中国移动发表全球首个基于空芯光纤的超200Tb/s实时传输研究成果

近日，中国移动研究院联合暨南大学、烽火通信和北京大学共同撰写的论文“First Penalty-free Real-time Co-frequency Co-time Full-duplex Optical Fiber Transmission with 202.1Tb/s Net Capacity Enabled by Hollow-core 5-element NANF”被全球光通信领域顶级学术会议Optical Fiber Communication Conference 2024（简称OFC 2024）发表，为OFC 2024空芯光纤分论坛唯一来自运营商的研究成果。

经过近50年的发展和大规模应用，基于实芯单模光纤的光通信陆续开发了时间、频率、调制和偏振四个独立维度，已经触达非线性香农极限，面临容量瓶颈和时延瓶颈。如何找到第五个新的物理维度，在不引入新的损伤的条件下实现容量的扩充，是当前研究的焦点。方向作为光纤的天然维度，受限于实芯光纤无法消除的背向瑞利散射，始终无法在不损伤已利用维度的情况下得到利用，通常需要采用两根独立光纤、不同的波长或时隙来实现双向通信。反谐振空芯光纤基于反谐振反射理论，以空气替代实芯石英介质，可从根本上破解物理介质带来的通信性能瓶颈，具备理论上的最低时延、最低损耗、最低非线性和最大通光带宽，是理论上性能最优的光通信介质。除此以外，反谐振空芯光纤的背向瑞利散射相比于实芯光纤低近1000倍，具备了将方向维度开发为无损伤独立维度的理论潜力。

中国移动与暨南大学、烽火通信和北京大学合作，利用反谐振空芯光纤超低背向瑞利散射优势，提出基于空芯光纤的同频同时全双工（Co-frequency co-time full-duplex，CCFD）光通信概念，创新引入了方向维度复用（Direction division multiplexing，DDM），并实现了首个超低背向瑞利散射和超低背向菲涅尔反射的空芯光纤链路，具备在超过一万公里距离上进行T比特级单波传输的巨大潜力。通过结合4个传统物理维度和新开发的方向维度，在单纤单芯单模条件下，实现了202.096Tb/s（2方向×120波长×842.065Gb/s）的实时净吞吐量，性能与单向传输完全一致，无双向引入的传输损伤，凸显了空芯光纤传输系统重方向维度的独立性。

近年来，中国移动在反谐振空芯光纤及其光传输系统和超800G传输技术方面持续发力。2022年，提出了基于高阶调制非线性相移估计得空芯光纤克尔非线性系数测量理论，首次实现了空芯光纤的克尔非线性系数上限测定；首次完成空芯光纤单波5W量级入纤功率的400G/800G超高速传输验证，支持了空芯光纤无非线性损伤传输的理论。2023年，中国移动联合华为、中兴、烽火相继开展单通道T比特级和S+C+L满波配置传输实验，基于130GBd核心光电器件，完成全球首个频谱总宽度19.5THz，单波净速率最高达1.2Tb/s、通道数达156个的S+C+L多波段满波配置超宽带实验验证，单芯总容量达150.72Tb/s、传输距离达150km，初步验证了S波段光层的可行性。

面向下一代光通信前沿技术探索，中国移动愿与企业、高校、科研院所紧密合作，协同深入光通信无人区领域研究，推进核心技术、芯片、器件、系统的代际演进。