盘点：光通信的五个发展趋势

目前，我们整个社会正处于第二次数字革命（数智革命）的起飞阶段。

在消费互联网取得巨大成功的基础上，我们开辟了行业互联网这个新蓝海，并据此提出了数字经济和数字化转型战略。

于是，无数的行业数字化场景（例如智慧工厂、智慧物流、智慧文旅等）涌现出来，加速了海量数据的产生。

根据预测，人类的数据产量，正在以每年50%的速度迅猛增长。

围绕这些体量庞大的数据，我们急需更强悍的算力和通信力，进行应对。这就是ICT技术发展的源动力。

我们具体该如何应对呢？

无线看5G，有线看光纤。

今天这篇文章，小枣君专门讲讲有线，详细分析一下有线通信里最重要的光通信技术，以及围绕光通信技术构建的光传输网络，看看在数智革命的巨大挑战下，光通信究竟是如何应对的。

提到光通信，我们还是要默默感恩高锟博士1966年的创世论文。

正是他的坚持和不放弃，才给我们带来了光纤这么一个几乎完美的通信介质。它具备大带宽、高性能、低成本的特点，为后来人类社会信息化起步，奠定了基础。

我们无法想象，如果没有光纤，我们仅靠金属介质，建立如今覆盖全球的庞大通信网络，到底要消耗掉多少宝贵的资源，会对环境造成怎样的损害。

更不用说，这些成本转嫁到我们普通用户身上，我们将面临怎样高不可攀的通信资费。

光纤

如今，光纤是我们整个数字社会的底座基石。它就像血管，不断输送着数以EB、ZB的数据，连接世界，创造价值。

光通信技术的未来发展趋势，紧密围绕着性能和成本，归纳起来，就是三点：

█ 发展趋势一：全光网的演进

全光网，是我们非常熟悉的名词。

光通信的首要任务，就是传输数据。前面小枣君也提到了，人类社会每天都在面临数据增长。为了避免拥塞，光通信必须紧跟需求发展，持续扩增自己的带宽和容量。

目前，光通信扩增自身传输能力的方法非常明确，就是两条：一，继续提升单波容量，相当于把路修宽。二，升级所有的路由交换节点，实现高速公路的点对点直达（避免换乘）。

单波容量的提升

经过数十年的苦心经营，国内运营商当前骨干网已经达到了单波100Gbps的水平。

下一步的发展目标，是单波400Gbps。而制约这一目标的主要障碍，是成本，尤其是光模块这样的核心器件的成本。

除了400G之外，处于研发和试验阶段的，是800G和1.2T。

想要实现单波速率提升，主要有两个办法：采用更高阶的调制方式、提升波特率。

高阶调制虽然可以成倍提速，但抗噪声能力差。也就是，和无线空口一样，外部环境恶化，或者传输距离远，就不能用高阶调制，只能降阶。

高波特率的话，比高阶调制更有用。它既可以提升速率，也不会影响传输距离。但是，高波特率对光电器件要求很高。说白了，属于工艺问题。

光通信频谱带宽延展

除了提升单波容量之外，想要增加单根光纤的传输速率，就只能让这根光纤传输更多的波。想要更多的波，就只能进一步扩展光通信的频谱带宽。

光通信其实和无线通信一样的，也是依赖频谱资源。

我们在一根光纤中传输不同频段的光，在考虑保护间隔的前提下，可用的频谱带宽越大，能传的光的波数越多，容量也就越大。

一般情况下，波道采用C波段，频谱资源是4THz。扩展为CE波段后，频谱资源增加20%，为4.8THz。如果采用C++波段，是6THz。如果采用C+L波段，是11THz，相比C波段提升了175%。（延伸阅读：链接）

