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光通信
2022/8/3 12:00

韦乐平指明全光传送网六大扩容路径

C114通信网  安迪

C114讯 8月3日消息(安迪)在今天举行的“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/400G ZR+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100G WDM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。

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