李晗:400G全光网技术演进及光器件发展探讨

李晗 400G –光传输网的5G 光网络迎来第五次重大技术变革，400G代际演进迈入宽谱通信新时代全产业链向C6T+L6T宽谱架构演进，面临受激拉曼散射效应（SRS）新挑战 构建覆盖全国的新型400G全光网：400G骨干网+400G城域网 400G技术路线 400G技术面向数据中心互连、城域与骨干不同应用场景需求，中短距应用重点考虑频谱效率，长距应用重点考虑传输性能，折中评估三大技术路线的适用范围 •波特率：~130GBd•波道间隔：150GHz，总谱宽12THz（C+L）•B 2 B O S N R容 限： 要 求~ 1 7 d B， 实 测~16dB（MSA）•传输距离可达>1500km •波特率：~91GBd•波道间隔：100GHz，总谱宽8THz（C+L）•B2B OSNR容限：要求~18.5dB，实测~17.5dB（MSA）•传输距离<720km（逐点OXC模型） •波特率：~67GBd•波道间隔：75GHz，总谱宽6THz（C波段）•B2B OSNR容限：要求~22.5dB，实测~20dB（MSA）、~21dB（CFP2）•传输距离<240km（逐点OXC模型） 16QAM满足DCI场景需求，传输性能提升可考虑城域部分应用 16QAM-PCS可覆盖城域传输主要场景 中国移动400G技术研究历程 5年来，历经4次现网试点和多次实验室验证，中国移动已就400G进行持续性的系统研究和攻关 2018~2021.11：基于16QAM重点推动PCS 2021.12至今：推动QPSK走向成熟 浙赣湘黔现网试点（2023.2）ü调制格式：QPSK模块ü光纤：G.652Dü放大：EDFA/拉曼EDFA混合ü波段：C6T/C6T+L6Tü5616km(2.2dB余量) 京津济宁现网试点（2018.8）ü调制格式：16QAMü光纤：G.654Eü放大：EDFAü波段：C6Tü603km (5.3dB余量) 实验室测试（2023.2）ü调制格式：QPSK原型机ü光纤：G.652D/G.654Eü放大：EDFAü波段：C6T+L6Tü7000km(2.46dB余量) 实验室拟现网测试（2022.8）ü调制格式：QPSK原型机ü光纤：G.652Dü放大：EDFA/拉曼EDFA混合ü波段：C6Tü3038km(4.5dB余量) 辽宁沈大现网试点（2021.11）ü调制格式：16QAM-PCSü光纤：G.652D/G.654Eü放大：EDFA/拉曼EDFA混合ü波段：C4T/C6Tü1077km@G.652D (6dB余量)1333km@G.654E (8.2dB余量) 实验室测试（2021.8)ü调制格式：16QAM-PCSü光纤：G.652D/G.654Eü放大：EDFA/拉曼EDFA混合ü波段：C4T/C6Tü1120km@G.652D(6dB余量)1700km@G.654E (7dB余量) 100G规模应用已历经10年，400G是开启骨干网下一个周期的重大变革性代际技术 构建世界最长距离400G光传输技术试验网络 发布世界最长距离400G光传输现网技术试验网络，召开3次技术发布会推进实现400G长距传输3项 试验纪录，为构建算力网络的大带宽、低时延全光底座打下坚实基础 1673km湖南隆回←→贵州贵安试验网 5616km浙江宁波←→贵州贵安试验网 7000km实验室测试系统架构 基于G.652.D光纤实现400G QPSK5616km传输，创现网传输世界纪录 基于G.652.D光纤实现全球最长距离的经典商用场景80×400G QPSK1673km现网试验 基于G.654.E光纤实现400G QPSK7000km传输，是目前实验室测试的最高水平 •纯EDFA放大，C6T+L6T波段，光纤维护余量0.06dB/km，过系统后余量6.4dB •EDFA/喇曼混合放大，光纤维护余量0.06dB/km，过系统后OSNR余量2.2dB •纯EDFA放大，C6T+L6T波段，无余量 明确QPSK是400G骨干长距传输技术方案 通过方案设计、理论分析、试验验证，400G QPSK相对16QAM-PCS整体性能提升2dB、传输距离提升50%+，明确成为骨干长距传输解决方案 完成现网链路设置下400G QPSK/16QAM-PCS 