光纤还能挤出多少带宽：七芯光纤把一条链路推到 0.672 Pb/s

编译自 MDPI Photonics 2026, 13(1), 52　·　开放获取 CC BY 4.0

单模光纤的容量已经被非线性效应按住了。波长复用、偏振复用、高阶调制这几招都用上之后，继续加功率不会线性换来容量，自相位调制、四波混频和受激拉曼散射会先把信号质量吃掉。想在一条缆里接着加带宽，得换一个物理维度。

空间维度是最直接的那个。中国移动研究院牵头，联合山东移动、华为与长飞光纤、光谷实验室，在 Photonics 上报告了一次四跨乘 89 公里、端到端 356 公里的实时芯分复用传输：用弱耦合七芯光纤配合 C 加 L 波段的 1.2 Tb/s 光传送网收发器，实现 0.672 Pb/s 的实时容量。这个数字的分量在于实时，不是离线演示。

把七根纤芯塞进一根缆

光纤型号是 WC-MCF-42-150-245，七根纤芯按正六边形排布，芯间距 42 微米，包层直径 150 微米，涂覆后 245 微米，与常规单模光纤的外径一致，这意味着既有缆路和管道工程可以沿用。每根纤芯外面做了一圈低折射率沟槽，距纤芯外缘 4 微米、宽约 5 微米，用来压住芯间串扰和弯曲损耗。包层里另做了一根标记芯，防止熔接时角度装错。整体符合 ITU-T G.657 标准。

1550 纳米处的指标接近单模光纤的水平：模场直径 9.0 微米，色散不超过 22 ps/nm/km，衰减不超过 0.21 dB/km，截止波长不超过 1300 纳米，偏振模色散不超过 0.08 ps/km 的平方根，弯曲半径 30 毫米绕 100 圈的附加损耗小于 0.1 dB。最关键的一项芯间串扰不超过 负 50 dB 每 10 公里。

芯与芯之间要靠扇入扇出器件连接。实验用的是 FIFO-7-150-245，平均插入损耗小于 0.8 dB，这个数字已经含了多芯光纤的连接损耗。两盘光纤分别是 50 公里与 39 公里，拼成 89 公里的单跨。七根芯的单跨损耗落在 19.2 到 21.1 dB 之间，89 公里链路的总串扰在负 42.1 到负 45.2 dB 之间，全部优于负 42 dB。

为什么非要选弱耦合，这里有一层路线分歧。多芯光纤有两条路子：强耦合把纤芯挨得很近，靠多输入多输出数字信号处理把串扰解回来，代价是接收端复杂度极高；弱耦合把芯间距拉开并加上沟槽，让串扰小到可以把每根芯当成独立的单模光纤处理。这篇文章选的是后者，42 微米芯距换来负 50 dB 每 10 公里的串扰，七根芯可以用七套现成的单波收发器，不需要联合信号处理，这也是它能做成实时的前提。

图1　七芯弱耦合光纤的截面结构与链路实测指标（依据原文表 1、表 2 绘制）

收发器把 12 THz 用满

收发器是华为 TKP1MA16DAG3，跑在 OSN 9800 平台上，单波长 1.2 Tb/s，调制格式是偏振复用的概率整形 64QAM。C 波段覆盖 1524.89 到 1571.65 纳米，L 波段覆盖 1575.78 到 1625.77 纳米，两端合起来给出 12 THz 的可用带宽。前向纠错用 LDPC 软判决，误码率门限 0.035。

波特率可以配成 135 或 155 GBaud，这个选项直接改变波长要怎么排。135 GBaud 时通道间隔 150 GHz，12 THz 里能排 80 个波，七根芯一起算，实时容量 0.672 Pb/s，容量距离积 239.23 Pb/s 公里。155 GBaud 时间隔涨到 175 GHz，同样带宽里只能排 68 个波，实时容量落到 0.571 Pb/s，容量距离积 203.35 Pb/s 公里。

换来的是每比特更多的能量和更强的抗非线性能力。概率整形的思路是让低阶符号出现得更频繁，在同样平均功率下把高峰值符号压下去，抑制自相位调制与交叉相位调制。背靠背条件下，135 GBaud 达门限所需的光信噪比低于 29.6 dB，155 GBaud 低于 28.9 dB；跑完 356 公里之后，两者的门限恶化分别不超过 2 dB 与 1.73 dB，155 GBaud 多出约 1 dB 裕度。

放大器是成对的可插拔光放大器，噪声系数约 4 dB，C 波段增益 27 dB、L 波段 24 dB，每跨之后放一对。波长选择开关负责动态调整通道间隔。受激拉曼散射会把短波长的功率向长波长转移，因此 C 波段的平均单波入纤功率设到约 7.5 dBm，L 波段设到约 5.5 dBm，用功率差把倾斜压平。

这些功率设定都不是随手取的。入纤功率低了，光信噪比不够；高了，又把非线性效应推起来，而 C 波段与 L 波段之间还要用功率差去抵消拉曼散射造成的能量转移。留给工程的窗口本身就不宽，再叠上七根芯的一致性要求，链路调试的难度可见一斑。

图2　两种波特率配置在容量与光信噪比裕度上的权衡（依据原文表 3、表 5 绘制）

差的是标准和成本

155 GBaud 的代价是频谱占得更宽。要在这套配置下重新排满 80 个波，需要约 14 THz 的带宽，12 THz 的 C 加 L 合波拿不出来，这意味着要么把波段往 S 或 U 扩展，要么等标准组织给出 175 GHz 间隔的波长建议。文章在对比时仍沿用 80 个中心波长，相邻通道填的是占位光，这个做法本身就说明问题还没有工程解法。

多芯光纤的规模化门槛在熔接与成本。七芯光纤的对接需要扇入扇出器件，虽然单只器件插入损耗已经压到 0.8 dB 以内，但一条链路上会出现多次对接，累积起来仍不容忽视。12 小时连续测试中最差波长的误码率保持在纠错门限之下，稳定性没有问题，接下来要算的是每比特成本能不能追上单模光纤加波分复用的老路。

空间维度并不是唯一选项。往长波长走的新波段、把时延降下来的空芯光纤、以及可以重构的光交换，都在同一条路上竞争。多芯光纤的优势在于能直接复用现有的收发器与波分体系，代价是光纤、连接器与熔接设备要重建一套供应链。

从光模块到光纤再到交换，光互连的每一段都在找新的维度。芯片侧在争共封装与线性直驱，光纤侧在争空间维度，这两条线终究要在同一个系统账本里对齐。