光通信新的發展方向:從NGOF擴展C波段WDM白皮書談起

光纖在線編輯部  2020-01-16 09:24:08  文章來源:自我撰寫  版權所有,未經書面許可嚴禁轉載.

導讀:這份“擴展C波段波分復用系統”技術白皮書簡明扼要,深入淺出,內容全面,堪為新一代光通信系統的教科書,我想這也是NGOF的“準確規劃,推動創新 加速落地 示范引領”使命體現吧。推薦大家都去讀讀這份白皮書。

1/16/2020, 上周在深圳鹽田凱悅酒店舉辦的NGOF大會上,中國電信北京研究院張安旭博士介紹了他們發布的“擴展C波段波分復用系統”技術白皮書。會后我也下載并認真拜讀了三遍,寫一點讀后感想作為總結。

第一個問題,什么是擴展C波段?C波段指的是1530nm到1565nm的光通信波段,從頻率上看是195.9THz到191.6THz,大約可使用范圍4.8THz。在這個頻譜范圍內現在的光通信系統可以支持80波或者96波,頻率間隔50GHz。而擴展C波段是在此基礎上向短波長和長波長頻譜擴展,其目標是實現50GHz間隔下的120波,從頻域看是擴展到6THz。

第二個問題,為什么要擴展?剛開始學習光纖通信的時候老師都會說光纖通信的優點之一就是頻譜幾乎無限寬,沒有無線通信常見的頻譜資源限制。但是隨著數據流量的指數性增長,光纖的容量問題近年來越來越成為學術和產業關注的焦點。WDM技術出現以后,近年來新的調制方式及頻譜整形技術(頻譜效率逼近香濃極限,大約在5bit/s/Hz)結合偏振復用,空分復用甚至角動量復用等各種復用手段層出不窮,光纖系統的傳輸容量記錄不斷被拓展。但是這些手段并非沒有問題。由于香農極限的限制,頻譜效率提高卻不能同時讓傳輸距離增長,因此這條路已經快走到頭,而SDMA等其他復用方式顯然成本上還很難降低。擴展現有光纖系統的傳輸容量成為最直接的手段。

第三個問題,擴展C波段有競爭的方案嗎?與這個方案相對應的是C+L波段的擴展手段。相比來說,筆者以往聽到更多的后者,而擴展C波段是第一次聽到,因此耳目一新。L波段1565nm到1625nm,因此C+L波段可以實現接近9.6THz的帶寬,比擴展C波段更好。但是問題是L波段在傳輸性能劣化及因此帶來的運維復雜性,成本提升方面的缺點似乎更多。白皮書對此有詳細的介紹。

第四個問題,擴展C波段的難點在哪里?初學光通信都會學習光通信的三個波長窗口,因此光通信其實也是受到頻譜限制的。但是隨著2003年G.652C無水峰光纖的推出,理論上長波長光纖可用頻譜資源已經可以拓展到1260nm到1675nm,所以光纖自身的問題已經解決了一大半。但是更大的問題其實來自光器件層面,尤其是光放大器,光調制器等有源器件,甚至WSS這樣的無源器件由于其背后的LCOS工藝同樣對帶寬有限制。在白皮書的第3章,專門討論了這些關鍵器件技術。以光放大器技術為例,以往的產品無法支持這么大范圍的均勻放大,GFF增益平坦光纖的引入勢必增加噪聲指數NF,因此帶來系統性能的劣化。解決的辦法一個是改善EDFA的結構,一個是從EDF光纖入手。這些技術以往聽說過,但是顯然現階段其實用價值更大。開發EDFA的廠商未來可能會更加重要。不僅是器件,系統層面的設計同樣重要。擴展波段下,所謂受激拉曼散射SRS帶來的影響不可忽視。如何控制,補償SRS效應,以往可能不用重視,擴展C波段下卻不得不做。

第五個問題,擴展C波段系統現在的進展如何?白皮書第4章給出了擴展C波段關鍵部件成熟度的分析,看得出來,除了摻鉺光纖落后美國,中國在各個領域都表現不錯?雌饋黹L飛這些公司要加油了。以光迅量產的數據來看,擴展C波段的EDFA的NF比C80/96波段的劣化已經可以控制在0.5dB以內。

第六個問題,白皮書有什么沒有想到的嗎?實事求是說,白皮書所涉及的技術超過了筆者的知識水平,因此閱讀白皮書是一個很好的學習過程。如果一定班門弄斧的話,在閱讀的過程中筆者也在想如果半導體光放大器技術SOA,甚至當年的O波段光纖放大器技術能夠成熟的話,我們今天是不是有更多的選擇。凡是產業形態發展背后都是成本和技術的博弈。今天對于擴展C波段影響最大的是放大器技術和非線性效應,如同相干通信卷土重來一樣,當年的孤子傳輸(可以很好克服非線性問題)會不會再次因此而受到重用呢?

張安旭博士是筆者在東南大學的學弟,后來赴北郵深造,畢業后加入電信北京研究院。這份“擴展C波段波分復用系統”技術白皮書簡明扼要,深入淺出,內容全面,堪為新一代光通信系統的教科書,我想這也是NGOF的“準確規劃,推動創新 加速落地 示范引領”使命體現吧。推薦大家都去讀讀這份白皮書。
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