從概念到落地：C+L一體化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢前瞻

  ICC訊 2025年，全球AI增強與原生應用相關(guān)的網(wǎng)絡流量呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長;預計至2030年，AI相關(guān)流量(增強+原生)將顛覆現(xiàn)有格局，尤其是視頻/圖像等富媒體AI交互業(yè)務的發(fā)展，將驅(qū)動全球網(wǎng)絡基礎(chǔ)設(shè)施向高帶寬、低時延轉(zhuǎn)型，迫使全球運營商加速智能流量調(diào)度能力建設(shè)。算力網(wǎng)絡的蓬勃發(fā)展給底層骨干傳送光網(wǎng)絡的容量帶來了新的挑戰(zhàn)，數(shù)據(jù)中心互聯(lián)、城域網(wǎng)建設(shè)等大容量、靈活接入需求場景，也推動光傳輸網(wǎng)向大容量、高速率、低成本、低時延和支持靈活調(diào)度等方向主動演進。

  當前光傳送網(wǎng)絡主要有2個途徑提升單纖傳輸容量，一是提升單波速率，二是頻譜擴展，增加單纖傳輸信道數(shù)量。提升單波速率的技術(shù)手段主要依靠先進的光數(shù)字信號處理(oDSP)和糾錯編碼(FEC)算法來改善高階調(diào)制格式的接收性能;C+L波段擴展應用可以在原有C波段基礎(chǔ)上實現(xiàn)波道數(shù)擴展一倍，從而系統(tǒng)容量翻倍。因此單波400G/800G/1.6T C+L系統(tǒng)在算力網(wǎng)場景逐漸大規(guī)模商用。

  C+L一體化發(fā)展現(xiàn)狀

  算力網(wǎng)在保障T比特級超大帶寬的基礎(chǔ)上，還需要具備靈活調(diào)度、超高可靠性等能力。C+L一體化方案的推出，可以助力運營商在保證高速率、大容量的前提下，高效應對數(shù)據(jù)洪流，實現(xiàn)擴展C+L波段的全波段無阻塞調(diào)度，光支路側(cè)可支持全波段波長無關(guān)，打造更敏捷更靈活的光網(wǎng)絡設(shè)施。C+L一體化光網(wǎng)絡解決方案中，OTU(光轉(zhuǎn)換單元)和WSS(波長選擇開關(guān))支持12THz C+L全波段任意調(diào)諧、調(diào)度能力，可以簡化C+L系統(tǒng)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，最大程度上發(fā)揮ROADM(可重構(gòu)光分插復用器)全光交換能力。此外在WASON下中繼業(yè)務恢復場景，C+L一體化方案可以將網(wǎng)絡中恢復資源池里的中繼板卡供全網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)配使用，增強網(wǎng)絡抗多次故障能力。

  C+L一體化系統(tǒng)的商用與產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)創(chuàng)新密切相關(guān)。400G C+L系統(tǒng)的演進路線如圖1所示，從C/L波段分立架構(gòu)出發(fā)，一體化系統(tǒng)演進將經(jīng)歷WSS/OTU/EDFA(摻鉺光纖放大器)全部分立器件、WSS一體化、WSS/OTU一體化、WSS/OTU/EDFA均一體化四個不同階段。其最終形態(tài)從結(jié)構(gòu)上接近現(xiàn)有C波段系統(tǒng)，器件成本相比分立架構(gòu)C+L階段預計降低30%，板卡集成度提升一倍，降低設(shè)備占用空間。在C和L波段EDFA一體化后，C和L波段之間不用保留原有的保護間隔，實現(xiàn)C+L全頻可用，OTU和WSS可以演進為C+L波段全頻切換，進一步提升C+L波段的頻譜利用率;C和L波段之間可通過一個EDFA/WSS統(tǒng)一調(diào)節(jié)實現(xiàn)功率均衡，系統(tǒng)性能調(diào)優(yōu)和運維更加便利;此外一體化C+L系統(tǒng)無需配置C和L波段合分波器件，降低系統(tǒng)跨段損耗，進一步提高系統(tǒng)的傳輸能力。

