华为发布《空间超宽带光网络未来发展的思考及展望》报告
发布时间：2023-12-28 10:08:51 热度：1058
12/28/2023，光纤在线讯，12月27日，华为在中国光学工程学会主办的第八届空间光通信与组网技术学术交流会发布《空间超宽带光网络未来发展的思考及展望》报告。本研讨会旨在汇聚从事空间光通信的专业人员开展学术交流，为科研工作者提供一个展示前瞻性观点，探讨关键技术的平台。
大会报告人唐晓军博士为华为光产品线技术规划部部长&首席技术规划师，他在报告中讲到，人类活动的足迹遍布地球的荒野沙漠海洋，并开始重启对月球、火星的探索及太空旅游等产业发展，基于微波的窄带卫星通信已经发展了很多年，但有限的通信带宽将难以匹配未来大规模、大容量的卫星通信需求，空间超宽带光网络的重要性日益凸显。
唐晓军博士回顾了空间及地面两个光通信领域发展历史、发展进展及业务进展，并从链路带宽、网络协议、网络可靠、网络管控等维度分析数十年积累的地面光网络经验及技术如何借鉴并用在卫星光通信上，并从批量制造、精密装调和模拟仿真系统等维度探讨如何保障批量交付。
展望1：链路带宽
人类足迹遍布荒野海洋沙漠带来手机、轮船和飞机通信需求，火灾、地震、海啸对全球应急响应的需求，气候污染的全球实时感知测绘需求，未来的太空旅游实时通信需求，以及月球、火星基地的太空互联需求等；可以预见仅为10Gbps的星间链路和星地链路带宽在不远的未来将成为瓶颈。基于业务需求分析，预计2030链路带宽将达到100Gbps,甚至400Gbps
展望2：网络协议
金融/大企业等高品质专线数据回传需要具备大带宽、高可靠特征的星间链路，支持任意速率接入的fgOTN技术相关协议、提供高安全性的QKD（量子密钥分配）技术相关协议是星间链路承载高品质to B专线的基础。
展望3：网络可靠
截至目前，地面WDM/OTN ASON（Automatically Switched Optical Network, 自动交换光网络）已成熟商用超过13年，部署在300多全球运营商的500多张网络上，全面解决了光纤频繁中断带来的业务受影响等问题。与地面网络相比，由于以下三个原因导致星间网络切换频次更高， ASON技术上天成为提高空间光网络可靠性的必要手段。
1) 星地链路连接时长不确定、业务需频繁换星落地
2) 星间链路受日凌影响中断带来业务中断
3) 星地链路带宽变化导致业务流量易拥塞
展望4：网络管控
地面已经有成熟的网络管控技术，实现对千级大网的分析、管理、控制。卫星网络虽然规模不及地面网络大，但与地面网络站点和链路相对固定不同，站点动态、链路动态、通断动态导致对其的管理变得复杂。基于地面网络管控技术积累的基础上，需做到光载荷数字化及AI预测，实现星际光主动运维，包括：常规通道支持业务功能的配置、故障自动上报、性能实时监控、光载荷重构、采集在轨数据，逃生通道支持通用遥测指令、常规遥测、工程遥测等。
展望5：批量制造与精密装调
规模化的空间光宽带网络需要设备量产的支撑，势必打破传统的制造和精密装调模式：加大在设计和开发阶段的投入，将可靠性设计、增强和验证提前到此阶段；在生产控制阶段，引入自动化装备，提升测试和装调效率，规避手工操作带来的设备一致性低的问题，提升设备良率；从而达到降低测试验证项目和时间及自动化装调的目的，支撑设备量产。
展望6：模拟仿真系统
由于光机系统复杂、迭代周期长，地检系统难以实现全场景覆盖、运行环境模拟困难，成为精准设计、快速开发的掣肘。需构建光机电算热全覆盖数字仿真平台，实现地检、载荷、数字仿真互联互通，主要包括：
- 光机力热仿真实现信道的全链路集成仿真；
- 跟瞄系统高精度设计，通过数字仿真进行多维度耦合系统分析、模拟多场景运行，输出能够在复杂条件下快速捕获、稳定跟踪的方案；
- 可靠性分析，通过模型建立与系统仿真，实现组部件及系统的性能及裕量分析，实现系统最优设计；
- 测试效果评估，通过仿真实现复杂用例、批量用例测试，支持任意参数取值组合覆盖，同时支持万组用例仿真，提高场景覆盖度及分析效率。
随后，唐晓军博士提出了面对空间超宽带光网络的5大关键技术挑战：
1. 相干100G+上天。主要挑战在于：工业相干器件的航天适应性加固、抗辐噪的新器件和新材料突破、oDSP算法优化等。
2. 超高灵敏度接收。主要挑战包括：高灵敏度APD直接检测、相干检测替代IMDD、单光子探测、相敏放大接收等。
3. 光载荷轻量化。主要挑战包括：通过架构创新减少部件、新结构设计简化系统、引入新材料实现轻量化等。
4. 高精度跟瞄技术。主要挑战包括：高精度光天线驱动电机、高精度ATP跟踪算法、2D振镜补偿光线偏角等。
5. 动态大规模组网。主要挑战包括：预先光连接、业务无缝切换，1+1备份提供高可靠性网络保护，多因素最优路径、弹性带宽防拥塞，物理隔离+管道加密，实现专网安全等。
