新型400G全光網(wǎng)技術(shù)及演進(jìn)探討

新型400G全光網(wǎng)技術(shù)及演進(jìn)探討中國(guó)移動(dòng)研究院

王東2023年11月25日目錄12400G高速光傳輸技術(shù)及進(jìn)展超400G光傳輸前沿技術(shù)探討2中國(guó)移動(dòng)算力網(wǎng)絡(luò)總體策略中國(guó)移動(dòng)提出“算力網(wǎng)絡(luò)”全新理念，從三條主線(xiàn)系統(tǒng)性推進(jìn)算力網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，加快構(gòu)建基礎(chǔ)設(shè)施、平臺(tái)服務(wù)和技術(shù)賦能三位一體的新型服務(wù)能力主線(xiàn)一主線(xiàn)二主線(xiàn)三面向算網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)建面向業(yè)務(wù)融合創(chuàng)新面向創(chuàng)新技術(shù)引領(lǐng)完善算網(wǎng)資源布局，夯實(shí)算力網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)算網(wǎng)高效協(xié)同，支持CHBN業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新技術(shù)引領(lǐng)，打造原創(chuàng)技術(shù)底座，增強(qiáng)設(shè)施供給能力融合發(fā)展，創(chuàng)新平臺(tái)服務(wù)能力策源地，深化技術(shù)賦能能力算力基礎(chǔ)設(shè)施邊緣算力PON中心算力

大區(qū)算力光網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施SPNOTN光網(wǎng)絡(luò)是算力網(wǎng)絡(luò)的重要基礎(chǔ)和堅(jiān)實(shí)底座，面向算力網(wǎng)絡(luò)對(duì)光網(wǎng)絡(luò)在超大帶寬、超長(zhǎng)距離、超低時(shí)延方面提出的更高要求，需轉(zhuǎn)型升級(jí)構(gòu)建承載算力的新型全光底座3400G

–

光傳輸網(wǎng)的5G?

光網(wǎng)絡(luò)已迎來(lái)以400G寬譜傳輸為標(biāo)志的第五次重大技術(shù)變革?

已啟動(dòng)全球最大規(guī)模集采和部署，開(kāi)啟400G商用元年SDH2.5G

WDM199610G

WDM/OTN2003100G

OTN2013400G

OTN202319892018~2021.11：基于16QAM重點(diǎn)推動(dòng)PCS2021.12至今：推動(dòng)QPSK走向成熟京津濟(jì)寧現(xiàn)網(wǎng)試點(diǎn)（2018.8）實(shí)驗(yàn)室測(cè)試遼寧沈大現(xiàn)網(wǎng)試點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室擬現(xiàn)網(wǎng)測(cè)試（2022.8）實(shí)驗(yàn)室測(cè)試（2023.2）浙贛湘黔現(xiàn)網(wǎng)試點(diǎn)（2023.2）（2021.8)（2021.11）ü調(diào)制格式：16QAMü光纖：G.654Eü放大：EDFAü調(diào)制格式：16QAM-PCSü光纖：G.652D/G.654Eü放大：EDFA/拉曼EDFA混合ü波段：C4T/C6Tü調(diào)制格式：16QAM-PCSü光纖：G.652D/G.654Eü放大：EDFA/拉曼EDFA混合ü波段：C4T/C6Tü調(diào)制格式：QPSK原型機(jī)ü光纖：G.652Dü調(diào)制格式：QPSK原型機(jī)ü光纖：G.652D/G.654Eü放大：EDFAü調(diào)制格式：QPSK模塊ü光纖：G.652Dü放大：EDFA/拉曼EDFA混合ü波段：C6Tü放大：EDFA/拉曼EDFA混合ü波段：C6T/C6T+L6Tü5616km(2.2dB余量)ü波段：C6Tü波段：C6T+L6Tü603km

