李晗：光传输技术的发展及其在400G和800G中的应用

光传输技术的发展及其在400G和800G中的应用 李晗 中国移动集团级首席专家 中国移动研究院基础网络技术研究所所长2023年11月9日 400G–光传输网的5G 在东数西算等算力网络新业态的驱动下，光网络已迎来以400G超宽谱传输为标志的第五次重大技术变革，以实现Pbit级上千公里的传送，2023年已启动全球最大规模部署，开启400G商用元年 SDH2.5GWDM10GWDM/OTN100GOTN400GOTN 1989 1996 20032013 2023 接入OTN 400G城域网 400G省内骨干网 400G省际骨干网 OTN 地市 400G 省域/区域省际骨干 构建覆盖全国的新型400G全光网：400G骨干网+400G城域网 400G骨干网的三大技术挑战和变革 400G系统面对超高速率、超宽频谱和新型信道损伤等全新挑战，通过光器件、有源模块和光系统架构三大技术变革实现骨干网由100G到400G的代际演进 1新器件 2新波段 3新损伤 符号率：~30GBd→~130GBd，提升四倍C波段→C+L波段，扩展三倍SRS转移：100G<1dB→400G~7dB，增加6dB 1超高速光器件 2超宽谱有源模块 3超宽带光系统架构 光电合封、高性能DSP、先进工艺共同推动符号率从~30GBd提升到~130GBd 优化器件设计与材料工艺，减小EDFA、WSS在C/L波段性能差异，向C+L一体化演进 自适应SRS均衡，破解动态网络运维难题，力争功率平坦度<±0.5dB 构建世界最长距离400G光传输技术试验网络 发布世界最长距离400G光传输现网技术试验网络，召开3次技术发布会推进实现400G长距传输3项试验纪录，为构建算力网络的大带宽、低时延全光底座打下坚实基础 5616km浙江宁波←→贵州贵安试验网7000km实验室测试系统架构1673km湖南隆回←→贵州贵安试验网 基于G.652.D光纤实现400GQPSK5616km 传输，创现网传输世界纪录 •EDFA/拉曼混合放大，光纤维护余量0.06dB/km，过系统后OSNR余量2.2dB 基于G.654.E光纤实现400GQPSK7000km 传输，是目前实验室测试的最高水平 •纯EDFA放大，C6T+L6T波段，无余量 基于G.652.D光纤实现全球最长距离的经典商用场景80×400GQPSK1673km现网试验 •纯EDFA放大，C6T+L6T波段，光纤维护余量0.06dB/km，过系统后余量6.4dB 400G骨干网规模商用加速产业发展 业界首次400GQPSK技术规模商用，更加坚定了中国产业以QPSK作为400G骨干全光网的技术基石，牵引高波特率光模块、C+L一体化、超宽谱系统等技术和产业加速发展 oDSP 高波特率光模块C+L一体化超宽谱系统 频谱整形 优化滤波价 非线性补偿 填充波保护 上游业务中断自动填充 OSNR容限优化约1dB 已可实现C+L一体化WSS 填充波保护避免SRS功率抖动 L6T光放大器噪声系数仍需进一步优化，力争达到与C6T差异~1dB 协同攻关端到端C+L一体化器件，加速推进一体化ITLA成熟，光放大器一体化仍面临技术难题 C6T+L6T波段~12THz 传输距离>1500km C4T+L4T波段~8THz 传输距离~1000km 400G中短距技术路线：省域网络 面向省域传输场景，存在400G16QAM-PCS、QPSK两条潜在技术路线，应重点结合传输能力和部署成本综合考虑 波特率~91GBd 波特率~130GBd 16QAM-PCSQPSK 省域网络部署OLP保护引入4.5~5dB插损，16QAM-PCS传输能力难以满足全国所有省份应用需求QPSK相比16QAM-PCS整体性能提升2dB：B2BOSNR容限1dB、入纤功率1dB，可以覆盖省域所有场景 省域网络400G技术路线选择 •方案一：将16QAM-PCS、QPSK收敛至一种调制格式，所有省域场景采用统一技术 •方案二：16QAM-PCS、QPSK两种技术方案并存，面向不同省域需求选择使用 C6T波段/C+L波段 C6T波段~6THz 400G中短距技术路线：城域网络 面向城域传输场景，存在400G16QAM、16QAM-PCS两条潜在技术路线，应重点结合频谱效率和低成本部署综合考虑 波特率~67GBd 波特率~91GBd 16QAM16QAM-PCS 传输距离~720km （逐点OXC模型） 传输距离~240km （逐点OXC模型） 城域网络部署需考虑OXC组网和OLP保护引入代价，16QAM可以低成本满足数据中心互联及城域网部分需求16QAM-PCS相比16QAM传输性能提升4dB，可覆盖城域传输主要场景 16QAM-PCS存在C6T60波、C4T+L4T80波、C6T+L6T120波三种方案，城域网是否引入C+L仍待研究 •相比现有C波段系统，C+L引入SRS转移问题，需配置填充波长、SRS功率均衡，增加网络部署和运维管理复杂度 •C+L目前为分立式光层系统，考虑城域OXC组网对波长灵活调度需求，更需向一体化演进 G.654.E作为800G时代更佳选择仍需深度匹配宽谱系统需求 800G时代，G.652.D无法满足长距骨干需求，G.654.E成为更佳选择。但面对S+C+L超宽谱应用，需解决现有G.654.E光纤指标与宽谱系统间的失配问题，实现截止波长、宏弯损耗等参数性能的改善 ITU-TG.654.E截止波长定义：1530nm 向更低截止波长演进 控制长波宏弯损耗 G.654.E 消水峰 截止波长应向≤1470nm演进 实现对S/L波段光纤参数定义 消除水峰扩展G.654.E应用范围 重用400G时代130GBd产业链难以满足800G骨干长距传输需求，需攻关180GBd以上核心关键技术 •基于90GBd的64QAM-PCS，采用G.654.E+混合放大，实现800G1000km+极限传输 •基于130GBd的16QAM，采用G.652.D+EDFA放大，实现800G880km极限传输 800G长距传输需更高速率光电器件技术突破 64QAM-PCS 16QAM-PCS 16QAM 2021~20222022~20232023~？ •波特率：~91GBd •波道间隔：100GHz，总谱宽8THz •波特率：~130GBd •波道间隔：150GHz，总谱宽12THz •波特率：>180GBd •波道间隔：>200GHz，总谱宽>16THz 采用更低阶数的调制格式以提升800G传输性能，需进一步推动光电器件向更高波特率突破 •为探索超Tb/s单波及S+C+L波段满波配置下单模实芯光纤的信道极限，联合业界开展了全球首个单波净速率超Tb/s的S+C+L多波段满波配置超宽带实验 •在2×75kmG.654.E光纤上采用纯掺杂光纤放大的形式，实现了总容量144.67Tb/s的单波超Tb/s级满波验证 首个单波净速率超1Tb/s的S+C+L多波段满波配置超宽带实验 Results •符号率115GBd，通路间隔125GHz，总谱宽19.5THz（156波）：S7.5T(1460-1522nm)+C6T(1524-1572nm)+L6T(1575-1626nm) •S波段采用32QAM-PCS+16QAM-PCS，C与L波段采用64QAM-PCS，平均单波速率分别为0.778Tb/s、1.03Tb/s与1.01Tb/s 小结 400G超长距已启动规模商用，明确QPSK为400G骨干长距传输方案，国内主流厂家就激光器、EDFA、WSS等核心器件全面支持12THzC6T+L6T波段，光通信迈入超宽谱时代 400G中短距存在不同应用场景，综合考虑频谱效率、传输性能和低成本部署，希望联合产业合作伙伴共同研究明确技术路线 800G面向长距传输需从C6T+L6T进一步向C+L+S多波段探索，G.654.E光纤、180G以上高波特率器件等核心技术需产业协同开展前沿研究 谢谢！