吳 宇，康 帥，林 玲

（1.中國移動通信集團江蘇有限公司 規(guī)劃技術(shù)部，南京 210029； 2.中國移動通信集團設(shè)計院有限公司 有線所，北京 100080；3.烽火通信科技股份有限公司，南京 210019）

0 引 言

100Gbit／s（Gbit／s，下文中簡稱為 G）光傳送網(wǎng)（Optical Transport Network，OTN）技術(shù)在長途干線傳輸系統(tǒng)中得到大規(guī)模應用后，業(yè)界各方均把目光投向超100GOTN系統(tǒng)，對200G／400G的研究和測試工作推進加快。從較早的軟件仿真分析［1］，到實驗室全面測試對比［2－4］，進入省內(nèi)干線試驗段［5］，再到近期的典型國家干線應用［6］，超100G 相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施及核心技術(shù)已經(jīng)歷各環(huán)節(jié)的考驗和改進，當前正處于從現(xiàn)網(wǎng)試點走向規(guī)模商用部署的過渡階段。

200G／400GOTN系統(tǒng)能夠成倍增加截面容量，對于滿足高速增長的業(yè)務需求具有顯著優(yōu)勢，但高速OTN系統(tǒng)也存在兩個短板：一是對信噪比要求高，限制了無電中繼傳輸距離，從而導致頻繁的光－電－光中繼，抬升了系統(tǒng)整體代價，在長距離傳輸場景的實用性變差；二是200G／400G系統(tǒng)有靈活調(diào)整波道間隔以優(yōu)化匹配傳輸通道指標的要求，而50GHz波道間隔的傳統(tǒng)固定格柵（Fixed－Grid）光器件無法滿足。如何取其長處、補足短板，是現(xiàn)網(wǎng)部署應用長距離200G／400GOTN系統(tǒng)的關(guān)鍵。

2018年9月～2019年2月，中國移動組織了現(xiàn)網(wǎng)部署新型長距離大容量OTN系統(tǒng)的技術(shù)試點項目（以下簡稱本項目），集中應用了一批OTN應用領(lǐng)域的前沿新技術(shù)，探索了下一代長途OTN干線傳輸系統(tǒng)中具有代表性的技術(shù)演進方向，包括新型G.654E低損耗大有效面積光纖的國家干線端到端部署、靈活格柵（Flex－Grid）光器件和拉曼光纖放大器的工程應用等，并且首次用實測數(shù)據(jù)回答了200G／400G系統(tǒng)在新型光纖上的性能改善度和當前無電中繼傳輸距離等關(guān)鍵問題。本項目涉及北京、天津、河北、山東、安徽和江蘇等省市，線路最長距離約1 539km，在江蘇南京和徐州各設(shè)置一個遠端光 終 端 復 用 （Optical Terminal Multiplexer，OTM）站，本文將結(jié)合全程測試結(jié)果數(shù)據(jù)，對上述問題進行解析并提出相關(guān)策略建議。

1 需求分析及本項目關(guān)鍵點

1.1 長途干線傳輸系統(tǒng)需求特性分析

在運營實踐中，長途干線傳輸系統(tǒng)的需求特性排序為：首先是大容量低成本；其次是高可靠低時延；再次是靈活性。在滿足前兩者的前提下，可以通過提前精心測算并規(guī)劃電路局向和帶寬預留來部分滿足靈活性的需求。具體需求及演進方向如圖1所示。

圖1 長途干線傳輸系統(tǒng)需求特性及近期技術(shù)演進方向示意圖

實際運營管理中，因系統(tǒng)整體管理穩(wěn)定和維護界面清晰的要求，長途干線傳輸系統(tǒng)對靈活性的需求比城域網(wǎng)低，通常僅要求電路局向靈活可調(diào)和帶寬可按需分配，現(xiàn)階段對動態(tài)快速建立拆除電路的要求并不高（除特定的高等級集團客戶專網(wǎng)系統(tǒng)之外）。

1.2 測試驗證的關(guān)鍵點

根據(jù)上述針對需求特性的分析，我們梳理了近期長途干線傳輸系統(tǒng)技術(shù)演進路徑，并選取其中的關(guān)鍵技術(shù)點在本項目中進行測試驗證，表1所示為演進路徑及近期關(guān)鍵點。

