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1、400G全光網技術演進及應用展望李晗中國移動集團級首席專家中國移動研究院基礎網絡技術研究所2023年6月14日2目錄全光網需求與發展趨勢1超高速400G光傳輸系統2顛覆性反諧振空芯光纖33主線三面向創新技術引領主線一面向算網基礎設施構建主線二面向業務融合創新完善算網資源布局，夯實算力網絡底座，增強設施供給能力實現算網高效協同，支持CHBN業務融合發展，創新平臺服務能力實現創新技術引領，打造原創技術策源地，深化技術賦能能力中國移動提出“算力網絡”全新理念，從三條主線系統性推進算力網絡發展，加快構建基礎設施、平臺服務和技術賦能三位一體的新型服務能力中國移動算力網絡總體策略推動光網絡核心技術創新，打

2、造算力網絡堅實底座，構建“連接+算力+能力”的新型信息服務體系光網絡基礎設施SPNOTNPON算力基礎設施邊緣算力大區算力中心算力4超大帶寬和超低時延是東數西算等業務的核心需求，基于400G技術構建大容量、低時延的新型全光骨干網是實現算力網絡目標的關鍵舉措面向算力網絡構建全光底座超大帶寬傳統的100G無法滿足東數西算業務對帶寬的迫切需求，需加速推動骨干網向400G演進超低時延以算力為中心打造骨干(20ms)、省域(5ms)、地市(1ms)三級時延圈核心需求接入省域/區域骨干OTN/OXCOTN/OXCOTN OTN地市20ms時延圈5ms時延圈1ms時延圈400GOTN/OXC5目錄全光網需求

3、與發展趨勢1超高速400G光傳輸系統2顛覆性反諧振空芯光纖36400G 光傳輸網的5G400G是指單波長能夠承載400G類型業務的傳輸技術SDH2.5G WDM10G WDM/OTN100G OTN400G OTN1989202320032013199616QAM16QAM-PCSQPSK =/波特率調制階數偏振波特率：67GBd波道間隔：75GHz，總譜寬6THz傳輸距離1500kmPCS映射機制7100G規模應用已歷經10年，400G是開啟骨干網下一個周期的重大變革性代際技術中國移動400G技術研究歷程5年來，歷經4次現網試點和多次實驗室驗證，中國移動已就400G進行持續性的系統研究和攻關

4、京津濟寧現網試點（2018.8）調制格式：16QAM光纖：G.654E放大：EDFA波段：C6T603km(5.3dB余量)實驗室測試 （2021.8)調制格式：16QAM-PCS光纖：G.652D/G.654E放大：EDFA/拉曼EDFA混合波段：C4T/C6T1120kmG.652D(6dB余量)1700kmG.654E(7dB余量)遼寧沈大現網試點 （2021.11）調制格式：16QAM-PCS光纖：G.652D/G.654E放大：EDFA/拉曼EDFA混合波段：C4T/C6T1077kmG.652D(6dB余量)1333kmG.654E(8.2dB余量)實驗室擬現網測試（2022.8）

5、調制格式：QPSK原型機光纖：G.652D放大：EDFA/拉曼EDFA混合波段：C6T3038km(4.5dB余量)實驗室測試（2023.2）調制格式：QPSK原型機光纖：G.652D/G.654E放大：EDFA波段：C6T+L6T7000km(2.46dB余量)浙贛湘黔現網試點（2023.2）調制格式：QPSK模塊光纖：G.652D放大：EDFA/拉曼EDFA混合波段：C6T/C6T+L6T5616km(2.2dB余量)20182021.11：基于16QAM重點推動PCS2021.12至今：推動QPSK走向成熟OFC 2023,W2B.16.ECOC 2019,W.1.A.Scientifi

6、c Reports,9(17162),2019.ECOC 2019,We3c1.5.ECOC 2019,Tu1A.1.8400G QPSK極限傳輸技術試驗基于現網G.652.D光纖實現C6T波段400G QPSK 5616km傳輸，創現網傳輸世界記錄基于G.654.E光纖實現C6T+L6T波段400G QPSK 7000km傳輸，是目前實驗室測試的最高水平實驗室傳輸紀錄G.652.D光纖+EDFA/部分拉曼放大，C6T/C6T+L6T2月：總計5616km，跨段數90，預留光纖維護余量(0.06dB/km)，過系統后OSNR余量為2.2dB6月：總計6028km，跨段數98，預留光纖維護余量(

