王东：400Ｇ全光网技术进展及演进

1 400G高速光传输技术及进展 超400G光传输前沿技术探讨 2 中国移动算力网络总体策略 中国移动提出“算力网络”全新理念，从三条主线系统性推进算力网络发展，加快构建基础设施、平台服务和技术赋能三位一体的新型服务能力 主线一 推动光网络核心技术创新，打造算力网络坚实底座，构建“连接+算力+能力”的新型信息服务体系 算力网络发展驱动光网络技术变革 东数西算作为典型场景，对超大带宽、超长距离、超低时延方面提出更高的要求面向算力网络对光传送网提出新的需求，光网络需转型升级构建承载算力的光底座 场景 需求 ü容量：100G无法满足需求400G势在必行ü时延：骨干:<20ms省内/区域:<5ms城域:<1msü距离：东西枢纽距离>1500km ü东数西算：超低时延ü东数西存：海量数据ü东数西训：大带宽ü东数西渲：超低时延 面向算力网络构建新型全光底座 面向算力网络对光网络的新需求，构建三级时延圈，提出基于400G+OXC的新型全光网技术架构 400G高速传输 超400G前沿探索 l400G长距技术成熟商用，分场景研究中短距技术路线 l推动800G、空芯光纤等前沿技术演进 400G –光传输网的5G 100G规模应用已历经10年，400G是开启骨干网下一个周期的第五次重大变革性代际技术，驱动骨干全光网进入宽谱时代 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) 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) 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) 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) 构建覆盖全国的新型400G全光网：400G骨干网+400G城域网 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%+ 400G骨干网的三大技术挑战和变革 400G系统面对超高速率、超宽频谱和新型信道损伤等全新挑战，通过光器件、有源模块和光系统架构三大技术变革实现骨干网由100G到400G的代际演进 组网能力不变和100G/200G QPSK相当 部署运维习惯不变与100G/200G系统相同 基础设施不变不改变现有光纤、机房、站点 新损伤3SRS转移：100G<1dB→400G~7dB增加6dB 新器件1符号率：~30GBd→~130GBd提升四倍 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，为拉动400G加快成熟、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光纤实现全球最长距离的经典商用场景80×400G QPSK 1673km现网试验 基于G.652.D光纤实现400G QPSK 5616km传输，创现网传输世界纪录 基于G.654.E光纤实现400G QPSK 7000km传输，是目前实验室测试的最高水平•纯EDFA放大，C6T+L6T波段，无余量 •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/拉曼混合放大，光纤维护余量0.06dB/km，过系统后OSNR余量2.2dB 400G骨干网规模商用加速产业发展 •业界首次400G QPSK技术规模商用，推动全光网进入400G时代 •进一步推进超宽谱系统、C+L一体化、模块性能提升等技术演进 C+L一体化 目标：C+L一体化的ITLA、EDFA、WSS等核心关键器件现状：已实现C+L一体化WSS 填充波+自适应均衡抑制SRS功率转移产生的性能劣化 模块B2B OSNR容限优化~1dB •L6T光放大器噪声系数仍需进一步优化，力争达到与C6T差异~1dB•协同攻关EDFA、ITLA等模块和器件C+L一体化，进一步简化光层系统复杂度 400G中短距技术路线：省域网络 省域网络部署OLP保护引入4.5~5dB插损，16QAM-PCS传输能力难以满足全国所有省份应用需求QPSK相比16QAM-PCS整体性能提升2dB：B2B OSNR容限1dB、入纤功率1dB，可以覆盖省域所有场景 省域网络400G技术路线选择 •方案一：将16QAM-PCS、QPSK收敛至一种调制格式，所有省域场景采用统一技术•方案二：16QAM-PCS、QPSK两种技术方案并存，面向不同省域需求选择使用 400G中短距技术路线：城域网络 面向城域传输场景，存在400G 16QAM、16QAM-PCS两条潜在技术路线，应重点结合频谱效率和低成本部署综合考虑 城域网络部署需考虑OXC组网和OLP保护引入代价，16QAM可以低成本满足数据中心互联及城域网部分需求16QAM-PCS相比16QAM传输性能提升4dB，可覆盖城域传输主要场景 16QAM-PCS存在C6T 60波、C4T+L4T 80波、C6T+L6T 120波三种方案，城域网是否引入C+L仍待研究•相比现有C波段系统，C+L引入SRS转移问题，需配置填充波长、SRS功率均衡，增加网络部署和运维管理复杂度•C+L目前为分立式光层系统，考虑城域OXC组网对波长灵活调度需求，更需向一体化演进 