“東數西算”助推光纖升級換代，G.654.E光纖迎來(lái)高速增長(cháng)

      作者：李春生 信息光子學(xué)和光通信國家重點(diǎn)實(shí)驗室，北郵華飛研究所

  ICC訊 早在2016年10月，國家就強調要加強信息基礎設施建設，推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和實(shí)體經(jīng)濟深度融合，加快傳統產(chǎn)業(yè)數字化、智能化、做大做強數字經(jīng)濟，拓展經(jīng)濟發(fā)展新空間，并指出要建設全國一體化的國家大數據中心，推進(jìn)技術(shù)融合、業(yè)務(wù)融合、數據融合，實(shí)現跨層級、跨地域、跨系統、跨部門(mén)、跨業(yè)務(wù)的協(xié)同管理和服務(wù)。2021年10月，習近平總書(shū)記在主持中共中央政治局第三十四次集體學(xué)習時(shí)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、云網(wǎng)融合、智能敏捷、綠色低碳、安全可控的智能化綜合性數字信息基礎設施，打通經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展的信息“大動(dòng)脈”。

  數字經(jīng)濟和東數西算

  數字經(jīng)濟是以數據資源為關(guān)鍵要素，以現代信息網(wǎng)絡(luò )為主要載體，以信息通信技術(shù)融合應用、全要素數字化轉型為重要推動(dòng)力，促進(jìn)公平與效率更加統一的新經(jīng)濟形態(tài)。當前數字經(jīng)濟發(fā)展速度之快、輻射范圍之廣、影響程度之深前所未有，正推動(dòng)生產(chǎn)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(jīng)濟結構、改變全球競爭格局的關(guān)鍵力量?！笆濉睍r(shí)期，我國深入實(shí)施數字經(jīng)濟發(fā)展戰略，不斷完善數字基礎設施，加快培育新業(yè)態(tài)新模式，推進(jìn)數字產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)業(yè)數字化取得積極成效。2021年3月，《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會(huì )發(fā)展第十四個(gè)五年規劃和2035年遠景目標綱要》提出，“十四五”時(shí)期，我國數字經(jīng)濟轉向深化應用、規范發(fā)展、普惠共享的新階段，要加快構建全國一體化大數據中心體系，強化算力統籌智能調度，建設若干國家樞紐節點(diǎn)和大數據中心集群。

圖1 東數西算樞紐節點(diǎn)布局

  2022年2月，國家發(fā)展改革委高技術(shù)司宣布8個(gè)國家算力樞紐節點(diǎn)和10個(gè)國家數據中心集群完成批復，全國一體化大數據中心體系完成總體布局設計，“東數西算”工程正式全面啟動(dòng)(見(jiàn)圖1)。所謂“數”指數據，“算”是算力，即對數據的處理能力，“東數西算”是通過(guò)構建數據中心、云計算、大數據一體化的新型算力網(wǎng)絡(luò )體系，將東部算力需求有序引導到西部，優(yōu)化數據中心建設布局，促進(jìn)東西部協(xié)同聯(lián)動(dòng)。按照大數據中心全國一體化布局，8個(gè)國家算力樞紐節點(diǎn)將作為我國算力網(wǎng)絡(luò )的骨干連接點(diǎn)，發(fā)展數據中心集群，開(kāi)展數據中心與網(wǎng)絡(luò )、云計算、大數據之間的協(xié)同建設，并作為國家“東數西算”工程的戰略支點(diǎn)，推動(dòng)算力資源有序向西轉移，促進(jìn)解決東西部算力供需失衡問(wèn)題。