7、0.06dB/km)，過系統后OSNR余量為2.1dB寧波貴安現網試點路由G.654.E光纖+純EDFA放大，C6T+L6T總計7000km，跨段數70，每環路10*100km，過系統后OSNR余量為2.45dBC6T+L6T 400G QPSK環路傳輸系統現網傳輸紀錄9全球最長陸地距離的純EDFA 80400G QPSK 1673公里現網實時傳輸經1673km G.652D傳輸，系統末端OSNR余量 6dB，滿足長距骨干網經典商用場景的工程應用要求現網配置C+L波段性能遍歷 6dBG.652.D光纖+純EDFA放大，C6T+L6T總計1673km，跨段數30，預留光纖維護余量(0.06dB/

8、km)貴安隆回現網試點路由背靠背OSNR容限 C6T：15.9dB，15.8dB L6T：16.4dB，15.8dB末端OSNR：平均可達22.2dB，余量6.4dB末端功率平坦度：2.42.6dB間，滿足100G企/行 標3.0dB要求，但仍需提高業務加載東數西存：5G日志留存跨域查詢渲染前渲染后400G東視西渲：橫店影視基地原片渲染項目10400G時代變革1-超高速光器件從100G到400G時代，高帶寬光電器件、高性能DSP算法、先進芯片制造工藝共同推動信號符號率從30GBd提升四倍至130GBd，滿足400G QPSK高性能傳輸符號速率130GBd 30GBd超高速400G QPSK調制

9、器/接收機新封裝：分立集成光電合封有效優化器件帶寬oDSP新算法：線性線性+非線性高精度非線性補償算法提升性能頻譜整形非線性補償優化濾波代價新工藝：14nm5/7nm提升數字信號處理能力與數據吞吐量11400G時代變革2-超寬譜有源模塊采用400G QPSK實現容量翻倍，要求由C波段擴展到C+L波段，C+L總寬度12THz，挑戰巨大寬譜放大器寬譜光收發機性能：總體可用，由于體積更小、鉺纖更短，廠家A比廠家B/C差0.41.5dB集成度：廠家A/B仍為C6T、L6T分體，廠家C為C6T+L6T同模塊實現現狀：L波段長波探測器響應度低、耦合器L波段插損大目標：通過優化有源區材料和結構設計，改善C6

10、T+L6T一體化調制接收機性能寬譜WSS4.16.5dB5.66.9dB4.36.5dB廠家廠家A-分體分體廠家廠家B-分體分體廠家廠家C-一體一體下一步目標：通過改進摻雜工藝、優化泵浦功率，使L6T-EDFA性能與C6T NF差異1dB，并向C6T/L6T一體化演進?，F狀：C和L波段采用獨立的WSS目標：向一體化的12THz C+L波段WSS演進12400G時代變革3-超寬帶光系統架構光層架構鏈路損傷網絡運維難點：C波段（1套）C+L波段（2套）方法：光層向一體化演進，降低運維難度難點：標準跨段SRS最大功率轉移7dB方法：功率傾斜、放大器斜率配置均衡SRS當前：靜態環境均衡后波道平坦度2.

11、5dB未來：平坦度調至0.5dB，并研究動態場景下SRS自適應均衡方案12THz頻譜導致光層從1套到2套，同時受激拉曼散射（SRS）成為了新的鏈路損傷，給系統傳輸性能和網絡運維能力帶來全新挑戰13目錄全光網需求與發展趨勢1超高速400G光傳輸系統2顛覆性反諧振空芯光纖314光纖通信系統進一步提升性能面臨極限全球每月IP總流量年均復合增長率達27%，“東數西算”工程及新興工業專網對低時延及時延穩定性也提出了新要求，而骨干網光纖時延占端到端總時延90%以上極限1容量極限2時延實芯單模光纖反諧振空芯光纖損耗衰減已達0.142dB/km理論極限帶寬可用頻譜1518THz，當前已用12THz非線性非線性

12、影響徹底凸顯，不能依靠增加功率增加傳輸距離，單波入纖功率需6dBm預期衰減極限0.1dB/km可用頻譜超100THz非線性系數低3-4個數量級，非線性效應可忽略，單波入纖功率可增加1000倍以上介質光速SiO2折射率約為1.46介質光速 真空光速/1.46介質光速 空氣光速/真空光速光纖時延降低1/3反諧振空芯光纖有望突破現有實芯單模光纖的固有時延極限和非線性香農極限，對光纖、光器件和光網絡系統形成全面的、變革性的創新15重要意義：顛覆半個世紀以來基于實芯光纖的光通信行業半個世紀以來，光通信行業以實芯單模光纖為基本傳輸媒介，發展并構建出受限于其自身物理極限的生態體系，反諧振空芯光纖作為全新的基

