近日，中國信科集團(tuán)光通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合鵬城實(shí)驗(yàn)室、烽火藤倉光纖科技有限公司，在超大容量實(shí)時(shí)光傳輸領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。最新論文《Real-time 2.5-Pb/s Bidirectional Transmission over 24-core Single-Mode Fiber in S+C+L Bands》被國際頂級(jí)光通信會(huì)議OFC（2026）接收，獲評(píng)為“Top Scored Paper”，并獲邀在JLT雜志上撰寫專題論文。該工作是團(tuán)隊(duì)在“超大容量、超高速率、超長(zhǎng)距離”傳輸方向上長(zhǎng)期研究積累的成果，也是中國信科集團(tuán)在連續(xù)三年入選“中國信息通信領(lǐng)域十大科技進(jìn)展”基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)的又一重要突破與技術(shù)延續(xù)。

研究背景

隨著人工智能、大模型計(jì)算以及數(shù)據(jù)中心規(guī)模的快速擴(kuò)展，網(wǎng)絡(luò)流量呈爆發(fā)式增長(zhǎng)，傳統(tǒng)單模光纖系統(tǒng)正逐漸逼近容量極限。為突破這一瓶頸，空分復(fù)用（SDM）與多波段傳輸（S+C+L）被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)下一代超大容量光通信的關(guān)鍵技術(shù)路徑。

在前期研究中，團(tuán)隊(duì)已在多芯光纖與擴(kuò)展波段實(shí)時(shí)傳輸方面取得多項(xiàng)成果。本工作在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步融合多芯光纖、超寬帶波分復(fù)用以及商用高速光模塊，實(shí)現(xiàn)了面向?qū)嶋H系統(tǒng)的超高容量實(shí)時(shí)雙向傳輸驗(yàn)證。

本文工作

1.系統(tǒng)架構(gòu)

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)整體采用“多波段光源+商用一體化相干光模塊+多芯光纖傳輸”的架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)超大容量實(shí)時(shí)雙向傳輸。

在發(fā)射端，構(gòu)建S、C、L三波段光載波，并通過商用400G相干光模塊完成64GBaud PDM-16QAM調(diào)制。隨后利用EDFA和TDFA進(jìn)行分波段放大，并通過波長(zhǎng)選擇開關(guān)（WSS）實(shí)現(xiàn)光譜整形與功率均衡，構(gòu)建75GHz間隔的WDM信道。為簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，除測(cè)試信道外，其余信道采用ASE噪聲填充，用于模擬大規(guī)模傳輸場(chǎng)景。

在空分復(fù)用方面，寬帶WDM信號(hào)經(jīng)分光器復(fù)制為多路，并通過扇入扇出器件耦合進(jìn)入24芯單模光纖，實(shí)現(xiàn)空間信道擴(kuò)展。同時(shí)，纖芯采用雙向傳輸設(shè)計(jì)，相鄰信道傳輸方向相反，有效抑制串?dāng)_，使系統(tǒng)在無需復(fù)雜MIMO處理的情況下穩(wěn)定運(yùn)行。在接收端，通過可調(diào)濾波器選取目標(biāo)信道，并由商用400G模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)接收與解調(diào)，完成BER及接收靈敏度測(cè)試。

2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果

1) 實(shí)現(xiàn)超寬帶范圍內(nèi)的穩(wěn)定傳輸性能

在覆蓋1465.3nm至1625.5nm的S+C+L三波段范圍內(nèi)，各波段接收性能基本一致，表明自研商用S+C+L光模塊具備良好的傳輸一致性與穩(wěn)定性。

2) 所有信道誤碼率均滿足前向糾錯(cuò)門限要求

全部WDM信道的誤碼率（BER）均低于20%軟判決前向糾錯(cuò)（SD-FEC）門限（2.4×10-2），驗(yàn)證了系統(tǒng)在大規(guī)模并行傳輸場(chǎng)景下的可靠運(yùn)行能力。

3) 單芯傳輸容量顯著提升

單個(gè)纖芯容量達(dá)到105.6Tb/s，充分體現(xiàn)了寬帶波分復(fù)用技術(shù)在單通道容量提升方面的潛力。

4) 實(shí)現(xiàn)Pb/s級(jí)實(shí)時(shí)雙向傳輸容量

通過24個(gè)空間信道與262個(gè)波長(zhǎng)信道的聯(lián)合復(fù)用，系統(tǒng)總?cè)萘窟_(dá)到2.5Pb/s，展示了空分復(fù)用與多波段融合的超大容量擴(kuò)展能力。

5) 多芯串?dāng)_得到有效控制

采用所提出的雙向傳輸架構(gòu)后，芯間串?dāng)_對(duì)系統(tǒng)性能影響較小，無需復(fù)雜MIMO均衡即可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定傳輸，體現(xiàn)了該架構(gòu)在工程實(shí)現(xiàn)中的優(yōu)勢(shì)。

創(chuàng)新點(diǎn)

1.創(chuàng)紀(jì)錄的Pb/s級(jí)實(shí)時(shí)雙向傳輸能力

本研究首次在10.3km的24芯單模光纖上，實(shí)現(xiàn)了2.5Pb/s實(shí)時(shí)雙向傳輸容量。系統(tǒng)覆蓋S+C+L三波段，總光譜帶寬達(dá)19.65THz，通過262個(gè)WDM信道與24個(gè)纖芯信道的聯(lián)合復(fù)用，構(gòu)建了6288個(gè)并行傳輸通道，驗(yàn)證了超大規(guī)模空間-波長(zhǎng)聯(lián)合擴(kuò)展能力。

2.基于商用400G模塊的可落地方案

系統(tǒng)采用商用S+C+L波段一體化400G相干光模塊，基于64GBaud PDM-16QAM進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸，顯著提升了全波段光傳輸?shù)目蓪?shí)現(xiàn)性，為未來實(shí)際部署提供了重要參考路徑。

3.多芯光纖雙向傳輸架構(gòu)創(chuàng)新

通過設(shè)計(jì)雙向傳輸時(shí)芯間分配機(jī)制，有效抑制串?dāng)_影響，使24芯光纖在無需復(fù)雜MIMO處理的情況下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行，大幅降低系統(tǒng)復(fù)雜度。

結(jié)論與展望

本研究基于自研商用一體化S+C+L波段400G相干光模塊與24芯單模光纖，成功實(shí)現(xiàn)了覆蓋S+C+L三波段的2.5Pb/s級(jí)實(shí)時(shí)雙向傳輸，驗(yàn)證了空分復(fù)用與多波段融合在超大容量光通信中的可行性與工程潛力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在無需復(fù)雜MIMO處理的條件下，通過合理的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)與資源配置，可實(shí)現(xiàn)高容量、低復(fù)雜度的穩(wěn)定傳輸，為下一代光通信系統(tǒng)提供了新的實(shí)現(xiàn)路徑。

未來，隨著多芯光纖制備工藝、寬帶光放大器以及多波段光器件的持續(xù)發(fā)展，基于空分復(fù)用與擴(kuò)展波段的融合傳輸技術(shù)有望進(jìn)一步提升系統(tǒng)容量與傳輸效率。在數(shù)據(jù)中心互聯(lián)、骨干網(wǎng)傳輸及超高速光網(wǎng)絡(luò)等應(yīng)用場(chǎng)景中，該技術(shù)方案具備良好的應(yīng)用前景。同時(shí)，結(jié)合更高集成度的光模塊與智能化信號(hào)處理方法，有望推動(dòng)光通信系統(tǒng)向更高容量、更低成本和更強(qiáng)工程可實(shí)現(xiàn)性的方向持續(xù)演進(jìn)。