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即將商業(yè)化落地的CL光纖能否借機(jī)脫穎而出？

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在高速率大容量的光通信賽道上，G.654.E超低衰減大有效面積光纖將迎來一個(gè)強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)者。

據(jù)工信部的數(shù)據(jù)，春節(jié)假期7天移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)接入流量達(dá)到434.9萬TB，與2021年春節(jié)7天相比增長(zhǎng)21.7%，連續(xù)3年增速超過20%。

稍早前，工信部發(fā)布的《2021年通信業(yè)統(tǒng)計(jì)公報(bào)》顯示，2021年，中國(guó)移動(dòng)（600941）互聯(lián)網(wǎng)接入流量達(dá)2216億GB，比上年增長(zhǎng)33.9%。其中，手機(jī)上網(wǎng)流量達(dá)到2125億GB，比上年增長(zhǎng)35.5%。

另?yè)?jù)Statista的統(tǒng)計(jì)和預(yù)測(cè)，中國(guó)數(shù)據(jù)流量將從2018年的7.6ZB增至2025年的48.6ZB，存在明顯增長(zhǎng)空間。

這些數(shù)字表明，市場(chǎng)對(duì)流量的需求正加速增長(zhǎng)，為了滿足這些需求，運(yùn)營(yíng)商加快新一代“雙千兆”網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和擴(kuò)容，產(chǎn)業(yè)界也持續(xù)研發(fā)新產(chǎn)品新方案為光通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)輸送“彈藥”，C+L波分復(fù)用(WDM)系統(tǒng)用超大容量單模光纖(CL光纖)就是其中之一。

新光纖新特性

在光通信行業(yè)，通過實(shí)踐表明波長(zhǎng)在1260nm～1625nm區(qū)域范圍的光最適合在光纖中傳輸，而這個(gè)區(qū)域又被進(jìn)一步劃分成了五個(gè)波段：O波段、E波段、S波段、C波段和L波段。

C波段(1530nm～1565nm)是目前光通信行業(yè)最常用的波段，優(yōu)勢(shì)在于該波段的光在光纖中傳播時(shí)的損耗最低，被廣泛用于城域網(wǎng)、長(zhǎng)途、超長(zhǎng)途，以及海底光纜系統(tǒng)。WDM系統(tǒng)中，也經(jīng)常用到C波段。

L波段(1565nm～1625nm)是損耗第二低的波段，也是行業(yè)的主流選擇之一。當(dāng)C波段不足以滿足帶寬需求的時(shí)候，也會(huì)采用L波段作為補(bǔ)充。

上海大學(xué)通信與信息工程學(xué)院特聘教授陳偉接受《通信產(chǎn)業(yè)報(bào)》全媒體采訪時(shí)表示，C+L波段就是將C波段和 L波段的頻譜資源利用起來，共同作為系統(tǒng)的傳輸頻譜區(qū)域，可以實(shí)現(xiàn)C波段和L波段各容納96個(gè) 50GHz間隔的波長(zhǎng)，所以C+L波段的波長(zhǎng)總數(shù)可以達(dá)到192個(gè)，頻譜帶寬可以達(dá)到9.6THz，相比于擴(kuò)展C波段方案，C+L報(bào)端方案可有效支持系統(tǒng)傳輸容量提升100%。

而CL光纖是一種衰減性能得到優(yōu)化的在C+L波段最高可支持240波的WDM系統(tǒng)用的通信單模光纖。該類型光纖通過創(chuàng)新的預(yù)制棒波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、先進(jìn)的光纖拉絲工藝，以及新型涂覆層材料的應(yīng)用，在1625nm波長(zhǎng)處的衰減翹度差值較常規(guī)光纖最多降低50%，并且相比于C波段的典型傳輸窗口，其絕對(duì)翹度差值能保證在0.003dB以內(nèi)。

按照行業(yè)規(guī)定，衰減系數(shù)翹度是指在規(guī)定的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，光纖衰減系數(shù)隨波長(zhǎng)呈現(xiàn)U型狀態(tài)時(shí)某一特定波長(zhǎng)處的衰減系數(shù)與波長(zhǎng)范圍內(nèi)最小衰減系數(shù)的差。而翹度差則是指兩個(gè)不同特定波長(zhǎng)處的衰減系數(shù)翹度算數(shù)差的絕對(duì)值。此外，該類型光纖大大改善了在使用長(zhǎng)波長(zhǎng)光傳輸時(shí)的衰減增益，理論最大可以支持208個(gè)100G光通道，無再生傳輸距離接近1200km。

