【中興通訊】單波400G長距光傳輸技術(shù)白皮書

單波400G長距光傳輸技術(shù)白皮書

單波400G長距光傳輸

技術(shù)白皮書

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1.光網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)邏輯與規(guī)律

長期以來光網(wǎng)絡(luò)作為網(wǎng)絡(luò)流量承載的基礎(chǔ)管道網(wǎng)絡(luò)，體現(xiàn)在“大容量、高速率、長距離”

剛性管道能力提供方面；然而近期隨著4k視頻、云網(wǎng)融合、“東數(shù)西算”等應(yīng)用和需求的

普及和發(fā)展，光網(wǎng)絡(luò)正向高品質(zhì)綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)演進(jìn)，特色為“智能化、小顆粒、精細(xì)化”靈活

業(yè)務(wù)處理方面。伴隨通信網(wǎng)絡(luò)幾乎每10年一代的行業(yè)周期，如圖1.1所示，從3G、4G到

5G甚至6G時(shí)代，光網(wǎng)絡(luò)也經(jīng)歷了一系列的轉(zhuǎn)變和演進(jìn)，本章節(jié)將分析總結(jié)其演進(jìn)升級(jí)的

內(nèi)在邏輯與基本規(guī)律。

圖1.1.網(wǎng)絡(luò)代際演進(jìn)示意圖

1.1.網(wǎng)絡(luò)流量持續(xù)增長，承載接入面臨帶寬和時(shí)延壓力

網(wǎng)絡(luò)流量的快速增長給承載接入帶來的巨大帶寬壓力，始終是光網(wǎng)絡(luò)提速擴(kuò)容的最根本

動(dòng)力。根據(jù)Cisco預(yù)測2017-2022年全球IP流量復(fù)合年增長速率(CAGR)為26%，其

中到2022年視頻類業(yè)務(wù)占比達(dá)71%[1]。相比于固網(wǎng)，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)流量年增速更快達(dá)到46%，

而平均移動(dòng)接入帶寬年增速僅27%，Omdia預(yù)測2019-2024年網(wǎng)絡(luò)流量預(yù)測結(jié)果[2]也表

明近幾年流量增速CAGR接近30%，ITU更是預(yù)測在2020-2030年移動(dòng)流量的復(fù)合年增

長速率高達(dá)55%[3]，如圖1所示，可見未來幾年網(wǎng)絡(luò)帶寬增長需求十分強(qiáng)勁。網(wǎng)絡(luò)流量的

激增主要得益于寬帶中國、FTTx、東數(shù)西算、數(shù)字經(jīng)濟(jì)等國家戰(zhàn)略或重大工程驅(qū)使下，以

大視頻、多用戶、高突發(fā)為主要特征的新應(yīng)用和新業(yè)務(wù)需求大幅增長，當(dāng)前主要以云計(jì)算、

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物聯(lián)網(wǎng)、高清視頻、工業(yè)互聯(lián)等應(yīng)用為主，面向未來6G，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用將進(jìn)一步關(guān)注3D沉浸

式體驗(yàn)，以擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)（XR）、智慧交互、全息通信、數(shù)字孿生等為代表的新應(yīng)用將成主流[3]。

圖1.2.ITU預(yù)測全球移動(dòng)流量增長趨勢（Source:ITU-R研究報(bào)告）

新的應(yīng)用和業(yè)務(wù)，在進(jìn)一步豐富我們生活、方便我們工作的同時(shí)，反過來也對(duì)網(wǎng)絡(luò)的帶

寬，時(shí)延，可靠性等指標(biāo)提出了更高的要求。研究表明[4]，這些面向6G的新應(yīng)用對(duì)顯示、

帶寬、時(shí)延和可靠性方面的要求如表1.1所示。海量數(shù)據(jù)、寬帶連接是未來應(yīng)用的基本屬性，

網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該提供大容量傳輸，同時(shí)確保低時(shí)延和高可靠，保證業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)性和安全性，這些指標(biāo)

需要新的通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、運(yùn)維系統(tǒng)支持，因此網(wǎng)絡(luò)升級(jí)演進(jìn)是必然的。

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表1.1.新應(yīng)用對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能需求

應(yīng)用云化XR全息通信智慧交互

顯示8K16K--

帶寬1Gb1~10Gb>10Gb

時(shí)延5~20ms1~5ms<1ms

可靠性--99.999%99.99999%

1.2.傳輸距離不變速率容量翻番，持續(xù)降低單比特成本

光傳送、接入網(wǎng)絡(luò)因采用高頻光載波調(diào)制信號(hào)可在低損耗光纖信道中多路同時(shí)傳輸，具

有帶寬高、容量大、抗干擾強(qiáng)、綠色節(jié)能、無電中繼距離長等優(yōu)點(diǎn)，作為通信網(wǎng)絡(luò)和信息社

會(huì)的基石，在數(shù)據(jù)信息承載和傳送方面發(fā)揮著越來越重要的作用?；仡櫣馔ㄐ偶夹g(shù)、產(chǎn)業(yè)發(fā)

展里程，如表1.2所示，長距光通信系統(tǒng)基本遵循著4-5年一代的發(fā)展規(guī)律，新一代系統(tǒng)

相比于上一代在單波速率、單纖容量上都有2-4倍的提升。在100G以前，光模塊主要依

賴強(qiáng)度調(diào)制直接探測技術(shù)，線路上采用色散補(bǔ)償模塊或色散補(bǔ)償光纖來克服色散的影響實(shí)現(xiàn)

長距傳輸。自100G開始，QAM調(diào)制結(jié)合數(shù)字相干探測成為業(yè)界主流趨勢，利用強(qiáng)大的數(shù)

字信號(hào)處理（DSP）技術(shù)補(bǔ)償信號(hào)在光纖傳輸及模塊收發(fā)信道中的各種線性損傷，如色散、

PMD、帶寬限制、skew等，這使得單波高速信號(hào)長距傳輸成為可能，并且通過擴(kuò)展波特

率和調(diào)制碼型階使得單波速率還能持續(xù)演進(jìn)。

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表1.2.長距光通信技術(shù)演進(jìn)及關(guān)鍵系統(tǒng)特征

時(shí)間1998200220072013201820232028

單波速率2.5G10G40G100G200G400G800G

系統(tǒng)容量0.2T0.8T3.2T8T16T32T64T

波特率(Gbd)2.510203264128192/256

波段C4TC6TC+L12TS+C+L18T

光纖G652.DG652.D/G654E等

調(diào)制解調(diào)強(qiáng)度調(diào)制直接檢測/DCM高階調(diào)制相干檢測/無DCM

交叉維度與9-20維，20-3232維及以上，OXC，OXC級(jí)

2-4維，F(xiàn)OADM

設(shè)備形態(tài)ROADM維，OXC聯(lián)

