随着社會信息化進程的不斷推進，以視頻、雲計算、物聯網為代表的新興業務對帶寬需求劇增，現有的骨幹光傳輸系統無法滿足日益增長的互連容量需求，迫切要求進一步提升傳輸容量。
實際上，随着網絡傳輸容量需求的激增，光傳輸系統其單通道傳輸速率在經曆了從2.5Gbit/s－>10Gbit/s－>40Gbit/s－>100Gbit/s的提升，正在醞釀下一代的超100G光傳輸系統。光傳輸複用維度也從單純的時分複發展到時間、波長、頻率、偏振态、傳輸模式的多維複用、多管齊下。面向未來網絡容量需求的光傳輸，Pbit多芯空分複用以及光子軌道角動量複用已成為業界研究熱點。在具體實現上，高級正交幅度調制、相幹接收、數字信号處理、多載波技術和光電集成工藝等新技術逐步引入并持續優化，不斷提升光傳輸性能，降低光傳輸成本。
基于成本和兼容性等方面的考慮，充分利用已鋪設的光纖光纜，在現有光傳輸系統上通過升級和改造光收發單元以提高單個波長通道傳輸數據率的方式來提升系統容量，具有最優的性價比和可行性。超100G光傳輸将繼承100G光傳輸系統的設計思想，采用偏振複用、多級調制提高頻譜效率，采用數字相幹接收提高接收機靈敏度和信道均衡能力。
超100G光傳輸意在可用頻帶資源不變的情況下進一步提升單根光纖的傳輸容量，其關鍵在于提高頻譜資源的利用率和頻譜效率。對于光傳輸系統而言，光纖損耗窗口所導緻的可用帶寬限制和光傳輸通道光器件級聯所引起的窄帶濾波效應要求光傳輸的頻譜效率最大化；光傳輸通道的非線性效應要求光傳輸功率的效率最大化。此外，光電器件水平對光傳輸符号基帶帶寬亦有限制。
針對上述超100G光傳輸挑戰，業界從以下方面入手解決：①充分利用光信号可調制維度（幅度、相位、偏振态）來承載數據以提高頻譜效率；②采用多載波和正交頻分複用技術提高頻譜利用率并降低符号傳輸的波特率以抑制色散的影響、減小對光、電器件帶寬的要求；③采用數字相幹接收技術提高接收機的靈敏度和信道均衡能力，采用更高增益的糾錯編碼提高系統的健壯性。④采用先進的光電集成技術減小體積，降低功耗，提高系統可靠性。
需要注意的是，盡管多維度多級調制可以有效提高頻譜效率，減小對傳輸通道和光電器件帶寬的要求，但多級調制會減小星座圖上符号之間的最小間距，降低OSNR靈敏度以及傳輸損傷容忍能力。因此，選擇更高級别的QAM調制可以提高超100G的頻譜效率和傳輸速率，但由于強度噪聲和相位噪聲容忍能力減弱，其傳輸距離可能遠低于目前100G系統。
光電器件集成技術是超100G光傳輸實現的基礎。盡管多載波傳輸級數可以降低了系統對光、電器件的帶寬要求，将器件功耗由平方增長降低為線性增長，但其帶寬和功耗要求仍然驚人。光電器件集成工藝是影響超100G光傳輸設計方案可行性和系統性能的關鍵因素。
鑒于目前的客戶業務需求和光電器件工藝水平，400Gbit/s光傳輸速率是最具可行性和性價比的解決方案。基于靈活栅格的雙子載波偏振複用16級正交幅度調制(2SC-PM-16-QAM)的400G光傳輸是業界普遍看好的方案之一。該方案每一個傳輸通道占用75GHz帶寬，其頻譜效率可以達到5.3bit/s/Hz，較100Gbit/s光傳輸2bit/s/Hz的頻譜效率可以有較大提高。由于采用了較為密集的16QAM調制，400G傳輸損傷容忍能力（傳輸距離）較100G光傳輸系統有所下降，預計會在城域及數據中心互聯場合率先應用。
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