大容量、智能化光傳輸系統：機遇、挑戰與應對策略

馮振華 方瑜 施鵠

摘要：分析了長距大容量、智能化光傳輸系統的五大關鍵技術：單波超400 Gbit/s 、波段擴展、空分復用（SDM）、光層操作維護管理（OAM）和備用路徑性能檢測技術，并從學術研究、業界標準化動態等方面介紹了這些技術的進展。針對光傳輸系統技術發展趨勢，從硬件、軟件兩個層面討論了光通信的發展機遇和面臨的挑戰。基于中興通訊光網絡智能化平臺框架，并結合中興通訊在大容量、高速相干光通信方面的研究與產品開發工作實際，介紹了4 個典型案例：靈活調制與光域均衡相結合來有效減少濾波代價、? C+L 波段擴展助力單波400 Gbit/s 長距傳輸、高頻光標簽實現在線光性能監測、光探針和全局功率分析算法（GPA）確保備用路徑快速可靠恢復。基于這些技術的產品化，中興通訊將持續為客戶創造價值，為用戶提供更好的網絡服務體驗。

關鍵詞：大容量傳輸;擴展波段;光傳輸質量（QoT）;光域均衡;快速可靠恢復;光標簽

Abstract： Five key technologies of long-distance， high-capacity， and intelligent optical transmission systems are analyzed including ultra- high-speed transmission beyond 400 Gbit/s per wave， waveband expansion， space division multiplexing （SDM）， optical layer operation and maintenance management （OAM）， and performance monitoring for idle paths . The progress of these technologies is also introduced from the aspects of academic research and industry standardization dynamics . According to the technology trends of the optical transmission sys?tems， the development opportunities and challenges in terms of hardware and software are discussed . Based on the intelligent platform framework of ZTE Corporation and related research and development experience in the optical networks ， four typical cases are presented in?cluding filtering penalty reduction enabled by flexible modulation and optical domain equalization， single wave 400 Gbit/s long-distance trans? mission together with C + L-band expansion， online optical performance monitoring realized by high-frequency optical label， fast and reli? able optical restoration aided by the optical probe and global power analysis algorithm （GPA）. With such kinds of novel techniques leading in， ZTE will continue to provide customers with improved value and better network experience .

Keywords： large-capacity transmission; waveband expansion; quality of optical transmission; optical domain equalization; fast and reliable op? tical restoration; optical label

5G商用能夠提升網絡帶寬，改善用戶體驗，并促進新型帶寬密集型業務和應用的發展。隨著“6G”“元宇宙”等概念的提出，擴展現實（XR）、全息通信、智慧交互等沉浸式體驗應用，將進一步提升網絡對帶寬、時延和可靠性的要求[1]。據預測， 2030年人類將進入堯字節級別的數據量時代，網絡通信需要處理2 000億個連接，接入帶寬需求高達太比特每秒，單纖容量突破100 Tbit/s[2]。毫無疑問，光通信網絡基礎設施將在帶寬擴容和智能化運維方面面臨巨大壓力。

目前波分復用網絡商用系統最高單波速率為800 Gbit/s。隨著波特率提升到200 Gbd以上[3]，單波速率預計可以達到1.6 Tbit/s[4]。商用系統單纖最大容量為48 Tbit/s 。波段擴展技術的引入可使相關容量成倍增加，如 S+C+L 系統最高容量可達 150 Tbit/s[5]。大量研究證明，以多芯、少模光纖為代表的空分復用（SDM）技術將是實現下一代超大容量光傳輸的重要技術手段。目前采用38芯 3模光纖最大單纖容量已高達10.66 Pbit/s[6]。波段擴展和 SDM 技術的擴容效率和潛力都十分可觀，但在實現商業化方面還需要應對一系列挑戰，如新器件和新算法的設計與實現。

光傳輸系統靈活組網和智能化運維能力的提升也是業界近期關注的焦點。以數據中心為核心的云化網絡將向全光化和 Mesh 化發展[7]。全光可重構光分插復用器（ROADM）骨干網絡支持大顆粒業務波長級靈活調度，使光層一跳直達，無需電中繼，有助于降低時延和成本。在工作路徑和恢復路徑上，業務性能和鏈路狀態的高精度檢測與實時化感知是光網智能化的基礎。這對實現端到端大容量、低延時、高可靠傳輸而言具有的重要意義。如果要實現快速業務開通和故障定位的智能化運維，為在線業務提供低成本的單波功率和帶內光信噪比（OSNR）檢測功能就必不可少;而要實現低延時、高可靠的業務恢復，提前考慮鏈路光參預調和光損傷驗證將至關重要。

