為什麼要研究“三超”？

　　網際網路已有5.75億台主機，超過20億用戶。美國國會圖書館2012年1月披露Web歸檔數據量已經達到了285TB（引自LoC）。全世界每天創造2.5 EB字節數據，相當於過去兩年就生成了全球90%的數據（引自IBM）（1 EB=10^18 Bytes，1百萬TB）。Twitter每天産生的數據量是7 TB；YouTube每天産生7萬小時視頻；Facebook每天上傳3億張照片，每天超過500TB數據增長。2016年全球IP流量將達每月110 EB字節，全球移動數據流量將達每月10.8EB字節，2016年每3分鐘傳送360萬小時視頻，相當於全球已生産的全部電影。據思科估計，2009年全球網際網路每月生成161EB的新數據（大小相當於時長約5萬年的DVD品質的視頻），2012年這一數據達到528EB，並逐年遞增。全球90%以上的資訊傳輸（網際網路和無線行動通訊網等）主要依靠光纖通信完成，隨著網際網路和電話用戶數不斷增長，光纖幹線網傳輸頻寬需求不斷增大，採用新的超高速、超大容量、超長距離（即“三超”）光纖傳輸技術不斷進行幹線擴容已是必然。

　　什麼是“三超”？

　　“超高速”是指在光纖線路不變的情況下光纖內單通道（單個波長）傳輸速率需超越1Gbps、2.5Gbps、10Gbps等現有技術，提升到40Gbps、100Gbps、400Gbps、1Tbps或更高速率，“超大容量”指光纖線路內單通道（單波長）數目需超越目前的16、32、48、96等，擴大到160、320、640或更多，“超長距離”是指光纖線路無電中繼傳輸距離超越目前的500公里、1000公里，延長到2000公里、4000公里或更遠。截至2014年6月底，我國光纜線路長度達1883.8萬公里，其中長途幹線光纜線路長度92萬公里，支撐全國12.63億行動電話用戶，1.88億網際網路寬頻接入用戶，8.72億移動網際網路用戶等各類應用。

　　為什麼是“光纖”？

　　與傳統電纜通信比較，光纖通信具有如下特點：（1）頻頻寬、容量大；（2）傳輸距離長；（3）體積小、重量輕；（4）抗電磁干擾；（5）泄漏小、保密性好；（6）原材料極大豐富；一千克超純玻璃可制單模光纖幾萬公里，而一百公里3600路中同軸電纜，約需銅12噸。

　　自1960年第一台紅寶石鐳射器問世後，人們便與光纖通信結下了不解之緣。而後1966年，英籍華人高錕博士（獲2009年諾貝爾物理學獎）提出利用光纖實現長距離傳輸的設想，認為可以生産出一種有實用意義的低損耗光纖，在世界各國掀起了一個研究光纖通信的熱潮。1976年，美國在亞特蘭大進行了世界上第一個實用光纖通信系統的現場試驗，系統採用GaAlAs鐳射器作光源，多模光纖作傳輸介質，速率為44.7Mb/s，傳輸距離為10km。武漢郵科院趙梓森（院士）團隊1979年研製完成了中國第一根符合國際標準的實用化光纖，1981年研製完成中國第一套光纖傳輸系統（8M/s，連接武漢三鎮），此後的光纖通信在全球和我國飛速發展。

　　光纖傳輸一般指光纖發送方和接收方之間以光信號形態進行的通信。三十多年前出現的光纖通信給世界通信發展帶來了革命性的巨大變化，它利用光纖傳輸攜帶資訊的光波以達到通信目的，也就是通過調製，使光波成為攜帶資訊的載體，在接收端再把資訊從光波中檢測出來。目前光纖通信在網際網路、數據中心和無線行動通訊中得到廣泛普及和應用，以廣東省20萬個無線通信基站為例，手機資訊進入附近基站後，從基站到各級核心交換機的傳輸全部由光纖通信完成，地域上有光纖接入網、城域網、省內幹線網和國家幹線網之分。因網際網路和無線行動通訊用戶數和流量飛速增長，光纖通信按每十年提升一千倍的速度擴容仍不能滿足需求。