考慮到光網(wǎng)絡(luò)實(shí)際部署及新舊設(shè)備升級(jí)替換過程中，運(yùn)營商機(jī)房、線路站點(diǎn)的物理位置，

光纖鏈路的長度都難以改變，因此光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備升級(jí)需要保證盡可能利舊現(xiàn)有光纖及站點(diǎn)基礎(chǔ)

設(shè)施，不更改光纖類型、站點(diǎn)分布，以最大化節(jié)約建網(wǎng)成本，因此，單波速率提升、光纖容

量提升的同時(shí)保證傳輸距離幾乎不變是波分光傳輸系統(tǒng)演進(jìn)的重要邏輯。另外，從過去網(wǎng)絡(luò)

運(yùn)營實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來看，每一代系統(tǒng)單纖保證至少80波基本也是剛性需求，即速率升級(jí)，波道

數(shù)量不能降低這樣才能保證容量倍增。保證傳輸距離不變，速率提升就需要采用高波特率的

低階調(diào)制，意味著占用更寬的波道，這就要求光傳輸系統(tǒng)的帶寬持續(xù)擴(kuò)展。在100GQPSK

時(shí)代，80波只需要C波段4THz帶寬，進(jìn)入200GQPSK時(shí)代，80波需要占用6THz頻

譜，對(duì)應(yīng)擴(kuò)展C++波段，而進(jìn)入400GQPSK時(shí)代后，80波系統(tǒng)將要占用12THz帶寬，

意味著需要配合L++波段擴(kuò)展。第三方面，隨著單波提速和容量倍增的同時(shí)，光傳輸設(shè)備

的單比特成本逐步降低以維持總基建開支相對(duì)恒定。如圖1.3所示，根據(jù)Dell’Oro機(jī)構(gòu)

分析[5]，波分長距光傳輸系統(tǒng)的單位比特成本在過去10年基本保持每年20%下降，這樣可

降低運(yùn)營商的投資壓力使之保持合理的利潤回報(bào)以增加網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容建設(shè)投資以應(yīng)對(duì)每年30%

網(wǎng)絡(luò)流量增長?？梢?，單比特成本降低是光傳輸網(wǎng)絡(luò)提速演進(jìn)的重要前提和原始驅(qū)動(dòng)力之一，

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這主要得益于單纖容量倍增，光系統(tǒng)成本不變，但單波速率提升后，光模塊、光器件數(shù)量顯

著下降，平均每比特成本下降。傳輸距離不變是光網(wǎng)絡(luò)升級(jí)基本需求，速率和容量翻番是演

進(jìn)特征，持續(xù)降低單比特成本是網(wǎng)絡(luò)升級(jí)動(dòng)力源泉，也是新技術(shù)商用成功的前提。

圖1.3.波分長距光傳輸系統(tǒng)容量及單位比特成本演進(jìn)情況（Source:Dell’Oro)

1.3.性能尺寸成本兼顧，可插拔低功耗光模塊成主流

光網(wǎng)絡(luò)區(qū)別于數(shù)據(jù)通信很重要的因素是光網(wǎng)絡(luò)需要兼顧性能尺寸功耗和成本，這主要體

現(xiàn)在光傳輸系統(tǒng)相干光模塊的形態(tài)上。100G時(shí)代早期，相干光模塊主要是嵌入式MSA形

態(tài)，如5x7寸，后來到4x5寸，主要采用分立相干光器件，如調(diào)制器，接收機(jī)，Driver,

TIA,ITLA，相干DSP芯片等組裝而成，尺寸較大，功耗較高。后來隨著芯片、器件集成和

封裝技術(shù)的突破和發(fā)展，相干光器件集成度顯著提高，支持熱插拔的CFP甚至CFP2相干

光模塊應(yīng)運(yùn)而生，此時(shí)相干光模塊主要由三件套（CDM+ICR+ITLA)結(jié)合相干DSP芯片構(gòu)

成。進(jìn)一步地，隨著InP,SiP集成平臺(tái)的成熟，CDM+ICR可封裝成ICRM(一般是SiP路

線)，CDM+ICR+ITLA封裝成TROSA(一般是InP路線)，器件/組件集成度進(jìn)一步提升，

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成本功耗也得以下降。最近兩年，2.5D/3D封裝工藝的成熟，ICRM+DSP共封裝成MCM

也已成為可能，有效改善光模塊有效帶寬10%以上，目前已在200G,400G相干產(chǎn)品中規(guī)

模應(yīng)用。與此同時(shí)，作為相干光模塊的核心之一，DSP芯片的性能、功耗、面積也隨著CMOS

芯片工藝的進(jìn)步而顯著改善，如表1.3所示。每一代新的CMOS工藝都會(huì)在PPA(性能，

功耗，面積）方面帶來明顯的改善[6]，如7nmDSPASIC芯片，相比于其上一代16nm工

藝，性能改善約30%，功耗降低60%，面積降低70%，這不僅使得一些更先進(jìn)的DSP整

形或均衡算法能在芯片中實(shí)現(xiàn)，增加DSP的性能或功能，而且使得整體功耗降低，從而使

得尺寸更小的可插拔模塊成為可能[7]，如OSFP,QSFP-DD等，如表1.4所示。

表1.3.CMOS工藝節(jié)點(diǎn)演進(jìn)及性能改善

2011年2015年2018年2020年2022年

40nm->28nm28nm->16nm16nm->7nm7nm->5nm5nm->3nm

性能(%)5060301510

功耗(%)-40-60-60-30-20

面積(%)-26-50-70-45-42

盡管經(jīng)過10余年的發(fā)展，相干光模塊仍然保持高性能和低功耗兩種形態(tài)繼續(xù)演進(jìn)，前

者一般是對(duì)應(yīng)MSA固定封裝形態(tài)，后者對(duì)應(yīng)可插拔形態(tài)，但當(dāng)前運(yùn)營商在節(jié)能減排、低碳

環(huán)保的壓力下，對(duì)低功耗模塊需求更加迫切，一些交換機(jī)，路由器等設(shè)備受限于面板槽位及

端口，對(duì)模塊尺寸也有更明確的要求。據(jù)統(tǒng)計(jì)在國內(nèi)近年來發(fā)貨相干光模塊中，可插拔形態(tài)

的模塊占比高達(dá)90%以上。當(dāng)然，OTN電信市場與傳統(tǒng)數(shù)通市場不同，電信市場對(duì)傳輸距

離有明確要求，因此模塊在尺寸功耗降低的同時(shí)還得保證性能，這主要是通過先進(jìn)制程DSP

芯片來保證。盡管步入5nm后CMOS工藝的紅利在逐步減小[6]，基于IEEE國際器件與系

統(tǒng)路標(biāo)（IRDS)，芯片制程工藝仍然可持續(xù)進(jìn)步，如2025年有望實(shí)現(xiàn)2.1nm，2028年進(jìn)

