王东：400Ｇ全光网技术进展及演进

400Ｇ全光网技术进展及演进 中国移动研究院王东2023年12月3日 目录 1400G高速光传输技术及进展 超400G光传输前沿技术探讨 2 2 中国移动算力网络总体策略 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 主线一 面向算网基础设施构建 完善算网资源布局，夯实算力网络底座，增强设施供给能力 主线二 面向业务融合创新 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 主线三 面向创新技术引领 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 算力基础设施 边缘算力 中心算力大区算力 光网络基础设施 PON SPN OTN 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 3 算力网络发展驱动光网络技术变革 东数西算作为典型场景，对超大带宽、超长距离、超低时延方面提出更高的要求面向算力网络对光传送网提出新的需求，光网络需转型升级构建承载算力的光底座 西部地区 东部地区 场景 需求 东数西算：超低时延 东数西存：海量数据 东数西训：大带宽 东数西渲：超低时延 容量：100G无法满足需求 400G势在必行 时延：骨干:<20ms 省内/区域:<5ms 城域:<1ms 距离：东西枢纽距离>1500km 4 面向算力网络构建新型全光底座 面向算力网络对光网络的新需求，构建三级时延圈，提出基于400G+OXC的新型全光网技术架构 1ms时延圈 5ms时延圈 20ms时延圈 接入 OTN OTN/OXC OTN/OXC OTN/OXC OTN 400G 地市省域/区域骨干 400G高速传输 400G长距技术成熟商用，分场景研究中短距技术路线 超400G前沿探索 推动800G、空芯光纤等前沿技术演进 5 400G–光传输网的5G 100G规模应用已历经10年，400G是开启骨干网下一个周期的第五次重大变革性代际技术，驱动骨干全光网进入宽谱时代 SDH2.5GWDM10GWDM/OTN100GOTN400GOTN 1989 1996 20032013 2023 2018~2021.11：基于16QAM重点推动PCS2021.12至今：推动QPSK走向成熟 京津济宁现网试点 （2018.8） 调制格式：16QAM 光纤：G.654E 放大：EDFA 波段：C6T 603km(5.3dB余量) 实验室测试 （2021.8) 调制格式：16QAM-PCS 光纤：G.652D/G.654E 放大：EDFA/拉曼EDFA混合 波段：C4T/C6T 1120km@G.652D(6dB余量)1700km@G.654E(7dB余量) 辽宁沈大现网试点 （2021.11） 调制格式：16QAM-PCS 光纤：G.652D/G.654E 放大：EDFA/拉曼EDFA混合 波段：C4T/C6T 1077km@G.652D(6dB余量)1333km@G.654E(8.2dB余量) 实验室拟现网测试 （2022.8） 调制格式：QPSK原型机 光纤：G.652D 放大：EDFA/拉曼EDFA混合 波段：C6T 3038km(4.5dB余量) 实验室测试 （2023.2） 调制格式：QPSK原型机 光纤：G.652D/G.654E 放大：EDFA 波段：C6T+L6T 7000km(2.46dB余量) 浙赣湘黔现网试点 （2023.2） 调制格式：QPSK模块 光纤：G.652D 放大：EDFA/拉曼EDFA混合 波段：C6T/C6T+L6T 5616km(2.2dB余量) 构建覆盖全国的新型400G全光网：400G骨干网+400G城域网6 明确QPSK是400G骨干长距传输技术方案 通过方案设计、理论分析、试验验证，400GQPSK相对16QAM-PCS整体性能提升2dB、传输距离提升50%+，明确成为骨干长距传输解决方案 系统配置 现网场景 浙江宁波→湖南邵阳2018km 跨段数 32 >22dB占比 56.25% >25dB占比 28.13% 混合拉曼放大数量 8 被测调制格式 QPSK16QAM-PCS 完成现网链路设置下400GQPSK/16QAM-PCS2018km性能对比 QPSK较16QAM-PCS整体优势提升2dB：B2BOSNR容限1dB 入纤功率1dB QPSK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%+ 7 400G骨干网的三大技术挑战和变革 1组网能力不变 和100G/200GQPSK相当 2基础设施不变 不改变现有光纤、机房、站点 3部署运维习惯不变 与100G/200G系统相同 oDSP 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-400GQPSK 130G+波特率 高性能oDSP 2超宽谱有源模块-C6T+L6T C6T C6T+L6T 3超宽带光系统架构-一体化稳态系统 信号光DL光C+L一体化WSS 8 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，为拉动400G加快成熟、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 9 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，推动全光网进入400G时代 oDSP •进一步推进超宽谱系统、C+L一体化、模块性能提升等技术演进 超宽谱系统 信号光 DummyLight光 高速率模块 C+L一体化 填充波+自适应均衡抑制SRS功率转移产生的性能劣化 频谱整形 优化滤波代价 非线性补偿 模块B2BOSNR容限优化~1dB 目标：C+L一体化的ITLA、EDFA、WSS等核心关键器件 现状：已实现C+L一体化WSS •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EDFA、ITLA等模块和器件C+L一体化，进一步简化光层系统复杂度 10 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 C4T+L4T波段~8THz C6T+L6T波段~12THz 传输距离~1000km 传输距离>1500km 16QAM-PCS QPSK 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 11 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 16QAM C6T波段~6THz 16QAM-PCS 波特率~91GBd C6T波段/C+L波段 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 12 目录 1400G高速光传输技术及进展 超400G光传输前沿技术探讨 2 13 800G高速互联前沿研究探索 开展800G前沿技术研究，持续推进传输性能提升 限) 1500km(极 1000km(5dB裕量) •首次实现单载波800G1000km@G.654.E、单通道电域多子载波800G2000km@G.654.E 800G进展 G.654.E+拉曼EDFA混合放大G.654.E+纯拉曼放大 1300km(5dB裕量) 2018km(极限) 基于90GBd的64QAM-PCS800G，采用G.654.E+混合放大，可实现1000km+极限传输（ECOC2021） 基于95GBd的64QAM-PCS800G，采用G.654.E+纯拉曼放大，可实现2018km极限传输（ECOC2022） 800G技术实验室验证进展传输2000km后，800G信号收端光谱 14 重用130GBd产业链推进单波800G传输 实验架构 基于16QAM码型可重用400G时代130GBd产业链实现单波800G传输，在采用G.652.D光纤+纯EDFA放大+满波配置的系统模型下，具备880km（11×22dB）极限传输能力 •C6T+L6T，2个真波+78填充波 •G.652.D光纤+纯EDFA放大 系统末端误码率与净余量vs通道 经11跨光纤传输后，C6T+L6T全波段通道性能逼近FEC纠错门限4.4×10-2，且系统末端最小 净余量（扣除通道代价）已低至0.16dB，基本不具备进一步延长传输距离的空间15 800G长距传输需更高速率光电器件技术突破 重用400G时代130GBd产业链难以满足800G骨干长距传输需求，需进一步提升800G信号波特率以提高系统性能 •800G信号符号率从130GBd提升至180GBd，传输距离可提升30%（~900km→~1200km） •800G时代G.654.E光纤相比G.652.D预计将带来较大的性能提升 •克尔非线性效应+更低的SRS功率转移 •80km传输SRS功率转移：G.654.E~3dB，G.652.D~7dB 预计180GBd及以上波特率将是超长距800G的主流符号率，需进一步推动光电器件向更高波特率突破 16 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。 •但面对潜在的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