Page 11 - 网络电信2023年4月刊
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运营商专栏

                3.1 支撑互联网发展的光通信网络                                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
                互联网(Internet)是过去二十多年光通信网络技术发展的                   十年已经部署了相当规模的C+L波段WDM系统，其总频谱大约是
            最大动力，随着VR/AR、自动驾驶等新型业务的兴起，目标万物                       9.6THz，还不足以实现总容量翻番的目标。目前以国内产业链
            互联的物联网(Internet  of  Things，IoT)加入了互联网大家             为主体，正在研究扩展C+L的技术路线和方案，预计可用频谱大
            庭，进一步壮大了互联网影响社会经济活动的深度和广度，因                          约在11~12THz左右[6]。学术界还在研究拉通O、E、S、C、L、U
            此包括物联网在内的广义互联网在可预见的将来依旧是光通信                          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。
            网络技术发展的最大驱动力之一。                                      单模光纤可用波段如图2所示。
                互联网对光通信技术的核心需求是带宽，自从上世纪                           图2 单模光纤可用波段示意图
            七八十年代光纤通信实用化以后，光通信一直扮演着互联
            网  “承重墙”的角色。特别是上世纪九十年代波分复用
            (Wavelength Division Multiplexing，WDM)技术和本世纪一十
            年代相干光通信技术两代技术革命，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，后续可持续发展亟待理论、方法、技术、
            工艺、器件和系统的全方位创新。
              图1 光通信容量增长历史及非线性香农极限示意图                                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
                在可预见的未来，光通信技术依旧需要在单模光纤、波分                        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
            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                          G.654E光缆(上海－金华－河源－广州光缆)已于2021年初建成。
            乎有两条路径，分别是提升单波速率和增加可用波长。                                 2)研制新型光纤。前面三种技术路径对光通信容量的提升
                1)提升单波速率。我国已经全面部署基于相干光通信技术                       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
            的80×100Gb/s  WDM系统，近几年三大运营商开始关注和部署单                  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
            波长200Gb/s和400Gb/s的WDM系统，例如基于PM-16QAM调制的              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
            80×200Gb/s  WDM系统已经在部分城域网少量干线有所部署，                   注的新一代新型光纤主要有少模光纤(Few Mode Fiber，FMF)、
            面向长距离传输单波长200Gb/s和400Gb/s  WDM技术也已经有了                多芯光纤(MultiCore  Fiber，MCF)、空心光纤(Holly  Fiber)
            大量1  000km以上长距离现网试点报道，即将进入商用[4-5]。                   或者称为光子晶体光纤(Photonics  Crystal  Fiber，PCF)等。
            单波长600Gb/s和800Gb/s的相干光通信技术也已提上了议事日                   虽然这类光纤目前在理论、工艺、成本、配套器件、与光传输
            程，华为、Ciena、Infinera等厂商都有一些现网试验报道，但                   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
            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                          注，因为这些创新可能催生光通信技术的下一场革命。
            用，距离商用还有较大差距。                                         图3 几种下一代新型光纤示意图
                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                              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
            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                          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
            谱提升了50%。下一步目标是单波长400Gb/s时代继续保持距离                     重要手段。

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