李俊杰 武曉峰 霍曉莉 張安旭 唐建軍 丁 一

1 中國電信股份有限公司研究院 北京 102209

2 中國電信集團(tuán)有限公司 北京 100035

引言

“新基建”是新型基礎(chǔ)設(shè)施的簡稱，是黨的十八大以后，由中央政府倡導(dǎo)智慧經(jīng)濟(jì)新發(fā)展理念，吸收新科技革命成果，實(shí)現(xiàn)生態(tài)化、數(shù)字化、智能化、高速化新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換，建立現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)體系的國家基本建設(shè)與基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)?！靶滦托畔⒒A(chǔ)設(shè)施”是“新基建”的重要組成部分，作為新型信息基礎(chǔ)設(shè)施的“帶寬基石”，光通信網(wǎng)絡(luò)將在“新基建”時(shí)代迎來新的發(fā)展機(jī)遇。

1 “新基建”帶來的新機(jī)遇

1.1 何謂“新基建”

“新基建”是與傳統(tǒng)的“鐵公基”相對應(yīng)，結(jié)合新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革特征，面向國家戰(zhàn)略需求，為經(jīng)濟(jì)社會(huì)的創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享發(fā)展提供底層支撐的具有乘數(shù)效應(yīng)的戰(zhàn)略性、網(wǎng)絡(luò)型基礎(chǔ)設(shè)施。賽迪智庫在2020年3月發(fā)布的《“新基建”發(fā)展白皮書》歸納了“新基建”七大領(lǐng)域：5G基建、特高壓、城際高速鐵路和城市軌道交通、新能源汽車充電樁、大數(shù)據(jù)中心、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)[1]。

李克強(qiáng)總理在2020年“兩會(huì)”上做《政府工作報(bào)告》第一次明確了“加強(qiáng)新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)”的提法，具體內(nèi)容為“加強(qiáng)新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，發(fā)展新一代信息網(wǎng)絡(luò)，拓展5G應(yīng)用，建設(shè)數(shù)據(jù)中心，增加充電樁、換電站等設(shè)施，推廣新能源汽車，激發(fā)新消費(fèi)需求、助力產(chǎn)業(yè)升級”[2]。

1.2 “新基建”下的通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)施

結(jié)合2020年4月份國家發(fā)改委新聞發(fā)布會(huì)的內(nèi)容，官方明確的“新基建”范圍包括信息基礎(chǔ)設(shè)施、融合基礎(chǔ)設(shè)施、創(chuàng)新基礎(chǔ)設(shè)施三大方面。我們逐一分析通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)施在“新基建”中的地位。

首先，信息基礎(chǔ)設(shè)施包括以5G、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)為代表的通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，以人工智能、云計(jì)算、區(qū)塊鏈等為代表的新技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施，以數(shù)據(jù)中心、智能計(jì)算中心為代表的算力基礎(chǔ)設(shè)施等。通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)被放在了首位，在新技術(shù)和算力基礎(chǔ)設(shè)施中，云計(jì)算和數(shù)據(jù)中心也同樣離不開通信網(wǎng)絡(luò)的支撐。由此可見，通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施在“新基建”中的地位顯得尤為重要。

其次，融合基礎(chǔ)設(shè)施包括智能交通基礎(chǔ)設(shè)施、智慧能源基礎(chǔ)設(shè)施等。無論是智能交通還是智慧能源，都是通信網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)路網(wǎng)、能源網(wǎng)的結(jié)合，而區(qū)塊鏈、人工智能、云計(jì)算、數(shù)據(jù)中心等與通信網(wǎng)絡(luò)更是魚與水的關(guān)系，沒有高速、高容量的通信基礎(chǔ)設(shè)施，根本無法實(shí)現(xiàn)?！败嚶穮f(xié)同”也是目前通信網(wǎng)絡(luò)與交通網(wǎng)絡(luò)融合的典范。

再次，創(chuàng)新基礎(chǔ)設(shè)施包括重大科技基礎(chǔ)設(shè)施、科教基礎(chǔ)設(shè)施、產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新基礎(chǔ)設(shè)施等內(nèi)容。我國的通信科學(xué)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)已經(jīng)躍居國際先進(jìn)水平，但是其可持續(xù)發(fā)展依舊離不開創(chuàng)新基礎(chǔ)設(shè)施的大力支持，通信領(lǐng)域的科技和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新基礎(chǔ)設(shè)施勢必也是“新基建”的重要組成部分。

