为庆祝Optics Express成立20周年，诺基亚贝尔实验室的PETER J. WINZER教授受邀发表题为《Fiber-optic transmission and networking: the previous 20 and the next 20 years》的综述文章，回顾了光纤通信系统的发展历程，并通过展望过去20年推断光纤技术需求和未来20年潜在的解决路径。文章专注于光传输和交换层，涵盖大规模空间复用，大规模光电阵列和整体光学 - 电子 - DSP集成，以及用于空间和频谱超级信道的切换和复用的光节点架构。

图1 过去30年商业光传输系统的演变和未来20年的推断

当Optics Express在1997年7月成立时，WDM才刚开始商用，最先进的系统有16个信道，每个信道2.5 Gb/s，频谱效率0.0125 b/s/Hz，作为AT&T和Ciena的替代品，加拿大Nortel公司在1997年早期推出单波长10Gb/s系统。关于海底传输，TAT12/13跨大西洋电缆刚刚投入使用。每根电缆有2对光纤，使用掺铒光纤放大器（EDFA）作为中继器，在5913公里内每根光纤以5 Gb/s的速率单波长传输，总光缆容量为20 Gb/s; 光缆的总容量x距离乘积为118 Tb/s•km。在实验研究记录中，1996年刚刚建立了WDM总容量是1 Tb/s（55 x 20 Gb/s和25 x 20 Gb/s x 2极化），超过商用产品中使用的频谱效率的10倍。20年后的今天，商用长途C + L波段光波系统在50-GHz网格上最多可传输192个信道，速度高达250 Gb/s，总运载能力约为48 Tb/s 频谱效率为5 b/s/Hz，对于短距离应用，速率高达400 Gb/s，频谱效率为8 b/s/Hz，总容量高达76 Tb/s。最高容量的海底光缆，太平洋光缆网络（PLCN）在太平洋上传输总的双向144 Tb/s，6对光纤的总容量x距离乘积为3686 Pb/s•km。今天的实验研究最高实现了每载波净接口速率超过1Tb/s，并且单根单模光纤中的总WDM容量高达115Tb/s。使用多芯光纤，系统容量高达10 Pb/s。短距离系统在单模光纤上实现的频谱效率记录为17.3 b/s/Hz; 在单芯单模光纤和多芯光纤上的容量x距离乘积高达881 Pb/s•km 和1508 Pb/s•km的。展望未来20年，并假设计算技术继续扩展至约40％，基于历史扩展趋势的保守假设，作者将容量需求推断至2037，如图1所示。

图2 任何超级信道转发器都需要阵列集成，光电子协同集成和整体DSP光电协同设计，以实现光纤输入/光纤输出（FIFO）引擎。

光纤传输网络的信号最初是在1977年通过光纤现场测试系统发送的。过去40年中光纤系统的发展可以巧妙地划分为四个主要的传输时代：再生时代（1977~1995）；放大色散管理系统时代（1995~2008）；放大相干系统的时代（2008~现在）；空分复用时代（自2008年以来积极研究）。作者分析了空间和光谱超级信道，并表明空间超级信道提供了显着的阵列集成优势，包括空间串扰的数字补偿。空间超级信道更适合具有专用光纤安装的点对点系统，例如数据中心互联系统和海底系统。另一方面，频谱超级信道似乎更有利于地面网状网络，它需要尽可能多地利用已安装的各种光纤基础设施。此外，地面网状网络中ROADM节点的发展得益于频谱超级信道，它将在纯空间交换核心中无缝地合并为全光谱信道，与现在的波长复用信道相比，还具有更易于管理和自动化的优势。这两种超级信道类型都将通过光纤输入光纤输出的相干光引擎实现，这将整体地把光电调制和检测阵列与CMOS DSP一起用于客户端和线路流量。

图3 谱（顶）与空间（底）超信道阻塞概率的比较，在频谱超级信道系统中存在多个等效路径导致低得多的阻塞概率。

来源： Optics Express

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