目前業界在三大維度上協同提升，加速骨干光網向80×400G代際演進。
第一，速率提升。骨干網從10G向100G再向200G演進，距離基本不變，容量持續倍增。當下在路由器端口提速的背景下已進入400G端口時代，且國內外運營商均展開測試驗證，2023年將迎來骨干400G OTN的應用。
第二，容量提升。骨干光網提速到200G時占75GHz譜寬，當發展到400G QPSK(正交相移鍵控)時將占150GHz譜寬，400G相比200G的頻譜效率并未提升，打破了原來10G到100G頻譜不變而容量提升10倍的規律;受香農極限影響，提升整體光纖傳輸容量需要開辟新的路徑，當前最切實的方案是C+L波段頻譜拓展，主要包括：C6T & L5T 11THz頻譜擴展方案，已完成現網測試;以及C6T& L6T 12THz頻譜擴展方案，目前已具備實驗室測試能力，即將完成現網測試，并持續進行系統性能優化。在80×800G系統中，將進一步考慮頻譜擴展到S+C+L+U段波。同時隨著骨干網速率提升，需要多芯光纖、少模光纖、空芯光纖等新型光纖技術配合使用以保證干線傳輸距離。
第三，效益提升。400G/800G時代采用新型DSP技術，支持多種波特率和調制模式切換，以軟件定義方式實現不同距離下不同容量的最佳適配，最大化容量距離積和頻譜效率。
單波超400G技術研究進展
針對城域、干線等不同應用場景，400G傳輸系統采用不同技術，可以實現傳輸性能、頻譜效率和成本的平衡，表1中列舉了主要單波速率系統的特征與能力。100G與超100G技術有比較明顯的代際特征，在工程應用中，一般下一代速率短距模塊和上一代速率長距模塊共產業鏈，從而實現產業鏈歸一。
表1 不同單波速率系統的特征與能力
如圖1所示，200G PM-16QAM與100G PM-QPSK共32G波特率產業鏈，400G PM-16QAM與200G PM-QPSK共64G波特率產業鏈，400G PM-QPSK與未來800G PM-16QAM共128G波特率產業鏈。
圖1 長距短距產業鏈歸一化示意
當前200G QPSK已廣泛商用，共64G波特率產業鏈的400G 16QAM可以滿足城域傳輸需求。400G傳輸技術目前是96G波特率的概率整形(Probabilistic Shaping,PS) 16QAM，最終演進到128G波特率的QPSK方案。400G QPSK背靠背OSNR性能相比400G PS 16QAM約改進1dB，同時入纖功率提升1dB以上，可覆蓋各種干線長距傳輸場景，并與未來的800G 16QAM共產業鏈。
從芯片層面來看，相干oDSP技術已經歷了多個代際演進，不同代際的差異主要體現在單波最高速率、調制碼型以及尺寸和功耗等方面。目前，400G 16QAM的oDSP芯片采用7nm制造工藝，功耗約8W，支持64G波特率。針對下一代長距400G應用，頭部oDSP廠家已發布單波1.2T產品路標甚至模塊樣品，最高支持140G波特率，采用5nm芯片制程。
從oDSP算法方面來看，星座整形以及高性能FEC編解碼算法較為關鍵。星座整形分為幾何整形(Geometric Shaping,GS)和概率整形(Probabilistic Shaping，PS)兩種，分別如圖2(a)、圖2(b)所示。GS和PS分別通過改變星座點的位置和出現的概率，使其呈現特殊的分布，提供比常規QAM更好的性能。
圖2 星座整形示意
3 月 8 日消息：高性能糾錯編碼(FEC)技術通過采用級聯編碼和軟判決、多次迭代譯碼相結合的方式，可獲取更高的凈編碼增益。
高性能光電器件是實現電信號到光信號高保真轉換的基礎。面對長距400G光傳輸應用，系統的波特率大于100Gbd，光器件的帶寬需要50GHz以上。目前，主流供應商基于硅光(Silicon Photonics,SiP)或銦磷(Indium Phosphide,InP)工藝平臺開展小型化、集成化、大帶寬光收發器件研究，推出了部分準商用樣品。
先進的器件封裝技術也是優化光電芯片帶寬的重要手段。目前，硅光芯片通過集成Driver的Peaking功能和2.5D/3D封裝工藝的優化，可將調制器的3dB帶寬從30GHz提升到80GHz以上。這對于超400G高階調制信號而言，可帶來2dB以上的背靠背OSNR容限改善，該技術日趨成熟進一步加速了128 Gbd長距400G系統的商用進程。
在光系統核心器件方面，光放大器(Optical Amplifier,OA)和波長選擇開關(Wavelength Selective Switch,WSS)最為關鍵。目前，商用OA以摻鉺光纖放大器(Erbium-Doped Fiber Amplifier,EDFA)為主，支持C波段4THz、4.8THz甚至6THz帶寬。L波段的EDFA也在開發中，L波段5THzEDFA樣品已經通過現網測試驗證，L波段6THz放大的技術瓶頸已經突破，樣品單機性能符合預期，正在進行系統級性能驗證和優化。但受限于摻鉺光纖在長波處的放大效率，擴展L波段EDFA的噪聲指數可能比擴展C波段劣化1dB以上，模塊成本和尺寸也相應增加。
