1/20算力網(wǎng)絡和5G對光通信的需求和挑戰(zhàn)李晗中國移動集團級首席專家中國移動研究院基礎網(wǎng)絡技術(shù)研究所所長2023年11月3日@西安2/20目錄光通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展和機遇1光通信核心技術(shù)發(fā)展223/20國家發(fā)布多項政策推進光通信發(fā)展THE

WORLD

BANK：每10%FBB滲透率可拉動1.21%~1.38%

GDP中國社會科學院：千兆寬帶將帶動GDP0.3%、新增500萬就業(yè)崗位ITU-T：寬帶提速一倍可推動GDP增長0.3%光通信是通信網(wǎng)絡的“承重墻”：95

以上全球信息流量通過光纖承載，是無線、寬帶、數(shù)據(jù)中心、物聯(lián)網(wǎng)等所有通信設施的承載底座國家“十四五”規(guī)劃2021年3月11日加快建設新型基礎設施：推廣升級千兆光纖網(wǎng)絡“數(shù)字中國”建設布局規(guī)劃2023年3月22日加快5G網(wǎng)絡與千兆光網(wǎng)協(xié)同建設，…系統(tǒng)優(yōu)化算力基礎設施布局“十四五”數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃2022年1月12日有序推進骨干網(wǎng)擴容，協(xié)同推進千兆光纖網(wǎng)絡和5G網(wǎng)絡基礎設施建設《政府工作報告》2021年3月5日加大5G網(wǎng)絡和千兆光網(wǎng)建設力度，豐富應用場景“核心技術(shù)靠化緣是要不來的，必須靠自力更生。”—2015年2月習總書記考察中科院西安光機所“光電子信息產(chǎn)業(yè)是應用廣泛的戰(zhàn)略高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，也是我國有條件率先實現(xiàn)突破的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。”—2022年6月習總書記考察武漢光谷結(jié)合國家政策和產(chǎn)業(yè)需求，推動光通信硬核技術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，光通信是算力網(wǎng)絡的“基石”：算力樞紐節(jié)點互聯(lián)的“大動脈”泛在入算的“毛細血管”34/20中國移動具有全球最大光通信基礎設施構(gòu)建全球技術(shù)領先的SPN光網(wǎng)絡覆蓋最廣：~160萬端PTN+~40萬端SPN，覆蓋全國337+城市全球規(guī)模最大千兆光網(wǎng)能力下沉：城區(qū)OLT100%，鄉(xiāng)村89%具備千兆能力接入升級：加快10G

PON部署，千兆覆蓋超3億戶中國移動已建設全球規(guī)模最大、技術(shù)最先進的光通信網(wǎng)絡，為數(shù)字經(jīng)濟轉(zhuǎn)型提供有力保障，面向千兆光寬帶、5G/6G回傳+前傳、東數(shù)西算全光底座、數(shù)據(jù)中心光互聯(lián)等新的需求，光通信技術(shù)成為新的高科技術(shù)比拼高點甘京津冀寧黔成渝長三角粵港澳樞紐算力接入骨干FTTX企業(yè)家庭城域5G4G前傳黨政軍金融數(shù)據(jù)中心部署全球規(guī)模最大的OTN光網(wǎng)絡容量最大：骨干傳送網(wǎng)承載業(yè)務帶寬能力超過800T覆蓋最廣：光纜線路超3000萬皮長公里，穩(wěn)居全球第一45/20光使能千兆寬帶：從FTTH到FTTR千兆光網(wǎng)是新型基礎設施的重要構(gòu)成，我國大力推動千兆光纖網(wǎng)絡發(fā)展部署，如“千城千兆”等中國產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷從GPON跟隨、10GPON并跑到50GPON引領，當前已建成全球最大光寬帶網(wǎng)絡，并逐步實現(xiàn)從技術(shù)標準、核心光電器件和系統(tǒng)研發(fā)到部署應用的技術(shù)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新閉環(huán)首次實現(xiàn)中國產(chǎn)業(yè)對PON代際標準的引領，在50G