本文將介紹大容量、智能化光傳輸系統的關鍵技術及其研究進展、產業現狀，分析光網絡升級轉型時在單波速率提升、光纖擴容、恢復時延降低等方面面臨的機遇與挑戰，結合中興通訊在大容量、智能化光傳輸相關的研發實踐，展示針對挑戰的應對舉措及取得的成效，最后總結未來光網絡技術的發展趨勢。

1大容量、智能化光傳輸關鍵技術

1.1單波超400 Gbit/s 技術

在保證傳輸距離幾乎不變、單比特成本有所下降的前提

下，提升單波速率是運營商不變的訴求。表 1總結了不同單波速率商用系統的特征和傳輸能力。當前100、200 Gbit/s 系統具備長距骨干網應用的傳輸能力。而現有400 Gbit/s 技術由于傳輸性能不足，無法滿足1 000 km 以上長距傳輸的應用需求。 128+Gbd 四相相移鍵控（QPSK）被認為是骨干網升級擴容的最佳方案。受限于當前高波特率相干光 DSP （oDSP）芯片、大帶寬光器件的商用進展，目前尚無相關成熟產品。5 nm 工藝制程的高性能oDSP芯片的采用和3D 封裝的高集成度光器件的成熟，將加快400 Gbit/s QPSK 長距傳輸解決方案的商用進程（預計在2022～2023年）。

在標準進展方面[8]，光互聯網論壇（OIF）已發布400ZR 實施協議（IA），采用 DP-16QAM+C-FEC （一種調制編碼方式），實現了異廠家模塊和設備的互操作測試，近期還啟動了相干800 Gbit/s LR/ZR/ZR+ （指10 km、 80 km 及80～450 km 的光互連）和共封裝光學（CPO）標準化研究工作。在 400ZR 標準框架下，電氣與電子工程師協會（IEEE）立項了802.3 ct/cw，分別討論面向80 km 密集波分復用（DWDM） 100 GE/400 GE 標準化工作。相關標準將在未來 1～2年內發布。目前來看， 800 GE/1.6 TE 很有可能成為下一代以太網的標準速率。國際電信聯盟第15研究組（ITU-T SG15）開展了200 Gbit/s/400 Gbit/s 接口的物理層規范研究，將 DP-16QAM 作為400 Gbit/s 城域應用的標準碼型，推動了開放前向糾錯編碼（oFEC）的標準化進程。此外，多個多源協議組織（MSA）相繼發布了超100 Gbit/s 的技術標準。例如，OpenROADM/OpenZR+發布的100～400 Gbit/s 相干光模塊規范支持 CFP2-DCO 和 QSFP-DD/OSFP 封裝，在400ZR 幀結構的基礎上增加100/200 Gbit/s QPSK、 300 Gbit/s 8QAM 等調制模式，并采用oFEC替代級聯 FEC （cFEC）的方式來支持450 km 級的400 Gbit/s 傳輸。目前，異廠家已宣布實現模塊互通測試。中國通信標準化協會（CCSA）的相關標準制訂工作包括： 100 Gbit/s 及以下速率的光傳輸和模塊標準制訂已完成， 200 Gbit/s 報批稿主要選擇200 Gbit/s QPSK、 8QAM、 16QAM 碼型， 400 Gbit/s 城域標準實質上采用的是單波200 Gbit/s 雙載波方案。《N ×400 Gbit/s 長距離增強型光波分復用（WDM）系統技術要求研究》等面向更高速率應用的標準課題研究正在開展。