綜上所述，通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施是“新基建”基礎(chǔ)中的基礎(chǔ)。光通信網(wǎng)絡(luò)作為通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的“帶寬基石”，同樣也是“新基建”的“帶寬基石”，迎來新的發(fā)展機(jī)遇。

2 光通信夯實(shí)“新基建”帶寬基石

隨著信息化水平的提高，通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)滲透到國民經(jīng)濟(jì)和人民生活的方方面面，其中影響最深遠(yuǎn)的是包含物聯(lián)網(wǎng)在內(nèi)的廣義互聯(lián)網(wǎng)、支撐移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的4G/5G/6G廣義無線網(wǎng)絡(luò)以及伴隨云計(jì)算出現(xiàn)的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)，下文將展望光通信在這三大板塊中的作用和發(fā)展趨勢。

2.1 支撐互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的光通信網(wǎng)絡(luò)

互聯(lián)網(wǎng)(Internet)是過去二十多年光通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的最大動(dòng)力，隨著VR/AR、自動(dòng)駕駛等新型業(yè)務(wù)的興起，目標(biāo)萬物互聯(lián)的物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things，IoT)加入了互聯(lián)網(wǎng)大家庭，進(jìn)一步壯大了互聯(lián)網(wǎng)影響社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的深度和廣度，因此包括物聯(lián)網(wǎng)在內(nèi)的廣義互聯(lián)網(wǎng)在可預(yù)見的將來依舊是光通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的最大驅(qū)動(dòng)力之一。

互聯(lián)網(wǎng)對光通信技術(shù)的核心需求是帶寬，自從上世紀(jì)七八十年代光纖通信實(shí)用化以后，光通信一直扮演著互聯(lián)網(wǎng)“承重墻”的角色。特別是上世紀(jì)九十年代波分復(fù)用(Wavelength Division Multiplexing，WDM)技術(shù)和本世紀(jì)一十年代相干光通信技術(shù)兩代技術(shù)革命，使得光通信帶寬持續(xù)以大約每三年翻一番的“光摩爾定律”高速發(fā)展，有力支撐了互聯(lián)網(wǎng)乃至人類信息網(wǎng)絡(luò)在過去三十年的蓬勃發(fā)展(如圖1所示)。但是基于單模光纖的商用光通信系統(tǒng)容量已經(jīng)逐漸逼近大約100Tb/s的香農(nóng)極限，后續(xù)可持續(xù)發(fā)展亟待理論、方法、技術(shù)、工藝、器件和系統(tǒng)的全方位創(chuàng)新[3]。

圖1 光通信容量增長歷史及非線性香農(nóng)極限示意圖

在可預(yù)見的未來，光通信技術(shù)依舊需要在單模光纖、波分復(fù)用技術(shù)和相干光通信技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升容量，因此無外乎有兩條路徑，分別是提升單波速率和增加可用波長。

1)提升單波速率。我國已經(jīng)全面部署基于相干光通信技術(shù)的80×100Gb/s WDM系統(tǒng)，近幾年三大運(yùn)營商開始關(guān)注和部署單波長200Gb/s和400Gb/s的WDM系統(tǒng)，例如基于PM-16QAM調(diào)制的80×200Gb/s WDM系統(tǒng)已經(jīng)在部分城域網(wǎng)少量干線有所部署，面向長距離傳輸單波長200Gb/s和400Gb/s WDM技術(shù)也已經(jīng)有了大量1 000km以上長距離現(xiàn)網(wǎng)試點(diǎn)報(bào)道，即將進(jìn)入商用[4-5]。單波長600Gb/s和800Gb/s的相干光通信技術(shù)也已提上了議事日程，華為、Ciena、Infinera等廠商都有一些現(xiàn)網(wǎng)試驗(yàn)報(bào)道，但是目前傳輸距離等性能都存在很大不足，只能局限在短距離應(yīng)用，距離商用還有較大差距。

