超低損耗光纖助力400G傳輸網(wǎng)與5G移動(dòng)網(wǎng)快速發(fā)展

中國(guó)移動(dòng)研究院網(wǎng)絡(luò)所|柳晟

超低損耗光纖助力400G傳輸網(wǎng)與5G移動(dòng)網(wǎng)快速發(fā)展

中國(guó)移動(dòng)研究院網(wǎng)絡(luò)所|柳晟

目前光傳輸網(wǎng)正在經(jīng)歷技術(shù)變革，部署400G光傳輸系統(tǒng)的呼聲越來(lái)越高，超低損耗光纖和大有效面積光纖等新型光纖有望助力400G光傳輸系統(tǒng)的大規(guī)模部署。同時(shí)，5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)也對(duì)光纖性能提出了新的要求。

隨著互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、家庭寬帶業(yè)務(wù)等的快速發(fā)展，中國(guó)移動(dòng)骨干網(wǎng)的流量正以每5年10～15倍的速度增長(zhǎng)。從2009年到2013年，中國(guó)移動(dòng)骨干網(wǎng)的帶寬從5Tbit/s增長(zhǎng)到50Tbit/s。同時(shí)，4G網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模部署、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)速迅速提升，預(yù)計(jì)網(wǎng)絡(luò)流量將以更快的速度增長(zhǎng)，這也給網(wǎng)絡(luò)建設(shè)帶來(lái)了更大的挑戰(zhàn)。

中國(guó)移動(dòng)100G發(fā)展勢(shì)頭良好

我國(guó)幅員遼闊，因此國(guó)內(nèi)光傳輸網(wǎng)分為骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)等層次，其中城域網(wǎng)又分為城域核心層、城域匯聚層和城域接入層。與此相對(duì)應(yīng)，中國(guó)移動(dòng)在骨干網(wǎng)部署長(zhǎng)距離光纜，在城域網(wǎng)部署城域核心光纜、主干接入光纜、邊緣接入光纜，這種架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了光纖光纜的廣泛覆蓋。

為滿足消費(fèi)者不斷增長(zhǎng)的流量需求，近些年中國(guó)移動(dòng)大力投資傳送網(wǎng)，從2013年到2015年，中國(guó)移動(dòng)分別采購(gòu)了約2000、8000、25000塊100G OTN端口。中國(guó)移動(dòng)的骨干網(wǎng)傳輸帶寬將從2014年的81T，增長(zhǎng)到2016年的約280T。目前網(wǎng)絡(luò)流量仍以每年30%～50%的速度增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)中國(guó)移動(dòng)網(wǎng)路良好的發(fā)展勢(shì)頭仍將保持一段時(shí)間。

目前中國(guó)移動(dòng)正在建設(shè)世界上最大的100G OTN光傳輸網(wǎng)絡(luò)，并開(kāi)始在骨干網(wǎng)上引入ASON功能。通過(guò)100G系統(tǒng)的部署，中國(guó)移動(dòng)節(jié)約了大量投資成本，降低了設(shè)備功耗，同時(shí)也提高了鏈路開(kāi)通效率。中國(guó)移動(dòng)的骨干網(wǎng)OTN目前分為東部、東北、西部3個(gè)區(qū)域環(huán)，同時(shí)也在建設(shè)第四個(gè)高速直達(dá)平面以連接中國(guó)主要城市。另外，未來(lái)中國(guó)移動(dòng)的傳輸網(wǎng)將從以核心機(jī)房為中心演變?yōu)橐詳?shù)據(jù)中心為中心，從而應(yīng)對(duì)以數(shù)據(jù)為主的流量變化。

超低損耗光纖延長(zhǎng)400G傳輸距離

由于用戶流量的暴增，業(yè)界對(duì)400G光傳輸系統(tǒng)的關(guān)注度越來(lái)越高。400G光傳輸系統(tǒng)有多種實(shí)現(xiàn)方式，例如四載波PM-QPSK、雙載波PM-16QAM等。PM-16QAM調(diào)制格式系統(tǒng)與PM-QPSK調(diào)制格式系統(tǒng)相比，PM-16QAM調(diào)制格式系統(tǒng)具有更高的頻譜效率，而理論上PM-QPSK的背靠背OSNR容限優(yōu)于PM-16QAM約6.7dB。光傳輸系統(tǒng)需要保持系統(tǒng)容量和傳輸距離之間的平衡，在長(zhǎng)距離光傳輸系統(tǒng)中，一般采用高階調(diào)制方式，同時(shí)通過(guò)各種方法延長(zhǎng)傳輸距離。