1.2波段擴展技術

自 DWDM 技術商用以來，長距系統不斷擴展光纖傳輸頻帶：從早期 C 波段（C4T）擴展到 CE 波段（C4.8T），再到 C++波段（C6T）。 80波 75 GHz 間隔的200 Gbit/s QPSK 或120波 50 GHz 間隔200 Gbit/s 8QAM/PS16QAM 方案的商用落地將單纖容量提升50%。實際上，單模光纖的低損耗窗口不僅包含 C 波段，還包括 O、E、S、L、U 等波段。其中， L 波段在日本運營商中有少量部署。? L 波段的部署可避免 G653色散位移光纖四波混頻的影響。近年來，美國也有少量運營商和互聯網廠商在 DCI 和海纜傳輸中部署了 C+L 系統，可將光纖容量提升一倍。隨著單模光纖在容量上逼近100 Tbit/s 香農極限，波段擴展技術成為學術和行業研究熱點。例如，武漢郵電科學研究院在2014年基于3U 超大容量、超高速率、超長距離光傳輸平臺，實現了單模光纖 C+L 波段共375波的100 Tbit/s 80 km 大容量傳輸[9]。早在2016年， Acacia 公司就展示了370 nm 寬帶全波段（O、 E、 S、 C、 L）的可調光收發硅光器件[10]。2018年歐洲科學家系統性地提出了多波段傳輸的概念和相關組網架構[11]。? Nokia Bell Labs 和 NTT 分別實驗了在 S+C+L 波段，距離為100 km、容量為115 Tbit/s 以及距離為40 km、容量為150 Tbit/s 的光傳輸系統，該波段支持的

單波速率高達400 Gbit/s[5-12]。這些研究表明，波段擴展對提升單纖容量具有重要意義。

在波段擴展技術商用方面，中國運營商和設備商正在積極推動 C6T 向 C6T&L6T 方向升級，使網絡能夠提供單纖80波400 Gbit/s QPSK 長距傳輸能力。目前 C+L 相關產業鏈的發展情況如表2 所示[8]。可以看出，供應鏈的發展進度符合預期。隨著單波400 Gbit/s 長距光模塊技術日趨成熟，擴展的 C+L 波段光系統有望在未來2～3年內實現商用。

1.3 SDM 技術

SDM 需要基于新型空分復用光纖，主要包括多芯光纖、少模光纖，以及兩者相結合的多芯少模光纖，相關原理如圖1 所示。業界報道了大量基于 SDM 技術的大容量傳輸實驗，如基于19芯或22芯光纖的1+ Pbit/s 傳輸[13]、基于15模的0.61 Pbit/s 傳輸[14]，以及基于38芯 3模的10.66 Pbit/s 傳輸[9]。相比于普通單模光纖， SDM 技術將容量提升2 個數量級。中國運營商對 SDM 技術開展了一些研究。中國聯通聯合長飛光纖光纜股份有限公司、北京大學采用200 Gbit/s 商用光傳送網（OTN）設備在100km 弱耦合2 模光纖上成功完成單纖 C 波段16 Tbit/s 容量的實時演示[15]，充分展示了弱耦合光纖在短距傳輸方面的擴容優勢。中國移動牽頭基于弱耦合少模光纖傳輸技術攻關，實現了總長度為300 km 的3 模式×4波長×200 Gbit/s 的實時模分復用傳輸實驗驗證[16]。此外，中國移動最近還聯合中興通訊驗證了單波400 Gbit/s×2個模式的 200 km 傳輸可行性，為面向未來的多維復用光傳輸技術發展提供了重要參考。中國電信參與建設了粵港澳大灣區的“超級光網絡”，開展了多芯光纖傳輸示范網試點驗證工作，為 SDM 技術落地進一步奠定基礎。

值得注意的是，近期關于 SDM 的技術研究不再一味追求超大容量，反而更加關注實用性。首先，考慮到光纖彎曲損耗、機械強度，將 SDM 光纖包層尺寸限制在125 um，有助于兼容現有標準單模光纖的制備和成纜工藝。其次，考慮到長距傳輸系統中空間模式間的串擾，以及模式相關損耗對相干解調算法的影響，耦合芯3 芯光纖或弱耦合4 芯光纖結合多波段 WDM 傳輸成為近年來 OFC熱點。例如， NICT 利用（S+C+L）光頻梳在4 芯光纖中實現了552波道3 001 km 的傳輸，使單纖容量達到319 Tbit/s[17]。再者，在系統可靠性驗證方面， 2019年日本住友電工與拉奎拉大學合作，在意大利拉奎拉市地下隧道首次鋪設了6.29 km 含18根多芯光纖的光纜。現場測試表明，多芯光纖成纜及部署后仍然具有較低的損耗和模式色散。這證明了 SDM 傳輸應用初步具備從實驗室理想環境走向復雜現場環境的條件[8]。最后，在標準化進展方面， ITU-T 于2020年已經開始 SDM 光纖光纜的標準化研究工作，并重點關注光纖分類、光纖熔接和連接器等技術。目前，日本已發布 SDM 相關技術研究報告，著力推動 SDM 技術的商用。此外，中國 CCSA 已立項 P 比特超大容量光傳輸相關的研究課題。