  東數西算干線(xiàn)光纖的選擇

  “東數西算”網(wǎng)絡(luò )布局空間跨度大，數據傳輸更為頻繁，用戶(hù)對時(shí)延要求更高，現有骨干網(wǎng)絡(luò )的性能難以勝任。事實(shí)上隨著(zhù)數據流量不斷增長(cháng)，傳統承載網(wǎng)的數據傳輸和帶寬壓力不斷增加，骨干網(wǎng)傳輸速率將從100G不斷向200G/400G等更高速率升級。根據預測(見(jiàn)圖2)，未來(lái)2年，超100G網(wǎng)絡(luò )在整體市場(chǎng)份額中將超過(guò)60%，并且400G+將成為超100G網(wǎng)絡(luò )的主流應用。中國移動(dòng)研究院專(zhuān)家表示，從骨干網(wǎng)層面來(lái)看，單波400G即將開(kāi)啟，并進(jìn)入長(cháng)周期。因此，提前部署支持200G、400G系統的光纖光纜產(chǎn)品是建設高速信息網(wǎng)絡(luò )的基礎。但現網(wǎng)中使用的G.652光纖，已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足未來(lái)光傳輸網(wǎng)絡(luò )超高速率、超大容量、超長(cháng)距離的傳輸需要。

圖2.全球超100G網(wǎng)絡(luò )市場(chǎng)預測

  從技術(shù)層面看，增加網(wǎng)絡(luò )容量的有效方式是提高頻譜效率，如通過(guò)高階調制或者提高單波的波特率等方式，將現在的100G網(wǎng)絡(luò )升級為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(huì )導致系統對光信噪比更高的要求，從而降低系統的傳輸距離，這極大的限制了長(cháng)途傳輸網(wǎng)絡(luò )的性能。當網(wǎng)絡(luò )向更大容量升級時(shí)，若采用常規方式則需要使用更多的中繼站或拉曼放大器，但這些方式將導致額外高額的投資。事實(shí)上提高網(wǎng)絡(luò )傳輸性能是一個(gè)系統工程，如400G長(cháng)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(shù)(C+L)等關(guān)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(gè)途徑：一是增大光纖的有效面積Aeff，目的是提升入纖功率;二是降低光纖鏈路衰耗;三是降低光纖放大器噪聲系數。因此業(yè)界開(kāi)始探討使用更具有性?xún)r(jià)比的新型光纖技術(shù)來(lái)支持高速傳輸系統，兼具有超低損耗和大有效面積特性的光纖可以支持高速系統傳輸更遠距離和更長(cháng)跨段。2016年ITU-T討論通過(guò)了G.654.E光纖標準，這種新型的光纖與常規G.652光纖相比，有效面積更大，截止波長(cháng)更長(cháng)，對C波段的傳輸性能進(jìn)行了優(yōu)化，也具有支持未來(lái)L波段的能力。從超高速傳輸技術(shù)發(fā)展來(lái)看，兼具低非線(xiàn)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(lái)Tbit/s超高速傳輸技術(shù)的首選光纖，這在業(yè)內已成為共識。

  在建立400G光系統的過(guò)程中，光纖依然是最基礎的資源，為了配合400G時(shí)代的開(kāi)啟，需要加快G.654.E新型光纖的應用、并完善工程部署規范要求，而這一觀(guān)點(diǎn)也在日前召開(kāi)的“2022中國光通信高質(zhì)量發(fā)展論壇”400G技術(shù)專(zhuān)場(chǎng)活動(dòng)中，再一次被提及。中國聯(lián)通研究院網(wǎng)絡(luò )技術(shù)研究中心總監、教授級高工王光全表示，400G將是光網(wǎng)絡(luò )超100G時(shí)代的重要速率選擇，也將成為“東數西算”的重要運力之一，G.654.E光纖可以顯著(zhù)提升400G WDM等高速系統無(wú)電中繼傳輸距離，應加快推動(dòng)G.654.E光纖在骨干長(cháng)途光網(wǎng)絡(luò )的應用部署，構建超高速超長(cháng)距大容量骨干光網(wǎng)絡(luò )，服務(wù)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是下一代骨干傳輸演進(jìn)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，可在骨干網(wǎng)絡(luò )中推廣應用;中國移動(dòng)研究院基礎網(wǎng)絡(luò )技術(shù)研究所副所長(cháng)張德朝表示，算力網(wǎng)絡(luò )在架構、帶寬、業(yè)務(wù)、時(shí)延等方面對光傳送網(wǎng)提出新的需求，光網(wǎng)絡(luò )需轉型升級構建承載算力的光底座。這些觀(guān)點(diǎn)都證明了G.654.E光纖部署對于400G電信網(wǎng)絡(luò )建設的重要意義。