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入1.5nm,2031年進(jìn)入1nm。無疑這將繼續(xù)支持相干DSP芯片持續(xù)提速、降功耗，為B400G

相干光模塊保持小型化可插拔形態(tài)奠定可能性。

表1.4.相干光模塊形態(tài)基本參數(shù)

功耗限制

模塊形態(tài)尺寸(長寬高/mm)圖片示例

(W)

MSA(5x7’)177.8*127*3390

MSA(4x5’)127*101.8*2545

CFP144.8*82*13.632

CFP2107.5*41.5*12.424

QSFP-DD89.4*18.3*8.515

OSFP100.4*22.9*13.030

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1.4.短距應(yīng)用先行，新一代模塊提升上一代長距傳輸能力

圖1.4.單波400G系統(tǒng)主要特征及傳輸能力

同一相干光模塊支持多速率、多調(diào)制格式，可支持不同應(yīng)用場景也是光傳輸系統(tǒng)演進(jìn)的

重要特點(diǎn)。針對(duì)城域、干線等不同應(yīng)用場景，400G傳輸系統(tǒng)采用不同實(shí)現(xiàn)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)

傳輸性能、頻譜效率和成本的平衡，圖1.4中總結(jié)了單波400G光傳輸系統(tǒng)的主要特征與能

力。400G技術(shù)可分為三代，第一代是波特率為64Gbd,支持DP-16QAM城域傳輸，已經(jīng)

商用；第二代是波特率約為90Gbd,支持PS-16QAM中長距傳輸，小規(guī)模試點(diǎn)；第三代波

特率達(dá)到130Gbd,支持DP-QPSK超長距干線傳輸，即將具備商用能力。值得注意的是，

正是由于目前相干光模塊普遍具備多速率、多制式可編程的特征，因此不同速率相干光模塊

一般是指滿足OTN實(shí)用距離的最高調(diào)制速率不同，如100G,200G，400G，800G等，一

般還具備向下兼容低速率調(diào)制模式的能力，如表1.5所示，總結(jié)了不同速率相干光模塊支持

的主要調(diào)制格式、應(yīng)用場景及封裝形態(tài)。可以看出，每一代高速率光模塊都增加高bit帶寬

的中短距碼型，解決上一代模塊長距傳輸能力，如400G光模塊主要搭載400G16QAM(中

短距)和200GQPSK(長距)，這主要受三個(gè)因素影響。1）需求側(cè)，隨著CDN、云業(yè)務(wù)部署，

數(shù)據(jù)中心離用戶越來越近，大部分網(wǎng)絡(luò)流量不需要經(jīng)過長距干線被終結(jié)在中短距城域網(wǎng)及數(shù)

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據(jù)中心互連范圍內(nèi)，目前城域網(wǎng)流量已經(jīng)超過干線，并呈現(xiàn)快速增長態(tài)勢，因此城域應(yīng)用比

長距干線更早面臨容量和帶寬壓力，擴(kuò)容升級(jí)需求更迫切；2）能力上，早期光器件、DSP

芯片（DA/AD)在帶寬能力上略顯不足，無法支持高波特率碼型應(yīng)用；3）產(chǎn)業(yè)鏈方面，新

一代速率短距/城域應(yīng)用和上一代速率長距共產(chǎn)業(yè)鏈，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈歸一。如400G光模塊主

要采用64Gbd器件，既實(shí)現(xiàn)了400G城域和DCI應(yīng)用，又解決了上一代200G長距傳輸能

力不足問題。又如800G光模塊將主要采用130Gbd器件，即解決800G城域傳輸，又能

實(shí)現(xiàn)400G長距干線應(yīng)用。另外，一般早期是MSA固定模塊，后期逐步被CFP2可插拔替

代，如當(dāng)前90Gbd800G和130Gbd1.2T光模塊均為MSA形態(tài)，預(yù)計(jì)1-2年后隨著

130Gbd產(chǎn)業(yè)鏈的進(jìn)一步成熟，130Gbd相干光模塊有望演進(jìn)為CFP2可插拔形態(tài)，并支持

向下降速，兼容支持90Gbd400G和800G調(diào)制模式應(yīng)用。

表1.5.不同速率相干光模塊主要調(diào)制格式、應(yīng)用場景與封裝形態(tài)

主要調(diào)制模式應(yīng)用場景封裝類型

200G16QAM/8QAM/PS16QAM；

200G光模塊100G干線長距，200G城域MSA/CFP2

100GQPSK

400G16QAM;200GQPSK/8QAM/

400G光模塊200G干線長距、城域，400G城域/DCIMSA/CFP2

PS16QAM

800GPS64QAM;400GPS16QAM400G省內(nèi)干線，800GDCIMSA

800G16QAM/PS16QAM;400G

800G光模塊200G干線長距，400G干線長距，省內(nèi)

QPSK/16QAM/PS16QAM，200GCFP2

干線，800G城域

QPSK

1.2T64QAM；1TPS64QAM；

200G干線長距，400G干線長距，省內(nèi)

1.2T光模塊800G16QAM/PS16QAM；400GQMSA

干線，800G城域，1T/1.2TDCI

PSK/PS16QAM

1.5.架構(gòu)持續(xù)創(chuàng)新，推動(dòng)光網(wǎng)智能化提升運(yùn)維體驗(yàn)

光網(wǎng)絡(luò)由基礎(chǔ)承載管道向品質(zhì)業(yè)務(wù)網(wǎng)轉(zhuǎn)型，網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)規(guī)模、服務(wù)能力、運(yùn)維效率等方面

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都發(fā)生著顯著的變化，這就需要光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備商、運(yùn)營商及產(chǎn)業(yè)鏈同行一首通過架構(gòu)創(chuàng)新和技

術(shù)突破來構(gòu)建大容量、高帶寬、低延時(shí)、高可靠、智能化、易運(yùn)維的精品網(wǎng)絡(luò)。大容量、高

帶寬主要通過單波提速、波段擴(kuò)展及新型多芯少模、空芯光纖等技術(shù)路線來實(shí)現(xiàn)，考慮工程

實(shí)際，未來3-5年內(nèi)，基于C+L波段擴(kuò)展的光系統(tǒng)架構(gòu)配合單波400G、800G速率將是

商用主流路線，面向未來中長期應(yīng)用，新型光纖和放大技術(shù)提升帶寬、傳輸距離也將變得更

加重要。低時(shí)延主要是通過光網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)規(guī)劃、站點(diǎn)架構(gòu)簡化來實(shí)現(xiàn)。規(guī)劃上隨著算力光網(wǎng)建