PON階段實現(xiàn)技術(shù)制式的統(tǒng)一中國產(chǎn)業(yè)率先提出FTTR技術(shù)發(fā)展演進方向，并引領技術(shù)產(chǎn)業(yè)和應用發(fā)展提出面向轉(zhuǎn)控分離的虛擬化vOLT架構(gòu)推動研發(fā)10G突發(fā)TIA等核心芯片，實現(xiàn)三模Combo中國移動目前已經(jīng)成為全球最大的固網(wǎng)運營商目前中國移動FTTH占比99%2021年起，全面轉(zhuǎn)向10GGPON，奠定千兆光網(wǎng)重要基礎網(wǎng)絡規(guī)模 代際引領50G

PON當前50G

PON產(chǎn)業(yè)鏈尚不成熟，需重點攻關核心光電器件技術(shù)大帶寬高功率預算光收發(fā)器：EML+SOA,APDClockRecoveryDown-samplingEqualizationFiltering25/50G突發(fā)電器件：BM-TIA,BM-Driver多模自適應oDSP芯片NRZReceiver

DSPMLSEErrorcountingFECdecoding56/20光使能5G：5G需求驅(qū)動5G傳輸網(wǎng)的革新和重構(gòu)通過前傳傳輸換取機房和頻譜資源C-RAN占比超過70%涉及千萬級別光模塊支持每個基站10GE以上的流量回傳回傳網(wǎng)單域規(guī)模達到數(shù)萬節(jié)點RRURRURRURRURRURRUDU/CU

PoolDU/CU

Pool……DU/CU

Pool5G核心網(wǎng)前傳：實現(xiàn)AAU拉遠到集中BBU的連接前回傳網(wǎng)絡對于5G網(wǎng)絡發(fā)展意義重大，由于其網(wǎng)絡規(guī)模巨大，也成為光通信領域技術(shù)競爭的焦點5G基站5G前回傳光網(wǎng)絡是5G基礎設施的重要構(gòu)成。通過大帶寬、低時延的前回傳網(wǎng)絡使能綠色5G，實現(xiàn)數(shù)百萬基站的靈活連接和性能保障。回傳網(wǎng)絡

回傳：實現(xiàn)百萬基站與核心網(wǎng)元的連接前傳網(wǎng)絡6光使能5G：回傳SPN成為新一代國際標準技術(shù)體系SPN是中國系統(tǒng)性原創(chuàng)性技術(shù)，成為ITU-T新一代傳送網(wǎng)技術(shù)體系，性能指標國際領先G.872G.874G.798G.873.1G.8310G.8350G.8321G.8331G.Suppl.69保護演進G.mtn-sync

1999OTNG.7092019MTNG.8312同步已發(fā)布(2020年12月)已發(fā)布(2020年12月)已發(fā)布(2022年11月)已發(fā)布(2022年11月)計劃2024年報批接口

G.707架構(gòu)

G.803管理

G.784設備

G.783G.841已發(fā)布(2022年2月)已發(fā)布(2020年10月)G.fgMTN小顆粒中國在光通信領域首次以成體系的技術(shù)主導國際標準在ITU-T

MTN系列標準的基礎性技術(shù)方案中，中國原創(chuàng)性占比超過70%計劃2023年底報批超高精度同步單節(jié)點時間同步精度優(yōu)于5ns，是業(yè)界最高精度水平切片能力業(yè)界唯一既支持硬切片又支持軟切片的5G承載技術(shù)1989SDH確定性低時延單節(jié)點時延低至5us以內(nèi)，0抖動，性能業(yè)界領先7/20

已有6項MTN國際標準發(fā)布，標志著SPN/MTN國際標準體系基本完成7光使能5G：SPN推進自主可控產(chǎn)業(yè)鏈SPN通過自主原創(chuàng)幫助確立了國內(nèi)產(chǎn)業(yè)的先發(fā)優(yōu)勢，形成近千億的產(chǎn)業(yè)規(guī)模自主化光模塊芯片突破系列化設備通過SPN大規(guī)模應用，帶動國內(nèi)高速率50G/100G

