［劉杰］

1 引言

2023 年1 月，中國電信聯(lián)合烽火通信成功實(shí)現(xiàn)400 G DWDM 系統(tǒng)現(xiàn)網(wǎng)3 820 km 超長距實(shí)時(shí)傳輸；2023 年3 月，中國移動(dòng)正式發(fā)布世界最長距離400G 光傳輸現(xiàn)網(wǎng)技術(shù)試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)；2023 年5 月，中國聯(lián)通攜手諾基亞貝爾建成國內(nèi)運(yùn)營商400 G C+L 超高速傳輸實(shí)驗(yàn)網(wǎng)。國內(nèi)三大運(yùn)營商不約而同的試驗(yàn)400 G 超長距WDM 技術(shù)，預(yù)示著骨干傳輸網(wǎng)400 G 時(shí)代即將來臨。

從發(fā)布的試驗(yàn)網(wǎng)成果來看，調(diào)制碼型上，9xG 波特率+PCS-16QAM 碼型技術(shù)已經(jīng)成熟，13xG 波特率+QPSK碼型技術(shù)有待完善與成熟；光譜使用上，C6T+L5T 已經(jīng)取得很大的進(jìn)展，并且光放大器已有樣機(jī)[1]，C6T+L6T 有待完善與成熟。

2 400G 超長距WDM 技術(shù)特點(diǎn)

400 G 超長距WDM 由于單波速率高，導(dǎo)致其波長間隔要求較寬。其中，PCS-16QAM 碼型的400 G 系統(tǒng)波長間隔在100～120 GHz 之間，QPSK 碼型的400 G 系統(tǒng)波長間隔約為150 GHz。在有限的光譜資源內(nèi)，波長間隔越大，所能獲得的波道數(shù)就越少，系統(tǒng)容量也越少。如PCS-16QAM 碼型的波長間隔為100 GHz，在C6T 光譜最多有60 個(gè)波，系統(tǒng)容量為2.4T；QPSK 碼型的波長間隔為 150 GHz，在C6T 光譜最多有40 個(gè)波，系統(tǒng)容量為1.6 T。對(duì)于骨干傳輸網(wǎng)來說，PCS-16QAM 是在光電器件波特率達(dá)不到一定水平下的過渡技術(shù)。在130G 波特率光電器件成熟后，130 G 波特率左右的400 G QPSK 的技術(shù)方案是未來幾年400 G 骨干傳輸網(wǎng)的重要技術(shù)方向[2]。

400G QPSK 碼型在C6T 光譜僅有1.6T 的系統(tǒng)容量，與200G QPSK 碼型在C6T 的系統(tǒng)容量一樣。為了獲得更大的系統(tǒng)容量，業(yè)界將目光聚焦在L 波段上，各波段在光譜上的分布如圖1 所示。

圖1 光譜分布圖

從圖1 也可以看出，L 波段的末端存在翹尾的情況，表示該光譜的系統(tǒng)性能較差。從業(yè)界公布的階段研究成果也印證了這一點(diǎn)，較早期業(yè)界一直無法解決L 波段最后幾波的系統(tǒng)性能。隨著技術(shù)的更新迭代，根據(jù)相關(guān)報(bào)道，L6T 放大的技術(shù)瓶頸已經(jīng)突破，樣品單機(jī)性能符合預(yù)期，正在進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)性能驗(yàn)證和優(yōu)化[3]。然而就算能夠解決L6T 的光層性能，可以很肯定的一點(diǎn)是，C6T+L6T 的系統(tǒng)傳輸性能是低于C6T 的，體現(xiàn)在組網(wǎng)設(shè)計(jì)上即為OSNR容限。

由于C6T+L6T 的光譜太寬，在目前技術(shù)水平下，部分關(guān)鍵光層器件無法全面支持12 THz 光譜寬度，主要體現(xiàn)在OTU 板卡、WSS/OXC、光放大器等板卡。因此在當(dāng)前技術(shù)下，使用C6T+L6T 光譜建設(shè)400 G 網(wǎng)絡(luò)時(shí)，需要使用一對(duì)纖芯、兩套支持不同光譜的板卡，所以在邏輯上C6T 和L6T 是兩張不同的網(wǎng)。

