中國移動通信集團設(shè)計院有限公司陜西分公司咨詢設(shè)計一所 張云飛
波分傳輸技術(shù)一直沿著更高傳輸容量、更長傳輸距離和更低比特傳輸成本的方向發(fā)展,并已由傳統(tǒng)的WDM波分進一步進化為OTN波分,伴隨著移動互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的迅速增長和寬帶化應(yīng)用的增加,前期OTN網(wǎng)絡(luò)在城域網(wǎng)骨干網(wǎng)絡(luò)進行了規(guī)模部署。預(yù)計2013年,隨著LTE網(wǎng)絡(luò)的建設(shè),在數(shù)據(jù)流量繁忙的骨干網(wǎng)上,已經(jīng)規(guī)模使用的10G波分傳輸系統(tǒng)將日趨呈現(xiàn)帶寬緊張的趨勢。此外,以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的100GE或者相應(yīng)的POS接口的出現(xiàn),對傳輸承載網(wǎng)的帶寬提出了更高的要求。骨干傳輸網(wǎng)要求支持100G傳輸?shù)男枨笤絹碓綇姟?/p>
本文以某地市熱點地區(qū)城域骨干網(wǎng)OTN系統(tǒng)為例,分析網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀,探討后期網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。
現(xiàn)網(wǎng)所部署的OTN網(wǎng)絡(luò)主要作為城域傳送網(wǎng)的匯聚層及IP城域網(wǎng)的骨干網(wǎng),承載PTN、OLT等上行業(yè)務(wù)及部分大顆粒專線業(yè)務(wù),還為IP城域網(wǎng)各節(jié)點路由器之間提供高可靠性的傳輸鏈路,如圖2.1-1所示。
2.2.1 業(yè)務(wù)現(xiàn)狀
系統(tǒng)一般配置為40波*10G,滿配容量400G,詳細如下:
專線業(yè)務(wù)主要承載核心機房之間的IP承載網(wǎng)/CMNet業(yè)務(wù)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)到市的大顆粒專線業(yè)務(wù);
PTN業(yè)務(wù)主要承載2G、3G基站業(yè)務(wù)回傳至核心機房落地和部分小顆粒專線;
OLT業(yè)務(wù)主要承載各鄉(xiāng)鎮(zhèn)、各縣的OLT上行業(yè)務(wù);
數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)主要承載SR/BRAS縣到市的業(yè)務(wù);
2.2.2 業(yè)務(wù)特點
本地網(wǎng)是地市所轄行政區(qū)域內(nèi),承擔(dān)所有城市內(nèi)/縣/鄉(xiāng)業(yè)務(wù)節(jié)點到城域核心節(jié)點業(yè)務(wù)流量的承載網(wǎng)絡(luò),其骨干層OTN所承載業(yè)務(wù)具有以下特點:
●現(xiàn)網(wǎng)上有大量的GE業(yè)務(wù),來自寬帶接入和大客戶接入的GPON設(shè)備上行,接入層PTN設(shè)備的上行(2G/3G業(yè)務(wù))。
●有一定量2.5G/10GE POS業(yè)務(wù),來自IP城域網(wǎng)各節(jié)點路由器之間傳輸需求,要求OTN層面高可靠的保護,不要求匯聚。
●有少量的MSTP網(wǎng)絡(luò)STM-N信號,OTN替代裸光纖使用。
●各個城市內(nèi)/縣/鄉(xiāng)業(yè)務(wù)節(jié)點的業(yè)務(wù)以多數(shù)以雙歸屬方式流向兩個城域核心出口。
●核心節(jié)點間存在一定量的業(yè)務(wù),各個匯聚環(huán)/接入環(huán)之間存在少量點對點業(yè)務(wù),有調(diào)度需求。
●3G/4G基站業(yè)務(wù)要求OTN能夠透傳1588V2時間同步信息或同步以太網(wǎng)。
●各業(yè)務(wù)QoS要求不同,有的業(yè)務(wù)需要高可靠性O(shè)DUk保護,有的不需要保護。
●統(tǒng)計復(fù)用業(yè)務(wù)較多,有一定的彈性承載需求。
未來2G/3G業(yè)務(wù)的新增需求仍將長期存在,其承載方式也統(tǒng)一為PTN承載。結(jié)合三年滾動規(guī)劃的發(fā)展目標及前期本地區(qū)的2G/3G新增業(yè)務(wù)占比,現(xiàn)有OTN系統(tǒng)完全可以滿足截止2013年底的2G/3G新增基站業(yè)務(wù)量。表2.3-1為某地市三年滾動規(guī)劃中的波道利用預(yù)測:
