Page 19 - 网络电信2023年12月刊

光 通 信

双模式80波分通道1000km少模光纤传输

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郑天启 ，王晨 ，王凯辉 ，丁俊杰 ，朱博文 ，桑博涵 ，周雯 ，沈磊 ，张磊 ，王瑞春 ，闫长鹍 ，余建军 1*
1.复旦大学通信与信息工程学院通信科学与工程系
2.长飞光纤光缆股份有限公司
摘 要：为了解决急剧提升的通信系统容量需求与长距离传输等问题，通过实验验证了超大容量的
少模光纤传输。在超大容量需求的背景下，同时使用波分复用、模分复用、偏振复用三种复用技术进
行信号传输，凭借自研的低损耗六模渐变型光纤（各模式衰减约为0.2 dB/km），实现了覆盖C波
段共80个通道，每个通道双模双偏振信号的1000 km传输。考虑到超长距离传输带来的色散和双模
双偏振带来的串扰，在进行接收端离线数字信号处理（DSP）时首先使用频域色散补偿算法进行色
散补偿，并在下采样和时钟恢复后联合利用多输入多输出-频域最小均方算法（MIMO-FDLMS）和
多输入多输出-时域最小均方算法（MIMO-TDLMS）进行信道均衡和色散补偿。在28%冗余的低密
度奇偶校验（LDPC）信道编码软判决前向纠错（SD-FEC）阈值5.2×10-2条件下，实现了总的线
传输速率40.96 Tbit/s，净速率高达32 Tbit/s。

关键词：光通信;波分复用;模分复用;偏振复用;长距离传输;超大容量传输;

引言 道正交相移键控（QPSK）信号传输，谱效率距离积高达31500
[6]
近年来，数据爆发式的增长对以光纤传输为核心技术的骨 bit/（s·Hz·km）。2018年，Shibahara等 利用循环模式排
干传输网提出挑战，结合偏振复用、波分复用技术进行单模光 序技术实现了6300 km的三模式少模光纤传输以及2500 km的12
[7]
纤传输已不能满足日益增长的通信速率需要 [1,2,3,4] 。多模多芯 芯三模多芯少模光纤传输。2019年，Luís等 使用160μm三模
等空分复用技术一度成为打破长距离光网络传输速率瓶颈的研 4芯光纤实现1.2Pbit/s的3.37km传输。2020年，Rademacher [8]
究热点。在过去，少模光纤被更多地应用于短距离传输场景当 在C+L波段上实现了38核三模光纤6.2 Pbit/s的65km多芯少模传
中，但随着传输速率需求的剧增，更加成熟的多模复用及解复 输。
用技术、低色散低损耗的多模光纤以及更加先进的数字信号处 然而在实际应用中，多芯光纤由于光纤尺寸的增加，面
理（DSP）算法的出现，利用少模光纤和少模多芯光纤实现更大 临一系列物理及传输特性问题，另外实际场景中长距离多芯光
容量与更长距离传输成为可能。 纤的可靠性也有待研究。少模光纤传输技术既可以作为少模多
单模光纤传输长期以来一直因其低损耗、高带宽而成为 芯技术的一部分，紧密地与多芯技术结合，与多芯技术研究同
大容量长距离传输的首选，直到现在单模光纤仍然占据绝大部 步，又在速率上数倍于目前单模光纤的传输极限。多芯与少模
分的光传输网络（OTN），然而单模光纤的速率极限被限制在 技术将一同有力推动实现光通信网络的下一代更迭。
[9]
100 Tbit/s，其在面对传输速率需求几个数量级的增加预期 2018年，陈健等 使用光子灯笼和正交频分复用（OFDM）
时愈加乏力。与此同时，少模光纤（FMF）以及少模多芯光纤 技 术 实 现 了 单 通 道 的 两 模 7 . 2 G b i t / s 传 输 。 同 年 ， v a n
（MCFMF）传输被预测将替代单模光纤传输，成为新一代光传 Weerdenburg等[10]结合波分复用（120个通道）和模分复用（6
输网络的关键。这无疑将是光纤通信产业一次重大的机遇和挑 个模式）实现了138 Tbit/s的590 km传输。2019年，Wakayama
战。 等 [11] 借助6模掺铒光纤放大器（EDFA）实现266.1 Tbit/s速率
少模多芯光纤可以在单模传输速率极限的基础上增加2～3 90.4 km的6模光纤传输，使用10模光纤在弱耦合条件下使用4
个数量级。目前实验室级的少模多芯传输研究早已突破单模光 个4×4多输入多输出（MIMO）和2个2×2 MIMO实现10模48 km光
[5]
纤速率极限。2017年，Rademacher等 使用三模式渐变型少模 纤传输，传输速率达402.7 Tbit/s [12] 。2020年，Shibahara等
光纤实现了20%前向纠错（FEC）阈值下3500 km传输距离的33信 [13]在C波段下实现了速率为40.2 Tbit/s的3060 km传输。2021

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