設(shè)的驅(qū)動(dòng)，通過更加合理的光層和電層路徑規(guī)劃，使得電節(jié)點(diǎn)間光程最短、端到端盡量光層

穿通一跳直達(dá)。站點(diǎn)架構(gòu)上主要是通過技術(shù)創(chuàng)新和架構(gòu)極簡，如圖1.5所示，用高集成、更

智能的OXC替代ROADM，實(shí)現(xiàn)設(shè)備小型化、站內(nèi)免連纖、網(wǎng)元連接自動(dòng)發(fā)現(xiàn)和校驗(yàn)、一

板卡一方向使用和維護(hù)更加方便快捷，極大縮減業(yè)務(wù)調(diào)測和開通時(shí)間。光網(wǎng)絡(luò)可靠性主要依

賴W/ASON分別在光、電兩層提供快速、可靠的恢復(fù)和保護(hù)來實(shí)現(xiàn)可抗多次斷纖，自動(dòng)重

路由功能。這其中可融合引入基于AI算法、數(shù)字孿生建模、光傳輸性能（QoT)預(yù)測等技術(shù)

進(jìn)一步增強(qiáng)業(yè)務(wù)可靠性，從被動(dòng)運(yùn)維向主動(dòng)甚至預(yù)測式運(yùn)維轉(zhuǎn)變。

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圖1.5.OXC站點(diǎn)結(jié)構(gòu)功能示意圖

智能化、易運(yùn)維是下一代光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵必備屬性。國內(nèi)外運(yùn)維商、設(shè)備商都在積極討論

并制定自智光網(wǎng)絡(luò)相關(guān)分級(jí)、關(guān)鍵功能特性、應(yīng)用場景相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)[8,9]，主要研究進(jìn)展如圖

1.6所示。目前從網(wǎng)絡(luò)意圖、感知、分析、決策、執(zhí)行等維度智能化、自動(dòng)化程度可將自智

網(wǎng)絡(luò)分為L0-L5個(gè)等級(jí)，最終網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的目標(biāo)是1）從用戶體驗(yàn)視角，實(shí)現(xiàn)“三零”：零

接觸、零等待、零故障的便捷操作使用體驗(yàn)；2）從網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維視角，實(shí)現(xiàn)“三自”：自配置、

自修復(fù)、自優(yōu)化的省心網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維體驗(yàn)。其中不同等級(jí)智能的定義如下：

L0–人工運(yùn)維：系統(tǒng)提供輔助監(jiān)控能力，所有動(dòng)態(tài)任務(wù)都需要人工執(zhí)行；

L1–輔助運(yùn)維：系統(tǒng)可根據(jù)預(yù)先配置，執(zhí)行特定的重復(fù)性子任務(wù)，以提高執(zhí)行效率。

L2–部分自智網(wǎng)絡(luò)：在特定外部環(huán)境中，系統(tǒng)可以根據(jù)預(yù)定義的規(guī)則/策略，面向

特定單元使能自動(dòng)化閉環(huán)運(yùn)維。

L3–條件自智網(wǎng)絡(luò)：在L2的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)感知環(huán)境變化，并在特定網(wǎng)絡(luò)

專業(yè)中進(jìn)行自優(yōu)化和自調(diào)整，以適應(yīng)外部環(huán)境。

L4–高度自智網(wǎng)絡(luò)：在L3的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)可在更復(fù)雜的跨多網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域環(huán)境中，實(shí)

現(xiàn)業(yè)務(wù)和客戶體驗(yàn)驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測式或主動(dòng)式的閉環(huán)管理，從

而進(jìn)行分析并做出決策。

L5–完全自智網(wǎng)絡(luò)：這個(gè)等級(jí)是電信網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的終極目標(biāo)，系統(tǒng)具備面向多業(yè)務(wù)、

多領(lǐng)域、全生命周期的全場景閉環(huán)自治能力。

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圖1.6.自智網(wǎng)絡(luò)研究行業(yè)進(jìn)展

根據(jù)上述定義，當(dāng)前的光網(wǎng)絡(luò)基本具備L3級(jí)自智能力，預(yù)計(jì)24年可滿足L4級(jí)高度自

智水平。在光網(wǎng)絡(luò)智能化能力提升過程中，基于調(diào)頂?shù)臄?shù)字光標(biāo)簽、基于光傳感的同路由檢

測、基于AI的光器件/光纜故障/系統(tǒng)軟故障預(yù)測、基于數(shù)字孿生的在線優(yōu)化、閉環(huán)控制等

技術(shù)將發(fā)揮越來越重要的作用，不斷提升光網(wǎng)絡(luò)在規(guī)劃、建設(shè)、維護(hù)、優(yōu)化及運(yùn)營全生命周

期的自動(dòng)化、智能化程度。

2.光網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)挑戰(zhàn)

流量增長驅(qū)動(dòng)光網(wǎng)絡(luò)代際演進(jìn)，主要體現(xiàn)為單波速率、系統(tǒng)帶寬容量提升，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維簡

化和智能化兩方面，這無疑給光通信產(chǎn)業(yè)帶寬了巨大的技術(shù)研究和商業(yè)應(yīng)用機(jī)會(huì)，但同時(shí)各

方面挑戰(zhàn)也隨之而來。首先是部分光系統(tǒng)損傷對(duì)速率敏感，速率越高，代價(jià)越靈敏，如色散，

skew等；其次，高階碼型的歐氏距離顯著下降，抗噪聲和干擾能力弱，難以支持長距傳輸；

另一方面，新型空分復(fù)用、空芯光纖，低噪聲分布式拉曼放大等有望實(shí)現(xiàn)更大容量、更長距

離傳輸?shù)男录夹g(shù)，受限于對(duì)既有光纖光纜、站點(diǎn)等基礎(chǔ)設(shè)施投資的保護(hù)和利舊，商用落地應(yīng)

用較艱難；光器件帶寬步入100Gbd以后，進(jìn)一步提升帶寬和性能需要借助于新材料平臺(tái)

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和新封裝工藝，如薄膜鈮酸鋰材料和2.5D/3D共封裝工藝；帶寬擴(kuò)展到多波段傳輸后，一

