光通信新的发展方向：从NGOF扩展C波段WDM白皮书谈起

1/16/2020， 上周在深圳盐田凯悦酒店举办的NGOF大会上，中国电信北京研究院张安旭博士介绍了他们发布的“扩展C波段波分复用系统”技术白皮书。会后我也下载并认真拜读了三遍，写一点读后感想作为总结。

第一个问题，什么是扩展C波段？C波段指的是1530nm到1565nm的光通信波段，从频率上看是195.9THz到191.6THz，大约可使用范围4.8THz。在这个频谱范围内现在的光通信系统可以支持80波或者96波，频率间隔50GHz。而扩展C波段是在此基础上向短波长和长波长频谱扩展，其目标是实现50GHz间隔下的120波，从频域看是扩展到6THz。

第二个问题，为什么要扩展？刚开始学习光纤通信的时候老师都会说光纤通信的优点之一就是频谱几乎无限宽，没有无线通信常见的频谱资源限制。但是随着数据流量的指数性增长，光纤的容量问题近年来越来越成为学术和产业关注的焦点。WDM技术出现以后，近年来新的调制方式及频谱整形技术（频谱效率逼近香浓极限，大约在5bit/s/Hz）结合偏振复用，空分复用甚至角动量复用等各种复用手段层出不穷，光纤系统的传输容量记录不断被拓展。但是这些手段并非没有问题。由于香农极限的限制，频谱效率提高却不能同时让传输距离增长，因此这条路已经快走到头，而SDMA等其他复用方式显然成本上还很难降低。扩展现有光纤系统的传输容量成为最直接的手段。

第三个问题，扩展C波段有竞争的方案吗？与这个方案相对应的是C+L波段的扩展手段。相比来说，笔者以往听到更多的后者，而扩展C波段是第一次听到，因此耳目一新。L波段1565nm到1625nm，因此C+L波段可以实现接近9.6THz的带宽，比扩展C波段更好。但是问题是L波段在传输性能劣化及因此带来的运维复杂性，成本提升方面的缺点似乎更多。白皮书对此有详细的介绍。

第四个问题，扩展C波段的难点在哪里？初学光通信都会学习光通信的三个波长窗口，因此光通信其实也是受到频谱限制的。但是随着2003年G.652C无水峰光纤的推出，理论上长波长光纤可用频谱资源已经可以拓展到1260nm到1675nm，所以光纤自身的问题已经解决了一大半。但是更大的问题其实来自光器件层面，尤其是光放大器，光调制器等有源器件，甚至WSS这样的无源器件由于其背后的LCOS工艺同样对带宽有限制。在白皮书的第3章，专门讨论了这些关键器件技术。以光放大器技术为例，以往的产品无法支持这么大范围的均匀放大，GFF增益平坦光纤的引入势必增加噪声指数NF，因此带来系统性能的劣化。解决的办法一个是改善EDFA的结构，一个是从EDF光纤入手。这些技术以往听说过，但是显然现阶段其实用价值更大。开发EDFA的厂商未来可能会更加重要。不仅是器件，系统层面的设计同样重要。扩展波段下，所谓受激拉曼散射SRS带来的影响不可忽视。如何控制，补偿SRS效应，以往可能不用重视，扩展C波段下却不得不做。

第五个问题，扩展C波段系统现在的进展如何？白皮书第4章给出了扩展C波段关键部件成熟度的分析，看得出来，除了掺铒光纤落后美国，中国在各个领域都表现不错。看起来长飞这些公司要加油了。以光迅量产的数据来看，扩展C波段的EDFA的NF比C80/96波段的劣化已经可以控制在0.5dB以内。

第六个问题，白皮书有什么没有想到的吗？实事求是说，白皮书所涉及的技术超过了笔者的知识水平，因此阅读白皮书是一个很好的学习过程。如果一定班门弄斧的话，在阅读的过程中笔者也在想如果半导体光放大器技术SOA，甚至当年的O波段光纤放大器技术能够成熟的话，我们今天是不是有更多的选择。凡是产业形态发展背后都是成本和技术的博弈。今天对于扩展C波段影响最大的是放大器技术和非线性效应，如同相干通信卷土重来一样，当年的孤子传输（可以很好克服非线性问题）会不会再次因此而受到重用呢？

张安旭博士是笔者在东南大学的学弟，后来赴北邮深造，毕业后加入电信北京研究院。这份“扩展C波段波分复用系统”技术白皮书简明扼要，深入浅出，内容全面，堪为新一代光通信系统的教科书，我想这也是NGOF的“准确规划，推动创新 加速落地 示范引领”使命体现吧。推荐大家都去读读这份白皮书。