热点技术名词——“Flex Shaping”-电子发烧友网

今日一起学习技术名词：

Flex Shaping（灵活整形）——旨在提升超100G速率业务传输距离，增加系统传输带宽，降低网络建设成本。

Q：什么是Flex Shaping

A：Flex Shaping是中兴通讯OTN领域系列创新技术和算法族的统称（涉及内容较多，本文仅介绍其中最关键的技术），电域方面主要包含概率整形和波特率连续可调等技术，光域方面主要包含光域均衡和背景波填充等技术。

通过光域整形和电域整形联动设计，综合优化业务传输质量，达到增加网络带宽、延长传输距离、降低建网成本的目的。

该算法的应用对于超100G网络发展具有重要意义。

Q：为什么需要Flex Shaping

A：数字时代流量激增，光网络持续向更高单波速率、更大频谱带宽演进，有效提升网络系统容量的同时，业务传输性能却大不如前。

单波速率提升：通过采用更高阶的调制方式，增加每个码元携带的比特数，提升相同频谱间隔内的传输速率。然而调制阶数提高，码元状态数也相应增多，系统区分难度加大，传输性能变差。此外，受WSS（Wavelength Selective Switch，波长选择开关）器件滤波代价的影响，超100G信号穿通多个ROADM（Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer，可重构光分插复用器）站点后传输性能也会劣化。

频谱资源拓宽：传统C波段（6THz）扩展到C+L波段（共12THz）。由于SRS（Stimulated Raman Scattering，受激拉曼散射）效应的影响，C+L系统在增减波长时存在光性能劣化问题，比如剧烈的功率、OSNR波动，严重影响业务传输质量，甚至有业务中断的风险。

因此，业界亟需一种有效方案保障在传输容量提升的同时，传输距离不变。基于此，中兴通讯提出Flex Shaping先进算法，旨在优化超100G业务传输性能。

Q：Flex Shaping都包括什么

A：前文提到Flex shaping通过电域和光域两个维度的整形算法和技术来优化OTN网络传输性能，以下我们一一介绍。

电域方面

概率整形结合波特率连续可调技术，取得传输距离与传输容量最佳平衡。

一、概率整形技术

要了解概率整形，首先得了解高阶调制。以16QAM调制为例，每个码元携带4个bit信息，共16种调制状态（0000，0001，0010，...，1111）。图1中各圆点（状态）为16QAM调制的星座点，这些星座点组合为星座图。在星座图中，离坐标轴原点越近代表星座点能级越低，发射光功率越低，反之则越高。对于光信号而言，发光功率越高传输过程中引起的非线性效应越大，传输性能受到的影响越显著。

根据香农定律，光通信系统模型中发端的离散星座点近似高斯分布时，传输性能最优。相比传统星座点的等概率分布，概率整形技术正是通过改变不同星座点出现概率，使其近似于高斯分布来提升传输性能，如图2所示。

概率整形技术将星座图外圈的星座点以一定概率和规则映射至靠近原点的星座点，增加低能级星座点出现概率，减少高能级星座点出现概率，从而降低平均发射功率，更有效容忍噪声等因素带来的损伤，提升30%以上传输距离。

打个比方，有1辆货车（波道）正在运送货物（400G业务），有些货箱打包的货物很重，有些则很轻，这样既不稳定，也不安全，影响货物运输。通过优化打包方案，减少承重较大的货箱（高能级星座点）占比，提升承重较小的货箱（低能级星座点）占比，使得载重尽量均衡分布，从而实现长距离安全运输。

二、波特率连续可调技术

传统光器件只支持波特率定点可调，比如部分厂商800G光模块仅支持几个固定波特率可调（69GBd、85GBd、91GBd、95GBd）。在满足传输距离的前提下，受限于波特率无法灵活调整，很可能需要牺牲传输速率及容量。

中兴通讯OTN相干光模块支持波特率连续可调，可实现业务速率及调制方式灵活调整。比如1.2T相干光模块支持64GBd~140GBd连续可调，可实现100G~1.2T速率灵活部署。针对骨干、城域、DCI不同场景在传输距离上的差异，可按需调整模块的速率及调制方式，在满足传输距离的情况下，使传输速率和容量达到最优。

以货物运输为例，为满足跨省份、跨地市、同城等不同运输场景需求，可以灵活选择合适的运输工具，在运输距离和载货量间取得最佳平衡。

光域方面

光域均衡技术（中兴通讯独有专利）保证业务穿通更多ROADM站点。背景波填充技术保障C+L系统性能稳定、成熟商用。

一、独有专利的光域均衡技术

为实现多方向业务间的灵活调度，城域网通常采用Mesh化组网架构，站点多为ROADM站。WSS器件是ROADM站点的核心器件。当超100G光信号经过WSS时，边缘频率（fc-B/2、fc+B/2）受到的滤波影响相较中心频率（fc）更明显，容易导致光谱形状失真，从而影响收端业务恢复。

为解决该问题，中兴通讯采用光域均衡技术，优化WSS器件光谱传递函数，将WSS通道中各切片进行分片衰减控制，设计成两端高、中间凹的形状，如图3所示。当信号经过光域均衡后的WSS时，边缘频率和中心频率受到的滤波影响接近，光谱失真情况明显好转，从而保障业务经多级WSS后仍能被可靠接收。

基于中兴通讯光域均衡专利技术，可提升50%的WSS穿通级数，有效延长业务传输距离，减少中继，节约建网成本。就像在货运过程中，可提前确保沿途各隧道（ROADM站点）高度、宽度等规格合适，从而保障货车能顺利通过。

图3 WSS光域均衡方案

二、背景波填充技术

C+L系统占用频谱带宽高达12THz，光纤中强烈的受激拉曼散射效应导致的短波长向长波长（C波段向L波段）功率转移问题不可忽略。

当C+L系统出现波道变化等情况时，受激拉曼散射效应会严重影响业务传输性能。例如，当C波段的一些波长突然消失，其原本会向L波段转移的功率也不复存在，从而导致L波段的业务信号功率及OSNR指标劣化。因此，C+L系统需要具备抑制SRS效应的方案。

背景波填充技术是目前业界普遍用于抑制SRS效应的手段。基于背景波填充技术，中兴通讯提出在C+L系统采用“真假波替换”的思想，如图4所示。宽谱ASE（Amplified Spontaneous Emission）光源噪声经过WSS选出”假波“后，与真实业务波道一起注入系统传输，使系统始终保持满波状态。在真实业务波道增加或减少时，可实现秒级的“假波”与“真波”间的切换，从而避免C+L系统光性能剧烈波动，维持系统性能稳定。