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389.3-Tb/s 1017-km C-band Transmission over Field-Installed 12-Coupled-Core Fiber Cable with >12-Tb/s Spatial MIMO Channels

该论文展示了在标准外径的现场安装12芯耦合光纤电缆上，通过4.65 THz波分复用/空分复用技术实现389.3 Tb/s、1017 km的C波段传输，创下现场环境下0.455 Pb/s耦合芯容量及单波长超12 Tb/s净比特率的空间MIMO信道传输纪录。

原作者： Akira Kawai, Kohki Shibahara, Megumi Hoshi, Masanori Nakamura, Takayuki Kobayashi, Ryota Imada, Takayoshi Mori, Taiji Sakamoto, Yusuke Yamada, Kazuhide Nakajima, Munehiko Nagatani, Hitoshi Wakita, Yut

发布于 2026-04-02

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CC BY 4.0

原作者： Akira Kawai, Kohki Shibahara, Megumi Hoshi, Masanori Nakamura, Takayuki Kobayashi, Ryota Imada, Takayoshi Mori, Taiji Sakamoto, Yusuke Yamada, Kazuhide Nakajima, Munehiko Nagatani, Hitoshi Wakita, Yuta Shiratori, Hiroshi Yamazaki, Hiroyuki Takahashi, Soichi Endo, Takemi Hasegawa, Ryo Nagase, Yutaka Miyamoto

原始论文采用 CC BY 4.0 许可（http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 ✨ 这是对下方论文的AI生成解释。它不是由作者撰写或认可的。如需技术准确性，请参阅原始论文。阅读完整免责声明

这篇论文讲述了一项关于**“超级光纤”的突破性实验。为了让你轻松理解，我们可以把这次实验想象成一次“在真实公路上进行的超级卡车运输挑战”**。

1. 核心概念：从“单车道”到“立体迷宫”

普通光纤（单车道）： 以前的光纤就像一条单车道的高速公路，虽然车速很快（传输速度快），但一次只能跑一辆车（传输一路数据）。
这项新技术（12 芯耦合光纤）： 研究人员制造了一种特殊的“超级光纤”，它不像普通光纤那样只有一根“芯”，而是像一束捆在一起的 12 根吸管（12 个纤芯）。
空间复用（SDM）： 这 12 根吸管不是独立工作的，它们之间会互相“串门”（耦合）。这就像是一个立体的交通迷宫，数据可以在 12 条车道之间自由穿梭。
MIMO（多输入多输出）： 因为车道之间会互相干扰（串门），接收端需要一位超级大脑（MIMO 处理器）。它的作用就像是一个极其聪明的交通指挥官，能把混在一起的 12 路数据瞬间理清，还原成原本的样子。

2. 实验挑战：不是实验室，是“真实路况”

以前的记录大多是在实验室里做的，就像在封闭的赛车跑道上测试，路况完美，没有红绿灯，没有接头。

真实环境： 这次实验是在日本真实铺设的地下隧道和架空线路中进行的。
路况复杂： 光纤在铺设过程中有很多接头和连接器（就像公路上的收费站和立交桥），而且光纤被埋在地下，环境复杂。
目标： 他们要证明，在这种充满“坑洼”和“接头”的真实公路上，这种“超级卡车”依然能跑得又快又稳。

3. 实验过程：极速狂飙

载具（信号）： 他们使用了超高速的“卡车”（140 Gbaud 的信号），每辆车装载了海量的货物（数据）。
路线（距离）：
- 短途冲刺： 先跑了 53.5 公里（相当于从市中心到郊区），测试极限速度。
- 长途耐力： 接着跑了 1017 公里（相当于从北京到上海），测试长途稳定性。
货物量（容量）：
- 在 53.5 公里的短途，他们成功运送了 455.4 Tb/s 的数据。这是什么概念？相当于几秒钟内就能把全世界所有人看一年的视频全部传完。
- 在 1017 公里的长途，虽然距离远了，但依然运送了 389.3 Tb/s 的数据。
- 单波长效率： 即使只算其中一根“车道”（一个波长），也能运送超过 12 Tb/s 的数据，这打破了之前的记录。

4. 关键发现：稳如泰山

在长途运输中，最怕的是路不好走导致货物散落（信号失真）或者车道变窄（信号衰减）。

记忆长度（Memory Length）： 研究人员发现，即使跑了 1000 多公里，数据在光纤里“迷路”的时间（延迟）依然非常短，只有 2.1 纳秒（1 秒的几十亿分之一）。这说明“交通指挥官”（MIMO 处理器）非常高效，能迅速理清混乱的车流。
稳定性： 即使在长达 1 小时的测试中，路况（信号质量）也没有发生剧烈变化。这证明了这种技术真的可以商用，而不仅仅是实验室里的玩具。

5. 总结：这意味着什么？

这项研究就像是在告诉世界：

“我们不仅造出了能跑超高速的12 车道立体高速公路，还证明了它在真实的、有接头的、复杂的地下公路网中也能完美运行。”

未来的影响：
随着互联网流量爆炸式增长（4K/8K 视频、元宇宙、AI 大模型），现有的光纤快不够用了。这项技术意味着，未来的互联网骨干网可以用更少的物理光纤，传输几十倍甚至上百倍的数据，而且成本更低、更稳定。这是通往**“亚拍比特级”（Sub-Petabit）**通信时代的关键一步。

一句话总结：
NTT 团队在真实的日本地下光纤网络中，成功跑通了12 车道并行的超高速数据传输，证明了未来互联网可以像“超级高速公路”一样，以惊人的速度承载海量数据。