因此，優(yōu)異的傳輸性能使得CL光纖可以應(yīng)用于大容量干線傳輸?shù)腤DM系統(tǒng)，借助于現(xiàn)有的C波段傳輸產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢(shì)，在資源整合優(yōu)化的基礎(chǔ)上，可以成為200G/400G乃至更高速率時(shí)代的理想方案。

與G.654.E光纖有何區(qū)別

目前，在行業(yè)內(nèi)，提升光通信網(wǎng)絡(luò)傳輸容量的方案有很多，可選光纖材料的種類也相對(duì)較多，除了CL光纖之外，G.654.E超低衰減大有效面積光纖也是其中一個(gè)選擇，那么兩類光纖的區(qū)別是什么?兩者的應(yīng)用場(chǎng)景有哪些差異？

在截止波長(zhǎng)方面，CL光纖的截止波長(zhǎng)暫定為不大于1340nm，且成纜后的截止波長(zhǎng)在C+L波段應(yīng)能保證單模傳輸。G.654.E是大有效面積單模光纖，目前行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定其截止波長(zhǎng)為不大于1530nm。

在兼容性方面，CL光纖主要是對(duì)L波段的翹度差進(jìn)行大幅度優(yōu)化改善，其主要的光學(xué)參數(shù)設(shè)計(jì)，例如模場(chǎng)直徑等與主干線光纖保持在同一水平，這保證了C+L波段光纖與常規(guī)光纖具有優(yōu)異的兼容性能。而G.654.E光纖在波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上存在很大的區(qū)別。

在實(shí)際應(yīng)用方面，CL光纖采取的是一種相對(duì)平滑的迭代方式，優(yōu)異的兼容性能使得其可以承擔(dān)諸如運(yùn)營(yíng)商陸地干線的升級(jí)與改造等，同時(shí)可以在一定程度上整合現(xiàn)有C波段傳輸產(chǎn)業(yè)鏈與技術(shù)。隨著應(yīng)用規(guī)模的逐步推廣，CL光纖在運(yùn)維復(fù)雜度，單比特運(yùn)營(yíng)成本等方面有比較大的優(yōu)勢(shì)。

而且CL光纖應(yīng)用的通信窗口更寬，工作的頻帶更大，WDM系統(tǒng)容量更大。而G.654.E光纖以其大有效面積以及超低損耗的特性，保證光纖具備超長(zhǎng)的無冗余傳輸距離和超高的傳輸容量，在長(zhǎng)距離線路及特殊環(huán)境下應(yīng)用廣泛。

簡(jiǎn)言之，兩種光纖都可以應(yīng)用在高速大容量通信系統(tǒng)，對(duì)于波長(zhǎng)頻帶要求更寬的光纖鏈路宜采用CL光纖，而對(duì)于注入光功率較大的光纖鏈路宜采用G.654.E光纖。

商用落地倒計(jì)時(shí)

強(qiáng)勁的數(shù)據(jù)流量需求推動(dòng)著光傳輸網(wǎng)絡(luò)從100G向400G及以上速率的更高速WDM系統(tǒng)發(fā)展。

中國(guó)聯(lián)通研究院網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究中心總監(jiān)王光全表示，光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向?qū)Ⅲw現(xiàn)在超高速傳輸、新一代光纖、波長(zhǎng)級(jí)服務(wù)、開放光網(wǎng)絡(luò)、智能光網(wǎng)絡(luò)、泛在光接入。而光纖傳輸技術(shù)的發(fā)展則表現(xiàn)在通信容量發(fā)展和提升容量常用維度上。

從目前的產(chǎn)業(yè)界發(fā)展趨勢(shì)來看，推進(jìn)擴(kuò)展波段WDM技術(shù)方案的演進(jìn)，是提升光網(wǎng)傳輸速率和容量的技術(shù)方向之一。

中國(guó)電信（601728）研究院院長(zhǎng)張成良表示，國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)界已經(jīng)規(guī)模商用C波段擴(kuò)展，擴(kuò)展C+L波段會(huì)基于擴(kuò)展C波段，繼續(xù)在L波段上進(jìn)行擴(kuò)展。不過，L波段擴(kuò)展方案有多種可能，頻譜窗口的位置和大小還沒完全確定，有待進(jìn)一步研究。

在100G和100G+時(shí)代，擴(kuò)展波段技術(shù)在保證DWDM系統(tǒng)傳輸距離不變的情況下，不斷推動(dòng)容量翻倍增長(zhǎng)。擴(kuò)展C波段為國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)界提出并推動(dòng)，目前80波×200G已規(guī)模商用，擴(kuò)展C+L波段預(yù)期支持下一代速率和系統(tǒng)走向80波×400G。從產(chǎn)業(yè)界研究進(jìn)展情況來看，預(yù)計(jì)2023―2024年擴(kuò)展C+L波段系統(tǒng)可成熟。顯然，CL光纖將為擴(kuò)展C+L波段系統(tǒng)成熟提供助力。