3 優(yōu)缺點(diǎn)分析

基于400 G 技術(shù)的特點(diǎn)，下面從不同的維度來分析400 G 超長距WDM 的C6T 與C6T+L6T 技術(shù)應(yīng)用在骨干傳輸網(wǎng)工程的優(yōu)缺點(diǎn)。

3.1 OSNR

如上分析，C6T+L6T 的系統(tǒng)傳輸性能低于C6T，即C6T+L6T 的OSNR 要較C6T 的差[4]，而OSNR 的優(yōu)劣最終是反映在網(wǎng)絡(luò)需要配置電中繼OTU 的數(shù)量上，其數(shù)量關(guān)系到網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本。通常情況下，OSNR 越差系統(tǒng)最大傳輸距離就越短，網(wǎng)絡(luò)需要配置的電中繼OTU 就越多，建網(wǎng)成本就越大。由于單波400G 超長距WDM 技術(shù)暫時(shí)沒有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，業(yè)界也沒有公布相關(guān)測試數(shù)據(jù)，因此我們以100G 超長距WDM 技術(shù)為例，構(gòu)建虛擬ROADM 網(wǎng)絡(luò)，對(duì)比分析隨著OSNR 的劣化導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)配置電中繼OTU 數(shù)量的變化趨勢。

假設(shè)虛擬ROADM 網(wǎng)絡(luò)共有80 個(gè)ROADM 節(jié)點(diǎn)、268 個(gè)復(fù)用段，每個(gè)復(fù)用段OSNR 值均大于17.5 dB，且網(wǎng)絡(luò)可隨業(yè)務(wù)量的增加無限疊加光層復(fù)用段（避免由于波長時(shí)隙不夠增加變波長的電中繼OTU），不啟用WSON功能,工作路由策略為最短路徑，恢復(fù)路由策略為最少代價(jià)，關(guān)聯(lián)組策略為路由分離。隨機(jī)生成300 條不同局向業(yè)務(wù)，使用自研ROADM 規(guī)劃軟件進(jìn)行仿真計(jì)算，分別輸出OSNR 容限為15.5～17.5 dB 的工作中繼OTU 配置數(shù)量如表1 所示。

表1 工作中繼OTU 配置數(shù)量表

在上述基礎(chǔ)上，模擬網(wǎng)絡(luò)開啟WSON 功能，使用自研ROADM 規(guī)劃軟件仿真所有斷纖場景并計(jì)算，分別輸出OSNR 容限在15.5 dB～17.5 dB 的工作+恢復(fù)中繼OTU 配置數(shù)量如表2 所示。

表2 工作+恢復(fù)中繼OTU 配置數(shù)量表

兩次網(wǎng)絡(luò)模擬仿真的計(jì)算結(jié)果分析如圖2 所示。

圖2 電中繼隨OSNR 變化圖

綜上分析可以看出，系統(tǒng)傳輸性能對(duì)網(wǎng)絡(luò)配置的電中繼OTU 數(shù)量和建網(wǎng)成本影響較大。當(dāng)然，影響程度與網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)特性息息相關(guān)，如網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域的大小、所使用光纖質(zhì)量的優(yōu)劣、業(yè)務(wù)路由的長短等，都是影響電中繼OTU 數(shù)量的關(guān)鍵因素。通常情況下，網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域越大、使用光纖質(zhì)量越差、業(yè)務(wù)路由越長，OSNR 劣化導(dǎo)致電中繼OTU 增加就越多。

