全新光傳輸技術(shù)曝光：該技術(shù)可實現(xiàn) 1.2Tbps 的數(shù)據(jù)傳輸速率

光傳輸是在發(fā)送方和接收方之間以光信號形態(tài)進行傳輸?shù)募夹g(shù)。光傳輸設(shè)備就是把各種各樣的信號轉(zhuǎn)換成光信號在光纖上傳輸?shù)脑O(shè)備，因此現(xiàn)代光傳輸設(shè)備都通常要用到光纖。常用的光傳輸設(shè)備有：光端機，光MODEM，光纖收發(fā)器，光交換機，PDH，SDH、PTN等類型的設(shè)備。

同步光纖網(wǎng)(Synchronous Optical Network，SONET)和同步數(shù)字系列(Synchronous Digital Hierarchy，SDH)：一種光纖傳輸體制(前者是美國標準，用于北美地區(qū)，后者是國際標準)，它以同步傳送模塊(STM-1，155Mbps)為基本概念，其模塊由信息凈負荷、段開銷、管理單元指針構(gòu)成，其突出特點是利用虛容器方式兼容各種PDH體系。準同步數(shù)字系列(Plesiochronous Digital Hierarchy ，PDH)：SONET/SDH出現(xiàn)前的一種數(shù)字傳輸體制，非光纖傳輸主流設(shè)備。主要是為語音通信設(shè)計，沒有世界性統(tǒng)一的標準數(shù)字信號速率和幀結(jié)構(gòu)，國際互連互通困難。

波分復用技術(shù)(Wavelength Division Multiplex，WDM)：本質(zhì)上是在光纖上實行的頻分復用(Frequency Division Multiplex ，F(xiàn)DM)，即光域上的FDM技術(shù)。是提高光纖通信容量的有效方法。為了充分利用單模光纖低損耗區(qū)巨大的帶寬資源，根據(jù)每一個信道光波頻率(或波長)的不同而將光纖的低損耗窗口劃分成若干個信道的技術(shù)。用不同的波長傳送各自的信息，因此即使在同一根光纖上也不會相互干擾。 密集波分復用技術(shù)(Dense Wavelength Division Multiplex，DWDM)：與傳統(tǒng)WDM系統(tǒng)不同，DWDM系統(tǒng)的信道間隔更窄，更能充分利用帶寬。

光分插復用(Optical Add/Drop Multiplex， OADM)：是一種用濾光器或分用器從波分復用傳輸鏈路插入或分出光信號的設(shè)備。OADM在WDM系統(tǒng)中有選擇地上/下所需速率、格式和協(xié)議類型的光波長信號。是在節(jié)點上只分接/插入所需的波長信號，其它波長信號則光學透明地通過這個節(jié)點。動態(tài)(靈活、可重構(gòu)或可編程)的OADM是城域光網(wǎng)絡(luò)得以實現(xiàn)的根本。局際光學環(huán)網(wǎng)使用動態(tài)的OADM，系統(tǒng)就可以在任何兩個節(jié)點間提供全部波長信道的連接。

光交叉互連(OpticalCross-connect，OXC)：用于光纖網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的設(shè)備，通過對光信號進行交叉連接，能夠有效靈活地管理光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)，是實現(xiàn)可靠的網(wǎng)絡(luò)保護/恢復以及自動配線和監(jiān)控的重要手段。主要由WDM技術(shù)和光空分技術(shù)(光開關(guān))綜合而成。

前日，日本 IT 服務(wù)公司富士通(Fujitsu)在官網(wǎng)上介紹了其開發(fā)的全新光傳輸技術(shù)，該技術(shù)可實現(xiàn) 1.2Tbps 的數(shù)據(jù)傳輸速率，相當于在每秒傳輸 6 張容量為 25GB 的藍光光盤的數(shù)據(jù)。

