再創紀錄！中國實現4.1Pb/s單模19芯光纖傳輸系統實驗

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

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

什么是單模光纖傳輸

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

計算機網絡之間的光纖傳輸，光源和檢測器的工作一般是用光纖收發器完成的。光纖收發器，就是實現雙絞線與光纖連接的設備，作用是將雙絞線所傳輸的信號轉換成能夠通過光纖傳輸的光信號，將光纖傳輸的信號轉換成能夠在雙絞線中傳輸的信號，實現網絡間的數據傳輸。

在普通的視頻、音頻、數據等傳輸過程中，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的設備，所謂E1是一種中繼線路數據傳輸標準，我國和歐洲的標準速率為2.048Mbps，光端機的主要作用就是實現電一光、光一電的轉換。

光纖作為傳輸介質，是光纖傳輸系統的重要因素?？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的距離更遠一些，傳輸色散小有利于高速大容量的數據的傳輸，因此在通信系統中，特別是大容量的通信系統中，多數使用單模光纖。

中國信科集團光通信技術和網絡全國重點實驗室是如何實現單模光纖傳輸速率不斷突破的呢？據介紹，該團隊從光傳輸系統架構和數字信號處理算法方面優化升級，在保持S+C+L信道譜寬17THz不變情況下，對系統架構中的部分關鍵光電器件進行優化，并針對性地對系統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調制格式，根據各纖芯的性能差異，通過調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。

中國光纖傳輸技術不斷突破

光纖傳輸是利用光纖傳輸數據信號，它具有高帶寬、低損耗、抗干擾能力強等優點，應用領域廣泛。比如，在通信領域，光纖傳輸是高速寬帶通信的重要技術手段。由于光纖傳輸的帶寬大、傳輸距離遠、信號衰減小等特點，使其可以實現高速數據傳輸和長距離通信。

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

光纖系統最早于1977年首次實現商用，之后在技術上不斷取得突破，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，這項研究由德國弗朗霍夫學會海因里希-赫茲研究所與丹麥技術大學研究人員合作完成，研究人員在長度為29公里的單一玻璃光纖線路上創造了每秒10.2Terabit(太比特)的光纖傳輸速率新世界紀錄，其每秒傳輸的數據量相當于240張DVD光盤。在此之前的世界紀錄是由該研究所創造的每秒2.56Terabit。

近幾年，中國在光纖傳輸技術上迅猛發展，多次取得重要突破。2019年2月消息，光纖通信技術和網絡國家重點實驗室、國家信息光電子創新中心、烽火通信和光迅科技經過聯合研究攻關，在國內首次實現1.06Pbit/s超大容量波分復用及空分復用的光傳輸系統實驗，傳輸容量當前商用單模光纖傳輸系統最大容量的10倍，標志著我國在“超大容量、超長距離、超高速率”光通信系統研究領域再次取得突破性進展，達到國際先進水平。

據介紹，該實驗采用了國內在光傳輸系統技術、光器件和光芯片技術、光纖光纜技術上最領先的研究成果。能夠實現1.06Pbit/s超大容量，是因為本次實驗采用的傳輸介質是單模十九芯光纖，在C+L波段內產生了375個光載波，基于硅光相干收發芯片實現了25GHz通道內的178.18Gbit/s DFTs-PDM-16QAM信號光收發。

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權。硅光相干收發芯片由國家信息光電子創新中心、光纖通信技術和網絡國家重點實驗室、光迅科技和烽火通信聯合研制，在一個不到30平方毫米的硅芯片上集成了包括光發送、調制、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，是當時國內集成度最高的商用光子集成芯片。

通過此次工藝及技術的突破，還解決了單模19芯光纖的通道間串擾難題，相鄰纖芯的隔離度優于-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錄奠定了基礎。

小結

事實上在過去十年里，光通信技術和網絡全國重點實驗室持續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”光通信系統研究推向新高度，以至到現在單模19芯光纖傳輸速率刷新世界紀錄。

當前5G、物聯網技術和應用蓬勃發展，數據通信呈現爆炸式增長。在這樣的時代背景下，中國光纖傳輸技術的持續突破，無論是對于全球新興科技發展，還是中國在全球光通信市場的領先地位，都具有極其重大的意義。