表1 演進路徑及近期關(guān)鍵點

根據(jù)上述思路，項目中主要完成了以下各項測試驗證工作：

（1）全程應用新型G.654E纖芯，實測了現(xiàn)網(wǎng)部署的G.654E光纖損耗和熔接損耗情況。同時，借助同路由和同纜的G.652D纖芯，比較了在完全相同的環(huán)境條件和系統(tǒng)組網(wǎng)條件下，G.654E光纖承載指標相比G.652D光纖的優(yōu)勢。

（2）測試路徑基于現(xiàn)網(wǎng)真實環(huán)境，長度超出國內(nèi)典型段落要求，測試驗證了系統(tǒng)能力上限，給出可信的無電中繼傳輸距離數(shù)據(jù)。其中少量長距離段落應用了拉曼／摻鉺光纖放大器組合放大器。

（3）測試組網(wǎng)采用支持Flex－Grid的 WSS器件，不僅滿足過路波長的低插損要求，還驗證了多種速率波道共存。

（4）測試4種典型的線路側(cè)板卡，涵蓋長途干線傳輸系統(tǒng)當前熱點技術(shù)，并比較其單位能效。

（5）驗證長途鏈路的端到端在線監(jiān)測能力，并與儀表監(jiān)測結(jié)果比對。

2 組網(wǎng)概況

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2018年3月～8月完成了OTN系統(tǒng)搭建，包含遠端OTM 站6個、光放大器（Optical Amplifier，OA）站17個；于2018年9月～2019年2月在該組網(wǎng)環(huán)境中完成了指標測試。圖2所示為測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2 測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 測試環(huán)境

圖3所示為測試環(huán)境示意圖。

圖3 測試環(huán)境示意圖

因本項目光層采用WSS器件，因此在OTM站C和D處，測試波道采用經(jīng)WSS直通的方式，未采用傳統(tǒng)的合分波器背靠背連接方式。具體測試波道及其路徑情況如表2所示。

表2 測試波道和測試路徑情況

本項目中有多個主流OTN廠商設(shè)備參與，各廠商分別獨立組建全程系統(tǒng)，但均采用現(xiàn)網(wǎng)已規(guī)模部署的主流設(shè)備型號，其中烽火通信提供了Fonst6000系列產(chǎn)品參測。

3 測試驗證結(jié)果分析

3.1 G.654E光纖承載性能

同等條件下，G.654E光纖相對G.652D光纖的性能指標存在明顯優(yōu)勢，表3所示為兩種光纖承載性能比較。

系統(tǒng)要求OSNR指標余量應≥5dB、Q值指標余量應≥3dB（表中用 和 分別標出了指標余量滿足和不滿足系統(tǒng)要求）。

表3 G.654E與G.652D光纖承載性能比較表

由表可知，對于長距200G波道，G.654E光纖的承載性能指標提升最為明顯。對于現(xiàn)網(wǎng)已大規(guī)模部署的100G波道，改用G.654E光纖后性能提升幅度有限，必要性不大。對于短距400G波道，因線路噪聲累積不明顯，改用G.654E光纖后改善幅度不及200G波道，但仍能改善通道的指標余量，對提高通道運行的可靠性有利。另一方面，單載波200G（16QAM）仍不能很好地滿足1 000km的無電中繼傳輸距離要求，為此，補充測試了該波道的實際傳輸能力，表4所示為f2波道補測情況。

表4 f2波道補測情況

3.2 G.654E光纖自身參數(shù)

對本項目中使用的光纖進行實測，表5所示為兩種光纖自身參數(shù)比較。

表5 兩種光纖自身參數(shù)比較

G.654E光纖自身具備低衰減系數(shù)優(yōu)勢，實測平均性能優(yōu)勢約為0.017dB／km。但在長途干線傳輸系統(tǒng)工程應用中真正起作用的不是纖芯自身衰耗，而是鏈路衰耗指標，它將會受到光纜敷設(shè)質(zhì)量、熔接接頭質(zhì)量和尾纖匹配等多種因素的影響，如果這些環(huán)節(jié)質(zhì)量控制不佳，將導致最終落地的優(yōu)勢減弱。其中，影響最大的是熔接接頭質(zhì)量，由于G.654E與G.652D纖芯之間的有效面積差異大，其互熔損耗常常會超過0.15dB／個［7］，顯著超出了陸地干線光纜接續(xù)要求（平均接續(xù)損耗＜0.04dB、最大值不超過0.08dB）［8］，這樣的互熔接頭直接抵消了 G.654E自身的低衰減系數(shù)優(yōu)勢。G.654E光纖的大有效面積優(yōu)勢，可減輕光纖非線性效應的影響，降低了OSNR代價，本項目中實測可提高入纖功率約1dB。

