隨著5G、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等的快速發(fā)展,數(shù)據(jù)流量呈現(xiàn)指數(shù)級增長,對網(wǎng)絡(luò)帶寬提出了更高要求。提升光傳輸系統(tǒng)單波速率與傳輸距離、提高光纖通信系統(tǒng)帶寬利用率,以滿足不斷增長的網(wǎng)絡(luò)流量需求,成為運營商和設(shè)備商的共同追求。400G技術(shù)作為下一代骨干網(wǎng)的核心承載技術(shù),具備更高傳輸速率、更大帶寬、更好擴展性等優(yōu)勢,能夠滿足大數(shù)據(jù)中心和通信網(wǎng)絡(luò)日益增長的需求,提供更多的數(shù)據(jù)傳輸通道,更好地支持高密度集成和低能耗解決方案。
目前,我國400G技術(shù)探索和產(chǎn)業(yè)發(fā)展如火如荼,展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景,2023年有望迎來400G規(guī)模商用的元年。雖比高飛雁,猶未及青云。在400G有條不紊推進的同時,更高速率——800G/1.6T也在研發(fā)和推進中,特別是人工智能點燃算力需求,帶動光產(chǎn)品更新迭代,目前已有800G光模塊交付,預(yù)計不久將大規(guī)模進入數(shù)通市場,而更高水平的1.6T產(chǎn)品也已提上日程。
值此400G步入規(guī)模商用、800G/1.6T蓄勢待發(fā)的關(guān)鍵節(jié)點,通信世界全媒體特推出“高‘光’時刻即將到來400G/800G開啟網(wǎng)絡(luò)新紀(jì)元”專題策劃,通過匯集ICT圈的專家、學(xué)者“聲音”,共同推進400G產(chǎn)業(yè)成熟、加快800G/1.6T技術(shù)研發(fā),聚力點亮光通信的高光時刻。
信息技術(shù)的快速演進與發(fā)展,激發(fā)新興業(yè)務(wù)與應(yīng)用不斷涌現(xiàn),新型算力、AI、5G、6G等推動網(wǎng)絡(luò)流量持續(xù)高速增長。作為新型基礎(chǔ)設(shè)施承載底座,光纖通信網(wǎng)絡(luò)骨干線路傳輸技術(shù)不斷革新演進,單通路傳輸速率持續(xù)提升,根據(jù)Omdia公司預(yù)測,未來2~3年超100Gbit/s(不含100Gbit/s)速率網(wǎng)絡(luò)將占據(jù)超過60%的全球相干光傳輸整體市場份額。
本文重點探討了400Gbit/s和800Gbit/s技術(shù)發(fā)展態(tài)勢,同時分析了超高速傳輸“C+L”波段擴展關(guān)鍵技術(shù)進展,最后對超高速傳輸技術(shù)的未來發(fā)展進行了展望。
400Gbit/s長距應(yīng)用即將啟動
400Gbit/s技術(shù)繼承了與100Gbit/s類似的高階調(diào)制、偏振復(fù)用、相干接收、數(shù)字信號處理等關(guān)鍵技術(shù),并在發(fā)展過程中逐步改善提升傳輸能力。
首先,單載波400Gbit/s技術(shù)采用了基于64GBaud器件的PM-16QAM方案,特別是2016年OIF(光互聯(lián)論壇)立項400ZR項目后,400Gbit/sPM-16QAM方案成為整個業(yè)界關(guān)注的熱點。鑒于400Gbit/s單載波PM-16QAM方案采用與200Gbit/sPM-OPSK方案相近的波特率,DSP(數(shù)字信號處理)等核心芯片和器件能夠重用,兩者協(xié)同發(fā)展能在骨干網(wǎng)超長距和城域、數(shù)據(jù)中心互聯(lián)等場景形成差異化的應(yīng)用優(yōu)勢。
其次,單載波400Gbit/s技術(shù)采用90GBaud左右光電器件,并結(jié)合PCS(概率星座整形)技術(shù)實現(xiàn)了更長的傳輸距離,主流設(shè)備廠商都有相關(guān)產(chǎn)品,并且在現(xiàn)網(wǎng)已有部分應(yīng)用。
另外,單載波400Gbit/s技術(shù)采用128GBaud左右光電器件基于PM-QPSK調(diào)制格式已基本成熟,是目前產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的焦點。高性能算法技術(shù)(如損傷補償、高性能FEC)的突破,使得PM-QPSK單載波400Gbit/s的50GHz等效背靠背OSNR(光信噪比)容限性能可以達(dá)到11dB左右,從而獲得和當(dāng)前基于PM-QPSK的100Gbit/s相近的傳輸性能,能夠覆蓋大部分國內(nèi)干線傳輸場景,是較為理想的單波400Gbit/s長距/超長距解決方案。
CCSA(中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會)目前正在進行單波超長距400Gbit/s的標(biāo)準(zhǔn)化工作,運營商在2023年開展了多次實驗室和現(xiàn)網(wǎng)測試驗證,其中中國移動近期還啟動了國內(nèi)首次400Gbit/sPM-QPSK集采測試,預(yù)計超長距400Gbit/s即將開啟規(guī)模商用。