如果按照单波400G的速率，C++波段（80个波），那么，骨干传输容量可以提升到400G×80个波=32Tbps。

为了进一步提升速率，专家们也没有放弃在光纤上做文章。

新型光纤传输技术，比如MCF、FMF和PCF等，现在正在成为行业热点。光纤头部企业，正在加紧进行技术研发。

全光交换

除了提升速率带宽之外，另一个能力提升的手段，就是交换节点的升级扩容，这也是全光网2.0的精髓所在。

光通信的发展目标，是替换所有的电通路。 换句话说，所有的数据传输，全部应该由光通路完成。

光纤不仅要铺到家庭，还要铺到每个房间，每个PC，每台电视，每个冰箱。所有固网接入，全部替换为光，消灭网口。

此外，在设备的内部，也要摈弃光电转化，直接光路到元件、到芯片 。芯片与芯片之间，芯片内部之间，也全部光路。这是光通信的终极发展目标。

对于普通人来说，这个目标是无法想象的，不是吗？

用户侧，目前我们发展到了FTTR（光纤入户）阶段。在骨干侧，随着ROADM和OXC的普及，我们国内已经实现了全光波长交换。

未来，全光波长交换的发展思路就是——向上和向下。一方面，满足小颗粒度的交换和调度（面向行业需求、切片）。另一方面，满足大颗粒的交换和调度（面向骨干网容量扩增）。

想要实现ROADM调度能力的升级，离不开对WSS技术工艺的研究。这也是目前光通信产业链最值得关注的研究方向之一。

█ 发展趋势二：解耦&白盒化

除了通信能力的不断精进之外，光通信发展的第二个关注点，就是成本压缩。

毕竟，企业需要生存，生存离不开利润。想要利润，除了增加收入之外，就只能勒紧裤腰带，减少开支。

作为行业最大的甲方，运营商控制成本最有效的手段，就是扶持产业链。说白了，一项技术越成熟，越开放，做的厂商越多，就越有可能压低价格，最终实现“白菜价”。

而比较悲催的是，在光通信领域，国内三家运营商互不相让，选择了不同的技术体系，让产业链左右为难。

目前，技术标准的争夺日趋激烈，产业链还在观望，举棋不定。

在国企稳增量、杜绝恶意竞争、防止国有资产流失的大背景下，小枣君个人认为，光通信技术路线的妥协归一，是大势所趋。

省下来的钱，都是国家的钱。搞那么多的技术路线，互相内耗，确实没有必要。

在运营商“开源、解耦”的摇旗呐喊下，光通信设备走向灰盒化、白盒化，是必然的。

所有的设备开放解耦，让厂商沦为“低端”制造工厂。这样的话，更多的乙方可以加入，进一步降低设备购买成本，实现运营商自身利益的最大化。接入网那边的Open RAN，其实也是一样的思路。

█ 发展趋势三：网络扁平化

CAPEX（建设成本）看产业链，OPEX（维护成本）呢，只能看企业内功。

运营商的维护成本一直很高，其中最主要的组成部分，是人员工资、设备维护、能耗支出（电费）。

如何降低网络的整体能耗，如何减少网络的运维复杂度，进而降低人力投入，是运营商需要考虑的头等问题。站在光通信的角度，就是考虑单位比特公里传输能耗和单位比特交换能耗的进一步挖潜。

