光通信2023：速率代际突破，机遇与挑战并存
作者：中国信息通信研究院技术与标准研究所所长 张海懿
【慧聪通信网】2023年进入尾声，回顾这一年，对于光通信领域也是充满机遇与挑战的一年，今年的热词一定有人工智能、大模型、算力、数据中心等等，光通信作为数字经济的全光底座，与这些上层技术和应用都有密切的关系。
人工智能和大模型的兴起进一步带动智算中心的发展，智算中心间的大容量、低时延、高品质互联需求对网络提出新的挑战，智算中心内的高速率、超低时延互联需求既带来了高速模块在容量和需求上的进一步提升，同时也引起业界对数据中心内全光互联等新的解决方案的高度关注。光通信在高速率、大容量、智能化、低功耗等方向持续演进和发展，在光传输、光接入、光器件模块、产业应用推动等领域都有一些标志性的成果和事件，让我们来一一回顾。
梳理2023：400G、50G PON等成热点
2023年成为400G干线传输系统商用元年，启动一个新的速率代际。近几年，中国电信、中国移动、中国联通三大运营商围绕400G开展了多场景实验室测试和现网试点，主要有16QAM、16QAM-PCS、QPSK三种调制技术，具有不同的频谱效率和传输距离。
QPSK的波特率约为130GBaud，是骨干网络部署较理想的选择，能有效减少电中继，从而降低成本和能耗，是业界公认的引领骨干传输网的下一个大的技术代际。中国移动于11月初率先启动了最高限价约36.3亿元、400G端口数量超万个的省际骨干传送网400G OTN新技术试验网设备集中采购项目，开启了在全球规模部署400G超长距传输系统的序幕。
伴随着400G商用，C+L波段扩展也逐步趋于成熟，C6T+L6T的干线应用也逐步提上议事日程，放大器的C波段6THz EDFA已经商用，L波段EDFA基本满足商用要求，性能还有进一步优化的空间。其他核心器件如C和L波段的ITLA/AWG/WSS/OSC/OPM等器件已无技术障碍，逐步趋于成熟，但是“C+L”一体化方案仍面临挑战，一体化器件的全部成熟还需一段时间。
面向未来，国内运营商会结合各自的业务情况、网络发展规划和和技术发展路线，逐步向400G演进过渡，干线层面400G QPSK C6T+L6T已经形成基本共识，但400G中短距存在不同应用场景，需要综合考虑频谱效率、传输性能和低成本部署等多方因素。可以预见，未来几年，围绕400G的技术方案、应用策略和实际部署都会是业界关注的重点。
在光接入领域50G PON和FTTR成为宽带光接入聚焦点。截至2023年，华为、中兴、烽火等企业均已发布了单波长50G PON样机，三大运营商也已完成50G Combo PON、对称50G PON、50G PON工业应用等不同场景下现网试验，50G PON的行业标准相继发布，国际标准也在稳步推进过程中，预计2025年50G PON将在我国开始规模商用，将推动我国泛在万兆全光接入的应用步伐。在家庭光网方面，FTTR总体架构、物理层、数据链路层国际技术标准在ITU-T陆续获得通过，确定了高速光纤用户驻地收发器的系统架构，定义了FTTR的波长和光链路预算、物理层和链路层成帧和交互协议等。截至目前，国内FTTR出货量已经超过1000万套，用户增速迅猛。
在光器件领域，光电合封（CPO）、线性驱动（LPO）等可实现能耗效率优化及时延降低的技术成为业界研究热点。具体来看，博通、思科、英伟达、新华三、锐捷、熹联光芯、腾讯等相继发布CPO样机或开展合作预研；光迅、海信、索尔思、华工正源、剑桥、迅特、Macom、Semtech等纷纷推出LPO相关样品，但在光电性能、交换机适配、测试方法等方面仍存在尚未解决的问题。标准化方面，OIF已发布3.2T CPO和外置光源实施协议，并正在开展线性112G电接口规范制定；IPEC开展了800G LPO光模块异厂家互通、以及与交换机的兼容性等测试，并准备发布LPO研究报告；CCSA已完成CPO相关研究课题，正在讨论LPO相关立项，进一步推动技术产业发展。
在推动产业应用方面，中国信通院组织举办第二届“光华杯”千兆光网应用创新大赛，征集千兆光网典型应用超过1万7千个，在全国范围内选树优秀应用标杆示范，掀起千兆光网应用热潮。深入开展追光计划-工业领航等行动，分阶段、分类型、分应用场景，逐步打造“全光工厂”，研究发布建设标准；指导发布千兆光网垂直行业产业链名录信息，牵引推动全环节产业链发展；研究发布工业制造企业千兆光网建设指南，分工业门类和细分行业指导制造业光网升级和应用赋能。针对中小微企业，研究发布千兆光网部署应用解决方案，推进示范推广，支撑数字化转型。通过指导产业链和垂直行业协同推进，推动千兆光网应用覆盖辐射超过80%的国民经济大类。
展望2024：呈多元化融合创新演进趋势
面向2024年，超高速率、超大容量、智能化管控，并且适配多应用场景仍是未来高速光通信的整体发展趋势，此外，光传感、光计算等光信息处理技术快速发展，将逐步与光通信等领域交叉融合，呈现多元化融合创新演进趋势。
在传送网、光模块器件及信息处理领域，2024年，800G/1.6T光传输系统和模块器件将持续为行业的重要关注点，同时集成化、大容量、低能耗也是光传输系统及模块器件的重要发展趋势；“C+L”波段系统相关的光放、器件和系统仍有进一步优化空间；空分复用是光纤突破Pbps容量的可期路径，国内还需加大产业化研究和可行性应用试验；空芯光纤研究热点持续；智能化、确定性、数字孪生等技术持续与光网络融合发展；CPO/LPO、以及可能新出现的其他XPO等延续竞争发展；通感一体、光计算与光互联等关键技术有待加速突破。
在接入网领域，50G PON和FTTR为实现端到端万兆全光接入提供了理想的解决方案。2024年，50G PON将进一步深化应用场景，扩大试点范围，在光网发展领先地区率先实现50G PON的小规模部署，逐步推动万兆城市的建设。随着FTTR标准正式发布，家庭场景下将由目前1.25G/2.5G非对称FTTR逐步转向2.5G对称速率的FTTR的部署，更好的匹配家庭东西向业务流量的承载，面向小微企业的10G速率FTTR预计也将迎来规模应用。
