摘要
數字經濟是國家高品質發展的抓手，東數西算是推動國家數字經濟發展的重要戰略舉措。東數西算骨幹網絡需要高性能的光纖，必将推動傳統光纖的更新換代，G.654.E光纖将迎來高速增長機會。
關鍵詞：東數西算 光纖 G.654.E
早在2016年10月，國家就強調要加強資訊基礎設施建設，推動網際網路和實體經濟深度融合，加快傳統産業數字化、智能化、做大做強數字經濟，拓展經濟發展新空間，并指出要建設全國一體化的國家大資料中心，推進技術融合、業務融合、資料融合，實作跨層級、跨地域、跨系統、跨部門、跨業務的協同管理和服務。2021年10月，習近平總書記在主持中共中央政治局第三十四次集體學習時再次強調，要加快新型基礎設施建設，加強戰略布局，加快建設高速泛在、天地一體、雲網融合、智能靈活、綠色低碳、安全可控的智能化綜合性數字資訊基礎設施，打通經濟社會發展的資訊“大動脈”。
數字經濟和東數西算
數字經濟是以資料資源為關鍵要素，以現代資訊網絡為主要載體，以資訊通信技術融合應用、全要素數字化轉型為重要推動力，促進公平與效率更加統一的新經濟形态。目前數字經濟發展速度之快、輻射範圍之廣、影響程度之深前所未有，正推動生産方式、生活方式和治理方式深刻變革，成為重組全球要素資源、重塑全球經濟結構、改變全球競争格局的關鍵力量。“十三五”時期，大陸深入實施數字經濟發展戰略，不斷完善數字基礎設施，加快培育新業态新模式，推進數字産業化和産業數字化取得積極成效。2021年3月，《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目标綱要》提出，“十四五”時期，大陸數字經濟轉向深化應用、規範發展、普惠共享的新階段，要加快建構全國一體化大資料中心體系，強化算力統籌智能排程，建設若幹國家樞紐節點和大資料中心叢集。
圖1 東數西算樞紐節點布局
2022年2月，國家發展改革委高技術司宣布8個國家算力樞紐節點和10個國家資料中心叢集完成批複，全國一體化大資料中心體系完成總體布局設計，“東數西算”工程正式全面啟動（見圖1）。所謂“數”指資料，“算”是算力，即對資料的處理能力，“東數西算”是通過建構資料中心、雲計算、大資料一體化的新型算力網絡體系，将東部算力需求有序引導到西部，優化資料中心建設布局，促進東西部協同關聯。按照大資料中心全國一體化布局，8個國家算力樞紐節點将作為大陸算力網絡的骨幹連接配接點，發展資料中心叢集，開展資料中心與網絡、雲計算、大資料之間的協同建設，并作為國家“東數西算”工程的戰略支點，推動算力資源有序向西轉移，促進解決東西部算力供需失衡問題。
東數西算幹線光纖的選擇
“東數西算”網絡布局空間跨度大，資料傳輸更為頻繁，使用者對時延要求更高，現有骨幹網絡的性能難以勝任。事實上随着資料流量不斷增長，傳統承載網的資料傳輸和帶寬壓力不斷增加，骨幹網傳輸速率将從100G不斷向200G/400G等更高速率更新。根據預測（見圖2），未來2年，超100G網絡在整體市場佔有率中将超過60%，并且400G+将成為超100G網絡的主流應用。中國移動研究院專家表示，從骨幹網層面來看，單波400G即将開啟，并進入長周期。是以，提前部署支援200G、400G系統的光纖光纜産品是建設高速資訊網絡的基礎。但現網中使用的G.652光纖，已經無法滿足未來光傳輸網絡超高速率、超大容量、超長距離的傳輸需要。
圖2 全球超100G網絡市場預測
從技術層面看，增加網絡容量的有效方式是提高頻譜效率，如通過高階調制或者提高單波的波特率等方式，将現在的100G網絡更新為200G甚至更高的速率如400G。然而提升頻譜效率的這些方式都會導緻系統對光信噪比更高的要求，進而降低系統的傳輸距離，這極大的限制了長途傳輸網絡的性能。當網絡向更大容量更新時，若采用正常方式則需要使用更多的中繼站或拉曼放大器，但這些方式将導緻額外高額的投資。事實上提高網絡傳輸性能是一個系統工程，如400G長距離傳送面臨香農極限、高波特率器件（高速、高性能）、超寬頻譜資源技術（C+L）等關鍵挑戰。解決香農極限難題的手段就是提高光信噪比，一般有三個途徑：一是增大光纖的有效面積Aeff，目的是提升入纖功率；二是降低光纖鍊路衰耗；三是降低光纖放大器噪聲系數。是以業界開始探讨使用更具有成本效益的新型光纖技術來支援高速傳輸系統，兼具有超低損耗和大有效面積特性的光纖可以支援高速系統傳輸更遠距離和更長跨段。2016年ITU-T讨論通過了G.654.E光纖标準，這種新型的光纖與正常G.652光纖相比，有效面積更大，截止波長更長，對C波段的傳輸性能進行了優化，也具有支援未來L波段的能力。從超高速傳輸技術發展來看，兼具低非線性效應（大有效面積）和低衰減系數的G.654.E光纖是200G、400G及未來Tbit/s超高速傳輸技術的首選光纖，這在業内已成為共識。