因此，低衰減和大有效面積這兩方面的優(yōu)勢相結(jié)合［9］，將點滴的優(yōu)勢經(jīng)過長距離的光信號傳輸積累，匯集并顯現(xiàn)出來，最終形成了本文前一小節(jié)中的G.654E光纖承載性能優(yōu)勢。當前，基于光纖放大器的2R 技術(shù)（Reshaping and Re－amplification，對劣化的光信號進行再整形和再放大）并不能完善地解決脈沖重新整形的問題［10］，所以，單載波400G光信號尚無法長距離直接傳輸，G.654E光纖承載400 G波道的性能優(yōu)勢還不明顯。未來，更苛刻的傳輸性能需求將使得G.654E光纖的使用成為一種趨勢［11］，隨著設(shè)備技術(shù)的進步，其優(yōu)勢將會逐步顯現(xiàn)。

3.3 線路側(cè)板卡單位功耗

近年來高速傳輸系統(tǒng)的能耗隨容量快速增長，已開始接近單機架散熱能力的上限，個別干線節(jié)點已在機房中形成局部熱島。因此，一方面仍需繼續(xù)努力提升核心傳輸機房的單架散熱容限；另一方面作為OTN系統(tǒng)中能耗占比較高的線路側(cè)板卡，無論采用何種新技術(shù)，均應做到單位功耗的持平或下降，以免很快觸及散熱瓶頸。圖4所示為各型線路側(cè)板卡單位功耗測試結(jié)果比較示意圖。

圖4 各型線路側(cè)板卡單位功耗測試結(jié)果比較示意圖

由圖可知，采用高速率波道在線路側(cè)板卡單位功耗方面相比已成熟穩(wěn)定的100G波道仍有一定優(yōu)勢，但目前優(yōu)勢尚不明顯。而高速率波道提升了對設(shè)備槽位和交叉容量的利用效率（端口速率提升、槽位占用減少），因此，折算成單條10G電路估算功耗之后則優(yōu)勢更為突出，這一點同時也表明了進行綜合折算功耗比較而非僅僅線路側(cè)單位功耗比較的意義。

3.4 線路時延指標及在線測量

對時延測量的結(jié)果表明，現(xiàn)有技術(shù)手段已經(jīng)可以對線路時延進行相當精確的在線測量，長距離測量的誤差在0.5%以內(nèi)。同時，線路時延測量結(jié)果接近理論值，表明了全程無電中繼的OTN電路更適于承載時延敏感型業(yè)務。表6所示為線路時延指標測試結(jié)果。

表6 線路時延指標測試結(jié)果

3.5 在線OTDR監(jiān)測

OTN系統(tǒng)內(nèi)置OTDR監(jiān)測功能已經(jīng)可以對線路長度進行相當精確的在線測量，誤差在0.04%以內(nèi)。段落衰耗測量結(jié)果仍有4%以內(nèi)的誤差，尚需繼續(xù)改進。以其中某跨段部分光纖測試結(jié)果為例，如表7所示。

表7 在線OTRD測試結(jié)果

以上測試結(jié)果數(shù)據(jù)中包含了活動接頭、熔接接頭和尾纖等衰耗，且實際選用的尾纖長度有差異，引入一定誤差，因此，并不作為兩種類型光纖的鏈路衰耗測試數(shù)據(jù)比對來使用。

4 存在的問題及后續(xù)技術(shù)引入

4.1 線路技術(shù)

纖芯選擇和光纜：低衰減和大有效面積這兩方面的優(yōu)勢相結(jié)合，使G.654E光纖成為面向400G／500G／1Tbit／s超高速傳輸技術(shù)的首選光纖，但當前存在的問題是G.654E與G.652互熔的衰耗較高，且自熔操作要求略有差異（熔接G.654E時要求增加預熔及放電時間）。面向5G部署后的流量持續(xù)增長，建議長途干線傳輸系統(tǒng)新敷設(shè)光纜或存量線路整體改造項目均應盡快轉(zhuǎn)向G.654E。為減輕維護管理和故障搶修難度，新建光纜段落不建議選用G.654E＋G.652D混合光纜產(chǎn)品。

