“東數(shù)西算”助推光纖升級換代，G.654.E光纖迎來高速增長

      作者：李春生 信息光子學(xué)和光通信國家重點實驗室，北郵華飛研究所

  ICC訊 早在2016年10月，國家就強(qiáng)調(diào)要加強(qiáng)信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，推動互聯(lián)網(wǎng)和實體經(jīng)濟(jì)深度融合，加快傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、智能化、做大做強(qiáng)數(shù)字經(jīng)濟(jì)，拓展經(jīng)濟(jì)發(fā)展新空間，并指出要建設(shè)全國一體化的國家大數(shù)據(jù)中心，推進(jìn)技術(shù)融合、業(yè)務(wù)融合、數(shù)據(jù)融合，實現(xiàn)跨層級、跨地域、跨系統(tǒng)、跨部門、跨業(yè)務(wù)的協(xié)同管理和服務(wù)。2021年10月，習(xí)近平總書記在主持中共中央政治局第三十四次集體學(xué)習(xí)時再次強(qiáng)調(diào)，要加快新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，加強(qiáng)戰(zhàn)略布局，加快建設(shè)高速泛在、天地一體、云網(wǎng)融合、智能敏捷、綠色低碳、安全可控的智能化綜合性數(shù)字信息基礎(chǔ)設(shè)施，打通經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的信息“大動脈”。

  數(shù)字經(jīng)濟(jì)和東數(shù)西算

  數(shù)字經(jīng)濟(jì)是以數(shù)據(jù)資源為關(guān)鍵要素，以現(xiàn)代信息網(wǎng)絡(luò)為主要載體，以信息通信技術(shù)融合應(yīng)用、全要素數(shù)字化轉(zhuǎn)型為重要推動力，促進(jìn)公平與效率更加統(tǒng)一的新經(jīng)濟(jì)形態(tài)。當(dāng)前數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度之快、輻射范圍之廣、影響程度之深前所未有，正推動生產(chǎn)方式、生活方式和治理方式深刻變革，成為重組全球要素資源、重塑全球經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、改變?nèi)蚋偁幐窬值年P(guān)鍵力量?！笆濉睍r期，我國深入實施數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略，不斷完善數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施，加快培育新業(yè)態(tài)新模式，推進(jìn)數(shù)字產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)業(yè)數(shù)字化取得積極成效。2021年3月，《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》提出，“十四五”時期，我國數(shù)字經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)向深化應(yīng)用、規(guī)范發(fā)展、普惠共享的新階段，要加快構(gòu)建全國一體化大數(shù)據(jù)中心體系，強(qiáng)化算力統(tǒng)籌智能調(diào)度，建設(shè)若干國家樞紐節(jié)點和大數(shù)據(jù)中心集群。

圖1 東數(shù)西算樞紐節(jié)點布局

  2022年2月，國家發(fā)展改革委高技術(shù)司宣布8個國家算力樞紐節(jié)點和10個國家數(shù)據(jù)中心集群完成批復(fù)，全國一體化大數(shù)據(jù)中心體系完成總體布局設(shè)計，“東數(shù)西算”工程正式全面啟動(見圖1)。所謂“數(shù)”指數(shù)據(jù)，“算”是算力，即對數(shù)據(jù)的處理能力，“東數(shù)西算”是通過構(gòu)建數(shù)據(jù)中心、云計算、大數(shù)據(jù)一體化的新型算力網(wǎng)絡(luò)體系，將東部算力需求有序引導(dǎo)到西部，優(yōu)化數(shù)據(jù)中心建設(shè)布局，促進(jìn)東西部協(xié)同聯(lián)動。按照大數(shù)據(jù)中心全國一體化布局，8個國家算力樞紐節(jié)點將作為我國算力網(wǎng)絡(luò)的骨干連接點，發(fā)展數(shù)據(jù)中心集群，開展數(shù)據(jù)中心與網(wǎng)絡(luò)、云計算、大數(shù)據(jù)之間的協(xié)同建設(shè)，并作為國家“東數(shù)西算”工程的戰(zhàn)略支點，推動算力資源有序向西轉(zhuǎn)移，促進(jìn)解決東西部算力供需失衡問題。

