韦乐平指明全光传送网六大扩容路径

弥敦道

在“2022中国光网络研讨会”上，工信部通信科技委常务副主任、中国电信集团公司科技委主任、中国光网络研讨会大会主席韦乐平，为业界解析了全光传送网的六大扩容路径：扩展频谱、提升速率、多芯光纤、提高谱效、延长距离、多纤光缆。

扩容路径1：扩展频谱

传统C波段4THz：100G×80波，单纤总容量8Tb/s；

C+波段4.8THz：100G×96波，单纤容量提升20%；

扩展C+波段6THz：100G×120波，单纤容量提升50%，达12Tb/s；

扩展C++L+波段12THz：240波，单纤容量提升约200%，达16Tb/s。目前已能支持11THz的谱宽。需开发C++L+一体化光器件（新掺杂光放、激光器、WSS、CL光纤等）、解决多通道光功率的动态均衡、非线性补偿等技术难点。

C+L+S波段165nm：扩展约5倍，面临更大的挑战。

韦乐平认为，进中期，频谱扩展50%乃至达200%可望而可及；中长期，频谱扩展5倍有技术可能，可望而难及。

扩容路径2：提升速率

100G是目前长途主用速率，200G也已在长途规模应用。

400G中短距：400ZR/400GZR+已能在城域DCI、城域接入、城域核心、区域骨干网等中短距场景应用。

400G长途：130G波特QPSK单波400G将是下一代长途主用速率，距离能从600公里提升至1500公里，可覆盖99%长途网复用段距离，技术障碍oDSP即将突破（2023年）。

800G：短距可商用，中距有希望，未来1.2T-1.6T-3.2T越来越难。

韦乐平认为，近中期，长距单波速率提升2倍，短距提升4倍有望；中长期，长距单波提升4-8倍可望而难及；技术挑战，主要靠oDSP和超级FEC的突破性进展。

数字经济转型，带来大量新业务、新应用、新技术、新模式，对底层网络的架构、容量、速率、性能、可用性提出了新的要求，400G时代已经开启。韦乐平表示，数据中心（DC）率先开启向400G的过渡，2019年400G已开启应用，2023年将成为主导。

据韦乐平介绍，公用电信网在网络边缘也开启向400G的过渡——流量驱动方面，400G是未来5年光模块的主要增长点，复合增长率44%；标准驱动方面，OIF的4000ZR、Open ZR+和OpenRoadm MSA的400ZR+；技术驱动方面，硅、硅光和DSP进展催生了通用光模块—数字相干可插拔光模块，突破尺寸、成本、功能障碍，适用多系统、多拓扑、多场景；速率驱动方面，CTC区域/长途网多个段落容量超30T，最高超110T，用单波400G WDM替代单波100GWDM可节约大量昂贵的转发器和光纤。

对于超400G关键技术oDSP的进展，韦乐平透露，目前一代的商用oDSP采用7nm、96GB波特率、64QAM调制码型已能够支持800G速率短距离传输；新一代的oDSP采用5nm、130GB波特率、QPSK调制码型能支持400G速率1500公里的长距离传输；oDSP算法的三个关键是概率整形（PS）、高性能前向纠错（CFEC，OFEC）、数字副载波调制（DSCM），PS可望提升光信噪比大约２dB，高性能FEC通过级联编码和软判决结合多次迭达译码，可获取高达约12dB的净编码增益。DSCM不仅可以增强高波特率信号对色散和滤波的容忍度，还能增强对非线性的容忍度。

谈及800G的发展状况和路径，韦乐平认为分为两个阶段：第一阶段，2021年底，Ciena和Infinera宣布短距离800G光模块已经商用，采用7nm和90GB+波特率oDSP技术，由于技术制约导致的尺寸限制，目前产品依然是集成在光线路系统的线路板上的嵌入式光模块；第二阶段，相干数字可插拔光模块，为支撑这一目标的实现，需要至少5nm和130GB+波特率oDSP的支撑，预计不远的将来短距离系统有望。

韦乐平介绍了最新进展（1.2T），Acacia采用5nm和140GB波特率oDSP已经能够在150GHz通道间隔下传送1.2T速率的信号。

扩容路径3：提高谱效

100G速率及以下：谱效率提升与速率提升基本成正比例，100G的谱效率约为2。

100G速率以上：谱效率越高，需更高OSNR，更大发送功率，光纤非线性呈现，传输距离缩短，谱效率提升速度趋缓；提高谱效率理论上靠更高QAM星座数，但距离缩短，实现代价更高，干扰容限更小；实践上主要靠更高波特率支持，预计130GB+波特率oDSP问世后，可以支持400G QPSK码型的长途传输。

韦乐平表示，长远看，期望256QAM结合200G+波特率技术有突破。谱效率提升受限光纤非线性，已趋饱和，拓展空间十分有限。

扩容路径4：延长距离

传输距离受限因素包括香农定律，C=BW·log2（1+S/N）

增加信号功率S：空间不大，受限于光纤非线性和激光器寿命，超低损大有效面积光纤有一定空间，G.654E已标准化和实用化。

降低噪声功率N：空间不大，受限于光纤损耗和光放噪声系数3dB，超低损大有效面积光纤有一定空间，G.654E已标准化和实用化。

采用G.654E光纤：有望比G.652D光纤延长距离80%。

减少系统裕度，依靠光器件性能的改进和基于AI的认知光技术有望减少系统设计裕度3dB左右，难度大，尚在研究阶段。

在韦乐平看来，中期来看，400G达到1500公里距离，可望并可及；长期来看，800G达到1500公里距离，可望而难及。

扩容路径5：多芯光纤

多芯光纤（MCF）方面，据报道，多芯光纤可在同一包层内容纳3-37芯，可扩容3-37倍。

韦乐平认为主要挑战包括：一是为兼容125μm包层，规避密集芯间的干扰，只能容纳3-4芯；二是器件和子系统需全面突破，含光放大器、收发器、光滤波器、光交换器件、信号监视器等；三是光纤光缆的设计、生产、连接、施工、维护将全部重建；四是仅仅节省几根光纤，却需要几乎是光通信全产业链的重新设计和产业化，代价巨大，得不偿失。因此，多芯光纤的扩容空间有限，但是代价巨大，主要适用物理空间高度受限的短距海缆系统。”

扩容路径6：多纤光缆

基于一缆多纤的空分复用是最现实的长期扩容途径。简单易行、可线性按需扩容且扩容幅度大（几十倍），能满足长期容量需求的基础解决方案，结合G.654E光纤可作为长途高容量路由长期扩容的基本架构。对400G系统，光缆的成本不到总造价5%，影响不大。为了降低总成本，需要开发高密度光缆、高密度端口、高密度集成光放大器阵列等，代价可控。

在韦乐平看来，近中期，骨干光缆结合现有扩容技术能基本满足容量需求；长远期来看，高容量路由敷设高芯数光缆（1000芯+），结合现有扩容技术可以满足20年以上容量需求。“

韦乐平认为，多纤光缆是最现实长远出路。光缆费用占系统总造价比例随芯数增加而下降，500芯和1000芯常规G.652D光缆占总造价比例分别为1.8%和1%左右。采用G.654E光缆后，500芯和1000芯光缆占比仅分别提升至4.8%和3.5%。多纤空分复用再结合现有扩容技术最简便、扩容大、成本低，是现实的长期扩容途径，有望满足20年以上需求。