  C+L二階段依賴一體化WSS器件，OTU和EDFA仍然為分立形態(tài)。2024年下半年起，WSS一體化的C+L系統(tǒng)開始規(guī)模商用，對應ROADM站點具備C+L波段一體化調(diào)度的能力。

  C+L三階段在已具備一體化WSS的基礎(chǔ)上，引入一體化OTU器件，僅有EDFA仍處于分立狀態(tài)。從光層來看，C+L三階段與二階段的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)基本一致，但OTU的一體化可以使光網(wǎng)絡實現(xiàn)完全的C+L全波段自由波長調(diào)配。

  C+L四階段為C+L一體化的最終形態(tài)，通過一體化WSS、一體化OTU和一體化EDFA器件的全面應用，去除C/L波段合分波器件，簡化光層組網(wǎng)結(jié)構(gòu)。但目前一體化EDFA技術(shù)與量產(chǎn)尚存在諸多不確定性，相關(guān)一體化鉺纖仍處于研究階段，要視技術(shù)發(fā)展情況再做具體策略決定。

  C+L一體化關(guān)鍵技術(shù)和產(chǎn)品

  C+L一體化LCoS(硅基液晶)、ITLA(集成可調(diào)諧激光器組件)和鉺纖是C+L一體化演進的核心技術(shù)，隨著一體化LCoS和ITLA實現(xiàn)技術(shù)突破，一體化WSS和OTU逐漸大規(guī)模商用，C+L一體化向三階段演進。而一體化鉺纖技術(shù)尚存在諸多挑戰(zhàn)，目前產(chǎn)業(yè)界仍在持續(xù)研究，一體化EDFA暫時無法滿足商用需求。

  C+L一體化WSS

  如圖2所示，一體化WSS中LCoS擴展到C+L波段，相較于分立式WSS，一體化WSS的單通道間隔的像素尺寸會被壓縮，存在WSS通道帶寬窄化問題。該問題可以從光路和算法兩方面解決，光路方面，增加棱柵線數(shù)提升色散/分光能力，配合光路透鏡調(diào)整，如位置/焦距調(diào)整，甚至增加輔助透鏡，能夠?qū)崿F(xiàn)12THz光發(fā)散角壓縮和LCoS面光斑的壓縮;算法方面，LCoS整形算法優(yōu)化結(jié)合LCoS分辨率提升(2.4k/2.9k/3.3k)，可以進一步改進帶寬。

  目前C+L一體12THz WSS已在業(yè)內(nèi)逐步推出，同時以WSS為核心的OXC設(shè)備也進一步向C+L一體化方向發(fā)展。

  OXC作為智能化全光網(wǎng)絡的基礎(chǔ)單元，結(jié)合管控協(xié)同調(diào)度、全局智能化功率管理、光標簽等技術(shù)的應用，將實現(xiàn)一站式智能開局運維、簡化功率調(diào)節(jié)、業(yè)務追蹤、錯連檢測、自動調(diào)度等功能，推動算力光網(wǎng)絡向更智能化的方向演進。

  C+L一體化OTU

  C+L一體化OTU主要由DSP、ITLA、調(diào)制/解調(diào)器和光放大器等組成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示。

  電模擬芯片和DSP芯片

  一體化OTU涉及的關(guān)鍵技術(shù)與C波段OTU基本一致，僅在DSP芯片方面需要少量補償，目前400G/800G調(diào)制、解調(diào)功能和DSP數(shù)據(jù)恢復算法均已成熟。

  一體化ITLA

  一體化ITLA采用雙芯片集成(C/L雙芯片+低損光開關(guān))方案或單片外腔(基于優(yōu)化量子阱結(jié)構(gòu)的單增益芯片+基于SiN波導微環(huán)的多環(huán)諧振腔)方案，其中成熟商用的一體化ITLA單片外腔方案如圖4所示。