  東數(shù)西算干線光纖的選擇

  “東數(shù)西算”網(wǎng)絡(luò)布局空間跨度大，數(shù)據(jù)傳輸更為頻繁，用戶對時延要求更高，現(xiàn)有骨干網(wǎng)絡(luò)的性能難以勝任。事實上隨著數(shù)據(jù)流量不斷增長，傳統(tǒng)承載網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸和帶寬壓力不斷增加，骨干網(wǎng)傳輸速率將從100G不斷向200G/400G等更高速率升級。根據(jù)預(yù)測(見圖2)，未來2年，超100G網(wǎng)絡(luò)在整體市場份額中將超過60%，并且400G+將成為超100G網(wǎng)絡(luò)的主流應(yīng)用。中國移動研究院專家表示，從骨干網(wǎng)層面來看，單波400G即將開啟，并進(jìn)入長周期。因此，提前部署支持200G、400G系統(tǒng)的光纖光纜產(chǎn)品是建設(shè)高速信息網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。但現(xiàn)網(wǎng)中使用的G.652光纖，已經(jīng)無法滿足未來光傳輸網(wǎng)絡(luò)超高速率、超大容量、超長距離的傳輸需要。

圖2.全球超100G網(wǎng)絡(luò)市場預(yù)測

  從技術(shù)層面看，增加網(wǎng)絡(luò)容量的有效方式是提高頻譜效率，如通過高階調(diào)制或者提高單波的波特率等方式，將現(xiàn)在的100G網(wǎng)絡(luò)升級為200G甚至更高的速率如400G。然而提升頻譜效率的這些方式都會導(dǎo)致系統(tǒng)對光信噪比更高的要求，從而降低系統(tǒng)的傳輸距離，這極大的限制了長途傳輸網(wǎng)絡(luò)的性能。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)向更大容量升級時，若采用常規(guī)方式則需要使用更多的中繼站或拉曼放大器，但這些方式將導(dǎo)致額外高額的投資。事實上提高網(wǎng)絡(luò)傳輸性能是一個系統(tǒng)工程，如400G長距離傳送面臨香農(nóng)極限、高波特率器件(高速、高性能)、超寬頻譜資源技術(shù)(C+L)等關(guān)鍵挑戰(zhàn)。解決香農(nóng)極限難題的手段就是提高光信噪比，一般有三個途徑：一是增大光纖的有效面積Aeff，目的是提升入纖功率;二是降低光纖鏈路衰耗;三是降低光纖放大器噪聲系數(shù)。因此業(yè)界開始探討使用更具有性價比的新型光纖技術(shù)來支持高速傳輸系統(tǒng)，兼具有超低損耗和大有效面積特性的光纖可以支持高速系統(tǒng)傳輸更遠(yuǎn)距離和更長跨段。2016年ITU-T討論通過了G.654.E光纖標(biāo)準(zhǔn)，這種新型的光纖與常規(guī)G.652光纖相比，有效面積更大，截止波長更長，對C波段的傳輸性能進(jìn)行了優(yōu)化，也具有支持未來L波段的能力。從超高速傳輸技術(shù)發(fā)展來看，兼具低非線性效應(yīng)(大有效面積)和低衰減系數(shù)的G.654.E光纖是200G、400G及未來Tbit/s超高速傳輸技術(shù)的首選光纖，這在業(yè)內(nèi)已成為共識。

  在建立400G光系統(tǒng)的過程中，光纖依然是最基礎(chǔ)的資源，為了配合400G時代的開啟，需要加快G.654.E新型光纖的應(yīng)用、并完善工程部署規(guī)范要求，而這一觀點也在日前召開的“2022中國光通信高質(zhì)量發(fā)展論壇”400G技術(shù)專場活動中，再一次被提及。中國聯(lián)通研究院網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究中心總監(jiān)、教授級高工王光全表示，400G將是光網(wǎng)絡(luò)超100G時代的重要速率選擇，也將成為“東數(shù)西算”的重要運力之一，G.654.E光纖可以顯著提升400G WDM等高速系統(tǒng)無電中繼傳輸距離，應(yīng)加快推動G.654.E光纖在骨干長途光網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用部署，構(gòu)建超高速超長距大容量骨干光網(wǎng)絡(luò)，服務(wù)國家“東數(shù)西算”戰(zhàn)略的落地;中國電信股份有限公司研究院工程師呂凱表示，400G是下一代骨干傳輸演進(jìn)的重要方向，G.654.E 光纖相比較G.652.D光纖，可有效提升傳輸距離，可在骨干網(wǎng)絡(luò)中推廣應(yīng)用;中國移動研究院基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究所副所長張德朝表示，算力網(wǎng)絡(luò)在架構(gòu)、帶寬、業(yè)務(wù)、時延等方面對光傳送網(wǎng)提出新的需求，光網(wǎng)絡(luò)需轉(zhuǎn)型升級構(gòu)建承載算力的光底座。這些觀點都證明了G.654.E光纖部署對于400G電信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重要意義。