  G.654.E光纖的應用探索

  一直以來(lái)，國內三大運營(yíng)商都在積極推動(dòng)G.654.E光纖的測試和商用。2015-2017年，中國聯(lián)通分別在東、西部干線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )開(kāi)展試點(diǎn)，其中東部試驗網(wǎng)選擇了山東濟南-青島，進(jìn)行400G系統的傳輸性能現網(wǎng)測試驗證;西部試驗網(wǎng)選擇了環(huán)境復雜的新疆哈密-巴里坤段，驗證架空敷設工藝對大有效面積光纖的影響及惡劣環(huán)境下長(cháng)期運行的光纜性能。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，新型光纖仍然有著(zhù)相近的性能，在衰減系數上也保持了良好的性能，并未發(fā)生由于施工和接續帶來(lái)性能上的劣化，同時(shí)也不用改進(jìn)和新增相應設備，不會(huì )給運營(yíng)商帶來(lái)在引入新型光纖光纜后維護成本的增加。

  中國電信也積極探索并在業(yè)內率先規模引入G.654.E光纖。在技術(shù)指標、施工工藝、建設方案和驗收規范等方面，中國電信從基礎開(kāi)始，反復論證，經(jīng)過(guò)全面的技術(shù)測試和方案論證，制定采購技術(shù)規范書(shū)和驗收測試規范，明確了模場(chǎng)直徑、有效面積、衰減等一系列技術(shù)參數，引導長(cháng)飛等光纜生產(chǎn)商投入研發(fā)實(shí)現規模生產(chǎn)。2019-2021年，中國電信開(kāi)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(jìn)行了單波長(cháng)400Gb/s DWDM系統超長(cháng)距傳輸現網(wǎng)試驗?，F網(wǎng)試驗表明，在G.654.E光纖環(huán)境中100G、200G、400G等速率均可實(shí)現上海-廣州的全程無(wú)電中繼傳輸，12小時(shí)以上連續測試無(wú)誤碼，三周測試期間系統運行穩定。根據現網(wǎng)試驗數據進(jìn)行測算，在滿(mǎn)足行業(yè)標準和工程規范要求的OSNR余量要求下，采用星座整形PM-16QAM碼型的400Gb/s系統可以實(shí)現1500km左右的無(wú)電中繼傳輸，達到超長(cháng)距傳輸系統要求?，F網(wǎng)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(cháng)無(wú)電中繼傳輸距離、減少電中繼數量和節能降耗等實(shí)際效果，對未來(lái)單波1T及更高速率傳輸系統的發(fā)展演進(jìn)提供有力支撐。

  在現網(wǎng)工程階段，中國電信研究院聯(lián)合相關(guān)單位共同努力攻克了光纖熔接設備、測量設備和新型光纖不適配、G.654.E光纖與G652尾纖模場(chǎng)直徑不匹配、惡劣氣候及復雜施工環(huán)境對光纜敷設、熔接指標造成不利影響等技術(shù)難題，同時(shí)組織設計院、施工單位、光纜生產(chǎn)商、儀表制造商等產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)，協(xié)同完成了G.654.E新型光纖通用熔接模式的開(kāi)發(fā)和測試，以適配多廠(chǎng)家G.654.E光纖熔接;推動(dòng)三波長(cháng)OTDR的開(kāi)發(fā)與應用，以全面考察G.654.E光纖的性能。中國電信在業(yè)界率先建成全G.654.E陸地干線(xiàn)光纜，通過(guò)現網(wǎng)工程積累了豐富的建設和運維經(jīng)驗，為下一步推動(dòng)G.654.E光纖的規?；F網(wǎng)部署和產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展奠定了堅實(shí)的基礎。

  中國移動(dòng)早在2016年北京-濟南-南京線(xiàn)路上也開(kāi)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(lái)看，G.654.E超低損耗光纖的引入，使得無(wú)電中繼傳輸距離增加和光中繼節點(diǎn)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光纖將迎來(lái)高速增長(cháng)