800Gbit/s技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有序推進
隨著400Gbit/s產(chǎn)業(yè)化的逐步推進,業(yè)界將科研聚焦點逐步轉(zhuǎn)向800Gbit/s及更高速率的技術(shù)研發(fā)和測試驗證,IEEE、OIF、CCSA等標(biāo)準(zhǔn)化組織陸續(xù)開展相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的研究制定工作。
國內(nèi)外主要傳輸設(shè)備廠商從2019年開始陸續(xù)發(fā)布面向800Gbit/s、1.2Tbit/s及1.6Tbit/s等速率的DSP芯片。國內(nèi)運營商和設(shè)備廠商等也聯(lián)合開展了多次800Gbit/s技術(shù)試驗驗證。
目前來看,采用90~100GBaud光電器件、基于PCS-64QAM調(diào)制是目前800Gbit/s較為成熟的方案,可以支持城域內(nèi)較短距離傳輸以及數(shù)據(jù)中心互聯(lián)等應(yīng)用場景。采用120GBaud或更高波特率器件、基于PM-16QAM調(diào)制格式的800Gbit/s是目前標(biāo)準(zhǔn)組織重點關(guān)注的技術(shù)方案。
為滿足未來網(wǎng)絡(luò)部署的數(shù)百至數(shù)千千米長距傳輸需求,800Gbit/s技術(shù)將從多個方面推進技術(shù)革新,包括采用抗噪聲能力更強的低階調(diào)制格式,采用高性能補償算法,采用增強型FEC技術(shù)等增強系統(tǒng)抗噪聲和損傷的能力,采用超低損、大有效面積光纖以及混合放大、全拉曼放大等多維技術(shù)手段,進一步優(yōu)化傳輸信道,減少傳輸過程中的損傷和噪聲,顯著增強長距/超長距傳輸能力。
“C+L”波段拓展技術(shù)加速演進
目前基于90GBaud的400Gbit/s系統(tǒng)一般支持100GHz左右的通道間隔,后續(xù)支持長距/超長距基于128GBaud的400Gbit/s系統(tǒng),需要占用150GHz的通道間隔。在單波400Gbit/s傳輸能力增加的同時,頻譜效率會有所下降,800Gbit/s系統(tǒng)也面臨類似問題。為了滿足長距離傳輸需求,同時兼顧傳輸容量和效率,擴展C/C+波段和擴展L波段是當(dāng)前超高速傳輸系統(tǒng)發(fā)展的重要方向。
目前業(yè)界積極推動“C+L”波段拓展的技術(shù)革新和應(yīng)用探索。在信號放大方面,目前EDFA的放大頻帶已經(jīng)從C波段4THz擴展到6THz,支持L波段6THz高功率增益均衡放大的EDFA還有待于進一步成熟完善;在功率均衡方面,目前正在探索基于光放大器的自適應(yīng)功率迭代算法、填充波道等方式,以及其他類型的均衡機制;在“C+LWSS”一體化方面,支持多個波段的WSS并不存在重大技術(shù)障礙,關(guān)鍵是優(yōu)化LCoS(硅基液晶)、透鏡、光柵和WSS內(nèi)部其他組件的波長響應(yīng),目前已實現(xiàn)12THz一體化的WSS器件;在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計方面,基于“C+L”擴展波段的超高速光傳輸系統(tǒng)新的架構(gòu)、功率管理算法及性能評估手段為網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計以及運營維護帶來一些新變化,同時“C+L”兩個波段部分器件也在短期內(nèi)無法一體化也將會帶來一些影響,目前業(yè)界正積極推動相關(guān)研究探索。
長期來看,“C+L”一體化是更為理想的技術(shù)方案,設(shè)備成本和集成度也有望極大改善,未來發(fā)展值得期待。
總結(jié)與展望
從高速光通信的整體發(fā)展態(tài)勢來看,400Gbit/s長距啟航在即,800Gbit/s應(yīng)用前景可期。新型算力、5G、6G、AI等創(chuàng)新業(yè)務(wù)與應(yīng)用推動網(wǎng)絡(luò)流量快速增長,光傳輸網(wǎng)絡(luò)持續(xù)向更高速率、更大容量、更長距離等方向發(fā)展演進。
除了單波長速率不斷邁向更高的1.2Tbit/s、1.6Tbit/s之外,還應(yīng)結(jié)合多波段擴展、空分復(fù)用、空芯光纖等擴容技術(shù),進一步提升光纖通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸能力,夯實新型基礎(chǔ)設(shè)施底座,助力我國數(shù)字經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展。
作者:中國信息通信研究院技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)研究所 湯瑞 趙鑫
新聞來源:通信世界
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