富士通表示，全新光傳輸技術(shù)主要應用了三項富士通公司自研專有技術(shù)，分別是數(shù)字相干光傳輸技術(shù)、光傳輸設(shè)備水冷技術(shù)以及使用機器學習優(yōu)化光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。其中，數(shù)字相干光傳輸技術(shù)是一種利用光波特性提高接收靈敏度的相干接收方法與先進的超高速數(shù)字信號處理相結(jié)合，最大限度地提高傳輸性能的光傳輸技術(shù)，也是該方案的關(guān)鍵。

同時，利用光傳輸設(shè)備水冷散熱技術(shù)，可大幅提高散熱效率，將功耗降低到每傳輸 1Gbp 數(shù)據(jù)僅 120mW 的功耗。富士通表示，全新光傳輸技術(shù)可減少 70% 的二氧化碳排放量。

富士通公司計劃在 2023 財年上半年將該光傳輸設(shè)備商業(yè)化，并開始提供給全球范圍內(nèi)的客戶使用。光傳輸是在發(fā)送方和接收方之間以光信號形態(tài)進行傳輸?shù)募夹g(shù)。光傳輸電視信號的工作過程是在光發(fā)射機、光纖和光接收機三者之間進行的;在中心機房的光發(fā)射機把輸入的RF電視信號變換成光信號，它由電/光變換器(Electric-Optical Transducer，E/O)完成，變換成的光信號由光纖傳輸導向接收設(shè)備(光接收機)接收，光接收機把從光纖中獲取的光信號變換還原成電信號。因此光傳輸信號的基理就是電/光和光/電變換的全過程，也稱為光鏈路。

光傳輸技術(shù)由于自身具有良好的偏振復用功能，在實際工作過程中，可以通過對光信號在兩個偏振狀態(tài)之間呈現(xiàn)出的相互正交特點進行有效運用，從而實現(xiàn)在同一個光載波中，可以攜帶兩路信息的目的，這就為信號碼元速率大幅度的降低提供了必要的技術(shù)把保障，在傳統(tǒng)光傳輸技術(shù)中，其在發(fā)射機上只需要安裝一些結(jié)構(gòu)簡單的無源器件就可以順利開展工作，在接收機上，則面臨著較大的技術(shù)難題，由于技術(shù)的不斷向前推進，目前情況下，100gb/s的傳輸技術(shù)中，偏振解復用已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)非常輕松地在電域中處理相關(guān)問題。

自20世紀70年代光傳輸損耗顯著降低、常溫工作半導體激光器發(fā)明以來，光纖通信逐步成熟并借助超大傳輸容量、超長傳輸距離等優(yōu)勢逐漸成為有線傳輸?shù)闹饕夹g(shù)。

隨著4G/5G、移動/固定互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心互聯(lián)、云網(wǎng)融合等諸多應用和業(yè)務(wù)的發(fā)展，超大容量、超低時延、靈活調(diào)度、低功耗和低成本等承載需求特性凸顯，業(yè)界多維度探索解決方案并取得階段性進展，高速光傳輸技術(shù)持續(xù)革新演進，如基于多階調(diào)制解調(diào)、數(shù)字相干接收、超低損光纖、低噪聲放大、波分/空分復用、前向糾錯等多種光域和電域技術(shù)的協(xié)同，進一步提升傳輸速率、容量和距離等。

此外，伴隨著高帶寬業(yè)務(wù)和應用流量流向需求的變化，高速傳輸新型技術(shù)的優(yōu)先應用場景已經(jīng)從傳統(tǒng)相對高端的干線網(wǎng)絡(luò)逐漸擴展到城域和數(shù)據(jù)中心等場景并發(fā)應用，相關(guān)標準化工作變得愈發(fā)重要。目前，ITU-T、IEEE、OIF等國際標準化組織均在同期開展 100 Gbit/s及以上速率標準的研究制定，部分技術(shù)內(nèi)容存在共性競爭，已成為產(chǎn)業(yè)界關(guān)注的焦點之一。

光傳輸網(wǎng)絡(luò)已成為信息通信基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)鍵組成，在5G、數(shù)據(jù)中心等新基建的部署過程中至關(guān)重要。

