通信世界網消息（CWW）400G全光網作為光傳送網下一個發展周期的代際性變革技術，是未來承載算力高效流通的全光底座。日前，中國移動在北京召開“400G OTN省際骨幹網首條鍊路貫通及應用釋出會”，宣布自主研發的全球首條400G全光省際（北京—内蒙古）骨幹網正式商用，标志着400G OTN(光傳送網)商用元年正式開啟。
中國産業力量主導400G骨幹網技術路線
調制碼型是超高速率傳輸的關鍵技術之一，直接決定系統技術方向，收斂多種競争碼型是400G技術發展需要解決的首要問題。2018—2021年，國内産業界先後推出了采用16QAM（正交振幅調制）和16QAM-PCS（機率整形技術）實作單通道400G傳輸的技術路線。經過産業界多年的努力，400G 16AM-PCS的B2B OSNR（光信噪比）容限已達17.5dB，可滿足基于G.652.D光纖的經典商用場景需求，并支援1000km的點對點傳輸和720km的逐跨OXC（光交叉連接配接）組網傳輸。然而，大陸幅員遼闊，對于“東數西算”工程超長距離、超低延遲時間要求，須考慮OXC全光組網及1500km以上的傳輸能力，此外對于引入光層保護的跨段，還要增加大約4.5dB的額外插損。可見，400G 16QAM-PCS技術難以較好滿足大陸的長距骨幹網傳輸實際需求。是以，中國移動确定了骨幹400G采用QPSK調制、130GBd高波特率光器件、“C6T+L6T”的寬譜高速光通信技術路線。
在100G時代，信号波特率約3 0 G Bd，可基于C 4T波段在50GHz通道間隔下實作80波系統。而對于400G QPSK，信号波特率提升4倍至約130GBd，通道間隔為150GHz，80波400G QPSK系統需要擴充到12THz的“C6T+L6T”波段。可見，400G QPSK的應用離不開超高波特率、超寬譜等技術的突破，也正因為技術難度大且對晶片、器件要求高，發展初期産業界對投入QPSK端到端研發曾一度存有顧慮。
為推動400G QPSK技術發展，中國移動在超高波特率方面拉動産業攻關高速光管芯、高性能DSP算法、先進晶片制造技術，共同推動信号波特率從30GBd提升至130GBd，滿足400G QPSK高性能傳輸需求。目前，大陸華為、中興、烽火等裝置廠商已完成400G QPSK子產品的研發并具備系統測試和規模商用的能力，走在了全球400G高速光子產品技術發展的前列。
在超寬譜方面，寬譜器件與寬譜系統是業界主要面臨的兩大挑戰。在波段範圍擴充至“C6T+L6T”後，傳統铒纖在L波段長波面臨激發态吸收、團簇效應等不理想因素，EDFA（摻铒光纖放大器）出現了L波段長波增益低、放大器體積大、不同波段難以一體化放大等新技術難題，WSS（波長選擇開關）、ITLA（內建可調諧雷射器元件）等其他光層核心元件也面臨波段擴充所帶來的相似的技術挑戰。基于技術攻關和産業拉動，目前L6T光放大器已基本可用，未來力争優化噪聲系數達到與C6T差異小于1dB的水準，但一體化光放大器還有待進一步協同攻關；WSS在C和L波段的性能已基本相近，且産業上已實作“C+L”一體化WSS“從0到1”的突破，未來應拉動全産業繼續向一體化12THz“C+L”波段WSS演進；分體式ITLA性能已滿足規模應用需求，線寬小于150kHz，支援400G超1500km傳輸，未來需優化雷射器增益區與選頻光腔，推進ITLA由分體式向“C6T+L6T”一體化演進。
在寬譜系統層面，“C6T+L6T”波段最長與最短波的頻差達12.5THz，已經非常接近SRS（受激拉曼散射）效應的13.4THz增益峰值。在SRS效應的作用下，短波信号功率将被長波抽取，造成顯著的波道間功率不平坦，導緻系統整體傳輸性能的劣化。我們通過實驗證明：80波配置的“C6T+L6T”400G QPSK信号經過一個80km G.652.D标準跨段傳輸後，産生的最大功率轉移就已高達7dB，而在同等實驗條件下，100時代使用的C4T波段僅存在小于1dB的功率轉移。此時，滿波配置的400 QPSK系統均衡除了面臨12THz寬譜、跨“C+L”波段兩大挑戰外，還需處理SRS效應所緻的功率轉移問題，保證系統末端各通道性能相近。需要注意的是，盡管頻譜擴充至12THz“C6T+L6T”後SRS效應帶來的功率轉移問題凸顯，但也減小了L波段長波的等效跨損，補償了L波段長波信号因EDFA噪聲系數和增益性能較差而損失的性能，起到了降低L波段放大器性能要求的作用。基于SRS效應與光放大器的合理比對，我們已在靜态環境下實作均衡後OSNR平坦度≤±0.25dB、功率平坦度