400G高速光传输技术及进展 1 超400G光传输前沿技术探讨 2 800G高速互联前沿研究探索 开展800G前沿技术研究，持续推进传输性能提升 •首次实现单载波800G 1000km@G.654.E、单通道电域多子载波800G 2000km@G.654.E ü基于90GBd的64QAM-PCS800G，采用G.654.E+混合放大，可实现1000km+极限传输（ECOC 2021）ü基于95GBd的64QAM-PCS 800G，采用G.654.E+纯拉曼放大，可实现2018km极限传输（ECOC 2022） 重用130GBd产业链推进单波800G传输 基于16QAM码型可重用400G时代130GBd产业链实现单波800G传输，在采用G.652.D光纤+纯EDFA放大+满波配置的系统模型下，具备880km（11×22dB）极限传输能力 系统末端误码率与净余量vs通道 经11跨光纤传输后，C6T+L6T全波段通道性能逼近FEC纠错门限4.4×10-2，且系统末端最小净余量（扣除通道代价）已低至0.16 dB，基本不具备进一步延长传输距离的空间 800G长距传输需更高速率光电器件技术突破 重用400G时代130GBd产业链难以满足800G骨干长距传输需求，需进一步提升800G信号波特率以提高系统性能 •800G信号符号率从130GBd提升至180GBd，传输距离可提升30%（~900km→~1200km） •800G时代G.654.E光纤相比G.652.D预计将带来较大的性能提升 •克尔非线性效应+更低的SRS功率转移•80km传输SRS功率转移：G.654.E~3dB，G.652.D~7dB 预计180GBd及以上波特率将是超长距800G的主流符号率，需进一步推动光电器件向更高波特率突破 G.654.E作为800G时代更佳选择仍需深度匹配宽谱系统需求 •800G时代G.652.D无法满足长距骨干需求，G.654.E成为更佳选择。 •但面对潜在的S+C+L超宽谱应用，需解决现有G.654.E光纤指标与宽谱系统间的失配问题，实现截止波长、宏弯损耗等参数性能的改善 截止波长应向≤1470nm演进 实现对S/L波段光纤参数定义 消除水峰扩展G.654.E应用范围 ITU定义：<1530nm（不满足C6T需求）企标定义：<1522nm G.654.E目前仅针对C波段定义了传输损耗、宏弯损耗等关键指标 此前缺乏宽谱应用需求，工艺上未对G.654.E水峰进行处理 单波净速率超1Tb/s的S+C+L多波段满波配置超宽带实验 •为探索超Tb/s单波及S+C+L波段满波配置下单模实芯光纤的信道极限，联合业界开展了单波净速率超Tb/s的S+C+L多波段满波配置超宽带实验 •在2×75km G.654.E光纤上采用纯掺杂光纤放大的形式，实现了总容量144.67Tb/s的单波超Tb/s级满波验证 •符号率115GBd，通路间隔125GHz，总谱宽19.5THz（156波）：S7.5T(1460-1522nm)+C6T(1524-1572nm)+L6T(1575-1626nm)•S波段采用32QAM-PCS+16QAM-PCS，C与L波段采用64QAM-PCS，平均单波速率分别为0.778Tb/s、1.03Tb/s与1.01Tb/s 反谐振空芯光纤的趋势和方向 反谐振空芯光纤能够在波导内实现空气/真空导光，突破现有实芯单模光纤的固有时延极限和非线性香农极限，为智算网络和分布式大模型提供全新的高性能底座，有望改变半个世纪以来基于实芯光纤的光通信行业 实芯光纤 自光纤发明以来，光纤都是实芯光纤，光的传播与拘束可采用射线光学的全内反射机理解释。 反谐振空芯光纤 空气/真空是最佳导光介质，反谐振空芯光纤基于反谐振反射机理对光进行束缚和传播。 反谐振空芯光纤的降损历程 反谐振空芯光纤自2002年发明以来，通过结构设计优化，损耗已从500dB/km降至0.138dB/km，超越了实芯光纤0.142dB/km的损耗极限，是未来超高速光传输系统可能的理想介质 反谐振空芯光纤降损曲线与50年前石英玻璃光纤趋势类似，极具潜力相关光传输系统研究也在快速推进，国内外基本处于同一起跑线 反谐振空芯光纤应当标准化、并面向规模商用演进 在通信领域，光纤作为大规模商用的产品必须标准化。以往实芯光纤只需统一模场直径等关键特性，无需限定掺杂和结构，即可实现互连互通。但反谐振空芯光纤变为以结构决定光纤特性，结构不同则无法直接互连，标准化更为重要 结构代替材料，生产流程巨变，如何进行工业化生产？ 如何设计反谐振光纤结构，以达到可商用的损耗水平？ 生产流程变化后，需要反谐振空芯光纤仍然能够尽快达到原实芯单模光纤可比拟的拉丝长度，实现低成本规模量产 五花八门的反谐振空芯光纤结构必须实现归一与标准化，为大规模工业生产铺平道路 中国移动在反谐振空芯光纤及其传输系统方面的研究进展 中国移动联合产学研合作单位从光纤设计与拉制、面向空芯光纤的光通信系统攻关、产业生态和标准化等方面深度合作，联合推进空芯光纤及其光传输系统技术发展 系统技术攻关 产业生态与标准 光纤设计与拉制 •从反谐振空芯光纤的全新关键参数特性出发，自底向上重构信道模型，开展信道容量极限估计、新物理维度的系统架构、关键光器件等关键方向研究 •希望凝聚产业共识，通过学术和产业组织，协同全产业共同突破反谐振空芯光纤大规模工业化制备难题，通过标准化进程，引导方案归一，加快应用进展 •深入研究空芯光纤损耗物理损伤机制，以