  中興通訊采用微環(huán)諧振濾波器和獨家外延結(jié)構(gòu)，已經(jīng)實現(xiàn)了業(yè)界領(lǐng)先的30kHz窄線寬、C+L一體化240波可調(diào)諧激光器，支持現(xiàn)階段400G/800G相干光模塊及未來1.6T相干傳輸系統(tǒng)需求，滿足運營商向CL240演進的需求。

  一體化調(diào)制器和探測器

  一體化調(diào)制器和探測器主流的技術(shù)路線包括硅基路線和InP路線兩種。硅基路線采用硅光/薄膜鈮酸鋰調(diào)制，可支持波長范圍大，波長相關(guān)性較小，性能與單獨C/L波段ICRM(集成相干光收發(fā)器)相當;Si/GePD可寬帶響應，SiP實測可行。InP路線，波長相關(guān)損耗/響應度有差異，一體化預計代價較大，需從器件材料、結(jié)構(gòu)優(yōu)化和算法補償方面進行優(yōu)化。

  C+L一體化放大器

  相比于一體化WSS和一體化OTU，一體化EDFA技術(shù)路線和產(chǎn)品尚未成熟，作為C+L一體化系統(tǒng)最終形態(tài)的關(guān)鍵器件，C+L一體化EDFA是下一步重點關(guān)注的技術(shù)。一體化鉺纖的設(shè)計、制備及放大器整機設(shè)計等都有巨大的挑戰(zhàn)，需要產(chǎn)業(yè)鏈上下游加大對C+L一體化鉺纖和放大器整機技術(shù)研究，推動一體化EDFA不斷發(fā)展和商用。

  C+L一體化應用

  2025年，中興通訊在C+L一體化光網(wǎng)絡技術(shù)上持續(xù)深耕，獨家推出全頻OTN方案，首發(fā)一體化400G/800G/1.6T C+L光模塊，系統(tǒng)容量提升25%且備件種類減半，并聯(lián)合國際國內(nèi)運營商完成多個現(xiàn)網(wǎng)驗證。

  2025年3月，中興通訊聯(lián)合中國電信完成行業(yè)首個C+L一體化80波800G現(xiàn)網(wǎng)試驗。此次現(xiàn)網(wǎng)試點依托于中國電信在建ROADM全光交換骨干網(wǎng)絡，基于擴展C+L一體化光層平臺，全面驗證了800G擴展C+L一體化OTU模塊的業(yè)務傳輸能力、12THz超寬譜光電調(diào)度能力以及WSON的波長恢復能力。

  C+L一體化趨勢展望

  一體化單波400G技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，一體化單波800G技術(shù)在測試轉(zhuǎn)商用，400G和800G整體需求在逐漸增大。對于波分骨干網(wǎng)場景，短期將仍以成熟的400G方案為主，但部分高速率要求的場景仍然存在800G方案的機會;對于城域網(wǎng)/DCI核心大流量場景，出現(xiàn)升級或新建800G網(wǎng)絡的需求，目前單波800G商用規(guī)模較小，預計在2025年會迎來爆發(fā)期。

  可插拔C+L一體化OTU相比固定OTU體積減少60%，功耗下降約68%，其高集成度和低功耗等優(yōu)勢，可有效節(jié)省機房空間，顯著降低系統(tǒng)功耗，降低運營商Opex，未來可插拔C+L一體化OTU將成為主流發(fā)展方向。

  當前業(yè)界各大運營商和設(shè)備商從標準、產(chǎn)品和試點網(wǎng)絡應用等多方面推動C+L一體化光網(wǎng)絡穩(wěn)步演進，高速相干光模塊和新型寬譜光放大器將持續(xù)推動一體化光網(wǎng)絡不斷發(fā)展，為算力光網(wǎng)絡演進增加新動能。

  作者：中興通訊 尚文東，吳妮珊