8月3日，以“智简全光助万物光联”为主题的2022中国光网络研讨会在京隆重召开。会上，工信部通信科技委常务副主任、中国电信集团公司科技委主任、中国光网络研讨会大会主席韦乐平发表了《全光传送网扩容路径的预判》的主题演讲，分享了全光传送网的流量新趋势，以及扩容路径。
▲韦乐平, 工信部通信科技委常务副主任、中国电信集团公司科技委主任、中国光网络研讨会大会主席
一、全光传送网的流量新趋势
传送网的流量主要来自路由器，而路由器端口速率的提升可以减少IP链路数量，简化路由部署，因而路由器端口的速率在不断提升。路由器端口速率的每一次提升都会驱使相应传送网线路速率也随之升级，与之匹配，减少传输成本。多年来这一规律一直未变。
近些年来，IP网络架构的扁平化带来更多的连接局向及东西向流量，明显减轻了核心路由器端口速率提升的压力。另一方面，骨干光缆网的物理路由很少，大量不同局向的IP链路汇聚在有限的光缆物理路由上，导致光传送网的链路容量增速比核心路由器更快更早的出现400G速率的需求。
关于CTC骨干传送最大链路容量趋势，有数据显示，2010-2020年这10年传送网总容量年均增长33%;未来10年降至14%。2016年后已有多个传输链路段容量超30T，2021年最大传输链路段容量118T，预计到2030年最大传输链路段容量将近400Tb/s。
二、全光传送网的扩容路径
韦乐平表示，“全光传送网有六条扩容路径，分别是扩展频谱、提升速率、提高谱效、延长距离、多芯光纤、多纤光缆。”
光域扩容路径一：扩展频谱
传统C波段4THz支持100G✕80波，单纤总容量8Tb/s。C+波段4.8THz支持100G✕96波，单纤容量提升20%。扩展C+波段6THz支持100G✕120波，单纤容量提升50%，达12Tb/s。扩展C+波段和L+波段12THz支持240波，单纤容量提升约为200%，达16Tb/s。目前已能支持11THz的谱宽。
需开发C+和L+一体化光器件(新掺杂光放、激光器、WSS、CL光纤等)、解决多通道光功率的动态均衡、非线性补偿等技术难点。C+L+S波段165nm扩展约5倍，面临更大的挑战。近中期，频谱扩展50%乃至达200%。中长期，频谱扩展5倍有技术可能。
光域扩容路径二：提升速率
100G是目前长途主要速率，200G也已在长途规模应用。400ZR/400G ZR+已能在城域DCI、城域接入、城域核心、区域骨干网等中短距场景应用。
130G波特QPSK单波400G将是下一代长途主用速率，距离能从600公里提升至1500公里，可覆盖99%长途网复用段距离，技术障碍oDSP即可突破(2023年)。800G短距可商用，中距有希望。
近中期，长距单波速率提升2倍，短距提升4倍有望。中长期，长距单波提升4-8倍可望而难及。在技术挑战方面，主要靠oDSP和超级FEC的突破性进展。
现如今，400G时代已经开启。数字经济转型带来大量新业务、新应用、新技术、新模式，对底层网络的架构、容量、速率、性能、可用性提出了新的要求。
数据中心(DC)率先开启向400G的过渡，2019年400G已开启应用，2023年将成为主导。公用电信网在网络边缘也开启向400G的过渡，400G是未来5年光模块的主要增长点，复合增长率达到44%。OIF的400ZR、Open ZR+和OpenRoadm MSA的400ZR+。
硅、硅光和DSP进展催生了通用光模块，数字相干可插拔光模块，突破尺寸、成本、功耗障碍，适用多系统、多拓扑、多场景。CTC区域/长途网多个段落容量超30T，最高超110T，用单波400G WDM替代单波100G WDM，可节约大量昂贵的转发器和光纤。
目前一代的商用oDSP采用7nm、96GB波特率、64QAM调制码型已能够支持800G速率短距离传输。新一代的oDSP采用5nm、130GB波特率、QPSK调制码型能支持400G速率1500公里的长距离传输。
oDSP算法具有三个关键，分别是概率整形(PS)、高性能前向纠错(CFEC，OFEC)、数字副载波调制(DSCM)。
PS可望提升光信噪比大约2dB，高性能FEC通过级联编码和软判决结合多次迭达译码，可获取高达约12dB的净编码增益。DSCM不仅可以增强高波特率信号对色散和滤波的容忍度，还能增强对非线性的容忍度。
800G的发展状况和路径，第一阶段是嵌入式光模块。2021年底，Ciena和Infinera宣布短距离800G光模块已经商用，采用7nm和90GB+波特率oDSP技术。由于技术制约导致的尺寸限制，目前产品依然是集成在光线路系统的线路板上的嵌入式光模块。
