超低损耗光纤助力400G传输网与5G移动网快速发展

中国移动研究院网络所|柳晟

超低损耗光纤助力400G传输网与5G移动网快速发展

中国移动研究院网络所|柳晟

目前光传输网正在经历技术变革，部署400G光传输系统的呼声越来越高，超低损耗光纤和大有效面积光纤等新型光纤有望助力400G光传输系统的大规模部署。同时，5G无线网络系统也对光纤性能提出了新的要求。

随着互联网、移动互联网、云计算、家庭宽带业务等的快速发展，中国移动骨干网的流量正以每5年10～15倍的速度增长。从2009年到2013年，中国移动骨干网的带宽从5Tbit/s增长到50Tbit/s。同时，4G网络大规模部署、无线网络网速迅速提升，预计网络流量将以更快的速度增长，这也给网络建设带来了更大的挑战。

中国移动100G发展势头良好

我国幅员辽阔，因此国内光传输网分为骨干网、城域网等层次，其中城域网又分为城域核心层、城域汇聚层和城域接入层。与此相对应，中国移动在骨干网部署长距离光缆，在城域网部署城域核心光缆、主干接入光缆、边缘接入光缆，这种架构实现了光纤光缆的广泛覆盖。

为满足消费者不断增长的流量需求，近些年中国移动大力投资传送网，从2013年到2015年，中国移动分别采购了约2000、8000、25000块100G OTN端口。中国移动的骨干网传输带宽将从2014年的81T，增长到2016年的约280T。目前网络流量仍以每年30%～50%的速度增长，预计中国移动网路良好的发展势头仍将保持一段时间。

目前中国移动正在建设世界上最大的100G OTN光传输网络，并开始在骨干网上引入ASON功能。通过100G系统的部署，中国移动节约了大量投资成本，降低了设备功耗，同时也提高了链路开通效率。中国移动的骨干网OTN目前分为东部、东北、西部3个区域环，同时也在建设第四个高速直达平面以连接中国主要城市。另外，未来中国移动的传输网将从以核心机房为中心演变为以数据中心为中心，从而应对以数据为主的流量变化。

超低损耗光纤延长400G传输距离

由于用户流量的暴增，业界对400G光传输系统的关注度越来越高。400G光传输系统有多种实现方式，例如四载波PM-QPSK、双载波PM-16QAM等。PM-16QAM调制格式系统与PM-QPSK调制格式系统相比，PM-16QAM调制格式系统具有更高的频谱效率，而理论上PM-QPSK的背靠背OSNR容限优于PM-16QAM约6.7dB。光传输系统需要保持系统容量和传输距离之间的平衡，在长距离光传输系统中，一般采用高阶调制方式，同时通过各种方法延长传输距离。

为了评估100G和400G传输系统的性能，中国移动在国内率先开展了实验室测试和现网试点。100G和400G信号分别在G.652、超低损耗光纤ULL（ultra low loss）和大有效面积光纤LEAF（large effective area fiber）上进行传输性能测试。超低损耗光纤的纤芯材料为纯二氧化硅，有效面积为90μm2，熔接后的损耗为0.175dB/km。大有效面积光纤的有效面积为120μm2，熔接后的损耗为0.165dB/km。系统方面，100G系统采用四载波PM-QPSK调制格式，400G系统采用双载波PM-16QAM调制格式。

根据理论以及实验结果分析，采用PM-QPSK调制格式的100G系统理论上能够在G.652光纤上传输约4000公里（3dB OSNR余量），采用PM-16QAM调制格式的400G系统能够在G.652光纤上传输约600公里。对于超低损耗光纤和大有效面积光纤，400G的传输距离可以被延长到约840公里和1100公里。结果表明，超低损耗光纤和大有效面积光纤的采用有利于延长400G系统的传输距离。

除了400G系统外，超低损耗光纤还有望应用于长距离直达链路、光电混合交叉等场景。以从北京到广州为例，如果铺设超低损耗光纤，则有望使用100G光传输系统实现3000公里的直达链路而不需要电再生。

5G无线网络系统对光纤提出新要求

由于移动互联网、物联网、虚拟现实等需求的驱动，5G无线系统也已被提上日程。5G无线系统将具备广覆盖、高速率、多连接、低功耗、低成本、低时延、高可靠性等特性，5G无线系统目前仍在标准化初期阶段。与4G无线系统相比，5G无线系统的频谱效率要提高5～15倍，能量效率要提高100倍以上，单位比特成本要降低约100倍，5G性能的提升必然对光纤网络提出新的要求。

5G无线系统将给光纤网络带来巨大影响。对于骨干网，由于流量的快速增长，5G需要骨干网光纤支持长距离、大容量传输。对于城域网，由于无线基站的增加，5G需要更多的接入光纤，这对海量接入光纤的管理提出了更高的要求。此外，低时延是5G无线系统的一个关键性能指标，因此如果能通过新型光纤技术降低时延，将给无线系统带来很大好处。当然这些性能指标的实现，仍需要业界坚持不懈的努力。

中国移动的光传送网实现了从10G到100G的跨越式发展，目前100G系统已经大规模部署。虽然400G的呼声越来越高，但业界要意识到部署400G还将面临诸多挑战，例如光纤、光放大器等基础资源都需要升级，以延长400G的传输距离。与此同时，5G无线系统也对光传输系统提出了新的要求。在笔者看来，业界应携起手，共同解决400G及5G无线系统将面临的困难，提升网络性能，推动光通信技术的快速发展。