1.4光層OAM 技術

大容量、低時延、綠色低碳的需求驅使以傳統電交叉為主的 OTN 網絡向以光交叉為主、電交叉為輔的光電聯動全光網轉型，其核心是光電深度融合和協同管控，以充分發揮光電兩層技術的優勢，實現網絡資源和運維效率的優化。然而，當前 OTN 網絡在光層缺乏成熟的 OAM 技術，導致骨干網面臨升級擴容后運維難度不斷增加的局面，使得光層通道性能監測、故障定位以及業務調度常需繁瑣的人工性能采集和復雜的定位分析，難以適應智能化的發展趨勢。基于低頻調頂的隨路監控光標簽概念最早在1993年被提出，以用于信號識別、功率和故障管理[18]。該技術后來被朗訊公司用于實現端到端信號追蹤和在線性能監測，以及故障定位、重路由和波長轉換[19]。直到2006年， Tropic Networks 公司提出快速傅里葉變換，用于識別不同調頂載頻，為 WDM 網絡中多載波調頂奠定基礎[20]。近年來，基于調頂的光標簽技術已經在動態 WDM 網絡性能檢測中得到廣泛研究，如光功率、色散、偏振模色散、? OSNR 監測、非線性噪聲監測等。與此同時，該技術也暴露出一些問題，如低載頻光標簽受到受激拉曼散射（SRS）串擾影響，高載頻光標簽受到色散衰落的影響。中國運營商將進一步關注基于光標簽的 OAM 技術的商用落地。例如，中國移動已經著手光層 OAM 技術的標準化工作，并從功能、速率、開銷、成幀、編碼等方面進行技術規范。總體來看，基于光層 OAM 的業務路徑追蹤、連接關系識別、連接性能檢測以及故障定位等功能有助于實現更高效的光電協同管控。這將在智能化光網絡中發揮越來越重要的作用。

1.5備用路徑性能檢測技術

專網應用對 OTN 網絡可靠性、穩定性要求越來越高。基于波長/自動交換光網絡（WASON）的網絡保護恢復可以實現業務的動態重路由，可應對多次斷纖故障。現有 ROADM 網絡的動態重路由采用分布式算路策略（源節點算路）。這種機制可能存在波長沖突導致的路由回退問題，無法保證恢復時間。采用集中算路和分布式控制結合方式有望解決波長資源沖突問題。提升算路單元計算能力和算法效率、優化光轉發單元（OTU）波長調諧時間和波長選擇開關（WSS）切換時間，可以減少重路由業務恢復時間。另外，由工作路徑倒換到恢復路徑后的業務性能也是未知的。重路由后能否實現快速業務開通也是影響恢復時間的重要因素。目前通常的做法是，計算路由時考慮路徑的 OSNR 性能和光損傷代價，然后選擇 OSNR 滿足閾值條件的路由以用于業務恢復。由于恢復路徑上的器件插損、波長相關性、光交叉連接（OA）增減波增益變化的影響會導致真正業務倒換后業務不通，因此系統需要進行端到端功率優化后才能開通業務。這嚴重影響恢復時間，無法滿足運營商普遍要求的確定性低時延需求[21]。由此可見，快速、準確地檢測備用路徑性能以及精細化的光參預調節對保證快速、可靠恢復至關重要。