3.2 波長碎片率

波長碎片是WDM 系統(tǒng)無法避免的現(xiàn)象，主要體現(xiàn)在系統(tǒng)有少量波長時(shí)隙無法使用。主要原因是業(yè)務(wù)路由長短不一，經(jīng)過多次擴(kuò)容后導(dǎo)致有些波長無法安排業(yè)務(wù)。系統(tǒng)波長碎片率越低，其有效利用率就越高。下面我們對(duì)比分析一下C6T+L6T 與2×C6T 的波長碎片率。

我們使用一個(gè)8 波的WDM 系統(tǒng)與2 個(gè)4 波的WDM系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比分析，系統(tǒng)共設(shè)置6 個(gè)節(jié)點(diǎn)、5 個(gè)復(fù)用段，其中業(yè)務(wù)A～I(xiàn) 是原有業(yè)務(wù)，J～M 是新增業(yè)務(wù)。8 波WDM系統(tǒng)和2 個(gè)4 波WDM 系統(tǒng)的波道安排如圖3、圖4 所示。

圖3 8 波系統(tǒng)波道安排

圖4 兩個(gè)4 波系統(tǒng)波道安排

如圖3、圖4 所示，8 波系統(tǒng)的波長碎片率為7/（8×5）=17.5%，2 個(gè)4 波系統(tǒng)的波長碎片率為2/（8×5）=5%,顯然兩個(gè)少波道數(shù)WDM 系統(tǒng)的波長碎片率要低于一個(gè)大波道數(shù)WDM 系統(tǒng)。究其原因是，一個(gè)8 波系統(tǒng)每個(gè)波長只有一個(gè)，兩個(gè)4 波系統(tǒng)每個(gè)波長卻有兩個(gè)，因此在業(yè)務(wù)規(guī)劃時(shí)，兩個(gè)4 波系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)同波長光層轉(zhuǎn)接，使用上更多波長碎片的概率是一個(gè)8 波系統(tǒng)的2 倍。同理，兩個(gè)40 波系統(tǒng)的波長碎片率比一個(gè)80 波系統(tǒng)低，即在同等網(wǎng)絡(luò)規(guī)模下，C6T 的波長碎片率要低于C6T+L6T。

3.3 其他方面

（1）運(yùn)營備件數(shù)量

C6T 較C6T+L6T 還有一個(gè)優(yōu)勢在于，CT6 不同類型的板卡均只需要支持一個(gè)波段，運(yùn)營備件只需準(zhǔn)備一套；而C6T+L6T 的板卡需要支持兩種波段，運(yùn)營備件數(shù)量需要翻倍。但當(dāng)所有光器件全面支持12 THz 光譜寬度時(shí)，C6T+L6T 這方面的劣勢將消失。

（2）本地組數(shù)量

在配置網(wǎng)絡(luò)本地上下業(yè)務(wù)模塊時(shí)，由于C6T 同波長數(shù)量是C6T+L6T 的2 倍，本地上下業(yè)務(wù)模塊將是C6T+L6T的2 倍。但在現(xiàn)階段技術(shù)水平下，C6T+L6T 需要分別為C6T 和L6T 配置不同的本地上下業(yè)務(wù)模塊，在這方面兩者互無優(yōu)勢。當(dāng)所有光器件全面支持12 THz 光譜寬度時(shí)，建設(shè)同等規(guī)模網(wǎng)絡(luò)C6T 需要配置的本地上下業(yè)務(wù)模塊數(shù)量是C6T+L6T 的2 倍。

（3）纖芯需求

C6T 較C6T+L6T 的劣勢在于，在建設(shè)同等規(guī)模網(wǎng)絡(luò)時(shí)，C6T 需要的纖芯數(shù)量是C6T+L6T 的2 倍，光纖資源消耗較大。

（4）WSON 控制平臺(tái)

在網(wǎng)絡(luò)啟用WOSN 功能時(shí)，C6T 網(wǎng)絡(luò)只需要配置一套WSON 控制平臺(tái)；而C6T+L6T 由于C 波段和L 波段光器件不通用，需要配置兩套WSON 控制平臺(tái)分別控制。當(dāng)所有光器件全面支持12 THz 光譜寬度時(shí)，C6T+L6T 同樣只需要配置一套WSON 控制平臺(tái)即可。