13、礎媒介，不僅顛覆了光纖自身，而且將對光器件、光網絡系統形成全面的、革命性的顛覆，有望構建下一個50年的新型光通信，并將對業務、其他領域形成充分的溢出效應。1.光纖的顛覆：對光纖廠家而言，反諧振空芯光纖作為新光纖介質，是全新的理論與工藝，長久以來的生產方法論將發生顛覆性變革。2.光器件的顛覆：反諧振空芯光纖更寬的頻譜、更大的功率將全面改寫并顛覆有源器件（激光器、調制器、接收機、放大器）、無源無源（耦合器、波分復用器件、WSS）和光算法的基本要求。3.光設備/系統的顛覆：如何以反諧振空芯光纖及其匹配的光器件作為基石，構建全新的光通信系統，將對運營商、系統設備廠家在系統、鏈路設計、組網等方面帶來顛覆

14、。4.業務溢出效應：更低的全網時延，將為孵化催生新型的時延敏感大流量業務提供土壤，為國內互聯網行業創新的再次爆發奠定基礎，帶動萬億產業發展。5.領域溢出效應：除光通信領域外，反諧振空芯光纖可推廣應用至高保真量子態傳輸、高精度時頻同步、高性能光纖陀螺慣導、超大功率激光武器等多個領域。16反諧振空芯光纖的降損歷程2002年/巴斯大學首個反諧振空芯光纖，損耗500dB/km2010年/巴斯大學汪瀅瑩損耗降低46個數量級至40dB/km2017年/南安普頓大學損耗首次進入10dB/km內（7.7dB/km）2018年/北工大與中科院物理所丁偉/汪瀅瑩團隊損耗首次進入低損耗區間（2dB/km）2022年

15、/南安普頓大學論文報道0.174dB/km，口頭已達0.138dB/km反諧振空芯光纖自2002年發明以來，通過結構設計優化，損耗已從500dB/km降至0.138dB/km，超越了實芯光纖0.142dB/km的損耗極限，是未來超高速光傳輸系統可能的理想介質反諧振空芯光纖降損曲線與50年前石英玻璃光纖趨勢類似，極具潛力相關光傳輸系統研究也在快速推進，國內外基本處于同一起跑線17反諧振空芯光纖應當標準化、并面向規模商用演進在通信領域，光纖作為大規模商用的產品必須標準化。以往實芯光纖只需統一模場直徑等關鍵特性，無需限定摻雜和結構，即可實現互連互通。但反諧振空芯光纖變為以結構決定光纖特性，無法直接互

16、連，必須從多種競爭方案中優中選優，決出性能、規?；a能力最為出色的一種實現標準化。衡量性能的關鍵指標：損耗衡量規模商用的關鍵指標：拉絲長度如何設計反諧振光纖結構，以達到可商用的損耗水平？結構設計代替材料，生產流程巨變，如何進行工業化生產？五花八門的反諧振空芯光纖結構必須實現歸一與標準化，為大規模工業生產鋪平道路。生產流程變化后，需要反諧振空芯光纖仍然能夠盡快達到原實芯單模光纖的拉絲長度，確保成本可控，規?？捎^。18反諧振空芯光纖的實用化推動空芯光纖的實用化落地，目前存在三大關鍵：光纖結構已到收斂階段，推進標準化；整體協同空芯光纖與傳輸系統設計；解決現網部署的工程性問題光纖結構已到收斂階段工程

17、部署問題創新光纖與系統整體協同創新 反諧振空芯光纖全新的物理特性將重塑傳輸系統 超低非線性 超高功率入纖；超低偏振串擾 MIMO-簡化DSP處理 系統需求也指導空芯光纖及器件設計 新波段 光纖損耗窗口擴展；單纖雙向傳輸 超低反射對接/熔接 距離實際現網部署，反諧振空芯光纖在涂覆、成纜、連接和在線監測等方面仍需進一步開展技術攻關：涂敷/成纜：如何消除應力影響；對接/熔接：2-3km一段熔接，如何降低損耗；在線監測：極低瑞利散射條件下，OTDR不可用。如何突破反諧振空芯光纖降損及大規模工業化制備難題?牽頭CCSA三項空芯光纖研究課題大功率入纖空芯無損超高入纖功率下的空芯光纖超低非線性研究（OFC

18、2023）50m超低損空芯光纖活動連接器JNU最低連接損耗紀錄0.1 dB/點 當前空芯光纖損耗已達可用水平(0.15dB/km)，需基于產學研協同，通過標準化收斂結構設計，加快技術發展；中國移動已推動空芯光纖工業制備成為中國光學工程學會5大產業難題，并在CCSA牽頭立項3項空芯光纖研究課題。19總結l 400G超長距已經進入規模商用的關鍵時間節點，協同產業鏈推進400G技術和產業成熟，迎接400G規模商用元年l 下一代光通信進一步提升性能需要前沿性、顛覆性技術發展，如空芯光纖等，并需適時進行技術收斂和標準化l 倡議整個光通信行業聯合起來，光產業成立FNPP或者FNF（Fixed Network Partner Project/Fixed Network Forum），形成合力，推動整個光通信的代際演進及產學研結合