2大容量、智能化光傳輸機遇與挑戰

面對更大容量、更低時延、更高可靠性和高度智能化的演進需求，光傳輸系統的機遇主要包含兩個方面：

（1）在硬件層面上，采用更先進的芯片、器件可兼顧高集成度、高性能和綠色低碳。例如， 5、3 nm 超強oDSP可實現單波提速和功耗降低，高維度、多端口、多分區的WSS 可實現更簡潔的光交叉連接（OXC），更高自由度、更大帶寬的可編程部件能夠構建靈活、超寬、極簡的光傳輸系統，基于一體化超寬 WSS 可簡化 C+L 系統光層組網。特定的應用場景需要差異化的解決方案。例如，某些中短距傳輸場景可采用簡化的相干模塊或單纖雙向傳輸，以控制功耗和成本。新型寬帶放大器、差異化光纖信道的使用拓展了大帶寬、長距離、大容量傳輸的更多維度。寬譜半導體光放大器（SOA）、多波段拉曼放大、低噪聲參量放大、大有效面積 G654E、多芯少模和空芯光纖都可能是下一代光傳輸系統的關鍵技術。優化核心器件的響時間有助于縮短業務恢復時間。例如，從結構、機理上優化 OTU 可調諧激光器的波長切換時間，通過新材料、新設計改善硅基液晶（LCoS）芯片的響應時間，可實現 WSS 10 ms級的快速切換。新材料、新工藝的使用能夠持續提升系統帶寬和單波速率。例如，薄膜鈮酸鋰、石墨烯、有機聚合物以及表面等離子材料突破了傳統硅光/InP器件的限制，將器件帶寬擴展到100 GHz 以上[22-23]。另外，關鍵技術自主化與國產化也給學術研究和供應鏈產業帶來新的機遇。例如， L6T 光器件關鍵技術的突破與國產化，以及用于波段擴展或空分復用系統的新型器件的自主研制等。當然，通信與光層多參數感知一體化的新需求，也會促進基于通信光纖光纜資源進行環境溫度應力監測、光纜風險預測、同路由識別、傳感對業務影響等課題的研究，甚至會催生分布式光纖傳輸的廣泛應用。更重要的是，產業生態的良性發展，離不開產業鏈的協同和標準規范的約束。各廠家應當積極迎接開放解耦趨勢的機會和挑戰，包括擴展波段波長標準化以實現產業聚焦，開放光線路系統以實現光電板卡解耦，實現 CFP/CFP2相干模塊接口標準化并與多廠家互通等。

（2）在軟件層面上，光層數字化是實現光網智能化的前

提，模擬光鏈路的精確建模在支撐光參數快速檢測、光性能準確評估和業務性能在線優化方面的重要性進一步突顯。長期來看，結合數字孿生技術與人工智能/機器學習算法將在性能評估與優化、軟故障預測、根因分析診斷等領域發揮巨大作用。在網絡管控方面，集中算路與分布式控制新架構配合更高效的選路算法、波長調度策略，可支撐更大規模的光網組建能力，如100～200 ROADM 節點的區域干線網絡、 200～500 ROADM 節點的國干全光網絡以及500～1 000 ROADM 節點的一二干融合大網。在底層技術上，隨著波段擴展、空分復用技術的引入，光系統需要借助快速光功率調測算法去解決重路由時快速增減波功率調測問題。隨著網絡規模的擴大和串行鏈路的增加，光系統需要具備在線的全網光功率優化能力，以確保全網光功率、? OSNR 性能穩定。在應用上，光網絡資源可視、業務性能可管、網絡故障可預測等功能將會給智能化運維帶來更高效的體驗。當然，光層與電層、軟件與硬件之間的協同，也會給整個光網絡軟件架構帶來新的發展機會。

機遇的背后意味著挑戰。當芯片和算法進入“后摩爾/香農時代”時，光模塊背靠背 OSNR 容限潛力的挖掘舉步維艱，通道間的光纖非線性效應仍缺少高效的補償方案。受限于當前（數模轉換） DA/模數轉換（AD）芯片技術信號波特率難以突破200 Gbd，單通道速率向單波1 Tbit/s 以上演進路線暫不明確。光電合封的共封裝技術（CPO）被認為是高速光模塊的終極解決方案。然而，如何提高InP基平臺的集成規模并降低成本，如何有效可靠地集成SiP基平臺光源，都是業界急需解決的問題。在光模塊性能出現瓶頸的條件下，如果要保證超400 Gbit/s 系統的傳輸距離就需要降低系統余量。性能和風險取決于光系統濾波、串擾及非線性等損傷代價的精準程度。頻譜擴展引入更大的 SRS 導致更大的 OSNR 不平坦，這給系統性能評估和通道級光功率分配帶來挑戰。寬譜放大的問題也是當前急需攻克的難點。寬帶 SOA、低噪聲相敏放大仍不能滿足光線路系統的商用條件。目前， L 波段鉺纖的放大效率和帶寬還不夠理想， L6 THz 的實現仍需要摻雜工藝和光路設計的優化。更大規模的光層組網要求更多級數的 WSS 穿通和更高維度的交叉。寬帶 WSS 在頻譜分辨率、通道譜寬、隔離度和端口數量擴展上的制約將會帶來更大的串擾和濾波代價。大規模 ROADM 網絡的路由規劃、恢復路徑計算對算法效率和控制時效性提出更高要求。此外，工作路徑和備用路徑上光層性能的有效監測技術還比較缺乏。光層 OAM 在進行高波特率、長距離傳輸時會面臨 SRS 串擾和色散衰落等問題。基于光纖傳感的同路由檢測和光纖故障風險識別等應用需要考慮在線傳感應用與業務信號共存的場景。傳感對業務信號的影響仍需要驗證，并且非通信波段的窄線寬激光器也是實現板卡式光纖傳感的難點之一。