工程應用要求：實際工程應用中建議不在一個光放段內(nèi)出現(xiàn)G.654E和G.652的接續(xù)混用，應采用與G.654E線路光纖相匹配的跳纖和尾纖，以保障全程維護的一致性。

熔接施工要求：首先，需樹立G.654E熔接質(zhì)量關(guān)乎工程性價比指標的觀念；其次，需要加強G.654E光纖熔接培訓，切實要求操作人員掌握G.654E光纖的熔接要點；再次，需注意熔接機顯示的接頭衰耗僅為估算參考值，需要采用OTDR進行雙向接頭衰耗測試取均值才能作為驗收指標，從而嚴格熔接質(zhì)量管理。建議要求G.654E光纜工程驗收階段的鏈路平均衰耗指標應優(yōu)于G.652約0.02dB／km（含接頭），以便充分體現(xiàn)技術(shù)優(yōu)勢，凸顯項目性價比，并為后續(xù)高速系統(tǒng)加載做好準備。

4.2 設(shè)備技術(shù)

單載波200G（16QAM）可作為近期優(yōu)選：該技術(shù)當前存在的主要問題是仍無法滿足1 000km無電中繼要求，但在無電中繼距離和頻譜利用效率上已取得了較好的平衡，基于G.652光纖的實用無電中繼傳輸距離超過600km，可在中國現(xiàn)有約84%的光復用段部署［12］?；贕.654E光纖的實用無電中繼傳輸距離可擴展至750km以上，可在約95%以上光復用段部署。同時，其波道間隔為50GHz，現(xiàn)有光層器件即可支撐其部署要求，無需更新為Flex－Grid器件，對系統(tǒng)改造的要求低。建議后續(xù)長途干線傳輸系統(tǒng)大流量截面的擴容波道應優(yōu)選該技術(shù)。

單載波400G（16QAM）近期成熟度仍有待提高：該技術(shù)基于G.652光纖的實用無電中繼距離當前僅約100km，仍難以滿足長途干線傳輸系統(tǒng)的需要?；贕.654E光纖并結(jié)合應用拉曼光纖放大器提升其傳輸性能之后，實用無電中繼距離仍難以超過150km，暫無法進行大規(guī)模的商用部署，僅適用于少量數(shù)據(jù)中心互聯(lián)場景。同時，該技術(shù)與現(xiàn)有的Fixed－Grid器件并不兼容，不適合從現(xiàn)有光層系統(tǒng)直接升級，應優(yōu)選新建系統(tǒng)部署。

現(xiàn)階段可做好向單載波400G演進的技術(shù)準備：新建長途干線傳輸系統(tǒng)時，建議優(yōu)選Flex－Grid光層器件，以利系統(tǒng)后續(xù)向更高波道速率平滑演進。考慮各種載波速率將會長期混傳共存［13］，分別適用不同的傳輸距離／容量組合場景，F(xiàn)lex－Grid器件的額外成本將在后續(xù)波道配置組合的靈活性方面得到補償，且基于Flex－Grid構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)生命周期會更長［14］。

針對骨干路由器400G端口互聯(lián)需求，逐步在短距段落應用單載波400G（16QAM）技術(shù)，并結(jié)合使用G.654E光纖和拉曼光纖放大器進一步提升其在長跨段的傳輸性能，待無電中繼傳輸距離達到600km后，推進規(guī)模商用部署。

規(guī)模引入在線監(jiān)測技術(shù)：考慮時延和OTDR等在線監(jiān)測功能對系統(tǒng)維護和業(yè)務質(zhì)量跟蹤均具備顯著效用，建議作為必備功能引入。

5 結(jié)束語

經(jīng)過本項目的現(xiàn)網(wǎng)部署實踐，驗證了在長途干線OTN傳輸系統(tǒng)中引入各項新技術(shù)并組合應用，顯現(xiàn)其應用價值并改善系統(tǒng)指標，相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)將成為下一階段系統(tǒng)演進的重要和優(yōu)先選擇?；趯崪y數(shù)據(jù)，我們提出了下一階段系統(tǒng)構(gòu)建的技術(shù)選擇建議。未來，隨著單載波速率和系統(tǒng)總?cè)萘康倪M一步提升，長途干線系統(tǒng)的靈活調(diào)度功能將逐步轉(zhuǎn)向通過光交叉、光背板和支路上下波長選擇器來提供［15］，但本文中涉及的長距離和大容量線路側(cè)組網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)，仍將是新型系統(tǒng)中不可或缺的組成部分。