  G.654.E光纖的應(yīng)用探索

  一直以來，國內(nèi)三大運營商都在積極推動G.654.E光纖的測試和商用。2015-2017年，中國聯(lián)通分別在東、西部干線網(wǎng)絡(luò)開展試點，其中東部試驗網(wǎng)選擇了山東濟(jì)南-青島，進(jìn)行400G系統(tǒng)的傳輸性能現(xiàn)網(wǎng)測試驗證;西部試驗網(wǎng)選擇了環(huán)境復(fù)雜的新疆哈密-巴里坤段，驗證架空敷設(shè)工藝對大有效面積光纖的影響及惡劣環(huán)境下長期運行的光纜性能。試驗不僅驗證了新型光纖對于400G系統(tǒng)傳輸性能的提升，還從施工和運維角度驗證了采用與G.652.D光纖相同敷設(shè)及熔接接續(xù)方法，新型光纖仍然有著相近的性能，在衰減系數(shù)上也保持了良好的性能，并未發(fā)生由于施工和接續(xù)帶來性能上的劣化，同時也不用改進(jìn)和新增相應(yīng)設(shè)備，不會給運營商帶來在引入新型光纖光纜后維護(hù)成本的增加。

  中國電信也積極探索并在業(yè)內(nèi)率先規(guī)模引入G.654.E光纖。在技術(shù)指標(biāo)、施工工藝、建設(shè)方案和驗收規(guī)范等方面，中國電信從基礎(chǔ)開始，反復(fù)論證，經(jīng)過全面的技術(shù)測試和方案論證，制定采購技術(shù)規(guī)范書和驗收測試規(guī)范，明確了模場直徑、有效面積、衰減等一系列技術(shù)參數(shù)，引導(dǎo)長飛等光纜生產(chǎn)商投入研發(fā)實現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)。2019-2021年，中國電信開展上海-金華-河源-廣州G.654.E光纖光纜試商用工程的全G.654.E部署，并基于該光纜進(jìn)行了單波長400Gb/s DWDM系統(tǒng)超長距傳輸現(xiàn)網(wǎng)試驗?，F(xiàn)網(wǎng)試驗表明，在G.654.E光纖環(huán)境中100G、200G、400G等速率均可實現(xiàn)上海-廣州的全程無電中繼傳輸，12小時以上連續(xù)測試無誤碼，三周測試期間系統(tǒng)運行穩(wěn)定。根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行測算，在滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和工程規(guī)范要求的OSNR余量要求下，采用星座整形PM-16QAM碼型的400Gb/s系統(tǒng)可以實現(xiàn)1500km左右的無電中繼傳輸，達(dá)到超長距傳輸系統(tǒng)要求。現(xiàn)網(wǎng)比對測試結(jié)果表明，G.654.E光纖的應(yīng)用較傳統(tǒng)G.652.D纖芯可以起到延長無電中繼傳輸距離、減少電中繼數(shù)量和節(jié)能降耗等實際效果，對未來單波1T及更高速率傳輸系統(tǒng)的發(fā)展演進(jìn)提供有力支撐。

  在現(xiàn)網(wǎng)工程階段，中國電信研究院聯(lián)合相關(guān)單位共同努力攻克了光纖熔接設(shè)備、測量設(shè)備和新型光纖不適配、G.654.E光纖與G652尾纖模場直徑不匹配、惡劣氣候及復(fù)雜施工環(huán)境對光纜敷設(shè)、熔接指標(biāo)造成不利影響等技術(shù)難題，同時組織設(shè)計院、施工單位、光纜生產(chǎn)商、儀表制造商等產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)，協(xié)同完成了G.654.E新型光纖通用熔接模式的開發(fā)和測試，以適配多廠家G.654.E光纖熔接;推動三波長OTDR的開發(fā)與應(yīng)用，以全面考察G.654.E光纖的性能。中國電信在業(yè)界率先建成全G.654.E陸地干線光纜，通過現(xiàn)網(wǎng)工程積累了豐富的建設(shè)和運維經(jīng)驗，為下一步推動G.654.E光纖的規(guī)?；F(xiàn)網(wǎng)部署和產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。

