全新光傳輸技術(shù)曝光：該技術(shù)可實(shí)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(hào)形態(tài)進(jìn)行傳輸?shù)募夹g(shù)。光傳輸設(shè)備就是把各種各樣的信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)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(jī)，光MODEM，光纖收發(fā)器，光交換機(jī)，PDH，SDH、PTN等類(lèi)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(guó)標(biāo)準(zhǔn)，用于北美地區(qū)，后者是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn))，它以同步傳送模塊(STM-1，155Mbps)為基本概念，其模塊由信息凈負(fù)荷、段開(kāi)銷(xiāo)、管理單元指針構(gòu)成，其突出特點(diǎn)是利用虛容器方式兼容各種PDH體系。準(zhǔn)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(yǔ)音通信設(shè)計(jì)，沒(méi)有世界性統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)速率和幀結(jié)構(gòu)，國(guó)際互連互通困難。

波分復(fù)用技術(shù)(Wavelength Division Multiplex，WDM)：本質(zhì)上是在光纖上實(shí)行的頻分復(fù)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(gè)信道光波頻率(或波長(zhǎng))的不同而將光纖的低損耗窗口劃分成若干個(gè)信道的技術(shù)。用不同的波長(zhǎng)傳送各自的信息，因此即使在同一根光纖上也不會(huì)相互干擾。 密集波分復(fù)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(fù)用(Optical Add/Drop Multiplex， OADM)：是一種用濾光器或分用器從波分復(fù)用傳輸鏈路插入或分出光信號(hào)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(lèi)型的光波長(zhǎng)信號(hào)。是在節(jié)點(diǎn)上只分接/插入所需的波長(zhǎng)信號(hào)，其它波長(zhǎng)信號(hào)則光學(xué)透明地通過(guò)這個(gè)節(jié)點(diǎn)。動(dòng)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(shí)現(xiàn)的根本。局際光學(xué)環(huán)網(wǎng)使用動(dòng)態(tài)的OADM，系統(tǒng)就可以在任何兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間提供全部波長(zhǎng)信道的連接。

光交叉互連(OpticalCross-connect，OXC)：用于光纖網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)備，通過(guò)對(duì)光信號(hào)進(jìn)行交叉連接，能夠有效靈活地管理光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)，是實(shí)現(xiàn)可靠的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)/恢復(fù)以及自動(dòng)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(kāi)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(kāi)發(fā)的全新光傳輸技術(shù)，該技術(shù)可實(shí)現(xiàn) 1.2Tbps 的數(shù)據(jù)傳輸速率，相當(dāng)于在每秒傳輸 6 張容量為 25GB 的藍(lán)光光盤(pán)的數(shù)據(jù)。

富士通表示，全新光傳輸技術(shù)主要應(yīng)用了三項(xiàng)富士通公司自研專(zhuān)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(jī)器學(xué)習(xí)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(jìn)的超高速數(shù)字信號(hào)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(shí)，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(jì)劃在 2023 財(cái)年上半年將該光傳輸設(shè)備商業(yè)化，并開(kāi)始提供給全球范圍內(nèi)的客戶(hù)使用。光傳輸是在發(fā)送方和接收方之間以光信號(hào)形態(tài)進(jìn)行傳輸?shù)募夹g(shù)。光傳輸電視信號(hào)的工作過(guò)程是在光發(fā)射機(jī)、光纖和光接收機(jī)三者之間進(jìn)行的;在中心機(jī)房的光發(fā)射機(jī)把輸入的RF電視信號(hào)變換成光信號(hào)，它由電/光變換器(Electric-Optical Transducer，E/O)完成，變換成的光信號(hào)由光纖傳輸導(dǎo)向接收設(shè)備(光接收機(jī))接收，光接收機(jī)把從光纖中獲取的光信號(hào)變換還原成電信號(hào)。因此光傳輸信號(hào)的基理就是電/光和光/電變換的全過(guò)程，也稱(chēng)為光鏈路。

