400 G骨干传输网C6T与C6T%2BL6T技术工程应用研究.pdf

2运营与应用DOI:10.3969/j.issn.1006-6403.2023.07.001400 G 骨干传输网 C6T 与 C6T+L6T技术工程应用研究刘杰分析了 400 G 超长距 WDM 技术的特点，并从多个维度对比分析了 C6T 与C6T+L6T 技术在骨干传输网工程应用的优缺点，最后结合不同应用场景的需求给出技术应用建议。刘杰广东省电信规划设计院有限公司，硕士，高级工程师，长期从事中国电信骨干传输网络的规划和设计工作。关键词：400G ROADM C6T C6T+L6T 波长碎片率摘要1 引言2023 年 1 月，中国电信联合烽火通信成功实现 400 G DWDM 系统现网 3 820 km 超长距实时传输；2023 年 3 月，中国移动正式发布世界最长距离 400G 光传输现网技术试验网络；2023 年 5 月，中国联通携手诺基亚贝尔建成国内运营商 400 G C+L 超高速传输实验网。国内三大运营商不约而同的试验 400 G 超长距 WDM 技术，预示着骨干传输网 400 G 时代即将来临。从发布的试验网成果来看，调制码型上，9xG 波特率+PCS-16QAM 码型技术已经成熟，13xG 波特率+QPSK码型技术有待完善与成熟；光谱使用上，C6T+L5T 已经取得很大的进展，并且光放大器已有样机1，C6T+L6T 有待完善与成熟。2 400G 超长距 WDM 技术特点400 G 超长距 WDM 由于单波速率高，导致其波长间隔要求较宽。其中，PCS-16QAM 码型的 400 G 系统波长间隔在 100120 GHz 之间，QPSK 码型的 400 G 系统波长间隔约为 150 GHz。在有限的光谱资源内，波长间隔越大，所能获得的波道数就越少，系统容量也越少。如 PCS-16QAM 码型的波长间隔为 100 GHz，在 C6T 光谱最多有 60 个波，系统容量为 2.4T；QPSK 码型的波长间隔为 150 GHz，在 C6T 光谱最多有 40 个波，系统容量为 1.6 T。对于骨干传输网来说，PCS-16QAM 是在光电器件波特率达不到一定水平下的过渡技术。在 130G 波特率光电器件成熟后，130 G 波特率左右的 400 G QPSK 的技术方案是未来几年 400 G 骨干传输网的重要技术方向2。400G QPSK 码型在 C6T 光谱仅有 1.6T 的系统容量，与 200G QPSK 码型在 C6T 的系统容量一样。为了获得更大的系统容量，业界将目光聚焦在 L 波段上，各波段在光谱上的分布如图 1 所示。从图 1 也可以看出，L 波段的末端存在翘尾的情况，表示该光谱的系统性能较差。从业界公布的阶段研究成果也印证了这一点，较早期业界一直无法解决 L 波段最后3运营与应用400 G 骨干传输网 C6T 与 C6T+L6T 技术工程应用研究2023.07 广东通信技术几波的系统性能。随着技术的更新迭代，根据相关报道，L6T 放大的技术瓶颈已经突破，样品单机性能符合预期，正在进行系统级性能验证和优化3。然而就算能够解决L6T 的光层性能，可以很肯定的一点是，C6T+L6T 的系统传输性能是低于 C6T 的，体现在组网设计上即为 OSNR容限。由于 C6T+L6T 的光谱太宽，在目前技术水平下，部分关键光层器件无法全面支持 12 THz 光谱宽度，主要体现在 OTU 板卡、WSS/OXC、光放大器等板卡。因此在当前技术下，使用 C6T+L6T 光谱建设 400 G 网络时，需要使用一对纤芯、两套支持不同光谱的板卡，所以在逻辑上C6T 和 L6T 是两张不同的网。3 优缺点分析基于 400 G 技术的特点，下面从不同的维度来分析400 G 超长距 WDM 的 C6T 与 C6T+L6T 技术应用在骨干传输网工程的优缺点。