(5.3dB余量)ü1120km@G.652D

(6dB余量)1700km@G.654E

(7dB余量)ü1077km@G.652D

(6dB余量)1333km@G.654E

(8.2dB余量)ü3038km(4.5dB余量)ü7000km(2.46dB余量)構(gòu)建覆蓋全國(guó)的新型400G全光網(wǎng)：400G骨干網(wǎng)+400G城域網(wǎng)4400G骨干網(wǎng)的三大技術(shù)挑戰(zhàn)和變革400G系統(tǒng)面對(duì)超高速率、超寬頻譜和新型信道損傷等全新挑戰(zhàn)，通過(guò)光器件、有源模塊和光系統(tǒng)架構(gòu)三大技術(shù)變革實(shí)現(xiàn)骨干網(wǎng)由100G到400G的代際演進(jìn)123新器件新波段新?lián)p傷符號(hào)率：~30GBd

→

~130GBd，提升四倍C波段

→

C+L波段，擴(kuò)展三倍SRS轉(zhuǎn)移：100G<1dB

→

400G~7dB，增加6dB123超高速光器件超寬譜有源模塊超寬帶光系統(tǒng)架構(gòu)光電合封、高性能DSP、先進(jìn)工藝共同推動(dòng)符號(hào)率從~30GBd提升到~130GBd優(yōu)化器件設(shè)計(jì)與材料工藝，減小EDFA、WSS在C/L波段性能差異，向C+L一體化演進(jìn)自適應(yīng)SRS均衡，破解動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維難題，力爭(zhēng)功率平坦度<±0.5dB5構(gòu)建世界最長(zhǎng)距離400G光傳輸技術(shù)試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)發(fā)布世界最長(zhǎng)距離400G光傳輸現(xiàn)網(wǎng)技術(shù)試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)，召開(kāi)3次技術(shù)發(fā)布會(huì)，推進(jìn)實(shí)現(xiàn)400G長(zhǎng)距傳輸3項(xiàng)試驗(yàn)紀(jì)錄，為拉動(dòng)400G加快成熟、構(gòu)建算力網(wǎng)絡(luò)的大帶寬低時(shí)延全光底座打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)5616km

浙江寧波←→貴州貴安試驗(yàn)網(wǎng)7000km

實(shí)驗(yàn)室測(cè)試系統(tǒng)架構(gòu)1673km

湖南隆回←→貴州貴安試驗(yàn)網(wǎng)基于G.652.D光纖實(shí)現(xiàn)400G

QPSK

5616km傳輸，創(chuàng)現(xiàn)網(wǎng)傳輸世界紀(jì)錄基于G.652.D光纖實(shí)現(xiàn)全球最長(zhǎng)距離的經(jīng)典商用場(chǎng)景80×400G

QPSK

1673km現(xiàn)網(wǎng)試驗(yàn)基于G.654.E光纖實(shí)現(xiàn)400G

QPSK

7000km傳輸，是目前實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的最高水平?

EDFA/拉曼混合放大，光纖維護(hù)余量?

純EDFA放大，C6T+L6T波段，光纖維護(hù)余?

純EDFA放大，C6T+L6T波段，無(wú)余量0.06dB/km，過(guò)系統(tǒng)后OSNR余量2.2dB量0.06dB/km，過(guò)系統(tǒng)后余量6.4dB6400G骨干網(wǎng)規(guī)模商用加速產(chǎn)業(yè)發(fā)展?

業(yè)界首次400G

QPSK技術(shù)規(guī)模商用，推動(dòng)全光網(wǎng)進(jìn)入400G時(shí)代?

將進(jìn)一步推進(jìn)超寬譜系統(tǒng)、C+L一體化、模塊性能提升等技術(shù)演進(jìn)超寬譜系統(tǒng)高速率模塊C+L一體化信號(hào)光DummyLight光頻譜整形優(yōu)化濾波代價(jià)非線(xiàn)性補(bǔ)償目標(biāo)：C+L一體化的ITLA、EDFA、WSS等核心關(guān)鍵器件填充波+自適應(yīng)均衡抑制SRS功率轉(zhuǎn)移產(chǎn)生的性能劣化模塊B2B

OSNR容限優(yōu)化~1dBL波段EDFA噪聲系數(shù)提升現(xiàn)狀：已實(shí)現(xiàn)C+L一體化WSS?

L6T光放大器噪聲系數(shù)仍需進(jìn)一步優(yōu)化，力爭(zhēng)達(dá)到與C6T差異~1dB?