方面器件帶寬需要拓展，這需要開發(fā)并引入新放大器、WSS、光模塊等，另一方面光纖中

存在強(qiáng)烈的受激拉曼散射效應(yīng)，導(dǎo)致光功率從短波向長波轉(zhuǎn)移，引入系統(tǒng)性能難以均衡的問

題。

2.1.光系統(tǒng)損傷對(duì)速率敏感

圖2.1.光傳輸系統(tǒng)基本組成及主要損傷

光傳輸系統(tǒng)及其中主要損傷如圖2.1所示。從系統(tǒng)組成上講，光傳輸系統(tǒng)包括OTU

（相干光模塊）,（R）OADM站點(diǎn)，線路放大站點(diǎn)，及光纖，其中的損傷主要包括ASE噪

聲，光纖線性損傷（色散/PMD，SOP變化等），光纖非線性干擾（SRS,FWM,XPM,SPM

等），光器件不理想損傷（帶寬，分辨率限制，DSP算法實(shí)現(xiàn)代價(jià)，F(xiàn)EC編解碼與理論差

距等）以及其通道的干擾與不均衡（如串?dāng)_，imbalance,skew等）。即使保持調(diào)制格式

不變，隨著單波速率的提升，有些信道損傷也將變得更加敏感。

光纖色散對(duì)信號(hào)的影響與波特率成二次方關(guān)系，因此當(dāng)波特率從64Gbd提升到90Gbd

甚至130Gbd時(shí)，400G信號(hào)的色散容限/色散補(bǔ)償將面臨新的挑戰(zhàn)，需要新的均衡補(bǔ)償算

法架構(gòu)。在光纖非線性代價(jià)方面，盡管波特率提升后可以容許更大的入纖功率，但高速信號(hào)

的OSNR容限變大后，非線性干擾造成的性能代價(jià)對(duì)高速信號(hào)更大。光模塊內(nèi)部，由于核

心電芯片及光器件帶寬限制，高速信號(hào)會(huì)經(jīng)歷更大的濾波損傷，進(jìn)而引入強(qiáng)烈的碼間干擾

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(ISI)，需要更強(qiáng)的均衡算法來補(bǔ)償；另一方面，高速信號(hào)對(duì)偏振相關(guān)損耗/增益（PDL/PDG)，

四個(gè)通道間的幅度相位失衡（imbalance)，延時(shí)(skew)等損傷的容忍度更低。再者，高速信

號(hào)因占用更寬頻譜，其對(duì)多通道串?dāng)_更加敏感。

2.2.高階碼型傳輸距離受限

保持波特率和器件帶寬不變，高階調(diào)制碼型是提升單波速率的重要途徑。但是從QPSK

向8QAM,16QAM,甚至更高階QAM如64QAM等碼型演進(jìn)時(shí)，從星座圖上很容量看出調(diào)

制階數(shù)越高，星座圖越密集，符號(hào)間的最小歐式距離也不斷減少，這樣在有噪聲和干擾的信

道下符號(hào)判決出錯(cuò)的概率也會(huì)大大增加，OSNR容限更大，極大地限制傳輸距離。另一方

面，高階QAM對(duì)ADDA的有效分辨率（ENOB)、抖動(dòng)（Jitter)等指標(biāo)、ITLA線寬/頻偏、

調(diào)制器及光纖非線性等損傷更敏感，進(jìn)一步縮短傳輸距離。為改善高階調(diào)制的OSNR容限，

業(yè)界一般采用概率星座整形（PCS)或幾何整形(GS)算法配合優(yōu)化的FEC編解碼算法來提供

1-2dB的OSNR整形增益。盡管該技術(shù)已經(jīng)成功商用，但相比于標(biāo)準(zhǔn)QAM調(diào)制解調(diào)，這

會(huì)增加信號(hào)的峰均功率比(PAPR)，對(duì)非線性更敏感，引入開銷增加波特率和功耗，整體上

的性能仍然不如更高波特率配合低階調(diào)制信號(hào)。

采用超低損大有效面積光纖（G654.E）光纖來替換現(xiàn)有的G652光纖，或者縮小現(xiàn)有

的跨段距離來降低跨段損耗、提升入纖功率有望將高階碼型的傳輸距離改善50%以上。另

外，采用分布式拉曼放大（DRA）來替換現(xiàn)有的EDFA，減小光纖鏈路上累積的ASE噪聲

也能將傳輸距離提升50%以上，有助于高階信號(hào)實(shí)現(xiàn)長距傳輸。甚至理論上，由于空芯光

纖中的非線性折射率比普通石英光纖低3-4個(gè)數(shù)量級(jí)，并且同時(shí)具備低損耗的特性，空芯

光纖技術(shù)也是實(shí)現(xiàn)高階調(diào)制長距傳輸?shù)闹匾獋溥x方案。但是現(xiàn)網(wǎng)光纖、放大器類型的約束，

限制了新技術(shù)的應(yīng)用，如拉曼放大、新光纖、新站點(diǎn)，制約了容量、傳輸輸距離的提升。主

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要表現(xiàn)或影響為，設(shè)計(jì)新網(wǎng)絡(luò)或升級(jí)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)需最大化保護(hù)基礎(chǔ)設(shè)施投資，控制成本，對(duì)新

技術(shù)/方案引入有限制。這使得EDFA+G652光纖是現(xiàn)有最典型配置，提高波特率，采用低

階調(diào)制格式如QPSK才是400G長距干線的最佳實(shí)際解決方案，而G654E、DRA、空芯光

纖等技術(shù)引入仍面臨成本高、維護(hù)難、技術(shù)成熟度低的現(xiàn)實(shí)問題。

2.3.光電器件帶寬受限需新材料新封裝

圖2.2.不同材料體系的光電調(diào)制/光電探測帶寬極限

長期以來，對(duì)于相干光器件行業(yè)主要采用兩種主流技術(shù)，既傳統(tǒng)InP和新型硅光（SiP)

技術(shù)平臺(tái)。InP的優(yōu)先在于帶寬相對(duì)較大，本質(zhì)上屬于直接帶隙材料能方便地集成有源層，

可集成SOA和激光器等，但其晶圓尺寸小，產(chǎn)量低，需要?dú)饷苄苑庋b，成本高；而硅基光

器件則與傳統(tǒng)CMOS半導(dǎo)體工藝兼容，在尺寸、成本、功耗方面具有優(yōu)勢，但帶寬在超過

130Gbd后存在技術(shù)瓶頸。為改善400G傳輸距離，支撐單波速率繼續(xù)提升，光器件需要借

助新的材料、工藝和平臺(tái)，如圖2.2示出了不同材料體系的工作帶寬潛力，面向未來，薄膜

鈮酸鋰(TF-LN)因具有大的線性電光系數(shù)、高折射率差、低波導(dǎo)損耗、與硅平臺(tái)能兼容等特

征最有可能在近期實(shí)現(xiàn)規(guī)模商用；長期看，有機(jī)聚合物和等離子體材料的突破則有望支撐光

電器件帶寬持續(xù)演進(jìn)。

除了帶寬限制以外，相干光器件的功耗、封裝尺寸、工作譜寬等也成為了新的挑戰(zhàn)。一

方面，隨著相干光模塊速率越來越高，相干光模塊的封裝形式越來越緊湊，電信市場應(yīng)用需

求CFP2相干光模塊將是主流。相干光模塊的體積縮小對(duì)相干光器件的集成程度和帶寬提出

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了更高的要求，這就需要更先進(jìn)的器件封裝技術(shù)來減小高速信號(hào)的傳輸長度與衰減，提升器