中國移動協同産業各方加速400G QPSK技術和産業成熟
為推動中國光傳送網産業加速進入400G全光網時代，中國移動持續開展400G實驗室與現網試驗研究。2023年在甯波、北京、貴陽舉辦了3次技術進展釋出會，宣布實作400G長距傳輸3項世界紀錄，聯合産業基本建構了涵蓋晶片、器件、子產品、裝置、系統的自主可控産業鍊，有力推進了400G QPSK技術和産業成熟。
在實驗室研究方面，2022年8月，中國移動依據“浙江甯波—湖南邵陽”的現網場景在實驗室搭建G.652.D光纖全模拟鍊路，聯合産業夥伴基于業界首款400G QPSK工程樣機完成16QAM-PCS和QPSK的同環境對比研究。該實驗室鍊路全長2018 k m，合計32個跨段，其中跨損22dB以上的大損耗跨段占比達56%，更有28.13%的跨段損耗超過2 5 d B。為弱化O S N R的劣化，有8個大損耗跨段采取了“E D FA+拉曼放大”的混合放大方式，其餘跨段均為純E D FA放大。實驗結果表明：相比16QAM-PCS，QPSK在背靠背OSNR容限與入纖功率兩方面均具有>1dB優勢，整體傳輸性能提升5 0%以上，确為更具優勢的骨幹光傳送網解決方案。此外，本次試驗還進一步完成了3038km 400G QPSK極限傳輸性能驗證，末端O S N R餘量超3 d B，進一步論證了QPSK是可深度比對400G骨幹傳送網應用需求的技術路線。2023年5月，中國移動在北京舉辦“《下一代全光骨幹傳送網白皮書》釋出會”，展示了基于G.654.E光纖和純EDFA放大實作的“C6T+L6T”波段400G QPSK 7000km傳輸成果，是目前實驗室測試的最高水準，論證了G.654.E光纖在提升超高速、超寬譜光傳輸系統性能方面的優越性。
在現網研究方面，2023年3月，中國移動在甯波舉辦“光網築底算力揚帆——中國移動算力網絡400G全光網技術試驗階段總結暨産業推進研讨會”，釋出世界最長距離400G光傳輸技術試驗網絡。在預留0.06dB/km光纖維護餘量的前提下，實作了基于G.652.D光纖、“EDFA+拉曼混合放大”的甯波至貴安5616km傳輸，且系統末端仍具有2.2dB的OSNR餘量，驗證了QPSK的長距傳輸能力。2023年6月，中國移動在貴陽舉辦“中國移動‘九州’算力光網白皮書暨産業發展倡議釋出會”，基于G.652.D光纖完成了全球最長距離的純EDFA經典商用場景80×400G QPSK 1673km現網試驗，鍊路含30個跨段、平均跨段損耗19dB，在預留0.06dB/km光纖維護餘量的前提下，系統末端OSNR餘量6.4dB，檢驗了400G QPSK面向商用部署的系統能力。此外，進一步采用“EDFA+拉曼混合放大”實作了“C6T+L6T”波段的80×400G QPSK 2502km現網傳輸，系統末端OSNR餘量約4dB。相關技術研究成果被央視新聞聯播等行業内外權威媒體廣泛報道并給予高度評價，并獲“光華杯”全國一等獎、全球光通信頂級盛會ECOC（歐洲光通信會議）唯一光傳輸獎（六大産業獎之一）、2024年世界移動通信大會“全光技術創新與數字化使能獎”等多項業界重量級獎項，有力提升了大陸400G産業的全球影響力。
基于體系化的技術研究，中國移動于2023年11月率先完成全球首次400G裝置規模集采、12月啟動工程實施，在2024年2月27日貫通全球首條400G“東數西算”鍊路（北京—内蒙古，711km，8個OA站），并于3月8日在北京召開“光耀‘九州’，逐光聯算——400G OTN省際骨幹網首條鍊路貫通及應用釋出會”，正式開幹400G OTN全光網絡規模商用元年。此外，中國移動計劃在2024年中全面實作京津冀、長三角、粵港澳大灣區、成渝、内蒙古、貴州、甘肅、甯夏等八大“東數西算”國家樞紐叢集的400G高速互聯，以全網超135個城市覆寫範圍、超30PB的算力排程容量、小于20ms的算力樞紐間時延，打造全球規模最大、覆寫最廣的400G跨區域、多層次的全光高速直連骨幹網絡，催生數智化的新産業、新模式、新動能，加快新質生産力發展，惠及千家萬戶、賦能千行百業。