為了評(píng)估100G和400G傳輸系統(tǒng)的性能，中國(guó)移動(dòng)在國(guó)內(nèi)率先開(kāi)展了實(shí)驗(yàn)室測(cè)試和現(xiàn)網(wǎng)試點(diǎn)。100G和400G信號(hào)分別在G.652、超低損耗光纖ULL（ultra low loss）和大有效面積光纖LEAF（large effective area fiber）上進(jìn)行傳輸性能測(cè)試。超低損耗光纖的纖芯材料為純二氧化硅，有效面積為90μm2，熔接后的損耗為0.175dB/km。大有效面積光纖的有效面積為120μm2，熔接后的損耗為0.165dB/km。系統(tǒng)方面，100G系統(tǒng)采用四載波PM-QPSK調(diào)制格式，400G系統(tǒng)采用雙載波PM-16QAM調(diào)制格式。

根據(jù)理論以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，采用PM-QPSK調(diào)制格式的100G系統(tǒng)理論上能夠在G.652光纖上傳輸約4000公里（3dB OSNR余量），采用PM-16QAM調(diào)制格式的400G系統(tǒng)能夠在G.652光纖上傳輸約600公里。對(duì)于超低損耗光纖和大有效面積光纖，400G的傳輸距離可以被延長(zhǎng)到約840公里和1100公里。結(jié)果表明，超低損耗光纖和大有效面積光纖的采用有利于延長(zhǎng)400G系統(tǒng)的傳輸距離。

除了400G系統(tǒng)外，超低損耗光纖還有望應(yīng)用于長(zhǎng)距離直達(dá)鏈路、光電混合交叉等場(chǎng)景。以從北京到廣州為例，如果鋪設(shè)超低損耗光纖，則有望使用100G光傳輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)3000公里的直達(dá)鏈路而不需要電再生。

5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對(duì)光纖提出新要求

由于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí)等需求的驅(qū)動(dòng)，5G無(wú)線系統(tǒng)也已被提上日程。5G無(wú)線系統(tǒng)將具備廣覆蓋、高速率、多連接、低功耗、低成本、低時(shí)延、高可靠性等特性，5G無(wú)線系統(tǒng)目前仍在標(biāo)準(zhǔn)化初期階段。與4G無(wú)線系統(tǒng)相比，5G無(wú)線系統(tǒng)的頻譜效率要提高5～15倍，能量效率要提高100倍以上，單位比特成本要降低約100倍，5G性能的提升必然對(duì)光纖網(wǎng)絡(luò)提出新的要求。

5G無(wú)線系統(tǒng)將給光纖網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)巨大影響。對(duì)于骨干網(wǎng)，由于流量的快速增長(zhǎng)，5G需要骨干網(wǎng)光纖支持長(zhǎng)距離、大容量傳輸。對(duì)于城域網(wǎng)，由于無(wú)線基站的增加，5G需要更多的接入光纖，這對(duì)海量接入光纖的管理提出了更高的要求。此外，低時(shí)延是5G無(wú)線系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵性能指標(biāo)，因此如果能通過(guò)新型光纖技術(shù)降低時(shí)延，將給無(wú)線系統(tǒng)帶來(lái)很大好處。當(dāng)然這些性能指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，仍需要業(yè)界堅(jiān)持不懈的努力。

中國(guó)移動(dòng)的光傳送網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了從10G到100G的跨越式發(fā)展，目前100G系統(tǒng)已經(jīng)大規(guī)模部署。雖然400G的呼聲越來(lái)越高，但業(yè)界要意識(shí)到部署400G還將面臨諸多挑戰(zhàn)，例如光纖、光放大器等基礎(chǔ)資源都需要升級(jí)，以延長(zhǎng)400G的傳輸距離。與此同時(shí)，5G無(wú)線系統(tǒng)也對(duì)光傳輸系統(tǒng)提出了新的要求。在筆者看來(lái)，業(yè)界應(yīng)攜起手，共同解決400G及5G無(wú)線系統(tǒng)將面臨的困難，提升網(wǎng)絡(luò)性能，推動(dòng)光通信技術(shù)的快速發(fā)展。