移動探索空芯光纖及其傳輸系統(tǒng)

集號吧丨發(fā)表時間：2025-07-07丨訪問量：498

[摘要]中國移動研究院技術(shù)經(jīng)理、主任研究員王東日前在出席“2025中國光通信高質(zhì)量發(fā)展論壇”系列活動“新一代光纖技術(shù)專場”時，表題為《空芯光纖及其傳輸系統(tǒng)：挑戰(zhàn)、關(guān)

中國移動研究院技術(shù)經(jīng)理、主任研究員王東日前在出席“2025中國光通信高質(zhì)量發(fā)展論壇”系列活動“新一代光纖技術(shù)專場”時，表題為《空芯光纖及其傳輸系統(tǒng)：挑戰(zhàn)、關(guān)鍵技術(shù)及未來展望》的演講。王東表示，自2021年提出算力網(wǎng)絡(luò)理念以來，中國移動持續(xù)推動形成算網(wǎng)融合的新型全光底座，從超大帶寬、超低時延、靈活調(diào)度三個方面，重點(diǎn)推進(jìn)光傳送網(wǎng)400G代際演進(jìn)及T比特高速傳輸、顛覆性空芯光纖及系統(tǒng)、

OXC+ODU+fgOTN三級調(diào)度等光網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新。面向智算的快速發(fā)展，進(jìn)一步提出新型無損智算HIC-OTN技術(shù)理念，助力算力網(wǎng)絡(luò)持續(xù)發(fā)展走深走實(shí)。

后400G時代，實(shí)芯光纖面臨邊際效應(yīng)

王東指出，400G是繼100G之后的又一重大代際技術(shù)，業(yè)界將400G類比為光傳輸?shù)?G。面向400G，中國移動采用基于QPSK調(diào)制、130GBd超高速光器件、C6T+L6T寬譜的400G新型全光網(wǎng)技術(shù)體系，完成全球首次400G骨干網(wǎng)規(guī)模應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)國家“東數(shù)西算”八大算力樞紐之間的400G高速互聯(lián)，覆蓋135個以上城市。

面向后400G時代，中國移動進(jìn)一步開展T比特級傳輸技術(shù)探索。一方面共享400G骨干網(wǎng)C6T+L6T寬譜光層及130GBd超高速光電器件，基于高階調(diào)制碼型探索性開展單波800G及1.2T的80波傳輸系統(tǒng)試驗(yàn)，明確重用130GBd產(chǎn)業(yè)難滿足T比特骨干長距傳輸需求，需進(jìn)一步攻關(guān)超200GBd光相干收發(fā)等核心組件。另一方面，伴隨波特率提升至200GBd以上，頻譜將隨之至少擴(kuò)展到S+C+L波段以滿足80波系統(tǒng)需求，需進(jìn)一步審視SRS效應(yīng)在多波段超寬譜場景下影響。試驗(yàn)表明，面向SRS效應(yīng)更顯著和復(fù)雜的S+C+L多波段傳輸場景，大有效模場面積G.654光纖的傳輸性能優(yōu)勢更為凸顯。

對于T比特級的光傳輸有兩個重要的技術(shù)攻關(guān)方向：一是提升單波速率，二是擴(kuò)展可用頻譜。如果要滿足1000公里以上的長距傳輸，在采用QPSK低階調(diào)制的情況下，所需波特率要達(dá)到500GBd以上，對于器件芯片的要求極高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了現(xiàn)有能力。對應(yīng)的頻譜要擴(kuò)展到24THz以上，新波段光放大器的能力、SRS效應(yīng)都面臨更大的挑戰(zhàn)，可以說，受限于實(shí)芯光纖的非線性效應(yīng)，傳輸距離和單纖容量的增益已經(jīng)面臨邊際效應(yīng)。

反諧振空芯光纖優(yōu)勢明顯，突破兩大物理瓶頸

王東進(jìn)一步指出，反諧振空芯光纖是對光纖及光通信產(chǎn)業(yè)的一次全面顛覆與根本性變革。相比實(shí)芯光纖通過材料摻雜實(shí)現(xiàn)全反射導(dǎo)光，空芯光纖基于全新空氣導(dǎo)光機(jī)理，通過設(shè)計反諧振結(jié)構(gòu)，將光信號約束在纖芯中間的空氣中進(jìn)行傳輸，具有超低時延、超低損耗、超低非線性、超寬頻譜等優(yōu)勢，可突破實(shí)芯光纖的“非線性香農(nóng)容量極限”與“傳輸時延極限”兩大物理瓶頸。

在超低時延方面，光纖時延占光通信時延的90%以上，反諧振空芯光纖空氣導(dǎo)光可實(shí)現(xiàn)超30%傳輸時延降低，有助于實(shí)現(xiàn)各種時延敏感類業(yè)務(wù)如智算大模型訓(xùn)練、高頻金融交易、移動前傳和算力網(wǎng)絡(luò)三級時延圈。

在光纖損耗方面，空心光纖的損耗主要由限制損耗、表面散射損耗、微彎損耗和宏彎損耗組成，伴隨產(chǎn)學(xué)研協(xié)同大力攻關(guān)，空心光纖的損耗已經(jīng)由早期的500dB/km降至0.1dB/km以下，突破了實(shí)芯光纖0.14dB/km的損耗極限。