  G.654.E光纖可以實(shí)現更遠的傳輸距離、更高的系統容量、更長(cháng)的跨段距離或更多的系統冗余，從而為長(cháng)途傳輸網(wǎng)絡(luò )帶來(lái)非常大的價(jià)值;運營(yíng)商的實(shí)際應用研究驗證結果也充分證明了G.654.E光纖的應用價(jià)值，這也為G.654.E光纖的大規模應用及建設下一代骨干網(wǎng)提供了理論和實(shí)踐上的依據。

  2021年11月，中國電信決定在四圈六軸區域重點(diǎn)部署G.654.E光纖光纜，四圈指長(cháng)三角、京津冀、成渝、粵港澳四個(gè)經(jīng)濟圈，六軸是任意兩個(gè)經(jīng)濟圈的主干連接。2019年的上海-金華-河源-廣州G.654.E光纖光纜工程就是長(cháng)三角與粵港澳的主干連接，另外還規劃有經(jīng)過(guò)江西的長(cháng)三角與粵港澳的主干連接，上海-南京-合肥-武漢-達州的長(cháng)三角與成渝的主干連接，以及武漢-長(cháng)沙-廣州的六軸中新建的一干線(xiàn)路，將全部采用G.654.E光纖。2022年4月2日，中國電信公布2022年干線(xiàn)光纜建設工程(第一批)光纜及配套采購項目G.654.E干線(xiàn)光纜標包，共15名投標人參與投標，最終長(cháng)飛、烽火、中天3家廠(chǎng)商入圍。本次中國電信G.654.E干線(xiàn)集采共包括廣州-桂林-貴陽(yáng)、武漢-長(cháng)沙-廣州和北京-五臺-太原三條長(cháng)途干線(xiàn)，采購規模約3621皮長(cháng)公里，折合約61萬(wàn)芯公里，全部采用G.654.E光纖。這是電信運營(yíng)商首次將G.654.E光纖在陸地干線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行規?；逃?，對于G.654.E光纖在骨干網(wǎng)全面推廣具有里程碑的重要意義。

  同時(shí)，中國移動(dòng)和中國聯(lián)通也在緊密部署G.654.E干線(xiàn)光纜項目。其中中國移動(dòng)日前已公布2022-2023年G.654E光纖光纜產(chǎn)品集中采購項目中標候選人結果，長(cháng)飛再次以最大份額中標。根據之前招標公告，本次項目集采規模預估采購規模約2134皮長(cháng)公里，折合33.24萬(wàn)芯公里。

  除運營(yíng)商外，國家電網(wǎng)近年來(lái)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陜北-湖北±800千伏特高壓直流工程，便首創(chuàng )性的使用了G.654.E光纖，該光纖可顯著(zhù)延長(cháng)無(wú)中繼傳輸距離，減少中繼站數量，為特高壓工程超長(cháng)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，打破了國內外電力通信工程陸地無(wú)中繼傳輸距離的紀錄，成為世界上單跨距離最長(cháng)、容量最大的“國際領(lǐng)先”電力通信工程，開(kāi)創(chuàng )了電力通信網(wǎng)絡(luò )應用新紀元，也為電力能源行業(yè)通過(guò)通信技術(shù)助推轉型升級、實(shí)現雙碳目標戰略落地，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(cháng)飛提供。

  當前，隨著(zhù)我國東數西算工程逐步實(shí)施推進(jìn)，三大運營(yíng)商2022年投資將側重于傳輸網(wǎng)和東數西算工程。光纖光纜作為東西數據的傳輸通道，制造企業(yè)將持續受益于東數西算帶來(lái)的數據增長(cháng)，預測將帶動(dòng)光纖光纜行業(yè)需求向好。 另外我國早期建設的通信傳輸骨干網(wǎng)按照25年的光纖設計壽命，1997年前后骨干網(wǎng)中敷設的光纖光纜需要全面啟動(dòng)更換升級，也將拉動(dòng)G.654.E光纖的應用。由于G.654.E光纖的性能優(yōu)勢，加上規?；瘧?，G.654.E光纖制造成本也會(huì )有一定的下降空間?？梢灶A見(jiàn)隨著(zhù)G.654.E光纖在骨干網(wǎng)的規模應用，下一步也將會(huì )在省際省內線(xiàn)路上得到全面應用，并有可能進(jìn)一步使用到城域網(wǎng)。G.654.E光纖必將取代G.655光纖和G.652光纖成為光纖傳輸傳送承載網(wǎng)絡(luò )升級換代的首選。這將給光纖光纜行業(yè)帶來(lái)新的市場(chǎng)機會(huì )和發(fā)展空間。

