新型400G全光网技术及演进探讨

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 光网络是算力网络的重要基础和坚实底座，面向算力网络对光网络在超大带宽、超长距离、超低时延方面提出的更高要求，需转型升级构建承载算力的新型全光底座 400G –光传输网的5G •光网络已迎来以400G宽谱传输为标志的第五次重大技术变革 •已启动全球最大规模集采和部署，开启400G商用元年 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) 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) 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) 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) 构建覆盖全国的新型400G全光网：400G骨干网+400G城域网 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 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 新波段2C波段→C+L波段，扩展三倍 超宽带光系统架构3 光电合封、高性能DSP、先进工艺共同推动符号率从~30GBd提升到~130GBd 优化器件设计与材料工艺，减小EDFA、WSS在C/L波段性能差异，向C+L一体化演进 自适应SRS均衡，破解动态网络运维难题，力争功率平坦度<±0.5dB 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 •将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~1dBL波段EDFA噪声系数提升 •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、WSS、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 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 •C6T+L6T，2个真波+78填充波•G.652.D光纤+纯EDFA放大 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。 空气导光使得非线性系数降低3-4个数量级，直接突破限制容量的非线性香农极限 小结 l400G超长距已启动规模商用，明确QPSK为400G骨干长距传输方案，国内主流厂家就激光器、EDFA、WSS等核心器件全面支持12THz C6T+L6T波段，光通信迈入宽谱时代。400G中短距存在不同应用场景，近期将明确技术路线 l面向下一代光通信，长距800G需从C+L进一步向C+L+S多波段探索，G.654.E光纤、180G以上高波特率器件等核心技术需产业协同开展前沿研究 谢谢！