協(xié)同攻關(guān)EDFA、WSS、ITLA等模塊和器件C+L一體化，進(jìn)一步簡(jiǎn)化光層系統(tǒng)復(fù)雜度7400G中短距技術(shù)路線(xiàn)：省域網(wǎng)絡(luò)面向省域傳輸場(chǎng)景，存在400G

16QAM-PCS、QPSK兩條潛在技術(shù)路線(xiàn)，應(yīng)重點(diǎn)結(jié)合傳輸能力和部署成本綜合考慮波特率~91GBdC4T+L4T波段~8THz傳輸距離~1000km波特率~130GBdC6T+L6T波段~12THz傳輸距離>1500km16QAM-PCSQPSK省域網(wǎng)絡(luò)部署OLP保護(hù)引入4.5~5dB插損，16QAM-PCS傳輸能力難以滿(mǎn)足全國(guó)所有省份應(yīng)用需求QPSK相比16QAM-PCS整體性能提升2dB：B2B

OSNR容限1dB、入纖功率

1dB，可以覆蓋省域所有場(chǎng)景省域網(wǎng)絡(luò)400G技術(shù)路線(xiàn)選擇?

方案一：將16QAM-PCS、QPSK收斂至一種調(diào)制格式，所有省域場(chǎng)景采用統(tǒng)一技術(shù)?

方案二：16QAM-PCS、QPSK兩種技術(shù)方案并存，面向不同省域需求選擇使用8400G中短距技術(shù)路線(xiàn)：城域網(wǎng)絡(luò)面向城域傳輸場(chǎng)景，存在400G

16QAM、16QAM-PCS兩條潛在技術(shù)路線(xiàn)，應(yīng)重點(diǎn)結(jié)合頻譜效率和低成本部署綜合考慮波特率~67GBdC6T波段~6THz波特率~91GBdC6T波段/C+L波段傳輸距離~240km（逐點(diǎn)OXC模型）傳輸距離~720km（逐點(diǎn)OXC模型）16QAM16QAM-PCS城域網(wǎng)絡(luò)部署需考慮OXC組網(wǎng)和OLP保護(hù)引入代價(jià)，16QAM可以低成本滿(mǎn)足數(shù)據(jù)中心互聯(lián)及城域網(wǎng)部分需求16QAM-PCS相比16QAM傳輸性能提升4dB，可覆蓋城域傳輸主要場(chǎng)景16QAM-PCS存在C6T

60波、C4T+L4T

80波、C6T+L6T

120波三種方案，城域網(wǎng)是否引入C+L仍待研究?

相比現(xiàn)有C波段系統(tǒng)，C+L引入SRS轉(zhuǎn)移問(wèn)題，需配置填充波長(zhǎng)、SRS功率均衡，增加網(wǎng)絡(luò)部署和運(yùn)維管理復(fù)雜度?

C+L目前為分立式光層系統(tǒng)，考慮城域OXC組網(wǎng)對(duì)波長(zhǎng)靈活調(diào)度需求，更需向一體化演進(jìn)9目錄12400G高速光傳輸技術(shù)及進(jìn)展超400G光傳輸前沿技術(shù)探討10重用130GBd產(chǎn)業(yè)鏈推進(jìn)單波800G傳輸?

基于16QAM碼型可重用400G時(shí)代130GBd產(chǎn)業(yè)鏈實(shí)現(xiàn)單波800G傳輸，在采用G.652.D光纖+純EDFA放大+滿(mǎn)波配置的系統(tǒng)模型下，具備880km（11×22dB）極限傳輸能力實(shí)驗(yàn)架構(gòu)?

C6T+L6T，2個(gè)真波+78填充波?

G.652.D光纖+純EDFA放大系統(tǒng)末端誤碼率與凈余量vs通道經(jīng)11跨光纖傳輸后，C6T+L6T全波段通道性能逼近FEC糾錯(cuò)門(mén)限4.4×10-2，且系統(tǒng)末端最小凈余量（扣除通道代價(jià)）已低至0.16

