再创纪录！中国实现4.1Pb/s单模19芯光纤传输系统实验

电子发烧友网报道（文/李弯弯）最新消息，中国信科集团光通信技术和网络全国重点实验室近期实现了总传输容量4.1Pb/s、净传输容量3.61P/s的单模19芯光纤传输系统实验。
 
2022年10月，该实验室曾全球首次实现3.03Pb/s的单模19芯光纤传输系统实验，如今新纪录提高了近40%，也是目前国内光纤传输系统实验容量的最高纪录。
 
什么是单模光纤传输
 
光纤传输，即以光导纤维为介质进行的数据、信号传输。从组成部分来看，光纤传输包括光源（又称光发送机）、传输介质、检测器（又称光接收机）。
 
计算机网络之间的光纤传输，光源和检测器的工作一般是用光纤收发器完成的。光纤收发器，就是实现双绞线与光纤连接的设备，作用是将双绞线所传输的信号转换成能够通过光纤传输的光信号，将光纤传输的信号转换成能够在双绞线中传输的信号，实现网络间的数据传输。
 
在普通的视频、音频、数据等传输过程中，光源和检测器的工作一般都是由光端机完成的，光端机就是将多个E1信号变成光信号并传输的设备，所谓E1是一种中继线路数据传输标准，我国和欧洲的标准速率为2.048Mbps，光端机的主要作用就是实现电一光、光一电的转换。
 
光纤作为传输介质，是光纤传输系统的重要因素。可按不同的方式进行分类：按照传输模式来划分： 光线只沿光纤的内芯进行传输， 只传输主模我们称之为单模光纤(Single—Mode)。有多个模式在光纤中传输，我们称这种光纤为多模光纤(Multi-Mode)。
 
单模光纤，中心玻璃芯很细，只存在一种传输模式的光纤。单模光纤的传输损耗、传输色散都比较小。传输损耗小可以使得信号在光纤中传输的距离更远一些，传输色散小有利于高速大容量的数据的传输，因此在通信系统中，特别是大容量的通信系统中，多数使用单模光纤。
 
中国信科集团光通信技术和网络全国重点实验室是如何实现单模光纤传输速率不断突破的呢？据介绍，该团队从光传输系统架构和数字信号处理算法方面优化升级，在保持S+C+L信道谱宽17THz不变情况下，对系统架构中的部分关键光电器件进行优化，并针对性地对系统光谱进行超宽光域均衡，进一步提升不同波段中传输信道的性能。
 
为了更充分利用S+C+L波段680个信道的传输能力，团队还采用先进的超高阶概率星座整形算法，基于PCS-256QAM和PCS-64QAM调制格式，根据各纤芯的性能差异，通过调整加载信号的信息熵来最大化每个纤芯和每个信道的传输容量。
 
中国光纤传输技术不断突破
 
光纤传输是利用光纤传输数据信号，它具有高带宽、低损耗、抗干扰能力强等优点，应用领域广泛。比如，在通信领域，光纤传输是高速宽带通信的重要技术手段。由于光纤传输的带宽大、传输距离远、信号衰减小等特点，使其可以实现高速数据传输和长距离通信。
 
在工业领域，光纤传输可以用于传输工业自动化和控制系统中的信号，如测量传感器信号、机器视觉系统信号等。相比于传统的电缆传输，光纤传输具有更好的抗干扰能力和安全性。
 
光纤系统最早于1977年首次实现商用，之后在技术上不断取得突破，在近十几年中光纤传输速率更是一再刷新纪录。2011年3月，在美国洛杉矶举办的光纤通讯大会上展示了最新的光纤传输技术，这项研究由德国弗朗霍夫学会海因里希-赫兹研究所与丹麦技术大学研究人员合作完成，研究人员在长度为29公里的单一玻璃光纤线路上创造了每秒10.2Terabit(太比特)的光纤传输速率新世界纪录，其每秒传输的数据量相当于240张DVD光盘。在此之前的世界纪录是由该研究所创造的每秒2.56Terabit。
 
近几年，中国在光纤传输技术上迅猛发展，多次取得重要突破。2019年2月消息，光纤通信技术和网络国家重点实验室、国家信息光电子创新中心、烽火通信和光迅科技经过联合研究攻关，在国内首次实现1.06Pbit/s超大容量波分复用及空分复用的光传输系统实验，传输容量当前商用单模光纤传输系统最大容量的10倍，标志着我国在“超大容量、超长距离、超高速率”光通信系统研究领域再次取得突破性进展，达到国际先进水平。
 
据介绍，该实验采用了国内在光传输系统技术、光器件和光芯片技术、光纤光缆技术上最领先的研究成果。能够实现1.06Pbit/s超大容量，是因为本次实验采用的传输介质是单模十九芯光纤，在C+L波段内产生了375个光载波，基于硅光相干收发芯片实现了25GHz通道内的178.18Gbit/s DFTs-PDM-16QAM信号光收发。
 
值得一提的是，此次实验所使用的核心光芯片和光纤均为自主研制，具有完全自主知识产权。硅光相干收发芯片由国家信息光电子创新中心、光纤通信技术和网络国家重点实验室、光迅科技和烽火通信联合研制，在一个不到30平方毫米的硅芯片上集成了包括光发送、调制、接收等近60个有源和无源光元件，且能支持C+L波段同时工作，是当时国内集成度最高的商用光子集成芯片。
 
通过此次工艺及技术的突破，还解决了单模19芯光纤的通道间串扰难题，相邻纤芯的隔离度优于-40dB，把“车道”与“车道”之间的干扰和影响降到了最低。从这里也可以看出，这次的突破，也为2022年及最近单模19芯光纤传输速率两次刷新世界纪录奠定了基础。
 
小结
 
事实上在过去十年里，光通信技术和网络全国重点实验室持续不断刷新自己的极限，2019年展示的最新成果更是将中国“超大容量、超长距离、超高速率”光通信系统研究推向新高度，以至到现在单模19芯光纤传输速率刷新世界纪录。
 
当前5G、物联网技术和应用蓬勃发展，数据通信呈现爆炸式增长。在这样的时代背景下，中国光纤传输技术的持续突破，无论是对于全球新兴科技发展，还是中国在全球光通信市场的领先地位，都具有极其重大的意义。