日本NTT公司和KDDI公司宣布将合作开发新一代光通信技术。

NTT公司目前正在研发一种名为“IOWN”的通信网络，公司希望到2030年前后，能将通信容量扩大到手机“4G”通信等的125倍，同时将通信器材等的耗电量减少至一百分之一。据相关人士透露，NTT和KDDI将基于这一技术推进联合研发，并于近期签订合作协议。

两家公司都是日本的手机运营商，原本互为竞争关系。这次强强联手研发新一代光通信，其主要目的是为了在手机“6G”通信领域率先确立国际通行的技术标准。

新一代通信技术的研发不仅要实现大容量数据的交互传输，还必须解决通信器材和服务器等耗电量持续增长的问题。本次是两家公司首次在通信技术领域开展合作，能否确立新一代光通信技术备受期待。

随着“东数西算”工程启动、运营商算力网络建设的持续推进，光通信行业正在迎来新的春天。

1、什么是光通信？

光通信包括光纤通信和光通信两种方式。光纤通信是以光纤作为传输信道进行通信，目前整体技术发展情况较为成熟。激光通信是以光为载波，自由空间或大气作为传输信道的通信方式，可以建立空空、空地、地地、星地、星间等完整的组网通信系统。

光通信的基本原理：包含信息的电信号通过调制加载到光上，收发两端捕获-对准-跟踪技术(APT)建立起通信链路，以光为载波在自由空间信道中传输信息。

光通信结合了无线电通信和光纤通信的优点，具有安全性好、通信速率高、传输速度快、波段选择方便且信息容量大的优点，其终端系统具有体积小、重量轻、功耗低、施工简单、可灵活机动的特点，在军事和民用领域均具有重大的战略需求与应用价值。

当前新一轮AI浪潮正在席卷全球，光通信网络是AI算力网络的重要基础和坚实底座。

算力网络的发展对骨干网和大型数据中心提出了更高的要求，构筑算力网络的光底座亟待新型光通信产品支持，其具体场景和业务要求包括两个方面：一是骨干网传输，二是大型数据中心内部光连接。

2、光通信关键技术

随着激光、光学和光电子元器件技术的进步，光通信技术不断取得突破。按照系统功能划分，主要包括捕获跟踪、通信收发、大气补偿、光机电设计四类技术。

1）捕获跟踪

光通信借助光源的小发散角波束提供高功率增益，因此光通信对光束的捕获跟踪提出了比微波通信更高的要求。实现快速大概率大范围的光束捕获和稳定高带宽、高精度的光束跟踪是光通信研究的核心目标。

光束捕获采用激光瞄准技术和粗精跟踪相独立的体制，即粗跟踪由大视场相机和伺服转台组成闭环，提供大范围低频带伺服控制。2020年，中国空间技术研究院西安分院搭建了V频段天线捕跟系统，通过外场捕获跟踪试验，天线增益大于56 dB，低噪放噪声系数小于4.2 dB，自动跟踪精度优于0.05°。

随着激光技术的进步，激光器体积更小、精度更高、效率更高，使激光光束智能变换、激光相控阵等新技术逐渐发展成熟。将这些技术运用于光通信捕获、对准、跟踪系统中，将改变传统的跟瞄模式，使光通信系统的跟瞄精度、速度和可靠性大大提高。而小型高效率激光器的出现，使跟瞄系统向小型化、轻型化和集成化发展。可采用粗精复合高精度跟踪，通过激光光束智能变换，在保证跟踪性能的前提下，简化了光通信跟瞄系统。

2）通信收发

光通信要求激光器具有大调制带宽、高发射功率和窄线宽等特点。激光调制技术主要有直接调制和间接调制，由于直接调制方式使带宽和发射功率受限，大多采用小功率种子激光源间接调制后通过高功率光纤放大器获得高发射功率的方法。根据作用光束的强度、频率、相位等参数不同，分为调幅、调频和调相等调制方式，由于不同波长系统相应器件的差异，调制方式也有区别。

目前光通信采用激光波长主要有800 nm、1000 nm和1550 nm等3个波段，800 nm的半导体激光器一般利用强度调制/直接检测(IM/DD)，1000 nm的Nd:YAG固体激光器可以采用各种调制方式，而1550 nm波段半导体激光器与光纤通信系统兼容，采用多种高速调制方式并利用掺铒光纤放大器实现高速高功率发射。

另外，激光通信接收机的高速探测器均由光纤耦合，适应高速探测器的小探测截面，有利于系统集成化。因此，空间光到光纤的耦合是激光通信接收部分的关键技术之一，而由于光纤静态角偏差、随机角起伏误差、大气湍流像差等因素使耦合变得十分困难。对光纤高效率耦合主要受模式匹配、对准偏差、菲涅尔反射、吸收损耗、平台振动等影响。目前的研究主要采用光学自适应、锥形光纤、光纤章动等方法，但并未出现实质性的突破，可见，光纤高效耦合技术是光通信系统的主要难题之一。

3）大气补偿

当光通信应用在星地、空空和空地等链路时，在穿越大气层的过程中，由于大气湍流影响，激光在传输时会出现接收功率抖动，导致系统出现严重误码，而高速光通信更明显。

采用高精度实时波前畸变校正技术是抑制大气湍流对传输光束波前影响的方法，通过哈特曼传感器进行多孔径波面探测，在一定程度能够矫正波前畸变。主要技术难点在于激光到达角起伏补偿、波面变形补偿和空中飞行时附面层影响补偿，通过探测系统引入波前畸变补偿镜技术进行联合校正。

