作者：信息光子學和光通信國家重點實驗室，北郵華飛研究所 李春生
摘要：數字經濟是國家高質量發(fā)展的抓手，東數西算是推動國家數字經濟發(fā)展的重要戰(zhàn)略舉措。東數西算骨干網絡需要高性能的光纖，必將推動傳統(tǒng)光纖的升級換代，G.654.E光纖將迎來高速增長機會。
早在2016年10月，國家就強調要加強信息基礎設施建設，推動互聯網和實體經濟深度融合，加快傳統(tǒng)產業(yè)數字化、智能化、做大做強數字經濟，拓展經濟發(fā)展新空間，并指出要建設全國一體化的國家大數據中心，推進技術融合、業(yè)務融合、數據融合，實現跨層級、跨地域、跨系統(tǒng)、跨部門、跨業(yè)務的協(xié)同管理和服務。2021年10月，習近平總書記在主持中共中央政治局第三十四次集體學習時再次強調，要加快新型基礎設施建設，加強戰(zhàn)略布局，加快建設高速泛在、天地一體、云網融合、智能敏捷、綠色低碳、安全可控的智能化綜合性數字信息基礎設施，打通經濟社會發(fā)展的信息“大動脈”。
數字經濟和東數西算
數字經濟是以數據資源為關鍵要素，以現代信息網絡為主要載體，以信息通信技術融合應用、全要素數字化轉型為重要推動力，促進公平與效率更加統(tǒng)一的新經濟形態(tài)。當前數字經濟發(fā)展速度之快、輻射范圍之廣、影響程度之深前所未有，正推動生產方式、生活方式和治理方式深刻變革，成為重組全球要素資源、重塑全球經濟結構、改變全球競爭格局的關鍵力量�！笆濉睍r期，我國深入實施數字經濟發(fā)展戰(zhàn)略，不斷完善數字基礎設施，加快培育新業(yè)態(tài)新模式，推進數字產業(yè)化和產業(yè)數字化取得積極成效。2021年3月，《中華人民共和國國民經濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標綱要》提出，“十四五”時期，我國數字經濟轉向深化應用、規(guī)范發(fā)展、普惠共享的新階段，要加快構建全國一體化大數據中心體系，強化算力統(tǒng)籌智能調度，建設若干國家樞紐節(jié)點和大數據中心集群。
圖1 東數西算樞紐節(jié)點布局
2022年2月，國家發(fā)展改革委高技術司宣布8個國家算力樞紐節(jié)點和10個國家數據中心集群完成批復，全國一體化大數據中心體系完成總體布局設計，“東數西算”工程正式全面啟動（見圖1）。所謂“數”指數據，“算”是算力，即對數據的處理能力，“東數西算”是通過構建數據中心、云計算、大數據一體化的新型算力網絡體系，將東部算力需求有序引導到西部，優(yōu)化數據中心建設布局，促進東西部協(xié)同聯動。按照大數據中心全國一體化布局，8個國家算力樞紐節(jié)點將作為我國算力網絡的骨干連接點，發(fā)展數據中心集群，開展數據中心與網絡、云計算、大數據之間的協(xié)同建設，并作為國家“東數西算”工程的戰(zhàn)略支點，推動算力資源有序向西轉移，促進解決東西部算力供需失衡問題。
東數西算干線光纖的選擇
“東數西算”網絡布局空間跨度大，數據傳輸更為頻繁，用戶對時延要求更高，現有骨干網絡的性能難以勝任。事實上隨著數據流量不斷增長，傳統(tǒng)承載網的數據傳輸和帶寬壓力不斷增加，骨干網傳輸速率將從100G不斷向200G/400G等更高速率升級。根據預測（見圖2），未來2年，超100G網絡在整體市場份額中將超過60%，并且400G+將成為超100G網絡的主流應用。中國移動研究院專家表示，從骨干網層面來看，單波400G即將開啟，并進入長周期。因此，提前部署支持200G、400G系統(tǒng)的光纖光纜產品是建設高速信息網絡的基礎。但現網中使用的G.652光纖，已經無法滿足未來光傳輸網絡超高速率、超大容量、超長距離的傳輸需要。
圖2.全球超100G網絡市場預測