目前，光通信行業(yè)正在積極推動(dòng)CL光纖成熟落地。在國(guó)內(nèi)，部分頭部企業(yè)已經(jīng)發(fā)布了CL光纖新產(chǎn)品，運(yùn)營(yíng)商也在積極推動(dòng)C+波段和C+L波段的技術(shù)研究，相關(guān)測(cè)試目前也正在進(jìn)行中。而在國(guó)外，一些大型互聯(lián)網(wǎng)公司，例如Facebook、Google等聯(lián)合上下游供應(yīng)鏈對(duì)CL光纖進(jìn)行了系統(tǒng)驗(yàn)證，大大推進(jìn)了該產(chǎn)品的商用落地。

相信后疫情時(shí)代，短視頻、AR/VR、自動(dòng)駕駛等新興技術(shù)推動(dòng)流量持續(xù)增長(zhǎng)，將幫助CL光纖更快地在高傳輸速率線路上實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商用。

奔向下一站

光纖作為光纖通信系統(tǒng)的物理底層，是光纖通信的傳輸載體與基石，因此在市場(chǎng)需求的推動(dòng)下，產(chǎn)業(yè)界對(duì)高性能光纖的求索從未停止，這也意味著波段擴(kuò)展光纖未來還有較大的挖掘空間。

從CL光纖設(shè)計(jì)思路出發(fā)，業(yè)界專家認(rèn)為，未來擴(kuò)展波段光纖更進(jìn)一步的發(fā)展方向大致有兩個(gè)。一方面，可以繼續(xù)降低L波段的衰減，同時(shí)改善光纖在L波段的色散性能，滿足光纖在密集波分復(fù)用的要求，這將進(jìn)一步拓展C+L波段光纖的應(yīng)用場(chǎng)景。當(dāng)然，要實(shí)現(xiàn)更低的衰減和色散平坦度，對(duì)于預(yù)制棒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料摻雜、拉絲工藝等勢(shì)必要進(jìn)行更深度的改善與優(yōu)化，而在這種情況下，如何保證光纖的兼容性將成為一個(gè)值得考慮的因素。

另一方面，進(jìn)一步優(yōu)化大有效面積、超低損耗G.654.E光纖在L波段的傳輸性能，可以實(shí)現(xiàn)在高速率傳輸線路上的指數(shù)級(jí)提升。當(dāng)前G.654.E光纖的商用尚處于起步階段，而擴(kuò)展L波段帶來的兼容性、系統(tǒng)適配、標(biāo)準(zhǔn)確立等將成為需要行業(yè)人員協(xié)同解決的問題。

此外，擴(kuò)展波段光纖的運(yùn)維相比于C90/C96系統(tǒng)，其在復(fù)雜度上有一定程度的增加，在光層設(shè)備，EDFA優(yōu)化適配等方面，需要光通信產(chǎn)業(yè)鏈上下游協(xié)同推進(jìn)。

當(dāng)然，產(chǎn)業(yè)界對(duì)拓展波段光纖的探索并非僅僅停留在C+L波段，S+C+L波段有13THz光纖低損窗口，整個(gè)O+E+S+C+L波段可用頻譜帶寬可達(dá)到54THz。

因此，陳偉指出，擴(kuò)展波段光纖未來技術(shù)將朝著“超大寬帶”“超低衰減”“超低非線性”“超低時(shí)延”的“四超”總體趨勢(shì)與方向發(fā)展，以滿足更高容量更高速率的通信系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展。這“四超”方向的確對(duì)光纖的技術(shù)提出了更高的要求，也必將是一個(gè)較長(zhǎng)的發(fā)展過程。

張成良表示，在光纖光纜方面，需要進(jìn)一步優(yōu)化光纖損耗、截止波長(zhǎng)、非線性等性能。在光電器件方面，需要從電層到光層各個(gè)關(guān)鍵器件的創(chuàng)新，包括光放、WSS、激光器、調(diào)制器等。

但是，中國(guó)已經(jīng)成為世界的光纖光纜制造大國(guó)和需求大國(guó)。經(jīng)過四十余年的發(fā)展，中國(guó)已經(jīng)積累并培養(yǎng)了大量的光纖通信人才，已經(jīng)掌握了底層光纖工藝技術(shù)。

為此，業(yè)界專家普遍認(rèn)為，中國(guó)光纖業(yè)界科技人才可以在不斷地創(chuàng)新中獲得更高的進(jìn)步與更好的發(fā)展，將中國(guó)光纖技術(shù)領(lǐng)向一個(gè)新的高度。