　　“三超”難在何處？

　　分析表明，網路擴容已經迫在眉睫。由於光纖傳輸受非線性、譜效率、色散等科學問題和光晶片、光器件、電器件、工藝水準等限制，大容量、高速度、長距離的光傳輸研究一直是資訊科學研究的重點和難點。為了解決這一難題，武漢郵電科學研究院2010年聯合國內四所著名高校（復旦大學、華中科技大學、北京郵電大學和西安電子科技大學）取得國家973項目“超高速超大容量超長距離光傳輸基礎研究”。項目立足於開拓光纖通信發展的新思路，系統科學地研究超高速光傳輸基礎理論，探索超高速光傳輸系統特有的內在基本規律，以實現光譜利用高效化、傳輸距離超長化、網路幹線高速化、信號管理動態化為目標，創建160×100Gb/s 2000公里超長距離光傳輸的理論、方法和技術體系，搭建這套系統是最大難點。

　　有何進展或突破？

　　五年間項目組建立了以百T級、超大容量、超高速2000km光傳輸為代表的多套系統平臺和超高速調製解調演算法體系，完成了多個國際領先或國際先進的系統實驗，主要包括：

　　——4Gbps 400公里（標準單模光纖）無中繼超長跨距實時光傳輸系統，相當於5萬對人同時在一對光纖上通話；

　　——240Gbps實時相干光、正交頻分復用48公里（標準單模光纖）光傳輸系統，相當於300萬對人同時在一對光纖上通話；

　　——單光源1Tbps相干光、正交頻分復用1040公里傳輸技術與系統，相當於1250萬對人同時在一對光纖上通話。這是2010年已報道的全球最高水準；

　　——1.03Tbps 12160公里（標準單模光纖）光傳輸系統實驗，這是T級傳輸全球最遠距離，相當於1280萬對人同時在一對光纖上通話；

　　——單光源3.2Tbps 2087公里（標準單模光纖）實時光傳輸系統實驗，相當於在一對光纖上4000萬對人同時通話；

　　——168×100Gbps正交頻分復用2240公里（標準單模光纖）光傳輸系統實驗，相當於2.1億對人同時在一對光纖上通話；

　　——30.7Tbps超大容量80公里（標準單模光纖）光傳輸系統實驗，相當於3.8億對人同時在一對光纖上通話；

　　——67.44Tbps 超大容量160公里（標準單模光纖）光傳輸系統實驗，相當於8.4億對人同時在一對光纖上通話；

　　——100Tbps超大容量80公里（標準單模光纖）光傳輸系統實驗，相當於12.1億對人同時在一對光纖上通話，使我國步入具有百T級實驗能力的國家行列。

　　項目提出了多種新型高譜效率多維多階調製格式，採用CAP（無載波幅度和相位）調製方式實現了10Gbps、40Gbps、60Gbps和5x110Gbps傳輸實驗，發表了有國際重要影響（ESI相關領域排名位於世界前0.1%—1%）的學術論文。提出了新型多模環形盲均衡處理演算法和多模矩形盲均衡處理演算法，高階調製信號頻譜效率突破4bit/s/Hz，發表了有國際重要影響（ESI相關領域排名位於世界前0.1%—1%）的學術論文。項目在高譜效率單載波奈奎斯特調製、正交頻分復用調製、多元低密度校驗編碼、全光傅裏葉變換非線性噪聲抑制、T比特級光分插復用等方面取得顯著成果，在國內外學術期刊上共發表學術論文345篇，其中SCI論文202篇；申請發明專利93項，授權6項。共培養博士生51名，碩士生134名。

　　（作者係973項目首席，武漢郵電科學研究院教授級高工）