從技術層面看，增加網絡容量的有效方式是提高頻譜效率，如通過高階調制或者提高單波的波特率等方式，將現在的100G網絡升級為200G甚至更高的速率如400G。然而提升頻譜效率的這些方式都會導致系統(tǒng)對光信噪比更高的要求，從而降低系統(tǒng)的傳輸距離，這極大的限制了長途傳輸網絡的性能。當網絡向更大容量升級時，若采用常規(guī)方式則需要使用更多的中繼站或拉曼放大器，但這些方式將導致額外高額的投資。事實上提高網絡傳輸性能是一個系統(tǒng)工程，如400G長距離傳送面臨香農極限、高波特率器件（高速、高性能）、超寬頻譜資源技術（C+L）等關鍵挑戰(zhàn)。解決香農極限難題的手段就是提高光信噪比，一般有三個途徑：一是增大光纖的有效面積Aeff，目的是提升入纖功率；二是降低光纖鏈路衰耗；三是降低光纖放大器噪聲系數。因此業(yè)界開始探討使用更具有性價比的新型光纖技術來支持高速傳輸系統(tǒng)，兼具有超低損耗和大有效面積特性的光纖可以支持高速系統(tǒng)傳輸更遠距離和更長跨段。2016年ITU-T討論通過了G.654.E光纖標準，這種新型的光纖與常規(guī)G.652光纖相比，有效面積更大，截止波長更長，對C波段的傳輸性能進行了優(yōu)化，也具有支持未來L波段的能力。從超高速傳輸技術發(fā)展來看，兼具低非線性效應（大有效面積）和低衰減系數的G.654.E光纖是200G、400G及未來Tbit/s超高速傳輸技術的首選光纖，這在業(yè)內已成為共識。
在建立400G光系統(tǒng)的過程中，光纖依然是最基礎的資源，為了配合400G時代的開啟，需要加快G.654.E新型光纖的應用、并完善工程部署規(guī)范要求，而這一觀點也在日前召開的“2022中國光通信高質量發(fā)展論壇”400G技術專場活動中，再一次被提及。中國聯通研究院網絡技術研究中心總監(jiān)、教授級高工王光全表示，400G將是光網絡超100G時代的重要速率選擇，也將成為“東數西算”的重要運力之一，G.654.E光纖可以顯著提升400G WDM等高速系統(tǒng)無電中繼傳輸距離，應加快推動G.654.E光纖在骨干長途光網絡的應用部署，構建超高速超長距大容量骨干光網絡，服務國家“東數西算”戰(zhàn)略的落地；中國電信股份有限公司研究院工程師呂凱表示，400G是下一代骨干傳輸演進的重要方向，G.654.E 光纖相比較G.652.D光纖，可有效提升傳輸距離，可在骨干網絡中推廣應用；中國移動研究院基礎網絡技術研究所副所長張德朝表示，算力網絡在架構、帶寬、業(yè)務、時延等方面對光傳送網提出新的需求，光網絡需轉型升級構建承載算力的光底座。這些觀點都證明了G.654.E光纖部署對于400G電信網絡建設的重要意義。
G.654.E光纖的應用探索
一直以來，國內三大運營商都在積極推動G.654.E光纖的測試和商用。2015-2017年，中國聯通分別在東、西部干線網絡開展試點，其中東部試驗網選擇了山東濟南-青島，進行400G系統(tǒng)的傳輸性能現網測試驗證；西部試驗網選擇了環(huán)境復雜的新疆哈密-巴里坤段，驗證架空敷設工藝對大有效面積光纖的影響及惡劣環(huán)境下長期運行的光纜性能。試驗不僅驗證了新型光纖對于400G系統(tǒng)傳輸性能的提升，還從施工和運維角度驗證了采用與G.652.D光纖相同敷設及熔接接續(xù)方法，新型光纖仍然有著相近的性能，在衰減系數上也保持了良好的性能，并未發(fā)生由于施工和接續(xù)帶來性能上的劣化，同時也不用改進和新增相應設備，不會給運營商帶來在引入新型光纖光纜后維護成本的增加。
中國電信也積極探索并在業(yè)內率先規(guī)模引入G.654.E光纖。在技術指標、施工工藝、建設方案和驗收規(guī)范等方面，中國電信從基礎開始，反復論證，經過全面的技術測試和方案論證，制定采購技術規(guī)范書和驗收測試規(guī)范，明確了模場直徑、有效面積、衰減等一系列技術參數，引導長飛等光纜生產商投入研發(fā)實現規(guī)模生產。