超低損耗光纖助力400G傳輸網與5G移動網快速發展

中國移動研究院網絡所|柳晟

超低損耗光纖助力400G傳輸網與5G移動網快速發展

中國移動研究院網絡所|柳晟

目前光傳輸網正在經歷技術變革，部署400G光傳輸系統的呼聲越來越高，超低損耗光纖和大有效面積光纖等新型光纖有望助力400G光傳輸系統的大規模部署。同時，5G無線網絡系統也對光纖性能提出了新的要求。

隨著互聯網、移動互聯網、云計算、家庭寬帶業務等的快速發展，中國移動骨干網的流量正以每5年10～15倍的速度增長。從2009年到2013年，中國移動骨干網的帶寬從5Tbit/s增長到50Tbit/s。同時，4G網絡大規模部署、無線網絡網速迅速提升，預計網絡流量將以更快的速度增長，這也給網絡建設帶來了更大的挑戰。

中國移動100G發展勢頭良好

我國幅員遼闊，因此國內光傳輸網分為骨干網、城域網等層次，其中城域網又分為城域核心層、城域匯聚層和城域接入層。與此相對應，中國移動在骨干網部署長距離光纜，在城域網部署城域核心光纜、主干接入光纜、邊緣接入光纜，這種架構實現了光纖光纜的廣泛覆蓋。

為滿足消費者不斷增長的流量需求，近些年中國移動大力投資傳送網，從2013年到2015年，中國移動分別采購了約2000、8000、25000塊100G OTN端口。中國移動的骨干網傳輸帶寬將從2014年的81T，增長到2016年的約280T。目前網絡流量仍以每年30%～50%的速度增長，預計中國移動網路良好的發展勢頭仍將保持一段時間。

目前中國移動正在建設世界上最大的100G OTN光傳輸網絡，并開始在骨干網上引入ASON功能。通過100G系統的部署，中國移動節約了大量投資成本，降低了設備功耗，同時也提高了鏈路開通效率。中國移動的骨干網OTN目前分為東部、東北、西部3個區域環，同時也在建設第四個高速直達平面以連接中國主要城市。另外，未來中國移動的傳輸網將從以核心機房為中心演變為以數據中心為中心，從而應對以數據為主的流量變化。

超低損耗光纖延長400G傳輸距離

由于用戶流量的暴增，業界對400G光傳輸系統的關注度越來越高。400G光傳輸系統有多種實現方式，例如四載波PM-QPSK、雙載波PM-16QAM等。PM-16QAM調制格式系統與PM-QPSK調制格式系統相比，PM-16QAM調制格式系統具有更高的頻譜效率，而理論上PM-QPSK的背靠背OSNR容限優于PM-16QAM約6.7dB。光傳輸系統需要保持系統容量和傳輸距離之間的平衡，在長距離光傳輸系統中，一般采用高階調制方式，同時通過各種方法延長傳輸距離。

為了評估100G和400G傳輸系統的性能，中國移動在國內率先開展了實驗室測試和現網試點。100G和400G信號分別在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）上進行傳輸性能測試。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。系統方面，100G系統采用四載波PM-QPSK調制格式，400G系統采用雙載波PM-16QAM調制格式。

根據理論以及實驗結果分析，采用PM-QPSK調制格式的100G系統理論上能夠在G.652光纖上傳輸約4000公里（3dB OSNR余量），采用PM-16QAM調制格式的400G系統能夠在G.652光纖上傳輸約600公里。對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到約840公里和1100公里。結果表明，超低損耗光纖和大有效面積光纖的采用有利于延長400G系統的傳輸距離。

除了400G系統外，超低損耗光纖還有望應用于長距離直達鏈路、光電混合交叉等場景。以從北京到廣州為例，如果鋪設超低損耗光纖，則有望使用100G光傳輸系統實現3000公里的直達鏈路而不需要電再生。

5G無線網絡系統對光纖提出新要求

由于移動互聯網、物聯網、虛擬現實等需求的驅動，5G無線系統也已被提上日程。5G無線系統將具備廣覆蓋、高速率、多連接、低功耗、低成本、低時延、高可靠性等特性，5G無線系統目前仍在標準化初期階段。與4G無線系統相比，5G無線系統的頻譜效率要提高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性能的提升必然對光纖網絡提出新的要求。

5G無線系統將給光纖網絡帶來巨大影響。對于骨干網，由于流量的快速增長，5G需要骨干網光纖支持長距離、大容量傳輸。對于城域網，由于無線基站的增加，5G需要更多的接入光纖，這對海量接入光纖的管理提出了更高的要求。此外，低時延是5G無線系統的一個關鍵性能指標，因此如果能通過新型光纖技術降低時延，將給無線系統帶來很大好處。當然這些性能指標的實現，仍需要業界堅持不懈的努力。

中國移動的光傳送網實現了從10G到100G的跨越式發展，目前100G系統已經大規模部署。雖然400G的呼聲越來越高，但業界要意識到部署400G還將面臨諸多挑戰，例如光纖、光放大器等基礎資源都需要升級，以延長400G的傳輸距離。與此同時，5G無線系統也對光傳輸系統提出了新的要求。在筆者看來，業界應攜起手，共同解決400G及5G無線系統將面臨的困難，提升網絡性能，推動光通信技術的快速發展。