4）光机电设计

减小自由空间的功率损耗，需要提高发射光学系统增益，这就要求通信光束以近衍射极限角发射。在保证发射光学口径的基础上，提高光束发射增益对于光纤耦合技术、光束整形技术、望远镜面型设计提出了严格要求。为突破近衍射极限角发射的关键技术、发射激光源的整形准直技术和高效率光纤耦合技术，需要研究光纤不同芯径、束散角与光学系统匹配的优化选取方法，均依赖激光技术的发展。

对于光学基台技术，要求模块化、轻量化设计，且能满足未来光通信网络一点对多点动中通同时传输。激光技术应用的广泛性促成了跨功能行业的标准化，激光整形传输促成了元件的模块化和标准化，有利于降低整机体积与成本。在光机设计领域，激光加工大大提高了传统光机设计的精度，使空间光通信整体性能得到了快速发展。

3、G.654.E光纤C位出道

因其性能稳定、价格便宜，G.652.D普通光纤早已成为网络建设的主力产品。不过，随着骨干网向200Gbps、400Gbps乃至1Tbps速率光通信系统演进，G.654.E光纤在运营商和光通信产业链企业的共同推动下，逐渐坐上了下一代光纤光缆的C位。

据了解，2017年至今，三大运营商已进行了四次G.654.E光纤光缆集采，总规模累计达1.07万皮长公里。

中国联通研究院网络规划与数字化研究中心技术专家尹祖新认为，三大运营商已开展G.654.E光纤光缆建设，为骨干网建设超高速WDM系统铺路。

事实上，运营商在骨干网层面引入G.654.E光纤，具有重要的现实意义。据悉，G.654.E光纤具有更低的衰减系数，可以延长传输距离，减少中继站数量，降低建设成本；更大的有效面积，可以提高入纤光功率，降低非线性效应。

长飞公司材料事业部副总经理王铁军认为，“东数西算”网络布局空间跨度大，数据传输更为频繁，用户对时延要求更高，现有骨干网络的性能难以胜任。从超高速传输技术发展来看，G.654.E光纤是200Gbps、400Gbps，及未来1Tbps超高速传输技术首选光纤。

烽火通信网络产出线副总裁张宾也认为，现用“八纵八横”干线光缆已运行20年以上，急需改造，而通过实验证明采用新型G.654.E光纤对于算力传输超长距离与超低时延方面的提升具有明显效果。

目前，长飞光纤、亨通光电、烽火通信、中天科技等厂商已具备生产G..654.E光纤的能力，并向运营商批量供货。

不过需要指出的是，G.654.E光纤的市场价格仍大幅高于G.652.D光纤，且骨干网建设需求规模相对较小，使得运营商集采需求量普遍较少。

为此，尹祖新表示，省际骨干网（一干）采用租用高速公里管道的方式建设，采用G.654.E光纤和G.652.D光纤的建设成本差异很小。G.654E较G.652D光纤性能提升约20%，考虑综合成缆成本，宜在一干以及环长较长的二干段落推广使用。

4、数据中心：不只是光纤

大型数据中心是算力网络重要组成部分之一。从规划来看，全国正在加速布局国家数据中心集群，三大运营商和光通信产业链企业是建设主力。

从数据中心运营趋势来看，100Gbps、200Gbps仍是主流传输速率，不过未来一定向400Gbps、800Gbps速率跃迁。因此，超大型数据中心集群的建设对光纤光缆、光模块等产品的性能都提出了较高的要求。不仅如此，数据中心一体化方案已成为部分光纤光缆厂商竞逐的热点领域。

在光纤光缆方面，业界的普遍观点是OM5多模光纤逐渐成为数据中心光纤的主流产品。

与传统OM4光纤相比，OM5光纤可以利用4波长短波波分复用技术，将多模光纤传输容量提高3倍，同时完全向下兼容。在提升数据中心链路的传输速率与布线长度方面具有显著优势。

目前，国内已有多家光通信厂商发布了OM5光纤，具备了商用条件，随着新型大型数据中心建设，OM5将很快实现规模商用。

在光模块方面，随着大型数据中心的建设和扩容，200G/400G光模块的需求量将爆发。据长江证券研报，2022年，国内数据中心200G模块需求规模快速提升，2023—2024年，将升级部署400G模块。而800G升级周期也已渐进，2022年将成为800G规模出货的第一年，头部云计算服务商将率先部署。

良好的市场前景，推动国内光模块厂商持续加大针对新产品的研发投入。据悉，亨通洛克利、旭创科技等国内知名光模块厂商已量产400G光模块，800G光模块也已将实现商用。

在数据中心方面，烽火通信、特发信息等光通信企业也率先多元化布局，依靠自有产品线，主导了数据中心建设，使得光通信企业由产品和解决方案供应商升级为数据中心的建设者。

显而易见，在数字经济新阶段，大部分光通信企业都能抓住发展良机，通过多元化布局、持续创新投入，推出了大量满足算力网络建设的新产品和新方案，逐步走出“低谷”，完成了一次华丽的“蝶变”。相信，随着新型算力网络建设的不断推进，光通信产业将会续写更精彩的故事。

据统计，2025年中国光通信市场规模达1750亿元，对应2022-2025年CAGR为12%。业界专家认为，算力网络的发展对骨干网和大型数据中心提出了更高的要求，亟待新型“光底座”的支持，具体为骨干网传输和大型数据中心内部光连接，这将为光通信企业提供重要的发展新机遇。

文章来源： 光电汇，乐晴行业观察，通信产业报