再創(chuàng)紀(jì)錄！中國實現(xiàn)4.1Pb/s單模19芯光纖傳輸系統(tǒng)實驗

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李彎彎）最新消息，中國信科集團光通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)全國重點實驗室近期實現(xiàn)了總傳輸容量4.1Pb/s、凈傳輸容量3.61P/s的單模19芯光纖傳輸系統(tǒng)實驗。

2022年10月，該實驗室曾全球首次實現(xiàn)3.03Pb/s的單模19芯光纖傳輸系統(tǒng)實驗，如今新紀(jì)錄提高了近40%，也是目前國內(nèi)光纖傳輸系統(tǒng)實驗容量的最高紀(jì)錄。

什么是單模光纖傳輸

光纖傳輸，即以光導(dǎo)纖維為介質(zhì)進行的數(shù)據(jù)、信號傳輸。從組成部分來看，光纖傳輸包括光源（又稱光發(fā)送機）、傳輸介質(zhì)、檢測器（又稱光接收機）。

計算機網(wǎng)絡(luò)之間的光纖傳輸，光源和檢測器的工作一般是用光纖收發(fā)器完成的。光纖收發(fā)器，就是實現(xiàn)雙絞線與光纖連接的設(shè)備，作用是將雙絞線所傳輸?shù)男盘栟D(zhuǎn)換成能夠通過光纖傳輸?shù)墓庑盘?，將光纖傳輸?shù)男盘栟D(zhuǎn)換成能夠在雙絞線中傳輸?shù)男盘?，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間的數(shù)據(jù)傳輸。

在普通的視頻、音頻、數(shù)據(jù)等傳輸過程中，光源和檢測器的工作一般都是由光端機完成的，光端機就是將多個E1信號變成光信號并傳輸?shù)脑O(shè)備，所謂E1是一種中繼線路數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)，我國和歐洲的標(biāo)準(zhǔn)速率為2.048Mbps，光端機的主要作用就是實現(xiàn)電一光、光一電的轉(zhuǎn)換。

光纖作為傳輸介質(zhì)，是光纖傳輸系統(tǒng)的重要因素?？砂床煌姆绞竭M行分類：按照傳輸模式來劃分： 光線只沿光纖的內(nèi)芯進行傳輸， 只傳輸主模我們稱之為單模光纖(Single—Mode)。有多個模式在光纖中傳輸，我們稱這種光纖為多模光纖(Multi-Mode)。

單模光纖，中心玻璃芯很細，只存在一種傳輸模式的光纖。單模光纖的傳輸損耗、傳輸色散都比較小。傳輸損耗小可以使得信號在光纖中傳輸?shù)木嚯x更遠一些，傳輸色散小有利于高速大容量的數(shù)據(jù)的傳輸，因此在通信系統(tǒng)中，特別是大容量的通信系統(tǒng)中，多數(shù)使用單模光纖。

中國信科集團光通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)全國重點實驗室是如何實現(xiàn)單模光纖傳輸速率不斷突破的呢？據(jù)介紹，該團隊從光傳輸系統(tǒng)架構(gòu)和數(shù)字信號處理算法方面優(yōu)化升級，在保持S+C+L信道譜寬17THz不變情況下，對系統(tǒng)架構(gòu)中的部分關(guān)鍵光電器件進行優(yōu)化，并針對性地對系統(tǒng)光譜進行超寬光域均衡，進一步提升不同波段中傳輸信道的性能。

為了更充分利用S+C+L波段680個信道的傳輸能力，團隊還采用先進的超高階概率星座整形算法，基于PCS-256QAM和PCS-64QAM調(diào)制格式，根據(jù)各纖芯的性能差異，通過調(diào)整加載信號的信息熵來最大化每個纖芯和每個信道的傳輸容量。

中國光纖傳輸技術(shù)不斷突破

光纖傳輸是利用光纖傳輸數(shù)據(jù)信號，它具有高帶寬、低損耗、抗干擾能力強等優(yōu)點，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。比如，在通信領(lǐng)域，光纖傳輸是高速寬帶通信的重要技術(shù)手段。由于光纖傳輸?shù)膸挻?、傳輸距離遠、信號衰減小等特點，使其可以實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸和長距離通信。