在建立400G光系統的過程中，光纖依然是最基礎的資源，為了配合400G時代的開啟，需要加快G.654.E新型光纖的應用、并完善工程部署規範要求，而這一觀點也在日前召開的“2022中國光通信高品質發展論壇”400G技術專場活動中，再一次被提及。中國聯通研究院網絡技術研究中心總監、教授級高工王光全表示，400G将是光網絡超100G時代的重要速率選擇，也将成為“東數西算”的重要運力之一，G.654.E光纖可以顯著提升400G WDM等高速系統無電中繼傳輸距離，應加快推動G.654.E光纖在骨幹長途光網絡的應用部署，建構超高速超長距大容量骨幹光網絡，服務國家“東數西算”戰略的落地；中國電信股份有限公司研究院工程師呂凱表示，400G是下一代骨幹傳輸演進的重要方向，G.654.E 光纖相比較G.652.D光纖，可有效提升傳輸距離，可在骨幹網絡中推廣應用；中國移動研究院基礎網絡技術研究所副所長張德朝表示，算力網絡在架構、帶寬、業務、時延等方面對光傳送網提出新的需求，光網絡需轉型更新建構承載算力的光底座。這些觀點都證明了G.654.E光纖部署對于400G電信網絡建設的重要意義。
G.654.E光纖的應用探索
一直以來，國内三大營運商都在積極推動G.654.E光纖的測試和商用。2015-2017年，中國聯通分别在東、西部幹線網絡開展試點，其中東部試驗網選擇了山東濟南-青島，進行400G系統的傳輸性能現網測試驗證；西部試驗網選擇了環境複雜的新疆哈密-巴裡坤段，驗證架空敷設工藝對大有效面積光纖的影響及惡劣環境下長期運作的光纜性能。試驗不僅驗證了新型光纖對于400G系統傳輸性能的提升，還從施工和運維角度驗證了采用與G.652.D光纖相同敷設及熔接接續方法，新型光纖仍然有着相近的性能，在衰減系數上也保持了良好的性能，并未發生由于施工和接續帶來性能上的劣化，同時也不用改進和新增相應裝置，不會給營運商帶來在引入新型光纖光纜後維護成本的增加。
中國電信也積極探索并在業内率先規模引入G.654.E光纖。在技術名額、施工工藝、建設方案和驗收規範等方面，中國電信從基礎開始，反複論證，經過全面的技術測試和方案論證，制定采購技術規範書和驗收測試規範，明确了模場直徑、有效面積、衰減等一系列技術參數，引導長飛等光纜生産商投入研發實作規模生産。2019-2021年，中國電信開展上海-金華-河源-廣州G.654.E光纖光纜試商用工程的全G.654.E部署，并基于該光纜進行了單波長400Gb/s DWDM系統超長距傳輸現網試驗。現網試驗表明，在G.654.E光纖環境中100G、200G、400G等速率均可實作上海-廣州的全程無電中繼傳輸，12小時以上連續測試無誤碼，三周測試期間系統運作穩定。根據現網試驗資料進行測算，在滿足行業标準和工程規範要求的OSNR餘量要求下，采用星座整形PM-16QAM碼型的400Gb/s系統可以實作1500km左右的無電中繼傳輸，達到超長距傳輸系統要求。現網比對測試結果表明，G.654.E光纖的應用較傳統G.652.D纖芯可以起到延長無電中繼傳輸距離、減少電中繼數量和節能降耗等實際效果，對未來單波1T及更高速率傳輸系統的發展演進提供有力支撐。
在現網工程階段，中國電信研究院聯合相關機關共同努力攻克了光纖熔接裝置、測量裝置和新型光纖不适配、G.654.E光纖與G652尾纖模場直徑不比對、惡劣氣候及複雜施工環境對光纜敷設、熔接名額造成不利影響等技術難題，同時組織設計院、施工機關、光纜生産商、儀表制造商等産業鍊上下遊企業，協同完成了G.654.E新型光纖通用熔接模式的開發和測試，以适配多廠家G.654.E光纖熔接；推動三波長OTDR的開發與應用，以全面考察G.654.E光纖的性能。中國電信在業界率先建成全G.654.E陸地幹線光纜，通過現網工程積累了豐富的建設和運維經驗，為下一步推動G.654.E光纖的規模化現網部署和産業鍊發展奠定了堅實的基礎。
中國移動早在2016年北京-濟南-南京線路上也開展了大有效面積超低損耗光纖試商用。光纜采用G.654.E+G.652.D的混纖共纜結構。從試驗結果來看，G.654.E超低損耗光纖的引入，使得無電中繼傳輸距離增加和光中繼節點減少，通信系統總體建設成本有望減少20%，維護成本也有相應的減少。
G.654.E光纖将迎來高速增長