雖然現(xiàn)網(wǎng)O T N 系統(tǒng)整體利用率僅為46%,但考慮到未來LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)帶來的帶寬激增及其他城域數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)帶寬需求的沖擊,2014底年波道利用率將達到81.5%,超過80%的網(wǎng)絡(luò)擴容升級臨界值,并且現(xiàn)網(wǎng)存在個別環(huán)網(wǎng)節(jié)點過多的安全隱患。為避免未來兩個波分系統(tǒng)間業(yè)務(wù)的大量割接,并且在10G波分系統(tǒng)預(yù)留一定量波道為有雙平面承載要求的業(yè)務(wù)提供高可靠保護,本文建議在進行大規(guī)模LTE建設(shè)前率先引入更大容量的40*100G OTN系統(tǒng),可結(jié)合與LTE配套PTN的擴容工程同步建設(shè),未來兩個OTN系統(tǒng)可形成雙平面,對于重要的大顆粒業(yè)務(wù)可實現(xiàn)雙平面保護和負荷分擔(dān)。
第一代OTN 10G設(shè)備支持ODU0/1/2交叉顆粒,交叉容量小于1T,雖在現(xiàn)網(wǎng)大規(guī)模部署,但不足以應(yīng)對未來業(yè)務(wù)流量的增長需求。城域網(wǎng)需要新建更高速率更大容量的OTN網(wǎng)絡(luò)。
第二代OTN 40G設(shè)備支持ODU0/1/2/2e/3交叉顆粒,交叉容量達到1T以上,但其自身的技術(shù)缺陷限制了其發(fā)展:
●對系統(tǒng)OSNR、色散、非線性要求苛刻,傳輸能力差
●對線路偏振模色散PMD要求較高,對光纖線路有限制
●存在多種調(diào)制方式,系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜
●對系統(tǒng)OSNR等參數(shù)的監(jiān)測能力不及10G系統(tǒng)
●復(fù)用段層保護不能達到電信級要求,保護能力不如10G、100G系統(tǒng)
另外40G系統(tǒng)開通后光纖參數(shù)會隨著環(huán)境發(fā)生變化,影響系統(tǒng)性能,后期維護工作量大。新建40G系統(tǒng),其系統(tǒng)維護的復(fù)雜度和網(wǎng)絡(luò)維護成本都將比10G系統(tǒng)要高。
第三代OTN 100G設(shè)備的引入不僅大幅提高帶寬速率,在城域網(wǎng)骨干層應(yīng)用并部署支路線路分離的OTN系統(tǒng),為GE/10GE等各種顆粒業(yè)務(wù)提供匯聚、交叉,可以滿足現(xiàn)網(wǎng)各種類型業(yè)務(wù)的承載,實現(xiàn)100G的高速帶寬復(fù)用。100G系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢:
●采用統(tǒng)一解決方案:偏振復(fù)用-正交相移鍵控(PM-QPSK)+相干光接收
●調(diào)制解調(diào)標準單一,有利于光電器件的開發(fā)供貨和快速市場部署
●相干接收可使100G超過1000km無電中繼傳輸不需要色散補償和PMD補償,大大方便了工程部署和網(wǎng)絡(luò)運維
●100G具有與現(xiàn)存的10G系統(tǒng)相當(dāng)?shù)膫鬏斝阅埽⒓嫒?0G波分系統(tǒng)(工程設(shè)計規(guī)則、光放大器、保護方式等)
●可以消除100G路由器部署的障礙,加速100G路由器的規(guī)模部署
●系統(tǒng)色度色散容限更好:>800ps/nm
●系統(tǒng)偏振模色散PMD容限更好:>10ps DGD
●采用PM-QPSK調(diào)制技術(shù)和相干接收,并結(jié)合高編碼增益的前向糾錯(FEC)技術(shù),電域信號處理替代原有色散補償,建設(shè)與運維更加便捷。如圖3-2所示。
綜合上述內(nèi)容,100G波分與現(xiàn)網(wǎng)10G波分相比具有更好的色散容限,實驗室測試在2000公里內(nèi)可不進行色散補償,因此在城域范圍內(nèi)組網(wǎng)時可不考慮進行色度色散和偏振模色散的補償,大大降低組網(wǎng)難度,加快網(wǎng)絡(luò)部署進度。
但由于采用新的數(shù)字信號調(diào)制技術(shù),系統(tǒng)帶來的非線性效影響相較10G系統(tǒng)要多,為避免更嚴重的非線性效應(yīng)影響,100G系統(tǒng)發(fā)送端輸出光功率最高限制在1dBm,而原有10G系統(tǒng)的輸出光功率可達8dBm,兩者相差7dB。根據(jù)原有10G系統(tǒng)的建網(wǎng)經(jīng)驗,現(xiàn)有G.652光纖衰耗系數(shù)在0.3dB每公里左右,因此相同系統(tǒng)條件下,100G系統(tǒng)的光中繼段距離理論上比10G系統(tǒng)少23.3公里左右。