2 技術(shù)及應用現(xiàn)狀

光傳輸技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展、革新與演進，商用化單通路傳輸速率已由最初的數(shù)百Mbit/s發(fā)展到目前的100 Gbit/s及以上，典型如200 Gbit/s和400 Gbit/s，單纖基于WDM(波分復用)技術(shù)的商用化典型傳輸容量也達到了20 Tbit/s量級，光傳輸網(wǎng)絡(luò)拓撲也由最初的點到點演進到環(huán)形和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，基于ROADM(可重構(gòu)光分插復用器)等節(jié)點結(jié)構(gòu)實現(xiàn)全光傳輸?shù)慕M網(wǎng)也得到初步規(guī)模化應用。受數(shù)字化社會新型寬帶業(yè)務(wù)和應用持續(xù)發(fā)展驅(qū)動，高速光傳輸目前正在沿著單通路更高速率、擴展更多傳輸波段、采用空間復用等多種途徑增加系統(tǒng)傳輸容量。

2.1 單通路傳輸速率

光傳輸系統(tǒng)實現(xiàn)擴容的途徑之一就是基于技術(shù)革新不斷提升單通路傳輸速率，也即盡可能提升頻譜使用效率。自光纖通信技術(shù)實用化以來，光傳輸系統(tǒng)線路側(cè)單通路傳輸速率主要包括數(shù)百Mbit/s、2.5 Gbit/s、10 Gbit/s、40 Gbit/s、100 Gbit/s、200/400 Gbit/s及以上不同速率粒度。其中，小于40 Gbit/s速率采用的是強度調(diào)制、強度檢測的方案，高于40 Gbit/s速率采用的是多階組合調(diào)制、相干接收檢測的方案，40 Gbit/s速率是兩者兼而有之，是面向高速傳輸技術(shù)難題進行探索的過渡性速率，相關(guān)研究為100 Gbit/s 及以上速率采用多階調(diào)制結(jié)合數(shù)字相干接收等標志性方案特征奠定了基礎(chǔ)。

目前，100 Gbit/s是干線傳輸主流商用速率，200 Gbit/s 部署也已初具規(guī)模，波400 Gbit/s因傳輸距離受限等原因尚未開展規(guī)?；渴?。對于速率更高的單通路超400 Gbit/s傳輸速率，業(yè)界基于多階調(diào)制(n-QAM)、相干接收、偏振復用、概率整形等關(guān)鍵技術(shù)持續(xù)開展相關(guān)研究和試驗，傳輸性能和距離不斷優(yōu)化，如基于目前商用的C波段傳輸窗口。

在2019年OFC和 ECOC等國際會議中，報道了多篇基于1 Tbit/s速率量級的傳輸試驗結(jié)果[1]，如基于1 Tbit/s通路速率、35 Tbit/s單纖容量傳輸800 km的試驗，基于1.25 Tbit/s通路速率、50.8 Tbit/s單纖容量傳輸93 km現(xiàn)網(wǎng)光纖的試驗，以及基于1 Tbit/s通路速率、41 Tbit/s單纖容量傳輸100 km的試驗等。

另外，為了進一步推進超400 Gbit/s商用速率選擇并加快產(chǎn)業(yè)化支持能力，近兩年基于800 Gbit/s傳輸速率量級的關(guān)鍵芯片研制和演示成為產(chǎn)業(yè)關(guān)注的熱點。截止到目前，部分設(shè)備商已經(jīng)成功演示了基于實時處理的相關(guān)技術(shù)試驗或試驗驗證，如2020年上半年華為、Cinea、Infinera等設(shè)備商與合作伙伴均報道了基于800 Gbit/s速率傳輸能力演示或試驗[2]，從公開的信息來看，關(guān)鍵DSP處理芯片主要基于7 nm ASIC制程，傳輸信號采用64QAM典型調(diào)制格式，波特率量級大致為96 Gbaud。

另外，對于超400 Gbit/s傳輸商用速率的選擇，涉及傳輸性能、系統(tǒng)兼容性、業(yè)務(wù)接口適配性、功耗與集成度、應用時機等多種因素，業(yè)界尚未達成共識，綜合目前發(fā)展情況來看，800 Gbit/s預計將是未來長距離傳輸候選的典型速率。