此外，反諧振空芯光纖在非線性和色散方面的優(yōu)勢將一定程度上降低oDSP復(fù)雜度，并提升短距直調(diào)直檢性能。

王東介紹，空芯光纖也有兩項(xiàng)核心參數(shù)目前是劣于實(shí)芯光纖的：一是偏振模色散，空芯光纖的圓對稱性差于實(shí)芯光纖，且中空結(jié)構(gòu)抗壓能力較弱，PMD偏大；二是模間干擾，空芯光纖的導(dǎo)光機(jī)理導(dǎo)致其本質(zhì)上是多模光纖，通過設(shè)計實(shí)現(xiàn)包層內(nèi)空氣層基模與纖芯高階模相位匹配，達(dá)成纖芯高階模式的快速剝離，目前可達(dá)<-50dB/km，長距離傳輸預(yù)期需要達(dá)到-60dB/km以下。

逐步推進(jìn)現(xiàn)網(wǎng)部署，探索空芯光纖潛在應(yīng)用場景

在產(chǎn)業(yè)方面，Ciena、BT、Comcast、微軟等多家廠商陸續(xù)啟動了針對空芯光纖通信的試點(diǎn)和投資收購。微軟2024宣布未來24個月計劃部署15000公里空芯光纖用于數(shù)據(jù)中.心光互聯(lián)。

中國移動于2024年聯(lián)合領(lǐng)纖科技、暨南大學(xué)采用四單元截斷型雙層嵌套結(jié)構(gòu)，在國內(nèi)首次突破0.14dB/km實(shí)芯光纖理論損耗極限，達(dá)到國際領(lǐng).先水平。在推進(jìn)空芯光纖設(shè)計創(chuàng)新的同時，中國移動聯(lián)合長飛、領(lǐng)纖、特發(fā)、華為、中興、烽火、諾基亞等合作伙伴，逐步推動項(xiàng)目部署和系統(tǒng)技術(shù)攻關(guān)。

王東介紹，對于空芯光纖未來的應(yīng)用，重點(diǎn)探索關(guān)注以下幾個場景：大容量長距離骨干傳輸，聯(lián)合長飛、中興、華為和北京大學(xué)，通過光路、光收發(fā)機(jī)和DSP算法多維度技術(shù)創(chuàng)新，基于空芯光纖實(shí)現(xiàn)單波1T 10714km傳輸距離紀(jì)錄，相比于同波特率1T在實(shí)芯光纖傳輸1000km，提升10余倍。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)模間串?dāng)_和損耗譜不平坦兩項(xiàng)新型損傷機(jī)制，將取代非線性效應(yīng)成為限制空芯光纖長距離傳輸性能的主導(dǎo)因素。

百公里智算集群間光互聯(lián)，面向智算光互聯(lián)超大帶寬、超低時延100km量級傳輸需求，構(gòu)建基于空芯光纖+高階調(diào)制的新型光傳輸系統(tǒng)，完成單通道85 GBd DP-144QAM-PCS信號在百公里空芯光纖傳輸，單通道有效傳輸速率達(dá)1.09Tb/s，且入纖功率達(dá)15dBm時無明顯非線性損傷，具有進(jìn)一步提升傳輸能力潛力。

空芯光纖+VCSEL智算中.心內(nèi)光網(wǎng)絡(luò)，在850nm波段，空芯光纖相比實(shí)芯多模光纖在傳輸損耗、色度色散、模式純度等方面均具有顯著優(yōu)勢，有望基于VCSEL+空芯光纖實(shí)現(xiàn)≥2km單lane 200G信號傳輸，滿足智算中.心網(wǎng)絡(luò)跨機(jī)樓互連需求，有力拓寬VCSEL技術(shù)路線應(yīng)用場景。

大容量低時延6G前傳，面向6G更低時延、更大容量需求，發(fā)揮空芯光纖低色散、低非線性、低損耗、低背向瑞利散射、低時延的優(yōu)勢。基于空芯光纖，中國移動破解C波段色散對IM/DD WDM性能的限制，實(shí)現(xiàn)單波速率224Gb/s、同波長單纖雙向總?cè)萘?6.7Tb/s 10km傳輸，并進(jìn)一步構(gòu)建無DSP高速光模塊，時延、功耗等光模塊核心性能指標(biāo)顯著提升。

王東指出，經(jīng)過系統(tǒng)的技術(shù)和場景研究，發(fā)現(xiàn)空芯光纖目前有三個關(guān)鍵技術(shù)問題亟需解決：氣體吸收問題、空芯光纖偏振模色散和損耗譜平坦性與模間干擾。王東表明反諧振空芯光纖及系統(tǒng)的下一步攻關(guān)方向，一方面需進(jìn)一步加強(qiáng)光纖自身的標(biāo)準(zhǔn)化和實(shí)用化部署等技術(shù)研究；另一方面應(yīng)研發(fā)匹配空芯光纖傳輸特性的新型器件、模塊、設(shè)備，開辟光通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展新藍(lán)海。

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