件帶寬降低功耗，如圖2.3所示。SiP體系在130Gbd階段可以采用光電共封裝技術(shù)，集成

DSP、CDM、ICR等器件成為緊湊封裝的MCM（多芯片組件，將多個(gè)裸芯片和其它元器

件組裝在同一塊多層互連基板上的組件）器件；InP材料體系可以采用微光學(xué)氣密封裝集成

ITLA、CDM、ICR等器件成為TROSA器件。以SiP技術(shù)路線為例，圖2.3(a)為傳統(tǒng)2D

封裝示意圖，傳統(tǒng)的2D封裝是將光子集成芯片(PIC)和驅(qū)動(dòng)電芯片水平放置，并通過打線

的方式將驅(qū)動(dòng)器和PIC封裝在一起，之后再與DSP在模塊PCB上進(jìn)行互聯(lián)。在這一封裝

形式下，高速模擬信號(hào)需要沿著DAC->PCB走線->CDM基板走線->打線->驅(qū)動(dòng)器->

打線->PIC這一路徑從DSP傳輸?shù)絇IC，如圖中紅線所示，這一傳輸路徑長、中斷連接點(diǎn)

多，對(duì)高速信號(hào)產(chǎn)生的損耗和反射已經(jīng)很難滿足光器件面對(duì)的高速傳輸場景。為了進(jìn)一步減

少信號(hào)傳輸路徑長度，減少信號(hào)損耗，硅基相干光器件引入了MCM封裝形式，如圖2.3(b)

所示。首先驅(qū)動(dòng)器以倒裝焊接的方式直接貼裝在PIC上，同時(shí)DSP裸片與PIC也封裝在同

一個(gè)基板上，將光芯片和電芯片進(jìn)行混合封裝，如圖2.3(c)，盡可能減小高速信號(hào)傳輸長度，

保證了器件的帶寬，同時(shí)這一封裝形式也大大減少了器件體積，并且降低了器件封裝成本。

圖2.3.硅基集成光器件封裝圖示。(a)CDM封裝圖示；(b)2.5DMCM封裝圖示；(c)MCM

實(shí)物照片。

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另一方面，單波提速后，光信號(hào)波特率變大需要更大的波道間隔，為保證系統(tǒng)容量與速

率同時(shí)倍增，光傳輸系統(tǒng)需要拓寬現(xiàn)有的光譜波段范圍，當(dāng)前相干光通信正向C+L波段擴(kuò)

展，相干光器件也需要支持C+L一體化設(shè)計(jì)，波段的擴(kuò)展對(duì)器件波長相關(guān)性提出了更高的

要求，此時(shí)發(fā)端TF-LN結(jié)合收端SiP較有應(yīng)用前景。

2.4.帶寬擴(kuò)展引入新難題

長距離傳輸需求、單波速率提升、最大化程度兼容現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施三個(gè)前提下，光系統(tǒng)向

更寬波段擴(kuò)展是近期擴(kuò)容升級(jí)必經(jīng)之路。首先在必要性方面，長距高速傳輸，如長距干線

400G需要130Gbd，波道間隔必須擴(kuò)展到150GHz左右，80波系統(tǒng)理想光帶寬約12THz；

其實(shí)在系統(tǒng)架構(gòu)兼容與演進(jìn)可行性方面，若采用如圖2.4所示的多波段分立組網(wǎng)架構(gòu)，不

同波段光傳輸系統(tǒng)的光信號(hào)是獨(dú)立并行放大和交叉的，每個(gè)波段分別使用一個(gè)光模塊、光放

大器和WSS，一方面可以較小的代價(jià)兼容當(dāng)前的C波段系統(tǒng)，另一方面，由于可復(fù)用更多

的波段，如S,U等，可支撐向未來更大容量、更多波段傳輸演進(jìn)。

圖2.4.多波段光傳輸系統(tǒng)架構(gòu)示意圖（分立式）

然而，帶寬/波段擴(kuò)展、架構(gòu)升級(jí)也將引入一系列新的難題。1）分立式的系統(tǒng)架構(gòu)，

幾乎需要成倍地增加光系統(tǒng)器件，進(jìn)行增加系統(tǒng)復(fù)雜度和成本，并且由于波段間還需要保護(hù)

間隔，導(dǎo)致頻譜效率下降，實(shí)際占用波長范圍更大，增加光器件制造難度，波段分合波引入

的插損也會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)性能劣化；2）寬波段系統(tǒng)中光纖的受激拉曼散射效應(yīng)（SRS）顯著增

強(qiáng)，光功率從短波向長波轉(zhuǎn)移更明顯，系統(tǒng)需要設(shè)計(jì)更加強(qiáng)大的自動(dòng)光功率管理/調(diào)節(jié)算法，

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支持系統(tǒng)快速調(diào)測與可靠恢復(fù)；3）多波段復(fù)雜光系統(tǒng)伴隨強(qiáng)烈的SRS效應(yīng)導(dǎo)致傳輸性能評(píng)

估與優(yōu)化難，更寬波段不同波長性能一致性需要特殊設(shè)計(jì)來保障；4）新波段需要新的器件

支撐，如L波段的相干光模塊（調(diào)制器、接收機(jī)及ITLA)，L波段光放大器，L波段WSS，

C/L合分波器，L波段OPM等。其中對(duì)于L波段光放大器，主要是EDFA，由于L6T波段

范圍相比于傳統(tǒng)L波段更寬，EDFA中鉺纖效率比C波段下降明顯，對(duì)溫度也更敏感，長

波處增益下降陡峭，需要新的摻雜工藝和EDFA設(shè)計(jì)來克服。

3.長距400G光傳輸關(guān)鍵技術(shù)

對(duì)于上述2.4中多波段引入的挑戰(zhàn)，主要通過以下形式解決。1）中的分立式架構(gòu)問題

將通過持續(xù)的架構(gòu)升級(jí)演進(jìn)來克服，如采用C+L一體化架構(gòu)，所有的波長均可用一個(gè)寬譜

光模塊，光大器，WSS來支持，系統(tǒng)外部接口仍然保持像傳統(tǒng)C波段那樣一體上下路，一

體調(diào)度和交叉，將在3.2.2中傳輸系統(tǒng)架構(gòu)中論述；對(duì)于2）中的SRS引入的問題，主要

是采用填充波技術(shù)和自動(dòng)光功率優(yōu)化算法(APO)來管理C+L系統(tǒng)光功率，保證快速調(diào)測和

可靠恢復(fù)，對(duì)應(yīng)于3.2.1和3.2.3章節(jié)內(nèi)容；對(duì)于3）中的系統(tǒng)性能評(píng)估難的問題將在3.2.4

中體現(xiàn)并給出解決方案；4）中的L波段光器件能力及進(jìn)展將在3.2.1中介紹。應(yīng)對(duì)以上挑

戰(zhàn)，其實(shí)從根本上講也就是要掌握長距400G光傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)，包括高速相干光模塊（含