光本来就是节能的技术。传输网中，光域的占比越高，整体的能耗就越低。尤其是WDM向ROADM全光交换演进之后，能耗还能进一步降低。

光通信技术本身的降能耗潜力有限。于是，运营商想到了另一个办法，就是网络至简。

也就是说，尽可能让整个传输网变得简单，减少设备数量 ，提升设备能力，以此来削减运维成本。

网络至简的最重要举措——网络扁平化。

以中国电信为例。当前的中国电信传输网络，从宏观上分为四层，从上到下，分别是国干（一干）、省干（二干）、城域、接入。

电信的想法，是直接把它们干成两层——国干和省干融合，城域和接入融合，变成“骨干+城域”的两层架构。

这样一来，设备数量肯定是减少了，不仅节约了硬件成本，还减少了空间占用和电费开支，以及人力投入。

扁平化后的传输网，将从树型架构变成MESH网状架构。这是一次革命性的创新，也是一次艰巨的挑战。对于网络来说，这相当于是一次脱胎换骨的手术。

█ 发展趋势四：城域网的角色转变

提到了城域网，我觉得有必要专门说一下它。

全光网2.0的发展路线，是先骨干全光，再城域全光。

城域全光的一个特点，就是OTN这种昂贵的设备下沉，从仅用于骨干，变成了城域也有。城域WDM，也将在成本进一步下降后，下沉到城域边缘。

城域全光网，包含了城域核心、汇聚、接入三层。高性能设备的下沉，意味着城域网的定位和服务对象，将会发生明显的变化。

一直以来，运营商们都希望凭借城域接入技术（PON，无源光网络）在C端的成功，将经验复制到B端，打开新的市场。

换句话说，运营商们认为家庭宽带市场已经趋于饱和（现在在推千兆，未来推50G-PON，虽然需求不大），目前希望大力推动针对政企用户的宽带接入市场，满足全业务传输需求。

升级之后，运营商的城域全光网，将实现对移动（基站）、家庭宽带、政企用户、云业务（数据中心）的全面融合承载，也就是“一网通吃”。

政企行业用户的光接入需求中，值得关注的是工业互联网场景。这类场景对传输带宽、确定性时延、安全性、可靠性要求最高，场景复杂，挑战很大。

基于OSU的M-OTN技术体系，就是基于政企用户场景的需求，被提出来的。它可以支持小带宽颗粒多业务承载，满足行业应用的小颗粒低成本传输。

城域全光网和云网融合关系密切。它不仅和数据中心有交集，更是运营商切入政企客户云业务的抓手。例如，运营商可以通过提供光宽带接入，搭配云专线业务，甚至兜售自己的云服务。

█ 发展趋势五：AI智能运维

除了架构变化之外，再想要极简网络，就只能引入先进运维技术的支持。

SDN、SDON这些就不用说了，运营商要求各厂家转发与控制解耦，将所有设备的管理和业务调度能力集中，实现统一管控。厂商肯定不愿意这么做，然后，双方就处于僵持状态。

实现集中管理后，运营商通过引入AI人工智能技术，还有大数据技术，可以实现对整个传输网络的智能运营。这就像是一个全国级的交通调度中心，而且，这个中心还是基于人工智能算法的，潜力极大。