PAM4光模塊產(chǎn)業(yè)自主突破SPN核心芯片包括高端Framer、交換Fabric等均自主研發(fā)，國產(chǎn)芯片相比國外提前1年推出SPN自研設備從640G到32T全系列產(chǎn)品覆蓋接入、匯聚及核心垂直行業(yè)應用中國市場先行5G網(wǎng)絡先行國際廣泛應用8/20SPN在5G網(wǎng)絡的成功應用形成先發(fā)優(yōu)勢，為未來行業(yè)和國際廣泛應用奠定基礎8中國移動、國網(wǎng)、南網(wǎng)、鐵路5G-R......歐洲、日本、巴基斯坦......SPN設備40萬端電力、礦山、鐵路、媒資......光使能5G：Open-WDM成為新一代5G前傳技術(shù)體系Open-WDM技術(shù)體系是中國移動面向5G

C-RAN提出的原創(chuàng)技術(shù)，破解前傳啞資源和光纖資源緊張雙難題DU+CUAAU*3無源設備，靈活部署光模塊有源設備，支持管控新型MWDM

技術(shù)MWDM為中國產(chǎn)業(yè)鏈前傳WDM最優(yōu)解得到國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈廣泛支持全新半有源技術(shù)架構(gòu)突破傳統(tǒng)通信架構(gòu)兩端均為設備的理念重用國內(nèi)成熟產(chǎn)業(yè)鏈，自主可控25G

12波全DML+PIN，成本低非等間距波長間隔，避免FWM具備TEC，可靠性高無線與傳輸管理界面清晰轉(zhuǎn)發(fā)面、管控面雙解耦低成本實現(xiàn)輕量級管控故障快速定界在ITU-T（3項）、O-RAN（9項）、CCSA（4項）構(gòu)建完善標準體系，核心方案寫入標準，成為國際國內(nèi)主流技術(shù)打造涵蓋芯片、模塊、設備的完善開放產(chǎn)業(yè)鏈，核心芯片自主可控6G前回傳技術(shù)將重點攻克6G超高速寬帶、確定性網(wǎng)絡、超低時延、高可靠、靈活通感、全域覆蓋等新需求，具有輕量級OAM多載頻調(diào)幅單載頻調(diào)幅9/20廣闊前景。9光使能東數(shù)西算：信息基礎設施承重墻省域/區(qū)域省際骨干接入OTNOTN地市400GOTN/OXCOTN/OXCOTN/OXC20ms時延圈5ms時延圈1ms時延圈在東數(shù)西算等算力網(wǎng)絡新業(yè)態(tài)的驅(qū)動下，已迎來以400G超寬譜傳輸為標志的第五次重大技術(shù)變革，以實現(xiàn)Pbit級上千公里的傳送，并將在2023年全球最大規(guī)模部署，開啟400G商用元年SDH 2.5G

WDM 10G

WDM/OTN 100G

OTN 400G

OTN1989 1996 2003 2013 2023超大帶寬：骨干網(wǎng)由100G向400G演進，開啟寬譜光通信時代東數(shù)西算作為國家重大戰(zhàn)略工程，在超大帶寬、超長距離、低時延方基于400G+OXC的新型全光網(wǎng)東數(shù)西算架構(gòu)示意圖大灣區(qū)長三角京津冀成渝貴州甘肅寧夏內(nèi)蒙“西算”“東數(shù)”10/20面提出更高要求，光網(wǎng)絡亟需轉(zhuǎn)型升級構(gòu)建承載算力的光底座超低時延：以算力為中心打造骨干(20ms)、省域(5ms)、地市(1ms)三級時延圈1011/2011光使能東數(shù)西算：光電子產(chǎn)業(yè)是骨干全光網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的基石C6T+L6TC6T基于現(xiàn)網(wǎng)G.652.D光纖實現(xiàn)C6T波段400G