  中國移動早在2016年北京-濟(jì)南-南京線路上也開展了大有效面積超低損耗光纖試商用。光纜采用G.654.E+G.652.D的混纖共纜結(jié)構(gòu)。從試驗結(jié)果來看，G.654.E超低損耗光纖的引入，使得無電中繼傳輸距離增加和光中繼節(jié)點減少，通信系統(tǒng)總體建設(shè)成本有望減少20%，維護(hù)成本也有相應(yīng)的減少。

  G.654.E光纖將迎來高速增長

  G.654.E光纖可以實現(xiàn)更遠(yuǎn)的傳輸距離、更高的系統(tǒng)容量、更長的跨段距離或更多的系統(tǒng)冗余，從而為長途傳輸網(wǎng)絡(luò)帶來非常大的價值;運營商的實際應(yīng)用研究驗證結(jié)果也充分證明了G.654.E光纖的應(yīng)用價值，這也為G.654.E光纖的大規(guī)模應(yīng)用及建設(shè)下一代骨干網(wǎng)提供了理論和實踐上的依據(jù)。

  2021年11月，中國電信決定在四圈六軸區(qū)域重點部署G.654.E光纖光纜，四圈指長三角、京津冀、成渝、粵港澳四個經(jīng)濟(jì)圈，六軸是任意兩個經(jīng)濟(jì)圈的主干連接。2019年的上海-金華-河源-廣州G.654.E光纖光纜工程就是長三角與粵港澳的主干連接，另外還規(guī)劃有經(jīng)過江西的長三角與粵港澳的主干連接，上海-南京-合肥-武漢-達(dá)州的長三角與成渝的主干連接，以及武漢-長沙-廣州的六軸中新建的一干線路，將全部采用G.654.E光纖。2022年4月2日，中國電信公布2022年干線光纜建設(shè)工程(第一批)光纜及配套采購項目G.654.E干線光纜標(biāo)包，共15名投標(biāo)人參與投標(biāo)，最終長飛、烽火、中天3家廠商入圍。本次中國電信G.654.E干線集采共包括廣州-桂林-貴陽、武漢-長沙-廣州和北京-五臺-太原三條長途干線，采購規(guī)模約3621皮長公里，折合約61萬芯公里，全部采用G.654.E光纖。這是電信運營商首次將G.654.E光纖在陸地干線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行規(guī)?；逃?，對于G.654.E光纖在骨干網(wǎng)全面推廣具有里程碑的重要意義。

  同時，中國移動和中國聯(lián)通也在緊密部署G.654.E干線光纜項目。其中中國移動日前已公布2022-2023年G.654E光纖光纜產(chǎn)品集中采購項目中標(biāo)候選人結(jié)果，長飛再次以最大份額中標(biāo)。根據(jù)之前招標(biāo)公告，本次項目集采規(guī)模預(yù)估采購規(guī)模約2134皮長公里，折合33.24萬芯公里。

  除運營商外，國家電網(wǎng)近年來也在積極探索對具備更低衰減系數(shù)和更大有效面積的新型光纖的應(yīng)用，雅中—江西±800kV特高壓直流輸電工程和陜北-湖北±800千伏特高壓直流工程，便首創(chuàng)性的使用了G.654.E光纖，該光纖可顯著延長無中繼傳輸距離，減少中繼站數(shù)量，為特高壓工程超長站距傳輸提供了有效解決方案。而這兩項特高壓工程，也因G.654.E 光纖的使用，打破了國內(nèi)外電力通信工程陸地?zé)o中繼傳輸距離的紀(jì)錄，成為世界上單跨距離最長、容量最大的“國際領(lǐng)先”電力通信工程，開創(chuàng)了電力通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用新紀(jì)元，也為電力能源行業(yè)通過通信技術(shù)助推轉(zhuǎn)型升級、實現(xiàn)雙碳目標(biāo)戰(zhàn)略落地，提供了重要借鑒。兩項特高壓工程中所用到的G.654.E光纖均為長飛提供。