小枣君相信，围绕“AI+SDN”，实现网络流量预测、性能劣化预测、故障根因分析和光纤态势感知，都将变得可行。通信工程师的饭碗，有可能被AI砸得稀碎。

借助AI，网络本身将具备极强的网络自愈能力。出现问题时，AI可以进行快速响应和链路调度，减少业务的中断时长，甚至让客户根本感知不到故障曾经发生过。

除了降成本之外，引入智能运维还有一个好处，就是绿色节能。

通信网络的绿色节能，不再是一句公益口号。它牵扯到运营商重要的政治任务——那就是服务于国家的“双碳”战略。从某种意义上来说，它的重要性，甚至高于省钱。

█ 结语

好啦，以上就是小枣君对光通信未来发展方向的一些思考。

光通信是一个庞大的体系，限于篇幅，还有一些技术动向我没有介绍，例如DCI、WSON、ZR等。将来有机会，我再通过专题，进行详细说明。

我还是那句老话，光传输网络是整个数字社会的基座，重要性极高，比5G高得多。光通信技术，是目前少数值得深入研究的通信领域。

希望广大有志青年能够加入到光通信的研究之中，参与建设更强大更智能的全光3.0甚至4.0，为数字智能革命夯实基础。

谢谢大家的耐心阅读，我们下期再见！

光通信的最新技术趋势

大家好，我是小枣君。

上周，我参加了“2021中国光通信高质量发展论坛”，有一些收获与思考。特此撰文，与大家分享。

光通信的发展现状

1966年，华裔科学家高锟博士发表了那篇划时代的经典论文——《光频率介质纤维表面波导》，奠定了光纤通信的理论基础，也开启了伟大的光通信时代。

高锟（1933-2018）

如今，光纤通信已经走过了半个多世纪的发展历程。它彻底改变了人类通信技术的发展轨迹，也改变了我们每一个人的生活。

我们现在之所以能够享受高速且低价的网络连接服务，很大程度上要归功于光纤通信的贡献。

光纤（光导纤维）

如今，光纤通信已然成为整个通信网络的支柱和底座。全网超过98%以上的信息，都是通过光纤通信传递的。

《光纤通信55年的发展》，毛谦，中国信科

在产业方面，光通信作为承载网（传送网）和数据中心的关键技术，支撑起了规模庞大的产业链。

根据研究机构的数据，2020年全球光通信下游市场收入规模达到1.4万亿元。而面向未来的光通信，仍然还有很大的发展空间。现网中的数据流量，正在按照每年30%~40%的速度增长。从整体来看，技术变革仍然跟不上业务流量的增长速度。

流量增长＞单光纤流量＞端口速率＞电子波特率，需要新技术。

《超100G高速智能光网络关键技术探讨》，张德朝，中国移动。

在“云-管-端”架构下，光通信的业务流量压力，一方面来自用户端，另一方面来自云端。

用户端这边很明显。随着5G（蜂窝5G）、F5G（固网5G）的持续发展，4K/8K超高清视频的普及，用户侧终端的带宽在不断增加，承载网（传送网）的带宽也必须紧密跟进。

云端的带宽增长需求，更多是来自云业务的增长。

云业务具有横向流量（东西向流量）大的特点，分布式部署的方式，也加剧了这一类型的流量。

云业务、云服务的增长，刺激了数据中心（DC，Data Center）的建设热潮。

《高速光模块发展机遇与挑战》，张金双，新易盛

数据中心之间的连接——DCI（DC Interconnect，数据中心互联），带宽需求明显增加，成为一个重要的增长点。

光通信的技术发展路线

如何才能解决光通信网络带宽不足的问题呢？

从总体来看，还是两个思路。一，是通过更先进的技术，把传输网网络的物理带宽变得更大。二，是加强网络的调度能力，提升效率。

这就好比是我们的城市交通。一方面，要把路修得更宽，单车道变双车道、四车道甚至八车道。另一方面，设立更多、更智能的红绿灯，安排更多的交警，进行合理调度。

我们先看看底层的带宽提升技术。

目前，光纤通信的单波100G已经广泛商用。200G、400G的光模块光通道，基本上都是基于单波100G。

单波：100G ▶ 200G

光口：400G ▶ 800G ▶ 1.2T ▶ 1.6T

《高速光模块发展机遇与挑战》，张金双，新易盛

400G光模块在2019年左右就已经成熟商用，主要是国外Google、Facebook等公司的数据中心在普及。国内并没有广泛采用400G，一方面是因为要循序渐进（考虑成本），另一方面是基于网络架构的需求。也就是说，如果运营商的网络架构，设计接口是需要200G，那就是用200G，没有必要强行上400G。

未来，单波400G将是下一代OTN技术的基础传输速率。

从底层技术来看，提升带宽的主要手段，还是离不开最基础的通信原理。

方法一，采用更先进的调制技术。

《超100G高速智能光网络关键技术探讨》，张德朝，中国移动

方法二，使用更大的频谱带宽。

一般情况下，波道采用C波段，频谱资源是4THz。扩展为CE波段后，频谱资源增加20%，为4.8THz。如果采用C++波段，是6THz。如果采用C+L波段，是11THz，相比C波段提升了175%。