在工業(yè)領(lǐng)域，光纖傳輸可以用于傳輸工業(yè)自動化和控制系統(tǒng)中的信號，如測量傳感器信號、機器視覺系統(tǒng)信號等。相比于傳統(tǒng)的電纜傳輸，光纖傳輸具有更好的抗干擾能力和安全性。

光纖系統(tǒng)最早于1977年首次實現(xiàn)商用，之后在技術(shù)上不斷取得突破，在近十幾年中光纖傳輸速率更是一再刷新紀(jì)錄。2011年3月，在美國洛杉磯舉辦的光纖通訊大會上展示了最新的光纖傳輸技術(shù)，這項研究由德國弗朗霍夫?qū)W會海因里希-赫茲研究所與丹麥技術(shù)大學(xué)研究人員合作完成，研究人員在長度為29公里的單一玻璃光纖線路上創(chuàng)造了每秒10.2Terabit(太比特)的光纖傳輸速率新世界紀(jì)錄，其每秒傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量相當(dāng)于240張DVD光盤。在此之前的世界紀(jì)錄是由該研究所創(chuàng)造的每秒2.56Terabit。

近幾年，中國在光纖傳輸技術(shù)上迅猛發(fā)展，多次取得重要突破。2019年2月消息，光纖通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)國家重點實驗室、國家信息光電子創(chuàng)新中心、烽火通信和光迅科技經(jīng)過聯(lián)合研究攻關(guān)，在國內(nèi)首次實現(xiàn)1.06Pbit/s超大容量波分復(fù)用及空分復(fù)用的光傳輸系統(tǒng)實驗，傳輸容量當(dāng)前商用單模光纖傳輸系統(tǒng)最大容量的10倍，標(biāo)志著我國在“超大容量、超長距離、超高速率”光通信系統(tǒng)研究領(lǐng)域再次取得突破性進展，達到國際先進水平。

據(jù)介紹，該實驗采用了國內(nèi)在光傳輸系統(tǒng)技術(shù)、光器件和光芯片技術(shù)、光纖光纜技術(shù)上最領(lǐng)先的研究成果。能夠?qū)崿F(xiàn)1.06Pbit/s超大容量，是因為本次實驗采用的傳輸介質(zhì)是單模十九芯光纖，在C+L波段內(nèi)產(chǎn)生了375個光載波，基于硅光相干收發(fā)芯片實現(xiàn)了25GHz通道內(nèi)的178.18Gbit/s DFTs-PDM-16QAM信號光收發(fā)。

值得一提的是，此次實驗所使用的核心光芯片和光纖均為自主研制，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)。硅光相干收發(fā)芯片由國家信息光電子創(chuàng)新中心、光纖通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)國家重點實驗室、光迅科技和烽火通信聯(lián)合研制，在一個不到30平方毫米的硅芯片上集成了包括光發(fā)送、調(diào)制、接收等近60個有源和無源光元件，且能支持C+L波段同時工作，是當(dāng)時國內(nèi)集成度最高的商用光子集成芯片。

通過此次工藝及技術(shù)的突破，還解決了單模19芯光纖的通道間串?dāng)_難題，相鄰纖芯的隔離度優(yōu)于-40dB，把“車道”與“車道”之間的干擾和影響降到了最低。從這里也可以看出，這次的突破，也為2022年及最近單模19芯光纖傳輸速率兩次刷新世界紀(jì)錄奠定了基礎(chǔ)。

小結(jié)

事實上在過去十年里，光通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)全國重點實驗室持續(xù)不斷刷新自己的極限，2019年展示的最新成果更是將中國“超大容量、超長距離、超高速率”光通信系統(tǒng)研究推向新高度，以至到現(xiàn)在單模19芯光纖傳輸速率刷新世界紀(jì)錄。

當(dāng)前5G、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和應(yīng)用蓬勃發(fā)展，數(shù)據(jù)通信呈現(xiàn)爆炸式增長。在這樣的時代背景下，中國光纖傳輸技術(shù)的持續(xù)突破，無論是對于全球新興科技發(fā)展，還是中國在全球光通信市場的領(lǐng)先地位，都具有極其重大的意義。