中国移动研究院张德朝：高速全光网和新型光纤关键技术探讨

高速全光网和新型光纤关键技术探讨张德朝中国移动研究院基础网络技术研究所2023年9月5日2目录算力网络驱动全光网发展1新型全光网关键技术演进23主线三面向创新技术引领主线一面向算网基础设施构建主线二面向业务融合创新完善算网资源布局，夯实算力网络底座，增强设施供给能力实现算网高效协同，支持CHBN业务融合发展，创新平台服务能力实现创新技术引领，打造原创技术策源地，深化技术赋能能力中国移动提出“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中国移动算力网络总体策略推动光网络核心技术创新，打造算力网络坚实底座，构建“连接+算力+能力”的新型信息服务体系光网络基础设施SPNOTNPON算力基础设施边缘算力大区算力中心算力4面向算力网络对光网络的新需求，通过五大关键技术举措，推进超大带宽、灵活调度、泛在接入、前沿技术创新，构建基于400G高速互联的灵活高效的新型全光网技术架构面向算力网络构建新型全光底座接入省域/区域骨干OTN/OXCOTN/OXCOTN PON地市20ms时延圈5ms时延圈1ms时延圈400GOTN/OXC新型全光架构灵活高效+三级时延圈超大带宽400G灵活调度OXC+ODU+fgOTN泛在接入50G PON+FTTR前沿技术800G+空芯光纤及系统5目录算力网络驱动全光网发展1新型全光网关键技术演进2- 超大带宽- 泛在接入- 前沿技术6超大带宽 - 400G超高速光传输面临哪些技术挑战面向1000+公里长距传输的骨干网基本需求，400G超高速光传输系统需开展多维度技术攻关，破解单通道速率提升带来的传输能力下降难题重大挑战器件带宽提升至少3倍OSNR容限劣化至少6dB波段范围增加至少200%7100G规模应用已历经10年，400G是开启骨干网下一个周期的重大变革性代际技术中国移动400G技术研究历程5年来，历经4次现网试点和多次实验室验证，中国移动已就400G进行持续性的系统研究和攻关京津济宁现网试点（2018.8）ü调制格式：16QAMü光纤：G.654Eü放大：EDFAü波段：C6Tü603km (5.3dB余量) 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) 辽宁沈大现网试点 （2021.11）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/C6Tü1077km@G.652D (6dB余量)1333km@G.654E (8.2dB余量)实验室拟现网测试（2022.8）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)实验室测试（2023.2）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)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)2018~2021.11：基于16QAM重点推动PCS2021.12至今：推动QPSK走向成熟OFC 2023, W2B.16.ECOC 2019, W.1.A. Scientific Reports, 9(17162), 2019.ECOC 2019, We3c1.5.ECOC 2019, Tu1A.1.世界最长距离400G光传输技术试验网络•基于现网G.652.D光纤实现C6T波段400G QPSK 5616km传输，创现网传输世界记录•全球最长距离的纯EDFA经典商用场景80× 400G QPSK 1673km现网试验面向经典商用场景ü G.652.D光纤+EDFA/部分拉曼放大，C6T/C6T+L6Tü 2月：总计5616km，跨段数90，预留光纤维护余量(0.06dB/km)，过系统后OSNR余量为2.2dBü 6月：总计6028km，跨段数98，预留光纤维护余量(0.06dB/km)，过系统后OSNR余量为2.1dB宁波←→贵安现网试点路由技术极限能力探索贵安←→隆回现网试点路由ü G.652.D光纤+纯EDFA放大，C6T+L6Tü 总计1673km，跨段数30，预留光纤维护余量(0.06dB/km)，过系统后OSNR余量~6.4dB400G关键技术1 - QPSK是400G骨干长距传输技术方案16QAM-PCSQPSK波特率64GBd → 91GBd性能相比16QAM从~22dB提升到~17dB波特率64GBd → 130GBd性能相比16QAM从~22dB提升到~16dB100GHz间隔，8THz总谱宽150GHz间隔，12THz总谱宽核心器件决定代际，解决130GBd技术难点，通过方案设计、理论分析、试验验证，400G QPSK相对16QAM-PCS有50%+的性能提升，明确成为骨干长距传输解决方案完成现网链路设置下400G QPSK/16QAM-PCS 2018km性能对比ü链路：现网链路设置下的真实 QPSK / 16QAM-PCS性能比较üQPSK较16QAM-PCS整体优势提升2dB：B2B OSNR容限1dB 入纤功率 1dBüQPSK相比16QAM-PCS，在满足工程维护余量的条件下，基于G.652D传输距离可增加50%+10400G关键技术2 - 超高速光器件从100G到400G时代，高带宽光电器件、高性能DSP算法、先进芯片制造工艺共同推动信号符号率从~30GBd提升四倍至~130GBd，满足400G QPSK高性能传输符号速率~130GBd ~30GBd超高速400G QPSK调制器/接收机新封装：分立→集成光电合封有效优化器件带宽oDSP新算法：线性→线性+非线性高精度非线性补偿算法提升性能频谱整形非线性补偿优化滤波代价新工艺：14nm→5/7nm提升数字信号处理能力与数据吞吐量400G关键技术3 - 超宽谱有源模块：C6T+L6T EDFA•此前6THz L波段放大器尚属空白，铒离子在L波段长波增益难以提升，L6T放大效率低、体积大•联合产业集中攻关，国内主流厂家已支持分立式12THz EDFA，但仍需进一步提升性能，并向小型化、C+L一体化演进ü性能：总体可用，由于体积更小、铒纤更短，厂家A比厂家B/C差0.4~1.5dBü集成度：厂家A/B仍为C6T、L6T分体，厂家C为C6T+L6T同模块实现下一步目标：通过改进掺杂工艺、优化泵浦功率，使L6T-EDFA性能与C6T NF差异~1dB，并向C6T/L6T一体化演进厂家A4.1~6.5dB5.6~6.9dB4.3~6.5dB厂家B厂家C•L6T波段WSS技术趋于成熟，性能已达到C6T波段WSS水平•C+L波段WSS由采用分体式设计向一体化的12THz C+