《智能新光网，铸就5G新基建》，刘哲，中兴通讯

毫无疑问，这可以显著提升光纤资源的利用率。

方法三，在芯片和算法上做文章。

《超100G高速智能光网络关键技术探讨》，张德朝，中国移动

方法四，研发新型光纤，提高单根光纤中的纤芯数，或引入材料学技术，降低光纤传输过程中的损耗。

新型光纤 《超100G高速智能光网络关键技术探讨》，张德朝，中国移动

除了载波带宽之外，节点的能力提升 也是光网络的关注重点。

这里就是之前我反复写文章提到的全光网络。通过ROADM、OXC等技术，将节点全光化，避免光电交叉转换，减少环节，提升带宽，降低时延。

OXC 《超100G高速智能光网络关键技术探讨》，张德朝，中国移动

目前，骨干网的全光化已经很大程度完成。后续就是城域网（先城域核心，再汇聚、接入）的全光化。

OTN/WDM的下沉，也是专家们关注的重点，一方面可以支撑带宽增长需求，另一方面可以大幅节约光纤资源。

《加速千兆光网建设，打造全光智慧城市》，王金辉，华为

看完物理带宽的提升，我们再重点看看网络调度的演进。

这条路线，目前仍然是集中在SDN思路上。简而言之，还是开放和解耦 。

运营商希望光通信网络进一步解耦，控制平面和数据平台进一步分离，厂商将控制面开放给运营商，运营商自己开发平台，对整个网络进行调度和管理。

《光网络的开放与解耦》，张成良，中国电信

毫无疑问，设备商是不太愿意这么做的。

不愿意也没办法，开放是大势所趋。如果不能做到一步到位的开放，那么就一步一步开放。

《智能时代的开放光网络》，张寒峥，上海诺基亚贝尔

目前，在黑盒和白盒之间，有一个灰盒过渡，也就是“部分解耦”。

《光网络的开放与解耦》，张成良，中国电信

总之，运营商对于解耦的需求是非常迫切的。目前通信行业市场的寡头格局，对于运营商来说越来越不利。如果不通过解耦进一步推动技术开放，那么以后运营商的局面会变得更加被动。

在加强网络调度方面，还有一个概念被参会专家们反复提及，那就是OSU 。这个概念后续小枣君会专门开专题介绍。

OSU 《超100G高速智能光网络关键技术探讨》，张德朝，中国移动

最后说一下人工智能（AI） 。

人工智能是全行业关注的重点，通信行业也不例外。会场上，多位专家针对人工智能与通信的结合落地，发表了观点。

总的来说，大部分专家都比较谨慎和务实，没有瞎吹。

人工智能如何改变通信，是一个非常庞大且长期的话题。

有的专家认为，人工智能+通信，目前还处于早期的阶段，不能指望短期内AI可以接管通信网络的运维工作。也有的专家认为，人工智能赋能通信网络，究竟是以平台的方式，还是以模块的方式，尚未确定。

很多专家都提到了数据的问题 。人工智能离不开算法和算力，算力还好说，算法模型比较麻烦。

一方面，现有的人工智能算法模型，基本上都不适合通信领域的场景。另一方面，想要做到算法模型，就需要大量的数据。目前数据只掌握在运营商手里，即便是主流设备商，也无法掌握足够的数据。

研究算法模型，对数据也是有要求的。常规的数据（正常运行的数据，也可以称为“负样本”）并没有多大价值，异常情况（特殊情况）发生时的数据（也可以称为“正样本”）才有真正的价值。而这样的数据，往往更加敏感，客户更不愿意开放。

没有数据，连第一步都难 《智能时代的开放光网络》，张寒峥，上海诺基亚贝尔

数据的获取、清洗问题（技术上或法律上），将会持续困扰人工智能与通信技术的结合。

不过，目前仍有设备商和运营商，开发出了少量的算法模型和场景，并进行了验证。千里之行，始于足下。

《智能时代的开放光网络》，张寒峥，上海诺基亚贝尔

好了，以上就是今天文章的全部内容，感谢大家的耐心观看。更多的内容，可以关注小枣君后续的专题介绍，谢谢！

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