3.1 OSNR如上分析，C6T+L6T 的系统传输性能低于 C6T，即C6T+L6T 的 OSNR 要较 C6T 的差4，而 OSNR 的优劣最终是反映在网络需要配置电中继 OTU 的数量上，其数量关系到网络建设成本。通常情况下，OSNR 越差系统最大传输距离就越短，网络需要配置的电中继 OTU 就越多，建网成本就越大。由于单波 400G 超长距 WDM 技术暂时没有相关标准，业界也没有公布相关测试数据，因此我们以 100G 超长距 WDM 技术为例，构建虚拟 ROADM 网络，对比分析随着 OSNR 的劣化导致网络配置电中继 OTU 数量的变化趋势。假设虚拟 ROADM 网络共有 80 个 ROADM 节点、268 个复用段，每个复用段 OSNR 值均大于 17.5 dB，且图 1 光谱分布图网络可随业务量的增加无限叠加光层复用段（避免由于波长时隙不够增加变波长的电中继 OTU），不启用 WSON功能,工作路由策略为最短路径，恢复路由策略为最少代价，关联组策略为路由分离。随机生成 300 条不同局向业务，使用自研 ROADM 规划软件进行仿真计算，分别输出OSNR 容限为 15.517.5 dB 的工作中继 OTU 配置数量如表 1 所示。表 1 工作中继 OTU 配置数量表序号OSNR 容限业务 OTU（端口）工作中继 OTU（端口）中继 OTU增长率115.5 dB6004680%116.0 dB6004986%216.5 dB60061030%217.0 dB60074259%317.5 dB60083879%在上述基础上，模拟网络开启 WSON 功能，使用自研 ROADM 规划软件仿真所有断纤场景并计算，分别输出OSNR 容限在 15.5 dB17.5 dB 的工作+恢复中继 OTU 配置数量如表 2 所示。表 2 工作+恢复中继 OTU 配置数量表序号OSNR容限业务OTU（端口）工作中继OTU（端口）恢复中继（端口）中继合计（端口）中继 OTU增长率115.5 dB600468645320%116.0 dB60049811461215%216.5 dB60061024885861%217.0 dB600742286102893%317.5 dB6008383561194124%两次网络模拟仿真的计算结果分析如图 2 所示。3值均大于 17.5dB，且网络可随业务量的增加无限叠加光层复用段（避免由于波长时隙不够增加变波长的电中继 OTU），不启用 WSON 功能,工作路由策略为最短路径，恢复路由策略为最少代价，关联组策略为路由分离。随机生成 300 条不同局向业务，使用自研 ROADM 规划软件进行仿真计算，分别输出 OSNR 容限为15.5dB17.5dB 的工作中继 OTU 配置数量如下表 1 所示。表 1 工作中继 OTU 配置数量表图 2 电中继随 OSNR 变化图综上分析可以看出，系统传输性能对网络配置的电中继 OTU 数量和建网成本影响较大。当然，影响程度与网络的相关特性息息相关，如网络覆盖区域的大小、所使用光纤质量的优劣、业务路由的长短等，都是影响电中继OTU 数量的关键因素。通常情况下，网络覆盖区域越大、使用光纤质量越差、业务路由越长，OSNR 劣化导致电中继 OTU 增加就越多。4运营与应用运 营 与 应 用3.2 波长碎片率波长碎片是 WDM 系统无法避免的现象，主要体现在系统有少量波长时隙无法使用。主要原因是业务路由长短不一，经过多次扩容后导致有些波长无法安排业务。系统波长碎片率越低，其有效利用率就越高。下面我们对比分析一下 C6T+L6T 与 2C6T 的波长碎片率。我们使用一个 8 波的 WDM 系统与 2 个 4 波的 WDM系统进行对比分析，系统共设置 6 个节点、5 个复用段，其中业务 AI 是原有业务，JM 是新增业务。