3.4 總結(jié)

C6T 與C6T+L6T 的技術(shù)選型影響因素較多，對(duì)比總結(jié)如表3 所示。

表3 影響因素對(duì)比表

4 工程應(yīng)用建議

從當(dāng)前公布的試驗(yàn)網(wǎng)情況來看，技術(shù)成熟且相關(guān)器件有充足產(chǎn)能的400 G 技術(shù)為9xG 波特率+PCS-16QAM 碼型，可快速用于400 G 骨干網(wǎng)的建設(shè)，在C 波段最大可建設(shè)60 波。當(dāng)130 G 波特率光電器件成熟且相關(guān)器件有充足產(chǎn)能時(shí)，400G QPSK技術(shù)是建設(shè)骨干傳輸網(wǎng)的最佳選擇。在實(shí)際工程中對(duì)于C6T 與C6T+L6T 的選擇，需要根據(jù)技術(shù)發(fā)展和工程應(yīng)用需求進(jìn)行判斷。

4.1 光器件不支持12T 光譜

（1）鏈狀網(wǎng)絡(luò)

對(duì)于采用鏈狀結(jié)構(gòu)組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)，采用C6T+L6T 組網(wǎng)較采用C6T 組網(wǎng)要節(jié)省一半的纖芯，對(duì)節(jié)省光纖資源有較大的好處，尤其是光纜建設(shè)普遍存在周期長、成本較高的情況。對(duì)于光纖資源緊缺的骨干傳輸網(wǎng)，采用C6T+L6T組網(wǎng)是較好的選擇。對(duì)于光纖資源充足的骨干傳輸網(wǎng)，需要評(píng)估采用C6T+L6T 組網(wǎng)增加的電中繼OTU 投資與其節(jié)省的纖芯資源投資的關(guān)系，同時(shí)考慮運(yùn)維[5]的需求進(jìn)行綜合分析。

（2）ROADM 網(wǎng)絡(luò)

對(duì)于ROADM 網(wǎng)絡(luò)，采用C6T+L6T 組網(wǎng)較采用C6T同樣可節(jié)省一半的纖芯，但其存在系統(tǒng)傳輸性能相對(duì)較差的情況，此時(shí)應(yīng)分析網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍及其光纖質(zhì)量。對(duì)于覆蓋范圍較小、光纖質(zhì)量較好的ROADM 網(wǎng)絡(luò)，采用C6T+L6T 組網(wǎng)是不錯(cuò)的選擇，其所需的電中繼OTU 只會(huì)有少量增加甚至不增加。對(duì)于覆蓋范圍大、光纖質(zhì)量較差的ROADM 網(wǎng)絡(luò)，采用C6T+L6T 組網(wǎng)將會(huì)導(dǎo)致電中繼OTU 數(shù)量增加，建設(shè)成本大幅提升，此時(shí)采用C6T 組網(wǎng)可以減少網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本。

4.2 光器件支持12T 光譜

當(dāng)光器件全面支持12T 光譜時(shí)，采用C6T+L6T 組網(wǎng)的優(yōu)勢就很明顯了，可節(jié)省一半的纖芯資源，系統(tǒng)傳輸性能差異或許變得更小。期待業(yè)界技術(shù)的更新迭代，早日實(shí)現(xiàn)光器件支持12 T 光譜。

5 結(jié)束語

C6T 與C6T+L6T 的技術(shù)選型是當(dāng)前400 G 技術(shù)的叉路口，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)工程建設(shè)來說，不同的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該采用適合其自身情況的技術(shù)，省際傳輸網(wǎng)與省內(nèi)傳輸網(wǎng)可以不同，大型骨干傳輸網(wǎng)和小型骨干傳輸網(wǎng)也可以不同，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況科學(xué)部署，不斷提升網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用水平[6]。