圖2.1-1 OTN網(wǎng)絡(luò)在現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)用示意圖
圖3-1 100G相干調(diào)制與FEC示意圖
目前已有多家設(shè)備商包括華為、中興、阿朗、諾西等推出N*100G的OTN產(chǎn)品,也有其他運營商在國內(nèi)完成100G波分設(shè)備的入網(wǎng)商用。
隨著100G的基本成熟和商用,運營商也希望加快推進100G應(yīng)用部署的步伐。根據(jù)某運營商發(fā)布的建設(shè)指導(dǎo)意見,也明確目前限制40G波分的應(yīng)用,100G測試及試點的完成會加速100G的商用部署,并將導(dǎo)致100G迅速替代40G應(yīng)用需求,完成從10G到100G的直接跨越。
環(huán)網(wǎng)主要包含OTM站點、OLA站點等,為方便光層業(yè)務(wù)調(diào)度,可將部分站點配置為ROADM類型。
為保證OTN網(wǎng)絡(luò)的安全可靠,可采用多種保護方式,主要如表5.2-1。
建議根據(jù)光纜建設(shè)情況考慮進行OLP光線路保護部署,要求具備備用光纜路由而且主備通道差異門限應(yīng)小于5dB;對現(xiàn)網(wǎng)PTN/OLT上行、IP城域網(wǎng)等重要業(yè)務(wù)進行ODUk SNCP保護;對于重要專線業(yè)務(wù)可考慮進行客戶側(cè)1+1保護;少量的STM-N信號可不進行保護。
表2.3-1 某地市未來兩年業(yè)務(wù)預(yù)測表
表5.2-1 OTN網(wǎng)絡(luò)保護方式
100G波分系統(tǒng)具有與10G系統(tǒng)相似的光功率要求。由于目前已知的有光纖距離和光纖類型,因此可做如下估算:
線路衰耗=光纖長度×0.3dB/km(G.652光纖衰耗系數(shù))+3dB(光纖老化余量)+光纖跳轉(zhuǎn)站點的衰耗(按0.5dB/站考慮)
以神木—石拉溝段為例,線路衰耗=60km×0.3dB/km+3dB+0.5dB*2=22dB。
根據(jù)所配置設(shè)備的發(fā)送和接受光功率指標,再考慮如何配置光放大設(shè)備。
傳統(tǒng)10G波分中色散因素主要考慮色度色散和偏振模色散參數(shù),在實際工程中主要考慮色度色散,在長距離傳輸?shù)那闆r下,需根據(jù)色散估算值采用色散補償模塊(DCM)進行補償。
色散受限距離(km)=色散容限(ps/nm)/色散系數(shù)(ps/nm.km)
對于10Gb/s系統(tǒng),當(dāng)光復(fù)用段距離大于40km(G.652光纖)或133km(G.655光纖)時,就需要配置DCM。
100G系統(tǒng)采用正交相移鍵控QPSK調(diào)制技術(shù)后所產(chǎn)生的信號與10G系統(tǒng)調(diào)制數(shù)字信號不同,原有10G系統(tǒng)信號通過高低電平來判決0和1,而100G系統(tǒng)信號在接收端通過相位來區(qū)分0和1。由于色散能夠影響數(shù)字信號的脈沖展寬或者收窄,從而造成接收端判決抽樣時出錯;而采用相位信息來傳遞0/1信息的信號基本不受其影響,因為信號傳遞的只是相位信息,不存在脈沖寬度的概念,只要相位判決正確,接收機就能準確恢復(fù)出正確的0/1序列。因此采用QPSK調(diào)制技術(shù)的100G信號對光纖帶色散要求比10G波分系統(tǒng)要低很多。在城域范圍組網(wǎng)時光中繼段不必進行類似10G系統(tǒng)的色散補償。
OSNR(光信噪比Optical Signal to Noise Ratio)與光功率預(yù)算和配置的光放大器有關(guān);可使用相關(guān)計算工具算出OSNR值;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(dB)
=P信號(dBm) -P噪聲(dBm)
非線性效應(yīng)的影響通常作為附加的OSNR代價,10G規(guī)劃時,一般考慮2dB的OSNR冗余作為非線性效應(yīng)的影響;而且系統(tǒng)初始提供OSNR容限時,已經(jīng)加入了2dB的非線性代價。考慮到100G系統(tǒng)非線性效應(yīng)的影響相較10G系統(tǒng)要高,建議按3dB冗余代價來考慮。
綜合上述內(nèi)容,城域光纜網(wǎng)基礎(chǔ)資源建設(shè)的日趨完善和100G波分系統(tǒng)的成熟商用,為即將開始的LTE承載網(wǎng)大規(guī)模建設(shè)和其他寬帶化業(yè)務(wù)的承載提供了可行性很高的建設(shè)方案,100G波分系統(tǒng)在地市城域網(wǎng)骨干層的布局難度要小于40G波分系統(tǒng),且能帶來更高效率和大容量的傳輸能力,為今后網(wǎng)絡(luò)發(fā)展和全業(yè)務(wù)競爭提供有力保障。