光傳輸技術(shù)由于自身具有良好的偏振復(fù)用功能，在實(shí)際工作過(guò)程中，可以通過(guò)對(duì)光信號(hào)在兩個(gè)偏振狀態(tài)之間呈現(xiàn)出的相互正交特點(diǎn)進(jìn)行有效運(yùn)用，從而實(shí)現(xiàn)在同一個(gè)光載波中，可以攜帶兩路信息的目的，這就為信號(hào)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(jī)上只需要安裝一些結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的無(wú)源器件就可以順利開(kāi)展工作，在接收機(jī)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(jìn)，目前情況下，100gb/s的傳輸技術(shù)中，偏振解復(fù)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(wèn)題。

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

隨著4G/5G、移動(dòng)/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(yīng)用和業(yè)務(wù)的發(fā)展，超大容量、超低時(shí)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(jìn)展，高速光傳輸技術(shù)持續(xù)革新演進(jìn)，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(fù)用、前向糾錯(cuò)等多種光域和電域技術(shù)的協(xié)同，進(jìn)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(yīng)用流量流向需求的變化，高速傳輸新型技術(shù)的優(yōu)先應(yīng)用場(chǎng)景已經(jīng)從傳統(tǒng)相對(duì)高端的干線網(wǎng)絡(luò)逐漸擴(kuò)展到城域和數(shù)據(jù)中心等場(chǎng)景并發(fā)應(yīng)用，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化工作變得愈發(fā)重要。目前，ITU-T、IEEE、OIF等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織均在同期開(kāi)展 100 Gbit/s及以上速率標(biāo)準(zhǔn)的研究制定，部分技術(shù)內(nèi)容存在共性競(jìng)爭(zhēng)，已成為產(chǎn)業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)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(guò)程中至關(guān)重要。

2 技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)狀

光傳輸技術(shù)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展、革新與演進(jìn)，商用化單通路傳輸速率已由最初的數(shù)百M(fèi)bit/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(fù)用)技術(shù)的商用化典型傳輸容量也達(dá)到了20 Tbit/s量級(jí)，光傳輸網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟灿勺畛醯狞c(diǎn)到點(diǎn)演進(jìn)到環(huán)形和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，基于ROADM(可重構(gòu)光分插復(fù)用器)等節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)全光傳輸?shù)慕M網(wǎng)也得到初步規(guī)?；瘧?yīng)用。受數(shù)字化社會(huì)新型寬帶業(yè)務(wù)和應(yīng)用持續(xù)發(fā)展驅(qū)動(dòng)，高速光傳輸目前正在沿著單通路更高速率、擴(kuò)展更多傳輸波段、采用空間復(fù)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(shí)現(xiàn)擴(kuò)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(shí)用化以來(lái)，光傳輸系統(tǒng)線路側(cè)單通路傳輸速率主要包括數(shù)百M(fèi)bit/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(qiáng)度調(diào)制、強(qiáng)度檢測(cè)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(cè)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(jìn)行探索的過(guò)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(biāo)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(kāi)展規(guī)?；渴稹?duì)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(fù)用、概率整形等關(guān)鍵技術(shù)持續(xù)開(kāi)展相關(guān)研究和試驗(yàn)，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(guó)際會(huì)議中，報(bào)道了多篇基于1 Tbit/s速率量級(jí)的傳輸試驗(yàn)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(yàn)，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(yàn)，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(yàn)等。

另外，為了進(jìn)一步推進(jìn)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(jí)的關(guān)鍵芯片研制和演示成為產(chǎn)業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)。截止到目前，部分設(shè)備商已經(jīng)成功演示了基于實(shí)時(shí)處理的相關(guān)技術(shù)試驗(yàn)或試驗(yàn)驗(yàn)證，如2020年上半年華為、Cinea、Infinera等設(shè)備商與合作伙伴均報(bào)道了基于800 Gbit/s速率傳輸能力演示或試驗(yàn)[2]，從公開(kāi)的信息來(lái)看，關(guān)鍵DSP處理芯片主要基于7 nm ASIC制程，傳輸信號(hào)采用64QAM典型調(diào)制格式，波特率量級(jí)大致為96 Gbaud。

另外，對(duì)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(yīng)用時(shí)機(jī)等多種因素，業(yè)界尚未達(dá)成共識(shí)，綜合目前發(fā)展情況來(lái)看，800 Gbit/s預(yù)計(jì)將是未來(lái)長(zhǎng)距離傳輸候選的典型速率。