毛謙：全球光傳輸網(wǎng)承受巨大壓力 CL新型光纖助力容量提升

  今天，在由中國國際光電博覽會(CIOE)和C114聯(lián)合主辦的2022年中國光通信高質(zhì)量發(fā)展論壇上，武漢郵電科學(xué)研究院原副院長兼總工程師、工信部通信科技委專職常委、亞太光通信委員會主任毛謙發(fā)表了題為“新型光纖助力光網(wǎng)傳輸容量提升”的演講。他指出，目前全球光傳輸網(wǎng)承受著巨大的容量提升壓力，而新型的CL光纖在C+L波段的衰減平坦性更好，衰減系數(shù)更低，能夠有效提高可用的頻譜帶寬，從而支持光傳輸網(wǎng)實現(xiàn)更大容量。

  據(jù)介紹，從2020年初爆發(fā)新冠疫情開始，全球范圍內(nèi)對網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求日益增強，更促進(jìn)光網(wǎng)流量的激增。當(dāng)下全球數(shù)據(jù)流量正以每年26%的速率持續(xù)增長，全球年度IP流量將由2017年的1.5 ZB增長為2022年的4.8 ZB，光傳輸網(wǎng)作為通信網(wǎng)中最基礎(chǔ)、最骨干的部分，承受著巨大的容量提升壓力，高速、大容量的傳輸網(wǎng)絡(luò)依然是光纖通信技術(shù)的主流發(fā)展方向。

  提升光傳輸容量的三種方式

  毛謙談到，提升光傳輸容量主要存在三種方式，分別為提升頻譜效率、增加空間并行度以及增大波段范圍。

  在提高頻譜效率方面可以從多方面入手，包括ETDM的提高速率、多種復(fù)用維度(如PDM、PPM、OCDM、OTDM、OSCM、OOFDM、MDM、軌道角動量復(fù)用等)、先進(jìn)調(diào)制技術(shù)、高階調(diào)制格式、超級通道、頻譜星座整形、FEC、SD等。目前實驗室最高已達(dá)到1158.7 b/s/Hz，已經(jīng)接近香農(nóng)極限，而實用的水平還低于10b/s/Hz。

  而在增加空間并行度方面則有兩種方式，目前一直采用的是在一根光纜中容納多根光纖，現(xiàn)在已經(jīng)可以制造出數(shù)千芯的光纜。眼下業(yè)界正在關(guān)注的是MCF，即多芯光纖。如果再用多芯光纖制造多纖光纜，那么通道數(shù)的增加會又上一個臺階。

  在其演講中，毛謙著重談到了目前行業(yè)研究的熱點——增大波段范圍，即MBT(多波段傳輸)。

  在ITU定義的光纖應(yīng)用6個波段(O、E、S、C、L、U)中，DWDM技術(shù)主要采用的是C波段，也即1998年發(fā)布的G.692一直沿用至今，其規(guī)定的最大波長范圍是1528.77~1560.61nm，安排40或80個波。此后，YDT 1274給出了80波和160波的波長安排，首次提出同時使用C波段和L波段實現(xiàn)160波。到2020年，NGOF在擴展C波段波分復(fù)用(WDM)系統(tǒng)技術(shù)白皮書中，提出在現(xiàn)有C波段80波的基礎(chǔ)上，擴展為C+的96波，以及擴展為C++的120波應(yīng)用，進(jìn)一步可以考慮多波段C+L波段的192波及240波。

  那么光纖能不能支持MBT呢?根據(jù)ITU關(guān)于光纖衰減參數(shù)的規(guī)范(G.652D)以及APC(亞太光纖光纜產(chǎn)業(yè)協(xié)會)技術(shù)工作委員會調(diào)查對國內(nèi)外主要光纖光纜廠家標(biāo)準(zhǔn)單模光纖G.652D在C+L波段的衰減特性的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，所統(tǒng)計廠家的產(chǎn)品均符合ITU和YD要求。不過，衰減最低波長并不在1550nm，大多在1565~1580nm范圍，統(tǒng)計中值為0.1851dB/km。但是1525nm和1625nm處衰減系數(shù)相較于最小值增大會對WDM各個波長的光信噪比(OSNR)有較大影響。

  適應(yīng)C+L WDM應(yīng)用的新型光纖應(yīng)運而生

  “如何改進(jìn)光纖衰減特性適應(yīng)C+L WDM應(yīng)用呢?一是減小光纖衰減系數(shù);二是光纖的衰減特性曲線應(yīng)該盡量平坦;三是和標(biāo)準(zhǔn)單模光纖完全兼容。”毛謙表示，正因此，新型光纖出現(xiàn)了。

  2021年12月，APC發(fā)布了《C+L WDM 系統(tǒng)用超大容量單模光纖》國際標(biāo)準(zhǔn)。

  據(jù)介紹，CL光纖的主要特點包括：CL光纖在C+L波段的衰減平坦性更好，衰減系數(shù)更低，能夠有效提高可用的頻譜帶寬;同時，CL光纖可以有效減小C+L WDM系統(tǒng)OSNR的劣化，支持240波系統(tǒng)的傳輸;并且與G.652D光纖完全兼容;同時也可以設(shè)計得和G.657光纖兼容。此外，CL光纖既考慮了標(biāo)準(zhǔn)徑光纖，又考慮了細(xì)徑光纖和光纖帶，利于節(jié)省成纜和敷設(shè)空間。

  毛謙進(jìn)一步談到，目前國內(nèi)主流光纖光纜生產(chǎn)廠商都可以提供CL光纖光纜。而為了進(jìn)一步提高CL光纖的特性，需要從材料優(yōu)化、波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計、光纖制造工藝等多方面著手，各廠商還在努力改進(jìn)和提高CL光纖的品質(zhì)。隨著CL光纖的應(yīng)用經(jīng)驗積累和光傳輸技術(shù)發(fā)展的要求，CL光纖標(biāo)準(zhǔn)將適時進(jìn)行修訂。如對適用波段范圍、截止波長、衰減特性等進(jìn)一步優(yōu)化。

  不過在演講最后，他強調(diào)，CL光纖僅為MBT提供了光纖方面的支持，在其它技術(shù)方面，如光纖放大器、光模塊、MUX/DMUX等各方面都需要解決相應(yīng)的問題，還需要共同努力，才能推進(jìn)CL WDM的應(yīng)用。另外，業(yè)界對MBT的探索并非只停留在C+L波段，流量的爆炸式增長，需要光傳輸容量更大的提升，S+C+L波段有更寬的頻譜，而整個O+E+S+C+L波段可用頻譜帶寬可達(dá)到54THz，若全部應(yīng)用能極大提升光傳輸容量。當(dāng)然，其中需要解決的技術(shù)問題更多，還需要整個業(yè)界的通力合作才能實現(xiàn)。