目前，商用WSS已經覆蓋C波段6THz，典型插損約6dB，端口數高達32.采用最新的高分辨率硅基液晶(Liquid Crysal on Silicon,LCoS)技術，WSS的頻譜切片分辨率為6.25GHz，多個廠商已經將工作頻帶擴展到L波段6THz。
在標準進展方面，國際電信聯盟第15研究組(ITU-T SG15)開展了200G以及400G接口的物理層規范研究，將PM-16QAM作為400G城域應用的標準碼型，推動了開放前向糾錯編碼(oFEC)的標準化進程。此外，業內多個多源協議組織(MSA)也相繼發布了超100G的技術標準。例如，OpenROADM/OpenZR+發布的100～400G相干光模塊規范，支持CFP2-DCO和QSFP-DD/OSFP封裝，在400ZR幀結構的基礎上增加100/200G QPSK、300G 8QAM等調制模式，并采用oFEC替代級聯FEC(cFEC)的方式來支持450km級的400G傳輸。中國通信標準化協會(CCSA)的相關標準制定工作包括：100G及以下速率的光傳輸和模塊標準制定已完成，200G報批稿主要選擇200G QPSK、8QAM、16QAM碼型，400G城域標準實質上采用的是單波200G雙載波方案，N×400G長距離增強型光波分復用(WDM)系統技術要求研究等面向更高速率應用的標準課題已經完成，明確指出QPSK是實現單波400Gb/s長距/超長距理想解決方案。
波段擴展技術研究進展
波段擴展技術是繼承DWDM思想，在傳統C波段之外進一步擴展可用傳輸帶寬，通過提高共纖傳輸的波道數量來提升單纖傳輸容量。在傳統C波段DWDM基礎上，最近兩年我國運營商和設備商主導了Super C波段(C6T)的擴展，將C波段的帶寬從4THz/4.8THz提升到6THz，配合80波75GHz間隔的200G QPSK方案落地。實際上，單模光纖的低損耗窗口不僅包含C波段，還包括O、E、S、L、U等波段。近年來，美國也有少數運營商和互聯網廠商在DCI和海纜傳輸中部署了C+L系統，可將光纖容量提升一倍。隨著單模光纖在容量上逼近100Tbit/s香農極限，波段擴展技術成為學術和行業研究的熱點。目前國內運營商和設備商正在積極推動C6T向C6T&L6方向升級，以期提供單纖80波400G QPSK長距傳輸能力。多波段光傳輸系統基本架構如圖3所示。
圖3 多波段光傳輸系統基本架構
目前C+L相關產業鏈的發展情況如表2所示。可以看出，隨著技術難點的攻克，C+L擴展波段光器件供應鏈的發展進度符合預期，新一代C6T+L6T的12THz寬頻光層配合單波400G QPSK光系統有望在1年內迎來商用部署。
表2 C6T&L6T系統關鍵組件產業鏈進展
光纖中SRS效應轉移隨著波段帶寬擴展、入纖功率變大而顯著增強，具有跨段累積效應;C+L系統不僅需要精細的光功率管理策略，在開局時實現增益及斜率的有效控制，補償SRS引起的功率不平坦;還需要采用填充波配置，使系統時刻保持滿配狀態，降低業務動態增減對已有業務的影響。借鑒海纜系統的經驗，在新增或刪除波道時，只需用業務信號與填充波進行“真假替換”即可，業務開通調測方便快捷。
在未進行功率調節前，由于C+L系統中存在強烈的SRS功率轉移，系統末端單波功率平坦度劣化嚴重，無法滿足系統應用需求。采用C+L功率預均衡策略對EDFA的增益和增益斜率進行調整后，系統的功率平坦度、OSNR平坦度、最小OSNR均顯著提升，自動功率調節算法和填充波配置已經在現網測試中得到充分驗證，為后續商用部署奠定基礎。
單波400G系統研究進展
早在2018年，中國移動就聯合設備商采用單載波400G 16QAM在現網開展測試工作，并實現最遠600km傳輸距離。2021年10月，中國移動聯合華為、中興、烽火等設備商，在現網完成全球首個超寬譜單波400G大容量光傳輸驗證，實現超過1000km的傳輸距離。2022年7月，中國移動攜手中興通訊在實驗室模擬現網光纖長度、損耗和維護余量，基于現網要求進行400G QPSK傳輸驗證，實現49跨段無電中繼3038km的傳輸距離?；趯嶒炇覝y試結果，2023年1月，中國移動開展400G QPSK現網測試，橫跨浙江、江西、湖南、貴州四個省，涉及45個光放段，實現5616km超長距離陸地實時現網傳輸，創造了400G QPSK無電中繼現網傳輸距離新紀錄，并首次驗證了頻譜擴展至C6T+L6T的12THz傳輸性能。
面向算力網絡及“東數西算”布局，需推進400G關鍵技術研究與發展，實現調制、頻譜、基礎設施全面技術革新。未來，中國移動將與業界伙伴一起，在400G QPSK現網長距離傳輸、C6T+L6T超寬譜波段擴展、光電聯動全光組網技術等方面保持深入合作，推動超高速率、超長距離、超大容量、超寬頻譜等關鍵技術研究和突破，助力OTN網絡向大帶寬、低時延、高效靈活、安全可靠方向演進，實現算力網絡全光高速互聯和全光靈活調度。在此基礎上，持續推動新一代光通信技術演進，筑牢算力網絡全光底座，為數字經濟發展貢獻力量。
