王繼海

（北京全路通信信號研究設(shè)計院有限公司，北京 100073）

1 概述

近年來，通信網(wǎng)絡(luò)所承載的業(yè)務(wù)發(fā)生了巨大的變化。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展非常迅速，特別是寬帶、視頻業(yè)務(wù)的發(fā)展，對傳送網(wǎng)絡(luò)提出了新的要求。傳送網(wǎng)絡(luò)要能夠提供適應(yīng)這種增長的海量帶寬，更重要的是要求傳送網(wǎng)絡(luò)可以進行快速靈活的業(yè)務(wù)調(diào)度，完善便捷的網(wǎng)絡(luò)維護管理（OAM功能），以適應(yīng)業(yè)務(wù)的需求。目前傳送網(wǎng)使用的主要是SDH和WDM技術(shù)，但這2種技術(shù)都存在一定的局限性。

SDH技術(shù)偏重于業(yè)務(wù)的電層處理，具有靈活的調(diào)度、管理和保護能力，OAM功能完善。但是，它以VC4為基本交叉調(diào)度顆粒，采用單通道線路，容量增長和調(diào)度顆粒大小受到限制，無法滿足業(yè)務(wù)的快速增長。WDM技術(shù)以業(yè)務(wù)的光層處理為主，多波長通道的傳輸特性決定了它具有提供大容量傳輸?shù)奶烊粌?yōu)勢。但是，目前的WDM網(wǎng)絡(luò)主要采用點對點的應(yīng)用方式，缺乏有效的網(wǎng)絡(luò)維護管理手段。純光調(diào)度系統(tǒng)（如ROADM）雖然可實現(xiàn)類似于SDH的調(diào)度和保護功能，但由于物理受限和波長受限問題，很難在大范圍網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用。而且顆粒度單一，靈活性差，不能實現(xiàn)不同廠家設(shè)備的互通。

OTN技術(shù)是在SDH和WDM技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，兼有兩種技術(shù)的優(yōu)點，OTN解決傳統(tǒng)WDM網(wǎng)絡(luò)無波長/子波長業(yè)務(wù)調(diào)度能力、組網(wǎng)能力弱、保護能力弱等問題。OTN技術(shù)包括了光層和電層的完整體系結(jié)構(gòu)，各層網(wǎng)絡(luò)都有相應(yīng)的管理監(jiān)控機制。OTN技術(shù)簡單的說就是對SDH技術(shù)和WDM技術(shù)的揚長避短，其優(yōu)點體現(xiàn)為以下幾點。

1）業(yè)務(wù)透明傳輸

OTN幀結(jié)構(gòu)可以支持多種客戶信號的映射和透明傳輸，如SDH、GE和10GE等。OTN傳送客戶信號時不更改其凈荷和開銷信息，而其采用的異步映射模式保證了客戶信號定時信息的透明。

2）大顆粒的帶寬復(fù)用、交叉和配置

OTN目前定義的電層帶寬顆粒為2.5、10 Gb/s和40 Gb/s，相對于SDH的VC-12/VC－4的調(diào)度顆粒，OTN復(fù)用、交叉和配置的顆粒明顯要大很多，對高帶寬數(shù)據(jù)客戶業(yè)務(wù)的適配和傳送效率顯著提升。

3）強大的維護管理能力

OTN提供了和SDH類似的開銷管理能力，具備完善的性能和故障監(jiān)測機制，從而使WDM系統(tǒng)具備類似SDH的性能和故障監(jiān)測能力。

4）豐富的組網(wǎng)和保護能力

通過OTN幀結(jié)構(gòu)、ODUk交叉和多維度可重構(gòu)光分插復(fù)用器(ROADM)的引入，大大增強了光傳送網(wǎng)的組網(wǎng)能力。諸如前向糾錯(FEC)技術(shù)的采用，顯著增加了光層傳輸?shù)木嚯x。另外，OTN提供更為靈活的基于電層和光層的業(yè)務(wù)保護功能，如OSMP保護、板間OSP保護、客戶側(cè)保護以及基于ODUk層的光子網(wǎng)連接保護(SNCP)和共享環(huán)網(wǎng)保護、基于光層的光通道或復(fù)用段保護等，根據(jù)業(yè)務(wù)需求靈活選擇保護機制。