3大容量、智能化光傳輸實踐

針對上述挑戰，我們開發了如圖2 所示的大容量、智能化光傳輸管控平臺。該平臺主要包括依托于網管與設備側的全局功率和連接管理算法，以及基于 WASON 的業務級損傷驗證、功率優化和路由頻譜分配算法。下面我們將結合幾個案例，來展示我們在大容量、智能化光傳輸方面的實踐。

3.1光域均衡顯著提升 ROADM 穿通能力

如圖3 所示，基于商用 WSS 的物理特性，我們提出基于分片整形的光域均衡專利技術。該技術通過對通道內不同頻譜切片施加相對衰減使 WSS 的通道帶寬提高了3 dB，從而減小信號的濾波代價，增加 ROADM 的組網能力。該方案無需硬件升級，分布式整形能力強。純軟件控制層面在線調整 WSS 通道內的每個頻率分片的衰減并不影響業務，也不會增加額外的成本。當采用光域均衡時，200 Gbit/s QPSK 信號在75 GHz 通道間隔的穿通能力可提升100%[24]， 200 Gbit/s PS16QAM/8QAM 信號在50 GHz 下的穿通能力可提升60%以上[25]。此外，基于靈活調制和光域均衡的 Flex Shaping 技術已經在多個運營商現網中商用。 200 Gbit/s 信號在37.5 GHz 間隔下擁有大于10級的穿通能力和傳輸距離，能夠有效減小不必要的電中繼，節省成本，降低網絡時延。

3.2 C+L 擴展波段助力單波400 Gbit/s 長距離傳輸

受限于目前 OTU 的波長可調諧范圍，我們在 C6T+L5T 光系統上傳輸80波 400 Gbit/s 信號。其中， C 波段和 L 波段各有40波，并且波道間隔為100 GHz。由于基于128 Gbd QPSK 的長距400 Gbit/s 實時相干光模塊目前仍處于研發階段，本實驗的長距400 Gbit/s 方案為91.6 Gbd PS16QAM，并適配100 GHz 波道間隔。光纖鏈路中有5 個 G652光纖跨段，每段光纖長度為75 km，損耗約22 dB 。 C 和 L 波段分別采用一個 EDFA 來補償跨段損耗，并在放大前后均有一個 WDM 合分波器。如圖4 所示，在沒有進行功率調整前，由于 C+L 系統中存在強烈的 SRS功率轉移， 5跨段末端單波功率平坦度劣化嚴重，無法滿足系統應用需求。采用 C+L 功率預均衡策略對 EDFA 的增益和增益斜率進行調整后，系統的功率平坦度優于 4.5 dB， OSNR 平坦度優于2.5 dB，最小 OSNR 高于25 dB，滿足預期的功率均衡目標。? C+L 波段400 Gbit/s PS16QAM 的傳輸代價在 5 dBm 入纖時小于1 dB 。該方案使中興通訊成功完成業界首個單波400 Gbit/s C+L 系統現網測試， G654E 光纖傳輸距離達到1 300 km， G652光纖傳輸距離大于1 000 km 。良好的方案結果進一步推進了單波400 Gbit/s 與 C+L 系統的商用進程。

3.3高頻光標簽實現在線光性能監測

為了避免長距離傳輸后 SRS 串擾對低載頻標簽信號檢測性能的劣化影響，同時解決高波特率信號上加載高頻標簽時色散導致的功率衰落問題，我們提出將光標簽的載頻“搬移”到大于10 MHz 的相對高頻位置，并在 OTU 單板、OA 單板、 WSS 單板進行邏輯電路的標簽加載和檢測，如圖5 所示。利用在線板卡，我們開展了光標簽在波長追蹤、通道插損檢測、單波光功率檢測和單波 OSNR 檢測的實驗。在20跨段的單波100、200 Gbit/s 傳輸系統中的實驗結果表明：目前光標簽接收靈敏度優于-38 dBm，功率檢測精度達到1 dB;結合光放噪聲系數的定標， OSNR 檢測精度可以做到1.5 dB，并且光標簽對業務 OSNR 容限劣化小于0.1 dB 。光性能檢測的精度、速率，以及板卡集成度和成本都比傳統的 OPM 有優勢。可以預見，光標簽在通道信號丟失（LOS）檢測、遠程功率控制等光層 OAM 應用方面也能發揮作用。光標簽技術的商用將進一步提升光傳輸設備的智能化運維水平，也將為光電融合組網奠定基礎。