QPSK

5616km傳輸，創(chuàng)現(xiàn)網(wǎng)傳輸世界紀錄基于G.654.E實現(xiàn)C6T+L6T波段400G

QPSK

7000km傳輸，是實驗室測試的最高水平完成全球最長距離的純EDFA經(jīng)典商用場景80×

400G

QPSK1673km現(xiàn)網(wǎng)試驗C6T+L6T

EDFA高維度一體化WSS中國移動拉動我國產(chǎn)業(yè)在400G時代從跟隨到引領，實現(xiàn)超高速調(diào)制/解調(diào)器、寬譜EDFA、ITLA、WSS等硬核技術(shù)突破，推動400GQPSK技術(shù)成熟，完成400G長距傳輸3大世界紀錄，并在2023年啟動全球首次400G

QPSK規(guī)模商用集采寬譜ITLA光電合封先進制程（5/7nm）~30GBd符號速率~130GBdoDSP先進oDSP算法400G+OXC的骨干網(wǎng)技術(shù)革新是算力時代光網(wǎng)絡的最大發(fā)展機遇與科技競爭最前沿，應加快我國光電子產(chǎn)業(yè)培育，推動使能400G的高速光管芯、高性能oDSP芯片、超寬譜有源器件等硬核“卡脖子”技術(shù)全面突破超高速 超寬譜12/2012光使能東數(shù)西算：緊盯下一代光通信前沿布局空芯光纖基于全新的空氣導光機理，帶寬、時延、損耗均已優(yōu)于實芯光纖，具有重塑下一個50年光通信產(chǎn)業(yè)的巨大潛力，相關光傳輸系統(tǒng)研究也在快速推進，國內(nèi)外基本處于同一起跑線當前空芯光纖損耗已達可用水平（<0.15dB/km），需基于產(chǎn)學研協(xié)同，通過標準化收斂結(jié)構(gòu)設計，加快技術(shù)應用落地2002年首個反諧振空芯光纖，損耗500dB/km2010年損耗降低46個數(shù)量級至40dB/km2017年損耗首次<10dB/km2018年首次進入低損耗區(qū)間（2dB/km）2022年論文0.174dB/km，口頭0.138dB/km面向未來骨干光傳送網(wǎng)技術(shù)演進，一方面應進一步提升單通道信號速率，開啟單波800G、1.2T、1.6T系統(tǒng)架構(gòu)、損傷機制等關鍵技術(shù)攻關，另一方面應瞄準基于空芯光纖的高速光傳輸系統(tǒng)等顛覆性超前技術(shù)研究單波800G/B800G 空芯光纖中國移動已完成基于G.654E光纖和純拉曼放大的2018公里800G紀錄性傳輸800G/B800G存在多種調(diào)制碼型、器件速率、光纖類型等潛在路線，需從系統(tǒng)層面統(tǒng)籌研究并明確技術(shù)方案13/2013光使能數(shù)據(jù)中心：光互連數(shù)據(jù)中心是新技術(shù)競爭的焦點，技術(shù)換代極端活躍；我國數(shù)據(jù)中心光接口速率相較海外頭部公司晚1-1.5代，但隨著智算中心的來臨，全新的應用需求為彎道超車帶來了機遇。挑戰(zhàn)：數(shù)據(jù)中心內(nèi)的線纜連接數(shù)巨大趨勢：數(shù)據(jù)中心內(nèi)互連速率飛速增長標準引領，推動多芯光纖在數(shù)據(jù)中心應用，破解連接數(shù)與管線資源難題 隨著速率的快速上升，關注并且鼓勵硅光技術(shù)占據(jù)應用主導在智算中心引入400/800G光互連技術(shù)，達到與國際頭部公司齊平發(fā)展緊盯智算、多芯光纖、硅光等多種關鍵技術(shù)，持續(xù)加強在光通信領域的投入10G25G40G 100G 200G 400G 800G交換機/服務器光交換片間光互連更短距離1通道單芯光纖4+通道多芯光纖VCSEL硅光（SiPh）更高速率DFB（DML/EML）