neng)力。因此(ci)，选择更(geng)高(gao)级别的QAM调制可以提(ti)高超(chao)100G的(de)频谱(pu)效率(lv)(lv)和传输速率(lv)(lv)，但由于强度噪声(sheng)和相位噪声(sheng)容忍能力(li)减弱，其传输距离可能远低(di)于目前100G系统。
光电器(qi)件集成技(ji)术(shu)是超(chao)100G光(guang)传输(shu)实现(xian)的基础(chu)。尽管多(duo)载波传输(shu)级数可以降低了(le)系统对光(guang)、电器件(jian)的带宽要求(qiu)，将器件(jian)功(gong)耗(hao)由平方增长降低为线性增长，但其带宽和功(gong)耗(hao)要求(qiu)仍然惊人。光(guang)电器件(jian)集成工(gong)艺(yi)是(shi)影(ying)响超100G光传输(shu)设计方案可行性和系统性能的关键因素。
鉴于目(mu)前的客户(hu)业务需求和光电器(qi)件工艺水平，400Gbit/s光传输(shu)速率是具(ju)可行性(xing)和性(xing)价比的(de)解决方案。基于灵(ling)活栅格的(de)双子载波偏振复用16级正交幅(fu)度调制(2SC-PM-16-QAM)的400G光传(chuan)输是(shi)业界普遍看(kan)好的方案之一(yi)。该方案每一(yi)个传(chuan)输通(tong)道占用75GHz带宽，其频谱效率可以达(da)到5.3bit/s/Hz，较100Gbit/s光传输2bit/s/Hz的(de)频谱(pu)效率可以有较(jiao)(jiao)大提高。由于采用了(le)较(jiao)(jiao)为密集的(de)16QAM调制，400G传输(shu)损(sun)伤容忍能力(li)（传输(shu)距离）较100G光传(chuan)输系统有所下降(jiang)，预计会(hui)在城(cheng)域(yu)及数据中(zhong)心互(hu)联场合率(lv)先(xian)应用。