2)增加可用波長。我國全面部署的WDM系統(tǒng)主要制式是C波段80×50GHz(4THz頻譜)。過去幾年已經(jīng)有少量系統(tǒng)采用了C波段96×50GHz(4.8THz)，增加了20%的可用波長。進(jìn)入單波長200Gb/s時(shí)代，為了實(shí)現(xiàn)距離相當(dāng)前提下容量翻番的目標(biāo)，運(yùn)營商提出了80×75GHz(6THz頻譜)的擴(kuò)展C波段WDM系統(tǒng)需求，目前已經(jīng)成熟并開始商用部署，國內(nèi)的華為、中興和烽火等廠商均推出了相應(yīng)的設(shè)備，這也是國內(nèi)運(yùn)營商和設(shè)備商在光通信產(chǎn)業(yè)界率先提出并實(shí)現(xiàn)的一項(xiàng)技術(shù)。至此，擴(kuò)展C波段的可用頻譜提升了50%。下一步目標(biāo)是單波長400Gb/s時(shí)代繼續(xù)保持距離前提下的容量翻番目標(biāo)，擴(kuò)展對象是L波段。歐美國家在過去十年已經(jīng)部署了相當(dāng)規(guī)模的C+L波段WDM系統(tǒng)，其總頻譜大約是9.6THz，還不足以實(shí)現(xiàn)總?cè)萘糠哪繕?biāo)。目前以國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈為主體，正在研究擴(kuò)展C+L的技術(shù)路線和方案，預(yù)計(jì)可用頻譜大約在11~12THz左右[6]。學(xué)術(shù)界還在研究拉通O、E、S、C、L、U各個(gè)波段的全波段光放大技術(shù)，這是一個(gè)更遠(yuǎn)期的研究目標(biāo)。單模光纖可用波段如圖2所示。

圖2 單模光纖可用波段示意圖

除了系統(tǒng)技術(shù)以外，業(yè)界在光纖技術(shù)方面也進(jìn)行了大量創(chuàng)新，一方面是對單模光纖的持續(xù)性能優(yōu)化，另一方面是新型傳輸光纖的研制。

1)優(yōu)化單模光纖。噪聲積累和非線性是影響WDM系統(tǒng)進(jìn)一步提升容量和延長傳輸距離的主要瓶頸，因此單模光纖的優(yōu)化就是從降低光纖衰耗和增大有效面積兩個(gè)方面著手。目前采用芯區(qū)低摻雜甚至純硅芯技術(shù)，超低損耗陸纜光纖的衰耗系數(shù)已經(jīng)可以低于0.17dB/km；陸纜用大有效面積光纖有效面積達(dá)到130um2，相對于傳統(tǒng)單模光纖有50%以上的提升。同時(shí)具備超低損耗和大有效面積特征的G.654E光纖已經(jīng)完成了國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)化，國內(nèi)三大運(yùn)營商已經(jīng)開始現(xiàn)網(wǎng)部署，其中中國電信建設(shè)的世界上首條省際骨干全G.654E光纜(上海－金華－河源－廣州光纜)已于2021年初建成。

2)研制新型光纖。前面三種技術(shù)路徑對光通信容量的提升都是緩慢的，達(dá)到倍增都非常困難，無法實(shí)現(xiàn)數(shù)量級提升的質(zhì)變。下一步有望實(shí)現(xiàn)光通信系統(tǒng)容量質(zhì)變的創(chuàng)新有可能是打破單模光纖理論和工藝架構(gòu)的新型光纖。如圖3所示，目前值得關(guān)注的新一代新型光纖主要有少模光纖(Few Mode Fiber，F(xiàn)MF)、多芯光纖(Multi-Core Fiber，MCF)、空心光纖(Holly Fiber)或者稱為光子晶體光纖(Photonics Crystal Fiber，PCF)等。雖然這類光纖目前在理論、工藝、成本、配套器件、與光傳輸系統(tǒng)的兼容性等方面都存在很多問題，但是業(yè)界還是要高度關(guān)注，因?yàn)檫@些創(chuàng)新可能催生光通信技術(shù)的下一場革命。

圖3 幾種下一代新型光纖示意圖

新時(shí)代互聯(lián)網(wǎng)對光傳輸網(wǎng)絡(luò)的需求也已不再僅僅是帶寬本身，光層在組網(wǎng)調(diào)度方面的效率和靈活性也成為使能互聯(lián)網(wǎng)的重要手段。