G.654.E光纖可以實作更遠的傳輸距離、更高的系統容量、更長的跨段距離或更多的系統備援，進而為長途傳輸網絡帶來非常大的價值；營運商的實際應用研究驗證結果也充分證明了G.654.E光纖的應用價值，這也為G.654.E光纖的大規模應用及建設下一代骨幹網提供了理論和實踐上的依據。
同時，中國移動和中國聯通也在緊密部署G.654.E幹線光纜項目。其中中國移動日前已公布2022-2023年G.654.E光纖光纜産品集中采購項目中标候選人結果，長飛再次以最大份額中标。根據之前招标公告，本次項目集采規模預估采購規模約2134皮長公裡，折合33.24萬芯公裡。
除營運商外，國家電網近年來也在積極探索對具備更低衰減系數和更大有效面積的新型光纖的應用，雅中—江西±800kV特高壓直流輸電工程和陝北-湖北±800千伏特高壓直流工程，便首創性的使用了G.654.E光纖，該光纖可顯著延長無中繼傳輸距離，減少中繼站數量，為特高壓工程超長站距傳輸提供了有效解決方案。而這兩項特高壓工程，也因G.654.E 光纖的使用，打破了國内外電力通信工程陸地無中繼傳輸距離的紀錄，成為世界上單跨距離最長、容量最大的“國際領先”電力通信工程，開創了電力通信網絡應用新紀元，也為電力能源行業通過通信技術助推轉型更新、實作雙碳目标戰略落地，提供了重要借鑒。兩項特高壓工程中所用到的G.654.E光纖均為長飛提供。
目前，随着大陸東數西算工程逐漸實施推進，三大營運商2022年投資将側重于傳輸網和東數西算工程。光纖光纜作為東西資料的傳輸通道，制造企業将持續受益于東數西算帶來的資料增長，預測将帶動光纖光纜行業需求向好。另外大陸早期建設的通信傳輸骨幹網按照25年的光纖設計壽命，1997年前後骨幹網中敷設的光纖光纜需要全面啟動更換更新，也将拉動G.654.E光纖的應用。由于G.654.E光纖的性能優勢，加上規模化應用，G.654.E光纖制造成本也會有一定的下降空間。可以預見随着G.654.E光纖在骨幹網的規模應用，下一步也将會在省際省内線路上得到全面應用，并有可能進一步使用到城域網。G.654.E光纖必将取代G.655光纖和G.652光纖成為光纖傳輸傳送承載網絡更新換代的首選。這将給光纖光纜行業帶來新的市場機會和發展空間。
展望
與正常光纖相比，G.654.E光纖制造技術難度高、環節複雜，對材料體系的優化配方與制棒工藝及拉絲要求也非常高。随着不斷攻堅克難，以長飛為代表的國内G.654.E光纖的制造水準取得了突飛猛進的發展，技術水準已經趕超國際先進水準。
長飛早在2010年就開始了新型超低損耗大有效面積光纖的研發攻關；2015年正式釋出遠貝超強超低損耗大有效面積光纖，成為國内首家、全球第三家擁有該項光纖産品的廠商，也是國内率先掌握該項産品生産技術的企業，填補了大陸在這項技術上的空白；2018年，長飛以遠貝超強超低衰減G.654.E光纖為标志性産品，申報的“新型光纖制備技術及産業化”項目榮獲2017年度國家科學技術進步二等獎。經過多年的探索創新，長飛G.654.E光纖産品已完全實作制備裝置、工藝、關鍵原材料的國産化及自主可控。與此同時，長飛還積極推進G.654.E國際标準制定，為G.654.E光纖的标準化、産業化做出了突出貢獻，為國産化G.654.E的産業化規模應用奠定堅實基礎。
緻力于G.654.E光纖應用及推廣，長飛多年來聯合營運商及裝置廠商進行新型G.654.E光纖的應用創新研究，多次參與大容量、長距離、高速率的傳輸測試，不斷取得新突破。長飛遠貝超強超低衰減G.654.E光纖已成功應用在中國移動、中國電信、中國聯通的多個G.654.E幹線光纜線路工程項目，并通過現網400G測試及800G長距離傳輸測試，支援未來10年到20年的網絡需求，能為5G時代國際及國内骨幹網擴容、雲化資料中心互聯發展和“東數西算”運力大動脈建設提供最佳光纖光纜解決方案。
今年長飛以第一名中标中國電信、中國移動G.654.E幹線光纜項目，再次展現了長飛公司在G.654.E等新型光纖技術實力和綜合實力的行業持續領先地位。
中國通信事業的長足發展，給電信營運商帶來了持續的活力和發展空間，并最終走在了世界通信行業發展的前列，同時帶動了中國網絡裝置制造和光纖光纜産業的發展，從引進吸收消化到最終超越，使得包括光纖光纜在内的中國通信行業全産業鍊整體全球領先，為國家通信網絡的更新換代提供了可靠堅強的技術和産品保證。随着東數西算的建設實施，中國資訊通信事業必将沖破疫情帶來的疲弱，迎來一個新的高速發展時代。
End
作者：資訊光子學和光通信國家重點實驗室
北郵華飛研究所 李春生
責編/版式：範範
稽核：申晴
監制：劉啟誠
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