本文將探討OTN網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計流程，分析網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計中的基本四要素及OTN在鐵路上的應(yīng)用。

2 OTN網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計流程

1）根據(jù)業(yè)務(wù)需求規(guī)劃系統(tǒng)容量。

一般100～600 km覆蓋范圍內(nèi)配置8波OTN系統(tǒng)，1 500～3 000 km覆蓋范圍內(nèi)配置40/80波OTN系統(tǒng)，超過5 000 km配置160/192波OTN系統(tǒng)。

2）確定OTN網(wǎng)元類型。

OTN網(wǎng)元包括光終端復(fù)用站 OTM（Optical Terminal Multiplexer）、光線路放大站 OLA（Optical Line Amplifier）、光分插復(fù)用站 OADM（Optical Add/Drop Multiplexer）、電中繼站REG（Regenerator）。

3）確定有業(yè)務(wù)上下節(jié)點（OADM/ROADM/OTM）的合波器和分波器。

一般小于8波時采用串行OADM，大于8波時，一般選擇OTM或并行OADM。

OTN網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計流程如圖1所示。

3 OTN網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計基本四要素

OTN網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計基本四要素為光功率、色散、信噪比及非線性效應(yīng)。

3.1 光功率計算

光功率計算主要考慮線路衰減。

線路衰減(dB)=Pout(dBm)-Pin(dBm)，如圖2所示。

計算是考慮光纖老化余量，不需考慮OTN設(shè)備合波分波單元的設(shè)備插損。

線路衰耗=距離×光纖衰耗系數(shù)+光纖老化余量+光纖跳轉(zhuǎn)站點的衰耗

在1 550 nm窗口，G.652和G.655光纖的損耗系數(shù)按0.22 dB/km考慮。

光纖老化余量一般按3 dB考慮。光纖跳轉(zhuǎn)站點的衰耗按0.5 dB/站考慮。根據(jù)上述等式可計算出受限光功率距離。

3.2 色散計算

色散的計算考慮色度色散和偏振模色散PMD。

色度色散受限距離（km）= 色散容限（ps/nm）/ 色散系數(shù)（ps/nm.km）

理論上G.652光纖的色散系數(shù)為17 ps/nm.km，G.655光纖的色散系數(shù)為4.5 ps/nm.km。在OTN網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中考慮一定預(yù)留，一般G.652光纖的色散系數(shù)按20 ps/nm.km、G.655光纖的色散系數(shù)按6 ps/nm.km考慮，則色度色散受限距離如表1所示。

表1 色度色散受限距離

偏振模色散受限距離（km）＝（差分群時延DGD（ps）/PMD 系數(shù) (ps/km1/2)）2

偏振模色散受限距離如表2所示。

根據(jù)表1、表2可見，實際網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中主要考慮色度色散。

在長距離傳輸?shù)那闆r下，可配置色散補償模塊（DCM）進行色散補償。DCM能夠放在OPU、OBU之前，或放在OAU的PA和BA模塊之間，但絕不能放在拉曼放大板之前。

色散補償為分段補償，系統(tǒng)的殘余色散必須在OTU的殘余色散要求范圍之內(nèi)。

表2 偏振模色散受限距離

色散補償模塊（DCM）配置可采用完全補償模式和發(fā)端預(yù)補償模式。

3.3 光信噪比計算

光信噪比計算根據(jù)ITU-T G.692建議，如果級聯(lián)的每個放大器輸出的總光功率相同，并且放大器增益遠大于1，那么OSNR可以近似為：

OSNR=Pout-L-NF-10lgN-10lg[hvΔv0]其中：

Pout：單通道的輸出光功率；

L：放大器之間的段損耗；

NF：噪聲系數(shù)；

Δv0：光信號帶寬；

N：鏈路中的段數(shù)，并假設(shè)每一段的損耗相同。

在1 550 nm波段，0.1 nm帶寬內(nèi)，10lg(hvΔv0)=-58 dBm

由OSNR計算公式可看，OSNR與光功率預(yù)算和配置的光放大器有關(guān)。不同OTU的OSNR容限不同。當(dāng)計算出來的OSNR值不滿足OTU的OSNR要求時，可以考慮使用拉曼放大器、更高輸出光功率的放大器或增加中繼站等。