DSP芯片算法及光器件），C+L波段系統(tǒng)架構(gòu)（含關(guān)鍵光路器件，填充波與OXC方案，

光功率管理及性能評(píng)估算法）。

3.1.高速相干光模塊

相干光模塊作為長距傳輸OTN系統(tǒng)的核心，其功能和特性決定了系統(tǒng)的傳輸能力。為

保障傳輸性能，400G長距相干光模塊需要具備以下能力：a)最高波特率高達(dá)130Gbd以上，

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多檔甚至連續(xù)可調(diào)；b）多種線路速率和調(diào)制碼型可調(diào)，支持200GQPSK,400G16QAM,

400GPS16QAM,400GQPSK,800GPS16QAM,800G16QAM等常用調(diào)制模式；c)模

塊出光滿足至少-9dBm以上，工作波段覆蓋擴(kuò)展C（C++）和擴(kuò)展L（L++）波段；d)400G

QPSK碼型的背靠背OSNR容限相比于當(dāng)前90Gbd方案至少好1dB。這些性能和特性主要

由先進(jìn)的DSP算法、芯片及高速相干光器件來保障。

3.1.1.先進(jìn)DSP芯片與算法

相干DSP芯片由硬IP和軟IP構(gòu)成，軟IP主要包括前向糾錯(cuò)FEC、相干調(diào)制解調(diào)、

星座整形等算法，也集成Framer功能；硬IP包括DA/AD和高速SERDES。對(duì)于130Gbd

系統(tǒng)，DA、AD的采樣率高達(dá)170Gsa/s，需要采用多路復(fù)用或時(shí)間交織技術(shù)架構(gòu)來提高帶

寬，并采用5nmCMOS工藝來降低功耗。而SERDES則最多需要16路SERDES，其中

至少有12路支持106/112GPAM4。

顯然相干DSP芯片技術(shù)是相干光模塊，乃至OTN系統(tǒng)的核心技術(shù)。為更有效實(shí)現(xiàn)應(yīng)

用聚焦，DSP演變?yōu)楦咝阅芎偷凸膬深悾旱凸腄SP集成標(biāo)準(zhǔn)FEC和簡化均衡算法，

實(shí)現(xiàn)線路側(cè)互聯(lián)互通，更有效應(yīng)對(duì)集成度、功耗敏感的網(wǎng)絡(luò)層次應(yīng)用，城域網(wǎng)為主要應(yīng)用場

景；高性能DSP從性能角度可覆蓋全部應(yīng)用，但由于體積大、功耗大、成本高，主要應(yīng)用

于超長干線和大容量短距場景。

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圖3.1.相干DSP芯片技術(shù)演進(jìn)

如圖3.1所示，隨著CMOS技術(shù)的進(jìn)步，每一代DSP芯片性能、功耗、體積都持續(xù)改

進(jìn)，不僅提高了光模塊的最高工作速率、延長400G/800G信號(hào)的傳輸距離，而且隨著晶體

管尺寸的降低，單位面積和功耗限制下可實(shí)現(xiàn)的邏輯門的數(shù)量可急劇提升，從而新的DSP

芯片可允許一些創(chuàng)新型、較復(fù)雜的DSP算法快速落地應(yīng)用。兩個(gè)典型的應(yīng)用是混合調(diào)制技

術(shù)(TDHM)與概率星座整形（PCS)近年來在16nm/7nm相干DSP中實(shí)現(xiàn)后可極大地提高光

模塊/光系統(tǒng)配置的靈活性，根據(jù)需要優(yōu)化碼型、波特率來滿足不同場景下對(duì)背靠背容限、

ROADM穿通及傳輸距離的需求。對(duì)于5nm及3nmDSP芯片，一些更先進(jìn)的算法如高性

能私有FEC（LDPC,TPC,MLC等），高維/編碼調(diào)制，超Nyquist技術(shù)（FTN)，多電子載

波（DSCM),非線性補(bǔ)償算法，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法等在高性能DSP芯片中有逐步落地應(yīng)用的機(jī)

會(huì)，以期進(jìn)一步改善400G/800G的傳輸性能。

中興通迅憑借卓越的供應(yīng)鏈管理和技術(shù)創(chuàng)新能力，充分發(fā)揮先進(jìn)DSP芯片能力，從

28nm到16nm到7nm和5nm，一路伴隨產(chǎn)業(yè)上下游伙伴共同成長，持續(xù)降低模塊、板卡、

設(shè)備功耗，讓光傳輸更快速、更集約、更綠色。即將面世的130Gbd400G長距光傳輸解決

方案將采用業(yè)界領(lǐng)先的5nm工藝，相比于行業(yè)當(dāng)前水平性能提升40%，功耗降低30%，

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不斷深入踐行提速降價(jià)、綠色雙碳的行業(yè)發(fā)展理念。自研芯片的核心能力也不斷加強(qiáng)，100G

芯片已成功驗(yàn)證，400G芯片開發(fā)中，800G芯片及算法預(yù)研中。面向未來，超強(qiáng)的DSP

算法、3nm工藝和自研芯片能力的應(yīng)用將為高速光系統(tǒng)帶來更大提升和差異化競爭點(diǎn)，值

得期待。

3.1.2.高速相干光器件

圖3.2.相干光器件技術(shù)演進(jìn)

伴隨相干光模塊向小型化、低功耗發(fā)展的同時(shí)，相干光器件必須更加集成化。如圖2

所示，目前兩個(gè)技術(shù)路線來持續(xù)助力器件小型化、集成化。一類是硅光技術(shù)為主體，可將調(diào)

制、接收、驅(qū)動(dòng)放大封裝成ICRM器件，甚至還能把DSPdie共封裝進(jìn)去成為MCM，這

樣只用外部注入光源，再加上放大后基本就可構(gòu)成光收發(fā)模塊。這種MCM集成封裝不僅可

以讓器件小型化，而且縮短了高速信號(hào)走線，器件帶寬提升10%以上，很大程度上彌補(bǔ)了

SiP技術(shù)在帶寬上限的不足，同時(shí)也能一定程度上降低封裝成本。64Gbd硅光MCM已經(jīng)

廣泛商用，130GbdMCM技術(shù)即將成熟，預(yù)計(jì)1-2年內(nèi)商用。當(dāng)波特率持續(xù)提升到192Gbd

甚至256Gbd時(shí)，SiP調(diào)制帶寬不足的問題預(yù)計(jì)將會(huì)暴露，發(fā)端需要借助TF-LN技術(shù)，目

前已經(jīng)有一些基于TF-LN的調(diào)制芯片或CDM器件樣品，帶寬高達(dá)110GHz，展現(xiàn)了具大

的應(yīng)用潛力。TF-LN的材料特性還表明，使用TF-LN不僅可部分兼容SiP工藝，還有望

繼續(xù)保持非氣密性封裝，這進(jìn)一步增加了其商用機(jī)會(huì)。另一類走InP路線，采用III-V族化

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合物材料制作調(diào)制和接收器件，可發(fā)揮片上集成有源的優(yōu)勢，光源及SOA放大實(shí)現(xiàn)起來比