2019-2021年，中國電信開展上海-金華-河源-廣州G.654.E光纖光纜試商用工程的全G.654.E部署，并基于該光纜進行了單波長400Gb/s DWDM系統(tǒng)超長距傳輸現網試驗�，F網試驗表明，在G.654.E光纖環(huán)境中100G、200G、400G等速率均可實現上海-廣州的全程無電中繼傳輸，12小時以上連續(xù)測試無誤碼，三周測試期間系統(tǒng)運行穩(wěn)定。根據現網試驗數據進行測算，在滿足行業(yè)標準和工程規(guī)范要求的OSNR余量要求下，采用星座整形PM-16QAM碼型的400Gb/s系統(tǒng)可以實現1500km左右的無電中繼傳輸，達到超長距傳輸系統(tǒng)要求�，F網比對測試結果表明，G.654.E光纖的應用較傳統(tǒng)G.652.D纖芯可以起到延長無電中繼傳輸距離、減少電中繼數量和節(jié)能降耗等實際效果，對未來單波1T及更高速率傳輸系統(tǒng)的發(fā)展演進提供有力支撐。
在現網工程階段，中國電信研究院聯合相關單位共同努力攻克了光纖熔接設備、測量設備和新型光纖不適配、G.654.E光纖與G652尾纖模場直徑不匹配、惡劣氣候及復雜施工環(huán)境對光纜敷設、熔接指標造成不利影響等技術難題，同時組織設計院、施工單位、光纜生產商、儀表制造商等產業(yè)鏈上下游企業(yè)，協(xié)同完成了G.654.E新型光纖通用熔接模式的開發(fā)和測試，以適配多廠家G.654.E光纖熔接；推動三波長OTDR的開發(fā)與應用，以全面考察G.654.E光纖的性能。中國電信在業(yè)界率先建成全G.654.E陸地干線光纜，通過現網工程積累了豐富的建設和運維經驗，為下一步推動G.654.E光纖的規(guī)模化現網部署和產業(yè)鏈發(fā)展奠定了堅實的基礎。
中國移動早在2016年北京-濟南-南京線路上也開展了大有效面積超低損耗光纖試商用。光纜采用G.654.E+G.652.D的混纖共纜結構。從試驗結果來看，G.654.E超低損耗光纖的引入，使得無電中繼傳輸距離增加和光中繼節(jié)點減少，通信系統(tǒng)總體建設成本有望減少20%，維護成本也有相應的減少。
G.654.E光纖將迎來高速增長
G.654.E光纖可以實現更遠的傳輸距離、更高的系統(tǒng)容量、更長的跨段距離或更多的系統(tǒng)冗余，從而為長途傳輸網絡帶來非常大的價值；運營商的實際應用研究驗證結果也充分證明了G.654.E光纖的應用價值，這也為G.654.E光纖的大規(guī)模應用及建設下一代骨干網提供了理論和實踐上的依據。
2021年11月，中國電信決定在四圈六軸區(qū)域重點部署G.654.E光纖光纜，四圈指長三角、京津冀、成渝、粵港澳四個經濟圈，六軸是任意兩個經濟圈的主干連接。2019年的上海-金華-河源-廣州G.654.E光纖光纜工程就是長三角與粵港澳的主干連接，另外還規(guī)劃有經過江西的長三角與粵港澳的主干連接，上海-南京-合肥-武漢-達州的長三角與成渝的主干連接，以及武漢-長沙-廣州的六軸中新建的一干線路，將全部采用G.654.E光纖。2022年4月2日，中國電信公布2022年干線光纜建設工程(第一批)光纜及配套采購項目G.654.E干線光纜標包，共15名投標人參與投標，最終長飛、烽火、中天3家廠商入圍。本次中國電信G.654.E干線集采共包括廣州-桂林-貴陽、武漢-長沙-廣州和北京-五臺-太原三條長途干線，采購規(guī)模約3621皮長公里，折合約61萬芯公里，全部采用G.654.E光纖。這是電信運營商首次將G.654.E光纖在陸地干線網絡進行規(guī)模化商用，對于G.654.E光纖在骨干網全面推廣具有里程碑的重要意義。
同時，中國移動和中國聯通也在緊密部署G.654.E干線光纜項目。其中中國移動日前已公布2022-2023年G.654E光纖光纜產品集中采購項目中標候選人結果，長飛再次以最大份額中標。根據之前招標公告，本次項目集采規(guī)模預估采購規(guī)模約2134皮長公里，折合33.24萬芯公里。