  當(dāng)前，隨著我國東數(shù)西算工程逐步實施推進(jìn)，三大運營商2022年投資將側(cè)重于傳輸網(wǎng)和東數(shù)西算工程。光纖光纜作為東西數(shù)據(jù)的傳輸通道，制造企業(yè)將持續(xù)受益于東數(shù)西算帶來的數(shù)據(jù)增長，預(yù)測將帶動光纖光纜行業(yè)需求向好。 另外我國早期建設(shè)的通信傳輸骨干網(wǎng)按照25年的光纖設(shè)計壽命，1997年前后骨干網(wǎng)中敷設(shè)的光纖光纜需要全面啟動更換升級，也將拉動G.654.E光纖的應(yīng)用。由于G.654.E光纖的性能優(yōu)勢，加上規(guī)模化應(yīng)用，G.654.E光纖制造成本也會有一定的下降空間?？梢灶A(yù)見隨著G.654.E光纖在骨干網(wǎng)的規(guī)模應(yīng)用，下一步也將會在省際省內(nèi)線路上得到全面應(yīng)用，并有可能進(jìn)一步使用到城域網(wǎng)。G.654.E光纖必將取代G.655光纖和G.652光纖成為光纖傳輸傳送承載網(wǎng)絡(luò)升級換代的首選。這將給光纖光纜行業(yè)帶來新的市場機(jī)會和發(fā)展空間。

  展望

  與常規(guī)光纖相比，G.654.E光纖制造技術(shù)難度高、環(huán)節(jié)復(fù)雜，對材料體系的優(yōu)化配方與制棒工藝及拉絲要求也非常高。隨著不斷攻堅克難，以長飛為代表的國內(nèi)G.654.E光纖的制造水平取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，技術(shù)水平已經(jīng)趕超國際先進(jìn)水平。

  長飛早在2010年就開始了新型超低損耗大有效面積光纖的研發(fā)攻關(guān);2015年正式發(fā)布遠(yuǎn)貝®超強(qiáng)超低損耗大有效面積光纖，成為國內(nèi)首家、全球第三家擁有該項光纖產(chǎn)品的廠商，也是國內(nèi)率先掌握該項產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)的企業(yè)，填補了我國在這項技術(shù)上的空白;2018年，長飛以遠(yuǎn)貝®超強(qiáng)超低衰減G.654.E光纖為標(biāo)志性產(chǎn)品，申報的“新型光纖制備技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化”項目榮獲2017年度國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎。經(jīng)過多年的探索創(chuàng)新，長飛G.654.E光纖產(chǎn)品已完全實現(xiàn)制備設(shè)備、工藝、關(guān)鍵原材料的國產(chǎn)化及自主可控。與此同時，長飛還積極推進(jìn)G.654.E國際標(biāo)準(zhǔn)制定，為G.654.E光纖的標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)業(yè)化做出了突出貢獻(xiàn)，為國產(chǎn)化G.654.E的產(chǎn)業(yè)化規(guī)模應(yīng)用奠定堅實基礎(chǔ)。

  致力于G.654.E光纖應(yīng)用及推廣，長飛多年來聯(lián)合運營商及設(shè)備廠商進(jìn)行新型G.654.E光纖的應(yīng)用創(chuàng)新研究，多次參與大容量、長距離、高速率的傳輸測試，不斷取得新突破。長飛遠(yuǎn)貝®超強(qiáng)超低衰減G.654.E光纖已成功應(yīng)用在中國移動、中國電信、中國聯(lián)通的多個G.654.E干線光纜線路工程項目，并通過現(xiàn)網(wǎng)400G測試及800G長距離傳輸測試，支持未來10年到20年的網(wǎng)絡(luò)需求，能為5G時代國際及國內(nèi)骨干網(wǎng)擴(kuò)容、云化數(shù)據(jù)中心互聯(lián)發(fā)展和“東數(shù)西算”運力大動脈建設(shè)提供最佳光纖光纜解決方案。

  今年長飛以第一名中標(biāo)中國電信、中國移動G.654.E干線光纜項目，再次體現(xiàn)了長飛公司在G.654.E等新型光纖技術(shù)實力和綜合實力的行業(yè)持續(xù)領(lǐng)先地位。

  中國通信事業(yè)的長足發(fā)展，給電信運營商帶來了持續(xù)的活力和發(fā)展空間，并最終走在了世界通信行業(yè)發(fā)展的前列，同時帶動了中國網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造和光纖光纜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，從引進(jìn)吸收消化到最終超越，使得包括光纖光纜在內(nèi)的中國通信行業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈整體全球領(lǐng)先，為國家通信網(wǎng)絡(luò)的升級換代提供了可靠堅強(qiáng)的技術(shù)和產(chǎn)品保證。隨著東數(shù)西算的建設(shè)實施，中國信息通信事業(yè)必將沖破疫情帶來的疲弱，迎來一個新的高速發(fā)展時代。