2018km性能对比 üQPSK较16QAM-PCS整体优势提升2dB：B2B OSNR容限1dB入纤功率1dBüQPSK相比16QAM-PCS，在满足工程维护余量的条件下，基于G.652D传输距离可增加50%+ 核心器件技术突破助力光通信产业走向宽谱新时代 在光通信领域发展的十字路口，定义400G骨干全光网进入宽谱时代，统一和引导400G全产业链向C6T+L6T宽谱架构演进，实现130GBd调制器、宽谱EDFA、WSS等关键器件和有源模块技术突破 核心器件及技术难点 l激光器：C6T扩展至C6T+L6T可调l调制器：带宽提升4倍，L波段损耗大l放大器：L波段长波增益低，SRS新考量lWSS：C6T扩展至C6T+L6T 400G器件级技术1 -高速光模块 400G调制格式的选型直接决定调制器技术方案，QPSK对调制器要求更为严苛 高带宽调制器的突破推动信号符号率从~30GBd提升四倍至~130GBd，满足400G QPSK高性能传输 400G QPSK光模块均为MSA固定模块，以满足长距传输性能为主，封装形式有待优化 C6T与L6T分体式ITLA性能已满足规模应用需求，线宽<150kHz，支持400G超1500km传输 l进一步优化激光器增益区与选频光腔，推进ITL A由分体式向C6T+L6T一体化演进 l在传输性能基本不变或满足系统要求的前提下向可插拔、小型化、低功耗演进，100G/200G MSA和CFP2传输性能已基本持平 400G器件级技术2 -超宽谱有源模块：SRS影响L波段放大器设计 •此前L6T放大器尚属空白，铒离子在L波段长波增益难以提升、放大效率低，体积相比C6T放大器提升60% •频谱扩展至12 THz C6T+L6T后，受激拉曼散射效应（SRS）带来的功率转移问题凸显，但也减小了L波段长波的等效跨损，补偿L长波由于NF和增益较差丢失的性能，缓解对L波段放大器性能要求 C6T波段与L6T波段放大器实物 现网试验传输后末端OSNR l100G时代光谱宽度仅有4 THz，影响可以忽略；400G时代光谱总宽度达12.5 THz，非常接近13.4 THz的SRS增益峰值 l理论仿真和实验测量：仿真可知，经过80km G.652D传输，应产生约7dB的功率差；实验重点验证了SRS问题，实测最长波+3dB，最短波-4.3dB，与仿真基本一致，此为400G带来的全新问题 l现网试验：利用SRS效应对L波段放大器设计，即使存在~3dB的NF差距，仍然可以实现~0.5dB的末端OSNR平坦度 400G器件级技术2 -超宽谱有源模块：C6T+L6T EDFA •联合产业集中攻关，国内主流厂家已支持分立式12THzEDFA，后续向小型化、C+L一体化演进 •400G 80波系统性能目前受限于L波段EDFA的噪声系数，需进一步提升L6T-EDFA性能 ü性能：总体可用，由于体积更小、铒纤更短，厂家A比厂家B/C差0.4~1.5dB 下一步目标：通过改进掺杂工艺、优化泵浦功率，使L6T-EDFA性能与C6T NF差异~1dB，并向C6T/L6T一体化演进 400G器件级技术3 -超宽谱有源模块：C6T+L6T WSS •L6T波段WSS技术趋于成熟，性能已达到C6T波段WSS水平 •C+L波段WSS由采用分体式设计向一体化的12THz C+L波段WSS演进 演进趋势 分体WSS无法实现波段间调度 向C6T+L6T一体化WSS演进 •优化光路设计，减小W SS体积；提 升LCoS像素密度，改善一体化WSS的滚降特性 C6T、L6T为两套独立的光系统，尺寸一致 性能：C、L波段基本一致，插损<9dB，滤波响应相似，消光比> 40dB 总结 l400G骨干全光网进入宽谱时代，采用C6T+L6T是整体架构的全面革新，国内主流厂家就ITLA、EDFA、WSS等核心器件全面支持12THz，需进一步推进C+L双系统向单系统演进 l400G超长距已经进入规模商用的关键时间节点，协同产业链推进400G技术和产业成熟，迎接400G规模商用元年 l倡议整个光通信行业联合起来，光产业成立FNPP或者FNF（Fixed Network Par tnerProject/Fixed Network Forum），形成合力，推动整个光通信的代际演进及产学研结合 谢谢！