这是一份关于该论文的详细技术总结，涵盖了研究背景、问题、方法论、关键贡献、实验结果及意义。

论文标题

389.3 Tb/s 1017 km C 波段传输：基于现场安装的 12 芯耦合光纤电缆，实现 >12 Tb/s 空间 MIMO 信道

1. 研究背景与问题 (Problem)

空间分复用（SDM）技术利用光纤的多个空间自由度，有望实现单纤超高速传输容量。其中，耦合芯多芯光纤（CC-MCF） 能够在标准包层直径内复用超过 10 个信道，且具有低光纤非线性和低空间模色散（SMD）的优势。

尽管实验室环境下的耦合芯传输容量已达到 1.7 Pb/s（19 芯，C+L 波段），但在现场部署环境中仍面临两大挑战：

现场环境验证：在包含大量连接点（如多芯熔接和连接器）的现场安装光缆环境中，验证高容量传输的可行性。
超宽带信号与 MIMO：利用超过 100 Gbaud 的宽带信号，实现完全空间耦合的输入/输出（MIMO）传输。

2. 方法论与实验设置 (Methodology)

研究团队首次在现场安装的光缆线路上进行了传输实验，具体技术细节如下：

传输介质：
- 使用现场安装的 12 芯耦合光纤（12CCF）电缆。
- 电缆总长 4.86 km（含约 0.2 km 架空段和 4.1 km 地下隧道段），采用 200 芯配置技术。
- 光纤特性：标准包层直径，C 波段截止波长 <1530 nm，符合 G.652.D 弯曲损耗标准。
- 低 SMD：整个 C 波段的平均空间模色散（SMD）最小化至 5.3 ps/√km（<6 ps/√km）。
- 传输链路：通过 11 根光纤直接互连构建，包含多芯熔接和符合 SC 标准的多芯连接器，形成 53.5 km 的单跨段，并扩展至 19 跨段（1017 km）。
发射端技术：
- 信号格式：截断概率整形 36 进制正交幅度调制（PS-36QAM），源自 PS-64QAM，2D 熵为 4.688 bit。
- 波特率：140 Gbaud，采用 150 GHz 网格的 WDM 信号，总带宽 4.65 THz。
- 硬件：基于 4 通道 32 GHz CMOS DAC 的任意波形发生器（AWG），配合两个 89 GHz 带宽倍增器（InP-DHBT 技术）及数字预失真技术。
- 光路：使用波长选择开关（WSS）进行频率响应补偿，并通过 1×12 分束器和延迟线模拟 12 个空间支路。
接收与处理技术：
- 接收架构：采用 SDM-TDM（空分 - 时分复用） 配置，使用单个高速相干接收机接收 12 芯复用信号。
- 信号处理：
  - 离线数字信号处理（DSP）。
  - 使用 频域 96×24 MIMO 自适应均衡器（FFT 大小 2048），处理 24 个空间通道（12 芯 × 2 偏振）。
  - 前向纠错（FEC）帧在所有空间通道上构建，以减轻模态相关损耗（MDL）的影响。
- 功率设置：每芯输入功率 20.0 dBm，光纤总输入功率 30.8 dBm。

3. 关键贡献 (Key Contributions)

首次现场验证：首次报道了在包含多个多芯熔接点和连接器的现场安装 12CCF 电缆上的传输实验结果。
超高容量与距离：
- 在单跨段（53.5 km）实现了 455.4 Tb/s 的净容量。
- 在长距离（19 跨段，1017 km）实现了 389.3 Tb/s 的净容量。
单波长超高比特率：在 1017 km 传输中，实现了 >12 Tb/s/波长 的净比特率（平均 12.55 Tb/s），这是目前 C 波段 SDM 传输的纪录。
技术突破：结合了 140 Gbaud 高波特率信号、低 SMD 耦合芯光纤以及高性能的 96×24 MIMO 均衡器。

4. 实验结果 (Results)

容量数据：
- 53.5 km：净容量 455.4 Tb/s，可达容量 465.8 Tb/s。
- 1017 km：净容量 389.3 Tb/s，可达容量 409.0 Tb/s。
- 仅使用了 31 个波长信道。
传输稳定性：
- 记忆长度（ $\tau_m$ ）：即使在 1017 km 处，脉冲响应宽度（记忆长度）也限制在 2.1 ns 以内，符合强耦合芯传输的 $\tau_m \propto \sqrt{L}$ 规律。
- 模态相关损耗（MDL）：每跨段均方根 MDL 估计为 0.35 dB。
- 时间稳定性：在 428 km 处进行了 1 小时的连续测量（每 4 分钟一次）， $\tau_m$ 和 $\sigma_{rms}$ 表现出极高的时间稳定性（标准差极小），证明了现场环境下的传输可靠性。
频谱均匀性：在整个 C 波段（4.65 THz）内，各信道的比特率和传输特性（ $\tau_m$ 和 $\sigma_{rms}$ ）分布均匀。

5. 意义与结论 (Significance)

里程碑意义：这项工作代表了陆地现场环境中传输容量的最高纪录。
部署可行性：证明了在包含大量连接点的实际光缆网络中，利用耦合芯光纤进行亚拍比特（sub-Pb/s）级总容量和 10 Tb/s 级单信道容量的 SDM 系统部署是可行的。
未来展望：该成果为下一代超高速光通信网络（如 1000 km 级高容量陆地系统）的商用化奠定了坚实的技术基础，展示了 SDM 技术突破传统单模光纤容量瓶颈的巨大潜力。

总结：该论文通过结合先进的 140 Gbaud 信号处理、低 SMD 耦合芯光纤和复杂的 MIMO 算法，成功在真实的现场光缆环境中实现了接近 400 Tb/s 的长距离传输，解决了 SDM 从实验室走向现场应用的关键瓶颈。