WDM傳輸技術(shù)發(fā)展伊始，業(yè)界就一直在研究光層交換技術(shù)，但是由于全光波長變換和光信息直接處理等技術(shù)的缺失，目前在光網(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn)的依舊是波長顆粒的光層調(diào)度，最重要的設(shè)備基礎(chǔ)是可重構(gòu)光分插復(fù)用設(shè)備(Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer，ROADM)。我國第一張全光調(diào)度的省際骨干網(wǎng)絡(luò)——中國電信長江中下游地區(qū)ROADM網(wǎng)絡(luò)于2017年建成[7]，截至2020年，中國電信已經(jīng)建成了覆蓋全國所有本地網(wǎng)、包含5大區(qū)域的骨干ROADM網(wǎng)絡(luò)，這是我國WDM技術(shù)應(yīng)用水平從點(diǎn)到點(diǎn)傳輸向網(wǎng)狀組網(wǎng)邁出的重要一步。過去三年ROADM網(wǎng)絡(luò)建設(shè)運(yùn)營的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明了光層調(diào)度組網(wǎng)能力對提升互聯(lián)網(wǎng)性能和生存性具有不可替代的價(jià)值。

2.2 4G/5G/6G廣義無線網(wǎng)絡(luò)的光承載技術(shù)

無線網(wǎng)絡(luò)是催生光通信技術(shù)蓬勃發(fā)展的又一個(gè)重要?jiǎng)恿?，特別是進(jìn)入4G和5G時(shí)代以后，移動(dòng)前傳(Mobile Front-Haul，MFH)成為光通信特別是光模塊市場的一個(gè)重要增長點(diǎn)。所謂前傳是伴隨著無線接入網(wǎng)(Radio Access Network，RAN)的基帶部分和射頻部分的分離部署而產(chǎn)生的：基帶部分(4G的BBU、5G的DU/CU)集中部署在運(yùn)營商機(jī)房，有利于降低基站的工程難度和維護(hù)成本，并且為跨站協(xié)同提供了便利；射頻部分(5G的RRU、5G的AAU)部署在基站鐵搭，通過移動(dòng)前傳系統(tǒng)連接基帶部分。這種分離的架構(gòu)稱為C-RAN(Centralized RAN，集中式RAN)，與之相對應(yīng)一體化架構(gòu)稱為D-RAN(Distributed RAN，分布式RAN)。

前傳接口是RAN設(shè)備的內(nèi)部接口，一般是模擬信號直接采樣的數(shù)字信號，因此對帶寬、時(shí)延、抖動(dòng)等性能要求較高，而且通常每個(gè)載頻、每個(gè)扇區(qū)都要獨(dú)立前傳接口。隨著我國的4G和5G基站數(shù)量快速躍居世界首位，我國的移動(dòng)前傳市場規(guī)模在全球首屈一指，催生一個(gè)具有鮮明中國特色的移動(dòng)前傳光通信市場。特別是進(jìn)入5G時(shí)代以后，隨著網(wǎng)絡(luò)提速帶來的前傳光模塊速率提升(單載頻、單扇區(qū)25Gb/s)以及載頻擴(kuò)展帶來的前傳光模塊數(shù)量增加(160MHz/200MHz載頻需要2×25Gb/s)，引發(fā)了光通信技術(shù)在這個(gè)細(xì)分市場的多項(xiàng)創(chuàng)新，特別是第一次將WDM技術(shù)引入到了網(wǎng)絡(luò)的邊緣層[8]。

目前各運(yùn)營商4G和5G的移動(dòng)前傳已商用的WDM方案以粗波分復(fù)用(CWDM)為主，面向未來演進(jìn)提出了多種技術(shù)方案，本文不展開敘述，但希望從中引發(fā)WDM技術(shù)在接入網(wǎng)和城域邊緣層的技術(shù)路線的討論。通過分析5G前傳以及20G/50G PON的技術(shù)路線可以發(fā)現(xiàn)，絕大部分方案都選擇了O波段(1260~1360nm)的WDM技術(shù)，其中CWDM技術(shù)由于采用20nm波道間隔，部分波長可能超過O波段范圍。

O波段在單模光纖中處于低色散且損耗較小的區(qū)域，傳統(tǒng)上可作為客戶側(cè)光信號的工作窗口。25Gb/s和50Gb/s信號選用O波段的主要原因是色散代價(jià)較小，可以保證25Gb/s NRZ及50Gb/s PAM4信號10km甚至更長的傳輸距離，無需色散補(bǔ)償。但是隨著客戶側(cè)業(yè)務(wù)速率提升，也開始引入WDM技術(shù)，例如IEEE定義的100GE-LR4和100GE-ER4接口就采用O波段800GHz間隔的LWDM(Lan WDM)。中國電信提出將O波段800GHz間隔的LWDM(同時(shí)符合ITU-T對DWDM的定義)作為5G前傳的解決方案，并和中國移動(dòng)及眾多國內(nèi)外合作伙伴一起在ITU-T推動(dòng)了聚焦O波段WDM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化的G.owdm標(biāo)準(zhǔn)的立項(xiàng)。