OSNR要求如表3所示。

表3 OSNR要求

3.4 非線性效應(yīng)計算

非線性效應(yīng)主要是受激拉曼散射、受激布里淵散射、四波混頻、自相位調(diào)制、交叉相位調(diào)制等引起?？赏ㄟ^使用高性能的光纖作為傳輸媒質(zhì)、控制信號光功率、良好的色散管理、采用先進的光源技術(shù)等技術(shù)來處理非線性效應(yīng)。

在OTN網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計時，一般考慮2dB的OSNR冗余作為非線性效應(yīng)的影響。

4 OTN系統(tǒng)在鐵路上應(yīng)用

作為承載2.5 Gb/s顆粒以上的傳送網(wǎng)技術(shù)，考慮到現(xiàn)有的傳送網(wǎng)絡(luò)分層關(guān)系和傳送業(yè)務(wù)顆粒分布特征，OTN應(yīng)主要應(yīng)用于全國骨干傳送網(wǎng)絡(luò)及路局內(nèi)匯聚層傳送網(wǎng)絡(luò)。

全國骨干層覆蓋鐵道部及各路局，解決各路局至鐵道部及路局間業(yè)務(wù)，并可為路局匯聚層業(yè)務(wù)提供保護通道。路局匯聚層解決路局內(nèi)業(yè)務(wù)，為路局內(nèi)SDH系統(tǒng)業(yè)務(wù)提供保護通道。

全國骨干層節(jié)點設(shè)置選擇應(yīng)為部局所在地、局交界、大型樞紐等重要節(jié)點。采用40/80波×10Gb/s OTN系統(tǒng)。

路局匯聚層OTN節(jié)點應(yīng)選擇在局內(nèi)業(yè)務(wù)匯聚點、鐵路交匯點、樞紐節(jié)點。采用40/80波×10Gb/s或2.5 Gb/s OTN系統(tǒng)。

OTN系統(tǒng)可采用鏈型、星型、環(huán)型、環(huán)帶鏈型、環(huán)相切、環(huán)相交和MESH等組網(wǎng)方式。

根據(jù)鐵路業(yè)務(wù)流向來看，鐵路業(yè)務(wù)多為集中式業(yè)務(wù)，跨子網(wǎng)業(yè)務(wù)，且鐵路業(yè)務(wù)安全可靠要求較高，故鐵路OTN建設(shè)不宜采用環(huán)網(wǎng)保護。復(fù)用段保護需要在主備用路由上均建設(shè)光放大器，采用光復(fù)用段保護，建設(shè)和維護成本較大，鐵路建設(shè)不建議采用。鐵路建設(shè)宜采用子網(wǎng)連接保護的ODUk 1＋1保護。具備雙路由光纜資源OTN網(wǎng)絡(luò)，宜采用光線路保護方式，對整個波道進行保護。

鐵路OTN應(yīng)采用光監(jiān)控信道。保證能夠監(jiān)控到任何一個站點。

5 結(jié)束語

寬帶、多媒體等多種業(yè)務(wù)的發(fā)展促使傳輸網(wǎng)向高帶寬、高速率的寬帶OTN發(fā)展。鐵路OTN部署也將開始，本文對OTN系統(tǒng)設(shè)計流程，設(shè)計四要素、OTN在鐵路上的應(yīng)用進行了探討。隨著ROADM技術(shù)的引入以及OTN智能控制平面的成熟，對OTN網(wǎng)管規(guī)劃設(shè)計及應(yīng)用的探討還將繼續(xù)。

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［2］ ITU-T G.709 Interfaces for the Optical Transport Network （OTN）[S].

［3］ ITU-T G.798 Characteristics of optical transport network hierarchy equipment[S].

［4］ ITU-T G.873.1 Optical Transport Network （OTN） :Linear protection[S].

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