Page 31 - 网络电信2024年9月刊
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光通信

      从长距骨干传送网的发展历程来看，“传输距离不变，         前根本的光纤技术体系的情况下，面向长距800G，G.652.D难以
传输容量翻倍”是基本要求。从100G到400G，在频谱效率没有        为继，而G.654.E或成为刚需。
改善的情况下，通过将可用波段从C波段扩展至“C6T+L6T”波
段，实现了单纤容量突破。而当单通道速率进一步提升至800G           图3 不同波特率的800G在G.652.D（左）和G.654.E（右）上的传输距离仿真
时，如何实现1000km以上长距传输，则成为重大的关键技术挑
战。                                           同时也需要注意，G.654.E标准化较早，当时并未充分考虑
                                       长距800G应用的扩展性问题。一是目前ITU-T定义的G.654.E光
      实现长距1000km量级传输的首要关键技术为调制格式和      纤截止波长为小于1530nm，在S波段以及C6T波段的短波段光纤
波特率。从100G、400G两代代际性技术来看，QPSK以其对噪声      不再具备理想单横模特性，由此产生的模间干扰将成为光通信
的高容忍度成为优选方案，因此在长距800G传输中采用QPSK         系统的新型传输损伤，需要将截止波长延伸至1470nm；二是此
技术也将是优选方案。在此情况下，就需要将信号波特率从约            前G.654.E光纤未进行消水峰处理，这将显著增大S波段传输损
130GBd提升至260GBd或以上。260GBd信号符号率意味着800G  耗。因此，产业应该面向长距800G技术应用，进一步开展新型
长距传输需要更大的通道间隔，可能要达到275GHz~300GHz，      低损耗大有效模场面积光纤的截止波长定义、消水峰等特性及C
如果继续保持80波方案，则新系统的频谱总宽度将达到              波段外关键参数指标研究。
22THz~24THz，远远超出了当前的12THz“C6T+L6T”方案。
                                             波段的进一步扩展也是实现长距1000km量级传输的
      因此，采用约260GBd的相干光信号对调制器、接收机、AD/   关键。约260GBd需要22THz~24THz的可用频谱，比当前
DA、Serdes等核心光电器件的带宽、适用波段都提出了更高的        12THz“C6T+L6T”宽近一倍，需要进一步考虑扩展新波段的问
要求。以相干调制器为例，在400G QPSK时代，InP和硅光仍然      题。同时更宽的频谱也意味着更强的受激拉曼散射（SRS），通
是主流方案，均可以满足130GBd和“C6T+L6T”宽谱。面向约      道间的功率差将进一步增大。
260GBd这一要求，调制器技术在波段可用性、信号符号率两方
面的性能比较如图2所示。从带宽潜力来看，硅光难以支持超                  在C/L波段外，近邻波段有S波段（1460nm—1520nm）和U
过200GBd的信号调制，InP具备向260GBd演进的潜力；从适用波    波段（1630nm—1675nm），波段是否可用、好用，必须充分考
段来看，InP仅能在C/L波段应用，而硅光具备O~L的超宽适用范       虑光放大器的发展情况。在400G QPSK和“C6T+L6T”技术体系
围。因此，无论是InP还是硅光都难以支持长距800G技术演进。        下，面向L波段的EDFA逐渐走向成熟，但长波长增益和噪声系数
针对这一挑战，薄膜铌酸锂等新型材料因其具有更好的电光特            仍然较短波有约1.5dB~2.5dB的差异。通过SRS的功率转移，可
性和更大的带宽潜力、波段适应性，在E~L多个波段内可实现超          以有效地补偿L波段EDFA长波长性能，总体上实现“C6T+L6T”
300GBd光信号调制，而更具有优势。                    宽谱范围内的性能平衡。而铒离子在C和L波段外无法实现光放
                                       大，需要采用其他的稀土元素来满足新波段的要求，如铥（S波
 图2 调制器技术在波段可用性、信号符号率两方面的性能比较          段）、钕（E波段）、镨和镝（O波段）。目前，这些新波段的
                                       稀土元素掺杂光纤放大器技术仍不成熟，如稀土元素通常需要
      光纤的选择对实现长距1000km量级传输也至关重要，长距     低声子能量的氟化物或者硫系玻璃作为基质，难以与普通石英
800G到底会在何种传输介质上进行规模部署？可以看到，400G        光纤熔接。除稀土元素外，近年来铋作为一种多价元素，在多
时代已经处在了受非线性香农极限影响的性能增长放缓节点             个波段，特别是在1150nm—1500nm和1600nm—1800nm范围内，
上，是否需要将G.652.D替换为非线性和损耗都更低的G.654.E     可提供显著的放大增益，从而引发了国内外针对宽带光放大器
曾经引发过激烈讨论。                             的广泛研究。从当前进展来看，基于掺铋光纤的光放大器有望
                                       解决多波段光放大的技术难题，但仍需持续推进。
      前期已经有过一些对不同光纤类型下相同波特率的800G信
号传输性能的分析研究，不同波特率的800G在G.652.D和G.654.         综合来看，长距800G在符号速率、调制格式、光纤、波段
E的传输距离仿真如图3所示。可以发现，在180GBd核心光电器        选择、光放大器等方面面临技术挑战。随着ITU-T在B1T方面的
件条件下，采用纯掺杂光纤放大技术，受限于传输损耗、非             研究和高速客户侧模块速率的演进，1.6T可能是未来的发展方
线性和受激拉曼散射的影响，G.652.D满波传输距离仅能达到         向。如果仍然沿用长距100G、400G和800G的演进思路，则符号
450km，而G.654.E能达到1200km。因此，可以认为在不改变当   速率将上升至约520GBd，可用频谱宽度需要达到 44THz以上，
                                       类似摩尔定律在3nm以下已陷入瓶颈，高速光通信在Tbit/s以上
                                       是否也面临技术瓶颈是需要慎重考虑的一个重要命题。

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