唐晓军博士在报告最后总结：卫星通信从窄带走向宽带，从微波通信技术走向光通信技术是必然之路，具备全覆盖的空间超宽带光网络将逐步发展成为未来关键的信息基础设施。
（来源：华为）
大会报告人唐晓军博士为华为光产品线技术规划部部长&首席技术规划师，他在报告中讲到，人类活动的足迹遍布地球的荒野沙漠海洋，并开始重启对月球、火星的探索及太空旅游等产业发展，基于微波的窄带卫星通信已经发展了很多年，但有限的通信带宽将难以匹配未来大规模、大容量的卫星通信需求，空间超宽带光网络的重要性日益凸显。
唐晓军博士回顾了空间及地面两个光通信领域发展历史、发展进展及业务进展，并从链路带宽、网络协议、网络可靠、网络管控等维度分析数十年积累的地面光网络经验及技术如何借鉴并用在卫星光通信上，并从批量制造、精密装调和模拟仿真系统等维度探讨如何保障批量交付。
展望1：链路带宽
人类足迹遍布荒野海洋沙漠带来手机、轮船和飞机通信需求，火灾、地震、海啸对全球应急响应的需求，气候污染的全球实时感知测绘需求，未来的太空旅游实时通信需求，以及月球、火星基地的太空互联需求等；可以预见仅为10Gbps的星间链路和星地链路带宽在不远的未来将成为瓶颈。基于业务需求分析，预计2030链路带宽将达到100Gbps,甚至400Gbps
展望2：网络协议
金融/大企业等高品质专线数据回传需要具备大带宽、高可靠特征的星间链路，支持任意速率接入的fgOTN技术相关协议、提供高安全性的QKD（量子密钥分配）技术相关协议是星间链路承载高品质to B专线的基础。
展望3：网络可靠
截至目前，地面WDM/OTN ASON（Automatically Switched Optical Network, 自动交换光网络）已成熟商用超过13年，部署在300多全球运营商的500多张网络上，全面解决了光纤频繁中断带来的业务受影响等问题。与地面网络相比，由于以下三个原因导致星间网络切换频次更高， ASON技术上天成为提高空间光网络可靠性的必要手段。
1) 星地链路连接时长不确定、业务需频繁换星落地
2) 星间链路受日凌影响中断带来业务中断
3) 星地链路带宽变化导致业务流量易拥塞
展望4：网络管控
地面已经有成熟的网络管控技术，实现对千级大网的分析、管理、控制。卫星网络虽然规模不及地面网络大，但与地面网络站点和链路相对固定不同，站点动态、链路动态、通断动态导致对其的管理变得复杂。基于地面网络管控技术积累的基础上，需做到光载荷数字化及AI预测，实现星际光主动运维，包括：常规通道支持业务功能的配置、故障自动上报、性能实时监控、光载荷重构、采集在轨数据，逃生通道支持通用遥测指令、常规遥测、工程遥测等。
展望5：批量制造与精密装调
规模化的空间光宽带网络需要设备量产的支撑，势必打破传统的制造和精密装调模式：加大在设计和开发阶段的投入，将可靠性设计、增强和验证提前到此阶段；在生产控制阶段，引入自动化装备，提升测试和装调效率，规避手工操作带来的设备一致性低的问题，提升设备良率；从而达到降低测试验证项目和时间及自动化装调的目的，支撑设备量产。
展望6：模拟仿真系统
由于光机系统复杂、迭代周期长，地检系统难以实现全场景覆盖、运行环境模拟困难，成为精准设计、快速开发的掣肘。需构建光机电算热全覆盖数字仿真平台，实现地检、载荷、数字仿真互联互通，主要包括：
- 光机力热仿真实现信道的全链路集成仿真；
- 跟瞄系统高精度设计，通过数字仿真进行多维度耦合系统分析、模拟多场景运行，输出能够在复杂条件下快速捕获、稳定跟踪的方案；
- 可靠性分析，通过模型建立与系统仿真，实现组部件及系统的性能及裕量分析，实现系统最优设计；
- 测试效果评估，通过仿真实现复杂用例、批量用例测试，支持任意参数取值组合覆盖，同时支持万组用例仿真，提高场景覆盖度及分析效率。
随后，唐晓军博士提出了面对空间超宽带光网络的5大关键技术挑战：
1. 相干100G+上天。主要挑战在于：工业相干器件的航天适应性加固、抗辐噪的新器件和新材料突破、oDSP算法优化等。
2. 超高灵敏度接收。主要挑战包括：高灵敏度APD直接检测、相干检测替代IMDD、单光子探测、相敏放大接收等。
3. 光载荷轻量化。主要挑战包括：通过架构创新减少部件、新结构设计简化系统、引入新材料实现轻量化等。
4. 高精度跟瞄技术。主要挑战包括：高精度光天线驱动电机、高精度ATP跟踪算法、2D振镜补偿光线偏角等。
5. 动态大规模组网。主要挑战包括：预先光连接、业务无缝切换，1+1备份提供高可靠性网络保护，多因素最优路径、弹性带宽防拥塞，物理隔离+管道加密，实现专网安全等。
唐晓军博士在报告最后总结：卫星通信从窄带走向宽带，从微波通信技术走向光通信技术是必然之路，具备全覆盖的空间超宽带光网络将逐步发展成为未来关键的信息基础设施。
（来源：华为）
