400G“锐见”|掀起网络革命：400G长距启航在即，800G应用前景可期！
编者按
随着5G、物联网、云计算等的快速发展，数据流量呈现指数级增长，对网络带宽提出了更高要求。提升光传输系统单波速率与传输距离、提高光纤通信系统带宽利用率，以满足不断增长的网络流量需求，成为运营商和设备商的共同追求。400G技术作为下一代骨干网的核心承载技术，具备更高传输速率、更大带宽、更好扩展性等优势，能够满足大数据中心和通信网络日益增长的需求，提供更多的数据传输通道，更好地支持高密度集成和低能耗解决方案。
目前，我国400G技术探索和产业发展如火如荼，展现出了广阔的应用前景，2023年有望迎来400G规模商用的元年。虽比高飞雁，犹未及青云。在400G有条不紊推进的同时，更高速率——800G/1.6T也在研发和推进中，特别是人工智能点燃算力需求，带动光产品更新迭代，目前已有800G光模块交付，预计不久将大规模进入数通市场，而更高水平的1.6T产品也已提上日程。
值此400G步入规模商用、800G/1.6T蓄势待发的关键节点，通信世界全媒体特推出“高‘光’时刻即将到来400G/800G开启网络新纪元”专题策划，通过汇集ICT圈的专家、学者“声音”，共同推进400G产业成熟、加快800G/1.6T技术研发，聚力点亮光通信的高光时刻。
信息技术的快速演进与发展，激发新兴业务与应用不断涌现，新型算力、AI、5G、6G等推动网络流量持续高速增长。作为新型基础设施承载底座，光纤通信网络骨干线路传输技术不断革新演进，单通路传输速率持续提升，根据Omdia公司预测，未来2~3年超100Gbit/s（不含100Gbit/s）速率网络将占据超过60%的全球相干光传输整体市场份额。
本文重点探讨了400Gbit/s和800Gbit/s技术发展态势，同时分析了超高速传输“C+L”波段扩展关键技术进展，最后对超高速传输技术的未来发展进行了展望。
400Gbit/s长距应用即将启动
400Gbit/s技术继承了与100Gbit/s类似的高阶调制、偏振复用、相干接收、数字信号处理等关键技术，并在发展过程中逐步改善提升传输能力。
首先，单载波400Gbit/s技术采用了基于64GBaud器件的PM-16QAM方案，特别是2016年OIF（光互联论坛）立项400ZR项目后，400Gbit/sPM-16QAM方案成为整个业界关注的热点。鉴于400Gbit/s单载波PM-16QAM方案采用与200Gbit/sPM-OPSK方案相近的波特率，DSP（数字信号处理）等核心芯片和器件能够重用，两者协同发展能在骨干网超长距和城域、数据中心互联等场景形成差异化的应用优势。
其次，单载波400Gbit/s技术采用90GBaud左右光电器件，并结合PCS（概率星座整形）技术实现了更长的传输距离，主流设备厂商都有相关产品，并且在现网已有部分应用。
另外，单载波400Gbit/s技术采用128GBaud左右光电器件基于PM-QPSK调制格式已基本成熟，是目前产业化发展的焦点。高性能算法技术（如损伤补偿、高性能FEC）的突破，使得PM-QPSK单载波400Gbit/s的50GHz等效背靠背OSNR（光信噪比）容限性能可以达到11dB左右，从而获得和当前基于PM-QPSK的100Gbit/s相近的传输性能，能够覆盖大部分国内干线传输场景，是较为理想的单波400Gbit/s长距/超长距解决方案。
CCSA（中国通信标准化协会）目前正在进行单波超长距400Gbit/s的标准化工作，运营商在2023年开展了多次实验室和现网测试验证，其中中国移动近期还启动了国内首次400Gbit/sPM-QPSK集采测试，预计超长距400Gbit/s即将开启规模商用。
800Gbit/s技术标准有序推进
随着400Gbit/s产业化的逐步推进，业界将科研聚焦点逐步转向800Gbit/s及更高速率的技术研发和测试验证，IEEE、OIF、CCSA等标准化组织陆续开展相关标准的研究制定工作。
国内外主要传输设备厂商从2019年开始陆续发布面向800Gbit/s、1.2Tbit/s及1.6Tbit/s等速率的DSP芯片。国内运营商和设备厂商等也联合开展了多次800Gbit/s技术试验验证。
目前来看，采用90~100GBaud光电器件、基于PCS-64QAM调制是目前800Gbit/s较为成熟的方案，可以支持城域内较短距离传输以及数据中心互联等应用场景。采用120GBaud或更高波特率器件、基于PM-16QAM调制格式的800Gbit/s是目前标准组织重点关注的技术方案。
为满足未来网络部署的数百至数千千米长距传输需求，800Gbit/s技术将从多个方面推进技术革新，包括采用抗噪声能力更强的低阶调制格式，采用高性能补偿算法，采用增强型FEC技术等增强系统抗噪声和损伤的能力，采用超低损、大有效面积光纤以及混合放大、全拉曼放大等多维技术手段，进一步优化传输信道，减少传输过程中的损伤和噪声，显著增强长距/超长距传输能力。
“C+L”波段拓展技术加速演进
目前基于90GBaud的400Gbit/s系统一般支持100GHz左右的通道间隔，后续支持长距/超长距基于128GBaud的400Gbit/s系统，需要占用150GHz的通道间隔。在单波400Gbit/s传输能力增加的同时，频谱效率会有所下降，800Gbit/s系统也面临类似问题。为了满足长距离传输需求，同时兼顾传输容量和效率，扩展C/C+波段和扩展L波段是当前超高速传输系统发展的重要方向。
目前业界积极推动“C+L”波段拓展的技术革新和应用探索。在信号放大方面，目前EDFA的放大频带已经从C波段4THz扩展到6THz，支持L波段6THz高功率增益均衡放大的EDFA还有待于进一步成熟完善；在功率均衡方面，目前正在探索基于光放大器的自适应功率迭代算法、填充波道等方式，以及其他类型的均衡机制；在“C+LWSS”一体化方面，支持多个波段的WSS并不存在重大技术障碍，关键是优化LCoS（硅基液晶）、透镜、光栅和WSS内部其他组件的波长响应，目前已实现12THz一体化的WSS器件；在网络规划设计方面，基于“C+L”扩展波段的超高速光传输系统新的架构、功率管理算法及性能评估手段为网络规划设计以及运营维护带来一些新变化，同时“C+L”两个波段部分器件也在短期内无法一体化也将会带来一些影响，目前业界正积极推动相关研究探索。
长期来看，“C+L”一体化是更为理想的技术方案，设备成本和集成度也有望极大改善，未来发展值得期待。
总结与展望
从高速光通信的整体发展态势来看，400Gbit/s长距启航在即，800Gbit/s应用前景可期。新型算力、5G、6G、AI等创新业务与应用推动网络流量快速增长，光传输网络持续向更高速率、更大容量、更长距离等方向发展演进。
除了单波长速率不断迈向更高的1.2Tbit/s、1.6Tbit/s之外，还应结合多波段扩展、空分复用、空芯光纤等扩容技术，进一步提升光纤通信网络的传输能力，夯实新型基础设施底座，助力我国数字经济高质量发展。
*本文刊载于《通信世界》
总第930期 2023年10月25日 第20期
原文标题:《400G长距启航在即 800G应用前景可期》
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400G“锐见”|未来已来！400G开启网络新纪元
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作者：中国信息通信研究院技术与标准研究所 汤瑞 赵鑫
责编/版式：盖贝贝
审核：舒文琼
监制：刘启诚
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