隨著DSP技術(shù)的成熟，業(yè)內(nèi)還有一種將O波段WDM系統(tǒng)的單波長提升到100Gb/s的努力，例如100G Lambda MSA組織正在研究的400GE-LR4/LR方案就計(jì)劃采用4波長、800GHz間隔的O波段WDM技術(shù)通過4x100Gb/s PAM4信號實(shí)現(xiàn)400GE業(yè)務(wù)接口。因此在光網(wǎng)絡(luò)的接入層和城域邊緣層，O波段WDM技術(shù)是一種非常值得關(guān)注的高性價(jià)比方案。

5G方興未艾之時(shí)，6G已經(jīng)提上日程。6G時(shí)代提出了空天地海一體化的宏遠(yuǎn)目標(biāo)，光通信技術(shù)至少在兩個(gè)方面發(fā)揮重要作用。第一個(gè)作用是6G無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)的承載，預(yù)計(jì)還將延續(xù)5G的C-RAN方案，6G移動(dòng)前傳將進(jìn)一步提升速率和提高性能要求，要求光通信技術(shù)繼續(xù)提供高性價(jià)比的WDM承載方案。第二個(gè)作用是6G衛(wèi)星通信的星際通信和星地通信，特別是星際通信，光通信幾乎是唯一可行的解決方案。

衛(wèi)星通信，特別是低軌衛(wèi)星通信技術(shù)可以與成熟的無線蜂窩通信技術(shù)形成有效互補(bǔ)，成為6G規(guī)劃的空天地海一體化通信宏遠(yuǎn)目標(biāo)的重要組成部分，特別在中美兩國成為一個(gè)重要熱點(diǎn)。美國SpaceX公司是商用低軌衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)的領(lǐng)頭羊，根據(jù)公開媒體報(bào)道，早在2020年9月就已經(jīng)成功在軌道上測試了星鏈(Starlink)衛(wèi)星的星際激光通信，并且在2021年1月發(fā)射的10枚星鏈衛(wèi)星中正式部署了星際激光通信設(shè)備。

星際激光通信對衛(wèi)星通信系統(tǒng)帶來兩大顯著進(jìn)步。第一是提升覆蓋能力，沒有星際通信的衛(wèi)星是獨(dú)立的存在，參考無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)的概念，地面站可以比作BBU，衛(wèi)星相當(dāng)于RRU，由于BBU和RRU星地中繼要求，兩者的距離和角度都受到限制；有了星際通信的衛(wèi)星則可以自行中繼，有效擴(kuò)展覆蓋范圍，理論上可以實(shí)現(xiàn)全球覆蓋。第二是降低連接時(shí)延，沒有星際通信情況下，任何兩個(gè)客戶之間的通信都需要通過地面站轉(zhuǎn)接，如果不在同一個(gè)地面站覆蓋范圍內(nèi)，還需要多個(gè)地面站轉(zhuǎn)接，星際通信可以大大減少地面站轉(zhuǎn)接次數(shù)和距離，從而顯著降低時(shí)延。根據(jù)公開媒體報(bào)道，SpaceX公司的目標(biāo)是在完全星際互聯(lián)的星鏈網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)8毫秒超低時(shí)延，這將大大超過目前海纜光纖系統(tǒng)的傳輸時(shí)延水平。

2.3 面向數(shù)據(jù)中心的光通信技術(shù)

數(shù)據(jù)中心是最近五年流量增長最快、驅(qū)動(dòng)光通信技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的最重要?jiǎng)恿?。早?018年，Cisco公司在做全球云指數(shù)(Global Cloud Index，GCI)研究和編制中，就給出了目標(biāo)2021年的全球數(shù)據(jù)流量流向預(yù)測，指出到2021年全球超過85%的流量是數(shù)據(jù)中心內(nèi)部和中心之間的東西向流量，只有不到15%是用戶訪問數(shù)據(jù)中心的南北向流量[9]。