除運營商外，國家電網近年來也在積極探索對具備更低衰減系數和更大有效面積的新型光纖的應用，雅中—江西±800kV特高壓直流輸電工程和陜北-湖北±800千伏特高壓直流工程，便首創(chuàng)性的使用了G.654.E光纖，該光纖可顯著延長無中繼傳輸距離，減少中繼站數量，為特高壓工程超長站距傳輸提供了有效解決方案。而這兩項特高壓工程，也因G.654.E 光纖的使用，打破了國內外電力通信工程陸地無中繼傳輸距離的紀錄，成為世界上單跨距離最長、容量最大的“國際領先”電力通信工程，開創(chuàng)了電力通信網絡應用新紀元，也為電力能源行業(yè)通過通信技術助推轉型升級、實現雙碳目標戰(zhàn)略落地，提供了重要借鑒。兩項特高壓工程中所用到的G.654.E光纖均為長飛提供。
當前，隨著我國東數西算工程逐步實施推進，三大運營商2022年投資將側重于傳輸網和東數西算工程。光纖光纜作為東西數據的傳輸通道，制造企業(yè)將持續(xù)受益于東數西算帶來的數據增長，預測將帶動光纖光纜行業(yè)需求向好。 另外我國早期建設的通信傳輸骨干網按照25年的光纖設計壽命，1997年前后骨干網中敷設的光纖光纜需要全面啟動更換升級，也將拉動G.654.E光纖的應用。由于G.654.E光纖的性能優(yōu)勢，加上規(guī)�；瘧茫珿.654.E光纖制造成本也會有一定的下降空間�？梢灶A見隨著G.654.E光纖在骨干網的規(guī)模應用，下一步也將會在省際省內線路上得到全面應用，并有可能進一步使用到城域網。G.654.E光纖必將取代G.655光纖和G.652光纖成為光纖傳輸傳送承載網絡升級換代的首選。這將給光纖光纜行業(yè)帶來新的市場機會和發(fā)展空間。
展望
與常規(guī)光纖相比，G.654.E光纖制造技術難度高、環(huán)節(jié)復雜，對材料體系的優(yōu)化配方與制棒工藝及拉絲要求也非常高。隨著不斷攻堅克難，以長飛為代表的國內G.654.E光纖的制造水平取得了突飛猛進的發(fā)展，技術水平已經趕超國際先進水平。
長飛早在2010年就開始了新型超低損耗大有效面積光纖的研發(fā)攻關；2015年正式發(fā)布遠貝®超強超低損耗大有效面積光纖，成為國內首家、全球第三家擁有該項光纖產品的廠商，也是國內率先掌握該項產品生產技術的企業(yè)，填補了我國在這項技術上的空白；2018年，長飛以遠貝®超強超低衰減G.654.E光纖為標志性產品，申報的“新型光纖制備技術及產業(yè)化”項目榮獲2017年度國家科學技術進步二等獎。經過多年的探索創(chuàng)新，長飛G.654.E光纖產品已完全實現制備設備、工藝、關鍵原材料的國產化及自主可控。與此同時，長飛還積極推進G.654.E國際標準制定，為G.654.E光纖的標準化、產業(yè)化做出了突出貢獻，為國產化G.654.E的產業(yè)化規(guī)模應用奠定堅實基礎。
致力于G.654.E光纖應用及推廣，長飛多年來聯合運營商及設備廠商進行新型G.654.E光纖的應用創(chuàng)新研究，多次參與大容量、長距離、高速率的傳輸測試，不斷取得新突破。長飛遠貝®超強超低衰減G.654.E光纖已成功應用在中國移動、中國電信、中國聯通的多個G.654.E干線光纜線路工程項目，并通過現網400G測試及800G長距離傳輸測試，支持未來10年到20年的網絡需求，能為5G時代國際及國內骨干網擴容、云化數據中心互聯發(fā)展和“東數西算”運力大動脈建設提供最佳光纖光纜解決方案。
今年長飛以第一名中標中國電信、中國移動G.654.E干線光纜項目，再次體現了長飛公司在G.654.E等新型光纖技術實力和綜合實力的行業(yè)持續(xù)領先地位。
中國通信事業(yè)的長足發(fā)展，給電信運營商帶來了持續(xù)的活力和發(fā)展空間，并最終走在了世界通信行業(yè)發(fā)展的前列，同時帶動了中國網絡設備制造和光纖光纜產業(yè)的發(fā)展，從引進吸收消化到最終超越，使得包括光纖光纜在內的中國通信行業(yè)全產業(yè)鏈整體全球領先，為國家通信網絡的升級換代提供了可靠堅強的技術和產品保證。隨著東數西算的建設實施，中國信息通信事業(yè)必將沖破疫情帶來的疲弱，迎來一個新的高速發(fā)展時代。