第二阶段是相干数字可插拔光模块，为支撑这一目标的实现，需要至少5nm和13GB+波特率oDSP的支撑，预计不远的将来短距离系统有望。最新的进展是Acacia采用5nm和140GB波特率oDSP，已经能够在150GHz通道间隔下传送1.2T速率的信号。
光域扩容路径三：提高谱效
100G速率及以下，谱效率提升与速率提升基本成正比例，100G的谱效率约为2。100G速率及以上，谱效率越高，需更高OSNR，更大发送功率，光纤非线性呈现，传输距离缩短，谱效率提升速率趋缓。
提高谱效率理论上靠更高QAM星座数，但距离缩短，实现代价更高，干扰容限更小;实践上主要靠更高波特率支持，预计130GB+波特率oDSP问世后，可以支持400G QPSK码型的长途传输。长远看，期望256QAM结合200G+波特率技术有突破。
可见，谱效率提升受限光纤非线性，已趋饱和，扩展空间十分有限。
光域扩容路径四：延长距离
增加信号功率S：空间不大，受限于光纤非线性和激光器寿命，超低损大有效面积光纤有一定空间，G.654E已标准化和实用化。
降低噪声功率N：空间不大，受限于光纤损耗和光放噪声系数3dB，超低损大有效面积光纤有一定空间，G.654E已标准化和实用化。
采用G.654E光纤有望比G.652D光纤延长距离80%。依靠光器件性能的改进和基于AI的认知光技术，有望减少系统设计裕度3dB左右，难度大，尚在研究阶段。中期，400G达到1500公里距离。长期，800G达到1500公里距离。而支持G.654E光纤熔接的COMWAY康未光纤熔接机深受市场欢迎。
光纤熔接机
光域扩容路径五：多芯光纤
据报道，多芯光纤(MCF)可在同一包层内容纳3-37芯，可扩容3-37倍。为兼容125um包层，规避密集芯间的干扰，只能容纳3-4芯。器件和子系统需全面突破，含光放大器、收发器、光滤波器、光交换器件，信号监视器等。
光纤光缆的设计、生产、连接、施工、维护将全部重建。仅仅节省几根光纤，却需要几乎是光通信全产业链的重新设计和产业化，代价巨大，得不偿失。
可见，多芯光纤的扩容空间有限，但是代价巨大，主要适用于物理空间高度受限的短距海缆系统。
光域扩容路径六：多纤光缆
基于一缆多纤的空分复用是最现实的长期扩容途径，简单易行、可线性按需扩容且扩容幅度大(几十倍)，能满足长期容量需求的基础解决方案，结合G.645E光纤可作为长途高容量路由长期扩容的基本架构。
对400G系统，光缆的成本不到总造价5%，影响不大。为了降低总成本，需要开发高密度光缆、高密度端口、高密度集成光放大器阵列等，代价可控。
近中期，骨干光缆结合现有扩容技术能基本满足容量需求。长远期，高容量路由敷设高芯数光缆(1000芯+)，结合现有扩容技术可以满足20年以上容量需求。
光缆费用占系统总造价比例随芯数增加而下降，500芯和1000芯常规G.652D光缆占总造价比例分别为1.8%和1%左右。采用G.654E光缆后，500芯和1000芯光缆占比仅分别提升至4.8%和3.5%。
多纤空分复用再结合现有扩容技术最简便、扩容大、成本低，是现实的长期扩容途径，有望满足20年以上需求。
三、全光交换节点技术的扩容路径
光交换节点扩容路径一：波长交换
作为波长交换的核心器件WSS的扩容是关键，提升单纤容量TDM方向有一定空间，但空间有限。扩展频谱范围WDM方向有一定空间，但空间有限。增加端口数有扩展空间，但空间也将受限。
随着全光网规模的扩大、网络拓扑的扁平化，以及向城域网的延伸，网络结构越来越复杂，光交换节点方向数及WSS的端口数需求也越来越大。
目前端口扩容主要采用分区技术扩容，从单WSS到双WSS至四WSS，端口数也相应增加2至4倍。32维双WSS已规模商用，后续将可能是48维-64维-80维-120维，难度越来越大，主要挑战是端口隔离度难达标。
光交换节点扩容路径二：光纤交换
基于波长交换的扩容趋势是以20/32维为主，64维ROADM的600T容量可满足2023年/2024年最大容量需求。80/120维波长交换架构下不同波长间不能无约束交换，阻塞率随端口数非线性快速增长，阻塞率远高于阻塞率随端口线性增长的空分交换方式，因而扩容空间受限。
高于64维有可能不得不采用节点分裂的扩容方式，基于光纤空分复用和交换方式的扩容，潜力大、需求强、经济性。
近中期，继续依靠波长交换方式的ROADM扩容。中长期，节点分裂扩容方式。长远期，节点和链路靠光纤空分复用和交换技术。