圖4還給出了東西向流量的進(jìn)一部細(xì)化分布預(yù)測，其中數(shù)據(jù)中心內(nèi)部流量占大頭，占到整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)流量的71.5%，數(shù)據(jù)中心互聯(lián)(DCI)的流量占小頭，但是也已經(jīng)接近了整個(gè)南北向流量的占比(13.6%VS14.9%)。過去幾年光通信市場變化的格局也印證了這一點(diǎn)，中美兩國的互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)同時(shí)也是云服務(wù)的主要供應(yīng)商，在光傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)規(guī)模和水平方面直逼傳統(tǒng)電信運(yùn)營商，特別是美國的互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)已經(jīng)超越了傳統(tǒng)電信運(yùn)營商成為國際海纜傳輸系統(tǒng)和國內(nèi)長途傳輸系統(tǒng)的主要建設(shè)需求方。下面從數(shù)據(jù)中心內(nèi)部和數(shù)據(jù)中心之間兩個(gè)方面來分析對光通信技術(shù)的影響。

圖4 Cisco公司給出的數(shù)據(jù)中心在互聯(lián)網(wǎng)流量流向中占比的預(yù)測示意圖

第一，數(shù)據(jù)中心內(nèi)部。在數(shù)據(jù)中心內(nèi)部流量爆發(fā)式增長的驅(qū)動(dòng)下，數(shù)據(jù)中心市場已經(jīng)成為光模塊市場發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步的第一推動(dòng)力，無論是速率還是規(guī)模，都已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)市場。最近幾年電信網(wǎng)絡(luò)市場光模塊發(fā)展的一個(gè)重要方向就是研究如何借鑒和重用數(shù)據(jù)中心光模塊技術(shù)，借助數(shù)據(jù)中心光模塊的海量需求降低電信市場光模塊的成本。例如移動(dòng)前傳的10Gb/s和25Gb/s光模塊相當(dāng)一部分重用了數(shù)據(jù)中心光模塊技術(shù)，電信設(shè)備的100GE和未來400GE光模塊的技術(shù)要求也越來越與數(shù)據(jù)中心要求趨同。數(shù)據(jù)中心內(nèi)部光通信發(fā)展近期的熱點(diǎn)是板上光通信，包括板上光子聯(lián)合體(Consortium for On-Board Optics，COBO)、光電合封(Co-Packaged Optics，CPO)等。這項(xiàng)技術(shù)涉及到芯片、工藝、硅光、高速電接口等多項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新，將為未來的數(shù)據(jù)中心交換機(jī)甚至服務(wù)器的信號交互方式指明發(fā)展方向，交換機(jī)、路由器等電信設(shè)備的下一步發(fā)展也可能步其后塵，需要整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈高度關(guān)注。

第二，數(shù)據(jù)中心之間。與美國運(yùn)營商撤離云和數(shù)據(jù)中心市場不同，中國運(yùn)營商依舊是云計(jì)算和數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)的有力競爭者。過去運(yùn)營商和互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)在數(shù)據(jù)中心之間(DCI)方面的技術(shù)路線是不同的：互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)無論是自建傳輸還是租用運(yùn)營商波長電路，都是以L1的光波長通道作為DCI的載體，實(shí)現(xiàn)低成本、高帶寬、低時(shí)延的目標(biāo)述求；電信運(yùn)營商由于業(yè)務(wù)的多樣性和傳統(tǒng)組網(wǎng)思路的影響，采用了IP/MPLS網(wǎng)絡(luò)、MSTP/OTN專線、WDM波長等各種各樣的解決方案。隨著運(yùn)營商云業(yè)務(wù)的增長，也逐漸意識到DCI應(yīng)當(dāng)以L1層的WDM技術(shù)為主。雖然基于WDM的DCI方案初期成本由于業(yè)務(wù)量較小可能比較高，而且考慮到數(shù)據(jù)中心機(jī)房的機(jī)柜尺寸、通風(fēng)散熱方式、供電方式等特點(diǎn)，對設(shè)備外觀和尺寸的要求也異于傳統(tǒng)波分設(shè)備，但是長遠(yuǎn)來看隨著DCI業(yè)務(wù)流量的快速增長，WDM波長必然成為DCI的主要解決方案。同樣，隨著DCI業(yè)務(wù)流量的快速增長，如何在單根光纖實(shí)現(xiàn)傳輸容量的最大化，成為DCI技術(shù)發(fā)展的重要方向。如前所述，可以通過提升單波速率和增加可用波長的方式來達(dá)到這一目的。目前，400G CFP2-DCO模塊開始成熟商用，即將成為DCI設(shè)備的主流線路接口；C+L技術(shù)在互聯(lián)網(wǎng)廠商的DCI網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用也越來越多。在互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的驅(qū)動(dòng)下，數(shù)據(jù)中心WDM系統(tǒng)越來越多的采用開放和解耦的方式，例如ONF主導(dǎo)的ODTN項(xiàng)目、Facebook倡導(dǎo)的TIP項(xiàng)目、AT&T主導(dǎo)的OpenROADM項(xiàng)目，都在致力于光網(wǎng)絡(luò)的開放解耦，具體包括采用SDN技術(shù)的軟硬件解耦、光層設(shè)備和電層設(shè)備之間的硬件解耦以及設(shè)備和光模塊之間的解耦，等等。這一方面騰訊、阿里巴巴等互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)再一次走到了運(yùn)營商的前面，在DCI WDM設(shè)備的開放解耦甚至自研方面開創(chuàng)了先河。電信運(yùn)營商近期也已開始關(guān)注，結(jié)合自身在光網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的建設(shè)和運(yùn)維方面的優(yōu)勢，開放會(huì)帶來靈活性，解耦能降低成本，利用開放與分解的光網(wǎng)絡(luò)來構(gòu)建DCI光網(wǎng)絡(luò)，勢必會(huì)成為越來越受關(guān)注的技術(shù)方向[10]。

