Page 24 - 网络电信2021年6月刊上

光 通 信

互联网对光通信技术的核心需求是带宽，自从上世七八十 都是缓慢的，达到倍增都非常困难，无法实现数量级提升的质
年代光纤通信实用化以后，光通信一直扮演着互联“承重墙” 变。下一步有望实现光通信系统容量质变的创新有可能是打破
的角色。特别是上世纪九十年代波分复(Wavelength Division 单模光纤理论和工艺架构的新型光纤。如图3所示，目前值得关
Multiplexing，WDM)技术和本世纪一十年代相干光通信技术两代 注的新一代新型光纤主要有少模光纤(Few Mode Fiber，FMF)、
技术革命，使得光通信带宽持续以大约每三年翻一番的“光摩尔 多芯光纤(Multi-Core Fiber，MCF)、空心光纤(Holly Fiber)
定律”高速发展，有力支撑了互联网乃至人类信息网络在过去 或者称为光子晶体光纤(Photonics Crystal Fiber，PCF)等。
三十年的蓬勃发展(如图1所示)。但是基于单模光纤的商用光通信 虽然这类光纤目前在理论、工艺、成本、配套器件、与光传输
系统容量已经逐渐逼近大约100Tb/s的香农极限，后续可持续发展 系统的兼容性等方面都存在很多问题，但是业界还是要高度关
[3]
亟待理论、方法、技术、工艺、器件和系统的全方位创新 。 注，因为这些创新可能催生光通信技术的下一场革命。
在可预见的未来，光通信技术依旧需要在单模光纤、波分
新时代互联网对光传输网络的需求也已不再仅仅是带宽本
复用技术和相干光通信技术基础上进一步提升容量，因此无外
身，光层在组网调度方面的效率和灵活性也成为使能互联网的
乎有两条路径，分别是提升单波速率和增加可用波长。
重要手段。
1)提升单波速率。我国已经全面部署基于相干光通信技术
WDM传输技术发展伊始，业界就一直在研究光层交换技术，
的80×100Gb/sWDM系统，近几年三大运营商开始关注和部署单
但是由于全光波长变换和光信息直接处理等技术的缺失，目前
波长200Gb/s和400Gb/s的WDM系统，例如基于PM-16QAM调制的
在光网络层实现的依旧是波长颗粒的光层调度，最重要的设备
80×200Gb/s WDM系统已经在部分城域网少量干线有所部署，面
基础是可重构光分插复用设备(Reconfigurable Optical Add-
向长距离传输单波长200Gb/s和400Gb/s WDM技术也已经有了大 Drop Multiplexer，ROADM)。我国第一张全光调度的省际骨干
量1000km以上长距离现网试点报道，即将进入商用 [4-5] 。单波长
[7]
网络——中国电信长江中下游地区ROADM网络于2017年建成 。
600Gb/s和800Gb/s的相干光通信技术也已提上了议事日程，华
为、Ciena、Infinera等厂商都有一些现网试验报道，但是目前
传输距离等性能都存在很大不足，只能局限在短距离应用，距 ๭ ̾Ḥܻ๙ྐಸਈᄹӉ৥ൎࠣ٤ཌྟཐ୪ࠞཋൕၩ๭
离商用还有较大差距。
2)增加可用波长。我国全面部署的WDM系统主要制式是C波
段80×50GHz(4THz频谱)。过去几年已经有少量系统采用了C波段
96×50GHz(4.8THz)，增加了20%的可用波长。进入单波长200Gb/s
时代，为了实现距离相当前提下容量翻番的目标，运营商提出了
80×75GHz(6THz频谱)的扩展C波段WDM系统需求，目前已经成熟并
开始商用部署，国内的华为、中兴和烽火等厂商均推出了相应的
设备，这也是国内运营商和设备商在光通信产业界率先提出并实
现的一项技术。至此，扩展C波段的可用频谱提升了50%。下一步
目标是单波长400Gb/s时代继续保持距离前提下的容量翻番目标，
扩展对象是L波段。欧美国家在过去十年已经部署了相当规模的
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C+L波段WDM系统，其总频谱大约是9.6THz，还不足以实现总容量
翻番的目标。目前以国内产业链为主体，正在研究扩展C+L的技术
[6]
路线和方案，预计可用频谱大约在11~12THz左右 。学术界还在
研究拉通O、E、S、C、L、U各个波段的全波段光放大技术，这是
一个更远期的研究目标。单模光纤可用波段如图2所示。
除了系统技术以外，业界在光纤技术方面也进行了大量创
新，一方面是对单模光纤的持续性能优化，另一方面是新型传
输光纤的研制。
1)优化单模光纤。噪声积累和非线性是影响WDM系统进一步
提升容量和延长传输距离的主要瓶颈，因此单模光纤的优化就是
从降低光纤衰耗和增大有效面积两个方面着手。目前采用芯区低
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掺杂甚至纯硅芯技术，超低损耗陆缆光纤的衰耗系数已经可以低
于0.17dB/km；陆缆用大有效面积光纤有效面积达到130um2，相对
于传统单模光纤有50%以上的提升。同时具备超低损耗和大有效面
积特征的G.654E光纤已经完成了国内外标准化，国内三大运营商
已经开始现网部署，其中中国电信建设的世界上首条省际骨干全
G.654E光缆(上海－金华－河源－广州光缆)已于2021年初建成。
2)研制新型光纤。前面三种技术路径对光通信容量的提升

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