  展望

  與常規光纖相比，G.654.E光纖制造技術(shù)難度高、環(huán)節復雜，對材料體系的優(yōu)化配方與制棒工藝及拉絲要求也非常高。隨著(zhù)不斷攻堅克難，以長(cháng)飛為代表的國內G.654.E光纖的制造水平取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，技術(shù)水平已經(jīng)趕超國際先進(jìn)水平。

  長(cháng)飛早在2010年就開(kāi)始了新型超低損耗大有效面積光纖的研發(fā)攻關(guān);2015年正式發(fā)布遠貝®超強超低損耗大有效面積光纖，成為國內首家、全球第三家擁有該項光纖產(chǎn)品的廠(chǎng)商，也是國內率先掌握該項產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)的企業(yè)，填補了我國在這項技術(shù)上的空白;2018年，長(cháng)飛以遠貝®超強超低衰減G.654.E光纖為標志性產(chǎn)品，申報的“新型光纖制備技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化”項目榮獲2017年度國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎。經(jīng)過(guò)多年的探索創(chuàng )新，長(cháng)飛G.654.E光纖產(chǎn)品已完全實(shí)現制備設備、工藝、關(guān)鍵原材料的國產(chǎn)化及自主可控。與此同時(shí)，長(cháng)飛還積極推進(jìn)G.654.E國際標準制定，為G.654.E光纖的標準化、產(chǎn)業(yè)化做出了突出貢獻，為國產(chǎn)化G.654.E的產(chǎn)業(yè)化規模應用奠定堅實(shí)基礎。

  致力于G.654.E光纖應用及推廣，長(cháng)飛多年來(lái)聯(lián)合運營(yíng)商及設備廠(chǎng)商進(jìn)行新型G.654.E光纖的應用創(chuàng )新研究，多次參與大容量、長(cháng)距離、高速率的傳輸測試，不斷取得新突破。長(cháng)飛遠貝®超強超低衰減G.654.E光纖已成功應用在中國移動(dòng)、中國電信、中國聯(lián)通的多個(gè)G.654.E干線(xiàn)光纜線(xiàn)路工程項目，并通過(guò)現網(wǎng)400G測試及800G長(cháng)距離傳輸測試，支持未來(lái)10年到20年的網(wǎng)絡(luò )需求，能為5G時(shí)代國際及國內骨干網(wǎng)擴容、云化數據中心互聯(lián)發(fā)展和“東數西算”運力大動(dòng)脈建設提供最佳光纖光纜解決方案。

  今年長(cháng)飛以第一名中標中國電信、中國移動(dòng)G.654.E干線(xiàn)光纜項目，再次體現了長(cháng)飛公司在G.654.E等新型光纖技術(shù)實(shí)力和綜合實(shí)力的行業(yè)持續領(lǐng)先地位。

  中國通信事業(yè)的長(cháng)足發(fā)展，給電信運營(yíng)商帶來(lái)了持續的活力和發(fā)展空間，并最終走在了世界通信行業(yè)發(fā)展的前列，同時(shí)帶動(dòng)了中國網(wǎng)絡(luò )設備制造和光纖光纜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，從引進(jìn)吸收消化到最終超越，使得包括光纖光纜在內的中國通信行業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈整體全球領(lǐng)先，為國家通信網(wǎng)絡(luò )的升級換代提供了可靠堅強的技術(shù)和產(chǎn)品保證。隨著(zhù)東數西算的建設實(shí)施，中國信息通信事業(yè)必將沖破疫情帶來(lái)的疲弱，迎來(lái)一個(gè)新的高速發(fā)展時(shí)代。