3 結(jié)語與展望

作為“帶寬基石”，光通信網(wǎng)絡(luò)將在“新基建”時(shí)代一方面受益于“新基建”的發(fā)展驅(qū)動(dòng)，另一方面將為“新基建”提供動(dòng)能。本文全面分析了“新基建”時(shí)代，光通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在“新型通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施”中對國民經(jīng)濟(jì)和人民生活緊密相關(guān)的三大板塊中發(fā)揮的重要作用，并展望了未來的技術(shù)發(fā)展趨勢。

第一，包含物聯(lián)網(wǎng)在內(nèi)的廣義互聯(lián)網(wǎng)引發(fā)技術(shù)革命。近期依舊要依靠單模光纖(SMF)，通過提升單波長速率(400Gb/s、800Gb/s)和增加可用波段方式(擴(kuò)展C波段、擴(kuò)展C+L波段)進(jìn)一步提升光傳輸系統(tǒng)容量，同時(shí)對單模光纖性能進(jìn)行必要的優(yōu)化(減低損耗系數(shù)、增大有效面積)，來滿足互聯(lián)網(wǎng)帶寬增長需求；遠(yuǎn)期要關(guān)注新型光纖技術(shù)的實(shí)用化，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間節(jié)點(diǎn)引入現(xiàn)網(wǎng)部署，有可能引發(fā)下一次光通信技術(shù)革命；同時(shí)引入ROADM等光層組網(wǎng)調(diào)度技術(shù)，提升光層網(wǎng)絡(luò)靈活性。

第二，4G/5G/6G廣義無線網(wǎng)絡(luò)支撐移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和衛(wèi)星通信。4G/5G無線網(wǎng)絡(luò)催生了一個(gè)新的移動(dòng)前傳光通信市場，面向未來發(fā)展，O波段WDM是一種非常有想象空間的接入層和城域邊緣層的光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，值得業(yè)界高度重視。6G樹立了空天地海一體化的宏遠(yuǎn)目標(biāo)，應(yīng)當(dāng)前瞻性關(guān)注衛(wèi)星通信領(lǐng)域的光通信技術(shù)，特別是低軌衛(wèi)星系統(tǒng)中的星際激光通信，將是光通信技術(shù)突破光纖介質(zhì)束縛以后最有機(jī)會(huì)的發(fā)展新空間。

第三，伴隨云計(jì)算出現(xiàn)的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)開創(chuàng)新的業(yè)態(tài)場景。數(shù)據(jù)中心已經(jīng)成為毫無爭議的網(wǎng)絡(luò)流量中心，數(shù)據(jù)中心成為光模塊市場發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步的第一推動(dòng)力，電信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備光模塊應(yīng)盡量借鑒和復(fù)用數(shù)據(jù)中心光模塊技術(shù)。在數(shù)據(jù)中心互聯(lián)(DCI)領(lǐng)域，開放和解耦的光WDM傳輸系統(tǒng)已經(jīng)成為互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的選擇，運(yùn)營商近期也給予了高度的關(guān)注，有望開創(chuàng)一種新的業(yè)態(tài)場景。