3.4 光探針和GPA雙管齊下以確保備用路徑快速可靠恢復

針對業務恢復的預置路徑性能監測和ROADM站內插損檢測等應用，我們提出光探針的概念。如圖6所示，系統通過級聯光放和WSS產生可編程的假波源，然后接入待測通道，利用網絡中配置的OPM，來獲取待測光通道的通道光功率并計算 OSNR 等光性能指標。目前我們已開發出基于光探針應用的完整解決方案。該技術可以有效解決空閑光通道的性能檢測問題，使預置路徑上的功率檢測精度優于1 dB，OSNR檢測精度優于1.5 dB。

對于非預置的動態重路由的恢復路徑，我們提出GPA技術。該技術的總體思路是：對底層光器件建立通道級功率演進模型，以配合必要的出廠/開局定標工作;當發生業務路徑倒換時，各個光層模型級聯將對線路中各通道的光功率進行準確估算，以指導站點預設通道衰減值，并確保業務在倒換后的快速開通。GPA 最核心的技術是光鏈路上的 OA 模型、光纖模型、站內插損的功率估算模型，如圖7所示。其中，OA模型需要實現任意少波、任意輸入功率、不同增益設定下的高精度功率計算;光纖模型包含波長相關損耗及 SRS 建模;通過在開始階段復用段首尾 OPM 對模型的校準，通道功率計算模型已驗證10跨段誤差小于1.5 dB。

當網絡發生故障時，基于光探針和GPA技術，SDON/WASON等控制模塊將業務倒換到備用路徑。借助已經調整好的光路參數和光傳輸質量（QoT）評估可驗證備用路徑的光性能損傷，有助于實現業務的快速、可靠恢復，提升網絡的生存性和一次性恢復的成功率。

4總結與展望

以用戶體驗為中心，構建無處不在與無處不及的全光連接，提供超大帶寬、架構極簡的超強“運力”，引入智能化“算力”，將助力全光網的高效運營，保障網絡自動優化和可靠運行，有助于最終實現網絡自治。大容量光網絡在單波提速、波段擴展、? SDM、光層 OAM、備用路徑性能檢測和智能化管控等方面充滿機遇和挑戰，需要學術界和業界共同加強產學研用的協同發展，以推動技術創新和快速商用。以靈活調制和光域均衡為核心的 Flex-Shaping 技術可擴大200、400 Gbit/s OTN 的傳輸距離并增強相應 ROADM 的組網能力，在擴展波段的基礎上持續提升業務單波速率和單纖容量，加速基于光標簽的光層 OAM 技術在連接管理、性能管理方面的應用，推動光探針、? GPA、QoT等組件與人工智能（AI）、機器學習等智能化算法在現網中的快速融合應用，增強網絡恢復可靠性、保障確定性低時延是我們目前重要的研究方向。

未來商用 OTN 將繼續圍繞“寬”“簡”“智”發展。中興通訊將在“大容量”“智能化”兩大陣地上持續攻堅，協同推動“新速率、新波段、新站點、新算法、新運維”快速商用落地，為5G 新基建甚至6G 場景應用探索最合適的技術路線，持續改善網絡服務體驗，為用戶創造價值。

致謝

本研究得到中興通訊股份有限公司鄒紅兵部長、陳勇總工、賈殷秋博士、吳瓊博士、高繼韜博士的幫助，謹致謝意！

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作者簡介

馮振華，中興通訊股份有限公司資深預研工程師;主要從事相干光系統算法設計和驗證工作。

方瑜，中興通訊股份有限公司波分產品研發總工;主要從事光系統產品架構的設計和技術總體規劃工作。

施鵠，中興通訊股份有限公司光系統總工、預研項目經理;主要從事光系統設計、新技術預研規劃相關工作。