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工信部毛谦:光纤通信历经55年 仍将继续为人类造福

2021-05-16 18:32 C114中国通信网   

C114讯 5月14日消息(颜翊)昨日,在中国国际光电博览会联合C114通信网举办的“2021中国光通信高质量发展论坛”上,工信部通信科技委专职常委、亚太光通信委员会主任毛谦带来了《光纤通信55年的发展》的主题演讲,介绍了从光纤通信这55年的历程到我国的光纤通信的现状。此外,他还介绍了当前光纤通信热点技术的发展状况。

毛谦表示,1966年英籍华人科学家高锟博士的论文揭开了光纤通信的序幕,经过55年的发展,光纤通信已经成为全球最主要的信息传送技术。目前全球已经敷设了约50亿芯公里的光纤,98%以上的信息都是通过光纤通信传递。从1G到5G,甚至是未来的6G,都离不开光纤通信。自2020年开始的我国乃至全球的新冠抗疫,凸显了光纤通信的重要性。

工信部毛谦:光纤通信历经55年 仍将继续为人类造福

光纤是否会被新工具取代?毛谦引用高锟接受《文汇报》采访时的回答称:“我相信在一千年内不会。”他认为,人类离不开光纤。未来,光纤通信技术仍将继续发展,为人类造福。

光纤通信55年 实现飞跃发展

毛谦表示,光纤通信的发展建立在三大要素下,包括半导体激光器、数字通信系统以及低损耗光纤的出现。

光纤通信体系包括准同步数字体系(PDH)、同步数字体系(SDH)、多业务体系(MST)、分组传送体系(POTN)、软件定义分组传送(SDPOTN)。

光纤类型的发展则从多模光纤、标准单模光纤、色散位移光纤、非零色散位移光纤、宽带光纤、超低损耗光纤发展到光子晶体光纤、多芯光纤、少模光纤等。

从光纤通信应用来看,通信系统从首个市内局间中继(城域网)开始,历经省内长途干线、省际长途干线、国际长途、数据中心间,并向市内接入、数据中心间以及室内延伸覆盖。

光通信的速率从首个武汉八二工程通信系统的8Mb/s提升至如今的800Gb/s,甚至1Tb/s、10Tb/s、100Tb/s……

光器件发展也实现了技术飞跃,最早的激光器的寿命只有半个小时,没有办法做试验,为了延长寿命,早期需要把激光器放进卖冰棍的保温瓶,里面再放上冰。如今的激光器模块寿命已经高达100万小时以上。也正因如此,当年八二工程12.4公里就设了四个站,而现在光通信跨距已经是千公里、万公里级别。

我国光纤通信发展迅速 光通信企业竞争力领先

我国光纤通信经过多年的快速发展,现已敷设光缆5249万公里,其中长途光缆为112.9万km,占比2.15%;已敷设光纤约24亿芯公里,占全球已敷设光纤的48%左右;FTTH/O用户数为4.63亿户,占全球光接入用户数的42%左右;百兆及以上速率用户数达4.5亿户,占总用户数的90.4%;千兆用户数达803万户;光纤(FTTH/O)端口8.7977亿个。

目前我国光纤通信市场的总规模约为1500亿元(约230亿美元);光纤光缆2020年产量约2.9亿芯公里,占全球份额从63%下降到44%,光纤光缆年产值约73亿美元;光器件市场约占全球37.5%,达40亿美元;光传输设备市场占全球42%,达120亿美元。

毛谦指出,当前,我国光通信产业在国际上的地位举足亲重。在传输/接入设备产品方面,华为占据光传输产品全球市场份额第一,华为、烽火和中兴三家企业合计全球市场份额占比39.59%。

在光纤光缆产品方面,我国光通信企业更是竞争力雄厚,长飞、亨通,烽火、中天和富通五家企业全球市场份额占比39.33%。

在光器件产品方面,我国光迅、旭创、海信和昂纳等企业市场份额不断提升,四家企业共占据全球市场份额的21.94%。

当前光纤通信热点技术盘点

虽然光通信已经发展了55年,但是依然有着旺盛的生命力和发展潜力,技术水平不断提升。对于当下热点的光通信技术,毛谦一一做了介绍。如模拟ROF链路传1048576-QAM信号通常用的是4QAM、8QAM、16QAM,而目前已经能够实现256QAM;单波单光源IM-DD 700Gb/s用结构调制已经可以达到700公里;用于数据中心网络的1.6Tb/s IM/DD传输,通过强度调制,直接检测,8个波的MWDM实现每波200Gb/s;以及世界首个100Gb/s灵活PON现场试验等。

此外,还有传输16856km的多芯光纤CC-4CF、把1.2Tb/s信号通过MMF传送130km的多模光纤、以及目前单根光纤速率容量最大的光纤,能够实现净速率10.66Pb/s传输13km。

在光纤通信中利用人工神经网络的端到端深度机器学习技术,是以强度调制/直接检测(IM/DD)为例考证光纤通信系统性能,然后采用前馈人工神经网络(FFNN)和双向递归神经网络(BRNN)反向传播算法来设计光收发模块。

可编程集成光子芯片具备类似于电芯片的FPGA的性能,运用软件和电调的方式配置该光芯片的功能,可实现重复使用,对于还未成熟的技术来说,这一特点非常重要。

神经形态光子学技术是利用AI和神经网络建立光子神经形态处理器内核,使光学芯片模拟大脑中的神经网络。目前该技术还面临不少高难度的挑战,如需要O/E/O,无法直接利用电芯片中的处理器、存储器等,使其体积大、功耗大、成本高,以及如何建立硬件描述语言HDL、光子处理器和计算芯片的接口、算法等问题。

如何减小光纤衰减系数是光通信行业面临的重要挑战,目前光纤衰减每2~3年才减小0.01dB/km。由于瑞利散射对光纤衰减的贡献因素达到80%,而经过压力淬火可减小光纤的瑞利散射衰减。如果把空隙看作散射粒子,以氩气为介质,通过热等静压机上施加压力,快速淬火,等效散射衰减系数可降低为0.07dB/km,远低于目前的世界记录0.1419dB/km。

毛谦认为,当前的量子通信只是量子密钥传递,而客户信息仍然在普通的光纤传输系统里传输,效率很低。如果实现一个光子可以传输一个比特,光纤通信的容量就可以成亿倍地增加,那才是真正的光纤通信。而每比特1个光子的10.5Gb/s全光通信的技术试验打下了很好的基础,或许可以实现光量子通信。

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责任编辑: 3976DBC

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