SiP更容易，因此最終可實(shí)現(xiàn)ITLA+調(diào)制接收一體的TROSA，外部配合DSP芯片來完成

相干收發(fā)的功能。理論上InP調(diào)制器的帶寬要比SiP更高，模塊出光功率也更大，傳輸能

力更強(qiáng)，但實(shí)際上到400G時(shí)代，特別是130Gbd時(shí)，模塊的性能不僅取決于器件帶寬，

而且還高度依賴于DSP芯片算法的補(bǔ)償和配合，光器件與電芯片的協(xié)同設(shè)計(jì)和優(yōu)化也十分

重要，這加速了光芯片、器件、電芯片、DSP芯片產(chǎn)業(yè)鏈的垂直整合。

中興通訊于2021年發(fā)布了基于MCM器件以及TROSA器件的400G可插拔相干光模

塊，實(shí)現(xiàn)了緊湊的CFP2封裝形式。針對(duì)130G波特率的相干光模塊，也將繼續(xù)探索SiPMCM

和InP兩種主流技術(shù)路線，并持續(xù)優(yōu)化性能、功耗和成本。新的TF-LN材料體系、加工平

臺(tái)及先進(jìn)封裝技術(shù)的應(yīng)用可以提升器件帶寬，減少器件體積和成本，在長距400G及未來

B400G光傳輸系統(tǒng)中應(yīng)用前景廣闊，中興通訊也同行業(yè)伙伴一道在積極布局推進(jìn)研發(fā)中。

3.2.擴(kuò)展C+L波段光系統(tǒng)

單波速率提升和容量倍增的需求迫使光系統(tǒng)帶寬必須擴(kuò)展，而且這已成為行業(yè)共識(shí)。自

200G長距方案（QPSK碼型）商用已來，傳統(tǒng)的C波段帶寬就得從4.8THz擴(kuò)展到C++

波段6THz。進(jìn)入Real400G時(shí)代（QPSK碼型），C++波段已經(jīng)不足以讓單纖容量倍增

（保持80波），需要進(jìn)一步將頻譜資源擴(kuò)展到C+L波段。首先從整體上對(duì)C++與C+L

波段系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比，如表3.1所示，C+L系統(tǒng)與C波段無論在系統(tǒng)架構(gòu)還是傳輸能力上都

有明顯差異，后續(xù)將詳細(xì)介紹C+L系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，如L波段波長分配，光器件成熟度，

傳輸系統(tǒng)架構(gòu)，功率管理算法，傳輸性能評(píng)估等。

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表3.1.擴(kuò)展C波段與C+L波段系統(tǒng)的對(duì)比分析

比較項(xiàng)目C++波段C+L波段

可用光頻譜帶寬6THz12THz

傳輸性能（與CE系統(tǒng)相

性能劣化0.5dB~1dB，優(yōu)化經(jīng)過優(yōu)化后，性能劣化有望控制

后劣化有望降到0.5dB以下在1.5dB左右

比）

光層架構(gòu)1套2套，設(shè)備形態(tài)上可以做成1套

2套，分別支持C和L波段；長

光收發(fā)單元1套期看有望演進(jìn)到1套C+L一體化

系統(tǒng)。

運(yùn)維復(fù)雜度與CE相當(dāng)比CE略復(fù)雜

3.2.1.L波段波長分配

工作波長范圍統(tǒng)一是光系統(tǒng)必須優(yōu)先解決的問題，否則會(huì)造成供應(yīng)鏈分散、加重研發(fā)成

本問題。在擴(kuò)展波段的波長范圍方面，C++波段波長范圍目前業(yè)界已經(jīng)達(dá)到統(tǒng)一：邊緣波

長范圍1524.3nm-1572.27nm，如圖3.3所示。L波段波長范圍目前還在規(guī)劃討論中，目前

國際上更傾向于CE+LE擴(kuò)展，對(duì)于國內(nèi)則不滿足于LE4.8THz帶寬，而且也C++也有重疊，

希望在C++基礎(chǔ)上擴(kuò)展L波段，目前L波段5THz技術(shù)已經(jīng)基本成熟，但面向長距400G應(yīng)用

仍面臨帶寬不足的問題，希望在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步拓展到L波段6THz。對(duì)于L波段6THz主要

有爭議點(diǎn)在于C++和L++中間的保護(hù)間隔是2.9nm還是2.1nm，即圖3.3中TypeI還是Type

II。目前考慮到業(yè)界的供應(yīng)鏈情況，并盡量擬制C和L波段間串?dāng)_，業(yè)界更傾向于將擴(kuò)展L波

段的波長范圍收斂到1576.16nm到1626.43nm，即TypeI方案。

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圖3.3WDM系統(tǒng)的頻譜擴(kuò)展波長范圍示意圖

3.2.2.L波段光器件

在波段擴(kuò)展技術(shù)商用方面，業(yè)界正在積極推動(dòng)C波段向C+L波段的演進(jìn)升級(jí)。目前C++

波段和L++波段相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展情況如表3.2所示，L6T的光電器件、組件基本都已具備

樣品，目前主要難點(diǎn)在于L++波段的EDFA增益和噪聲系數(shù)的優(yōu)化，系統(tǒng)設(shè)備預(yù)計(jì)將在2023

年上半年具備商用測試能力，可見擴(kuò)展的C+L波段光系統(tǒng)有望在2023年下半年實(shí)現(xiàn)商用，

這將為長距單波400G及城域單波800Gb/s及更高速率的傳輸系統(tǒng)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

表3.2.C+L波段波分復(fù)用系統(tǒng)關(guān)鍵組件產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)展

C6TL6T技術(shù)難點(diǎn)

ITLA已商用樣品已具備重新設(shè)計(jì)增益區(qū)和選頻光腔

與C4T基本相關(guān)注偏置點(diǎn)和響應(yīng)度波長相關(guān)

光調(diào)制接收器件與C6T基本相同

同性

L波段色散略大，不同波段器件

oDSP與C4T相同與C6T幾乎相同

差異補(bǔ)償

優(yōu)化鉺纖摻雜配比改善增益帶

L5T已有產(chǎn)品，L6T樣品已具備，

EDFA已商用寬；提升飽和功率和噪聲系數(shù)；

性能優(yōu)化中

控制EDFA模塊尺寸和功耗

DRA已商用增加長波泵浦激光器解決與OTDR的波長沖突問題

樣品已具備，技術(shù)難度