dB，基本不具備進(jìn)一步延長(zhǎng)傳輸距離的空間11800G長(zhǎng)距傳輸需更高速率光電器件技術(shù)突破重用400G時(shí)代130GBd產(chǎn)業(yè)鏈難以滿(mǎn)足800G骨干長(zhǎng)距傳輸需求，需進(jìn)一步提升800G信號(hào)波特率以提高系統(tǒng)性能?800G信號(hào)符號(hào)率從130GBd提升至180GBd，傳輸距離可提升30%（~900km→~1200km）?800G時(shí)代G.654.E光纖相比G.652.D預(yù)計(jì)將帶來(lái)較大的性能提升??克爾非線(xiàn)性效應(yīng)+更低的SRS功率轉(zhuǎn)移80km傳輸SRS功率轉(zhuǎn)移：G.654.E~3dB，G.652.D~7dB預(yù)計(jì)180GBd及以上波特率將是超長(zhǎng)距800G的主流符號(hào)率，需進(jìn)一步推動(dòng)光電器件向更高波特率突破12G.654.E作為800G時(shí)代更佳選擇仍需深度匹配寬譜系統(tǒng)需求?

800G時(shí)代G.652.D無(wú)法滿(mǎn)足長(zhǎng)距骨干需求，G.654.E成為更佳選擇。?

但面對(duì)潛在的S+C+L超寬譜應(yīng)用，需解決現(xiàn)有G.654.E光纖指標(biāo)與寬譜系統(tǒng)間的失配問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)截止波長(zhǎng)、宏彎損耗等參數(shù)性能的改善ITU-T

G.654.E截止波長(zhǎng)定義：1530nm向更低截止波長(zhǎng)演進(jìn)控制長(zhǎng)波宏彎損耗G.654.E消水峰截止波長(zhǎng)應(yīng)向≤1470nm演進(jìn)實(shí)現(xiàn)對(duì)S/L波段光纖參數(shù)定義消除水峰擴(kuò)展G.654.E應(yīng)用范圍ITU定義：<1530nm（不滿(mǎn)足C6T需求）企標(biāo)定義：<1522nmG.654.E目前僅針對(duì)C波段定義了傳輸損耗、宏彎損耗等關(guān)鍵指標(biāo)此前缺乏寬譜應(yīng)用需求，工藝上未對(duì)G.654.E水峰進(jìn)行處理13單波凈速率超1Tb/s的S+C+L多波段滿(mǎn)波配置超寬帶實(shí)驗(yàn)?

為探索超Tb/s單波及S+C+L波段滿(mǎn)波配置下單模實(shí)芯光纖的信道極限，聯(lián)合業(yè)界開(kāi)展了單波凈速率超Tb/s的S+C+L多波段滿(mǎn)波配置超寬帶實(shí)驗(yàn)?

在2×75km

G.654.E光纖上采用純摻雜光纖放大的形式，實(shí)現(xiàn)了總?cè)萘?44.67Tb/s的單波超Tb/s級(jí)滿(mǎn)波驗(yàn)證Results??符號(hào)率115GBd，通路間隔125GHz，總譜寬19.5THz（156波）：S7.5T(1460-1522nm)+C6T(1524-1572nm)+L6T(1575-1626nm)S波段采用32QAM-PCS+16QAM-PCS，C與L波段采用64QAM-PCS，平均單波速率分別為0.778Tb/s、1.03Tb/s與1.01Tb/s14反諧振空芯光纖的趨勢(shì)和方向反諧振空芯光纖能夠在波導(dǎo)內(nèi)實(shí)現(xiàn)空氣/真空導(dǎo)光，突破現(xiàn)有實(shí)芯單模光纖的固有時(shí)延極限和非線(xiàn)性香農(nóng)極限，為智算網(wǎng)絡(luò)和分布式大模型提供全新的高性能底座，有望改變半個(gè)世紀(jì)以來(lái)基于實(shí)芯光纖的光通信行業(yè)實(shí)芯光纖自光纖發(fā)明以來(lái)，光纖都是實(shí)芯光纖，光的傳播與拘束可采用射線(xiàn)光學(xué)的全內(nèi)反射機(jī)理解釋。實(shí)芯石英介質(zhì)折射率約為1.46介質(zhì)光速≈真空光速/1.46極限1時(shí)延介質(zhì)光速≈空氣光速/真空光速傳輸時(shí)延降低1/3，突破固有時(shí)延極限反諧振空芯光纖空氣/真空是最佳導(dǎo)光介質(zhì)，反諧振空芯光纖基于反諧振反射機(jī)理對(duì)光進(jìn)行束縛和傳播。極限2容量空