8 波 WDM系统和 2 个 4 波 WDM 系统的波道安排如图 3、图 4 所示。图 3 8 波系统波道安排图 4 两个 4 波系统波道安排如图3、图4所示，8波系统的波长碎片率为7/（85）=17.5%，2 个 4 波系统的波长碎片率为 2/（85）=5%,显然两个少波道数 WDM 系统的波长碎片率要低于一个大波道数 WDM 系统。究其原因是，一个 8 波系统每个波长只有一个，两个 4 波系统每个波长却有两个，因此在业务规划时，两个 4 波系统能够实现同波长光层转接，使用上更多波长碎片的概率是一个 8 波系统的 2 倍。同理，两个40 波系统的波长碎片率比一个 80 波系统低，即在同等网络规模下，C6T 的波长碎片率要低于 C6T+L6T。3.3 其他方面（1）运营备件数量C6T 较 C6T+L6T 还有一个优势在于，CT6 不同类型的板卡均只需要支持一个波段，运营备件只需准备一套；而 C6T+L6T 的板卡需要支持两种波段，运营备件数量需要翻倍。但当所有光器件全面支持 12 THz 光谱宽度时，C6T+L6T 这方面的劣势将消失。（2）本地组数量在配置网络本地上下业务模块时，由于 C6T 同波长数量是 C6T+L6T 的 2 倍，本地上下业务模块将是 C6T+L6T的 2 倍。但在现阶段技术水平下，C6T+L6T 需要分别为C6T 和 L6T 配置不同的本地上下业务模块，在这方面两者互无优势。当所有光器件全面支持12 THz光谱宽度时，建设同等规模网络 C6T 需要配置的本地上下业务模块数量是 C6T+L6T 的 2 倍。（3）纤芯需求C6T 较 C6T+L6T 的劣势在于，在建设同等规模网络时，C6T 需要的纤芯数量是 C6T+L6T 的 2 倍，光纤资源消耗较大。（4）WSON 控制平台在网络启用 WOSN 功能时，C6T 网络只需要配置一套 WSON 控制平台；而 C6T+L6T 由于 C 波段和 L 波段光器件不通用，需要配置两套 WSON 控制平台分别控制。当所有光器件全面支持 12 THz 光谱宽度时，C6T+L6T 同样只需要配置一套 WSON 控制平台即可。3.4 总结C6T 与 C6T+L6T 的技术选型影响因素较多，对比总结如表 3 所示。表 3 影响因素对比表光器件支持 12T光谱光谱电中继OTU数量波长碎片运营备件本地组纤芯需求WSON 控制平台不支持C6T少少少少多1 套C6T+L6T多多多多少2 套支持C6T少少相同多多相同C6T+L6T多多相同少少相同4 工程应用建议从当前公布的试验网情况来看，技术成熟且相关器件有充足产能的 400 G 技术为 9xG 波特率+PCS-16QAM 码型，可快速用于 400 G 骨干网的建设，在 C 波段最大可建设 60 波。当 130 G 波特率光电器件成熟且相关器件有充足产能时，400G QPSK技术是建设骨干传输网的最佳选择。在实际工程中对于 C6T 与 C6T+L6T 的选择，需要根据技术发展和工程应用需求进行判断。4.1 光器件不支持 12T 光谱（1）链状网络对于采用链状结构组网的网络，采用 C6T+L6T 组网较采用 C6T 组网要节省一半的纤芯，对节省光纤资源有较5运营与应用400 G 骨干传输网 C6T 与 C6T+L6T 技术工程应用研究2023.07 广东通信技术大的好处，尤其是光缆建设普遍存在周期长、成本较高的情况。对于光纤资源紧缺的骨干传输网，采用 C6T+L6T组网是较好的选择。对于光纤资源充足的骨干传输网，需要评估采用 C6T+L6T 组网增加的电中继 OTU 投资与其节省的纤芯资源投资的关系，同时考虑运维5的需求进行综合分析。（2）ROADM 网络对于 ROADM 网络，采用 C6T+L6T 组网较采用 C6T同样可节省一半的纤芯，但其存在系统传输性能相对较差的情况，此时应分析网络的覆盖范围及其光纤质量。对于覆盖范围较小、光纤质量较好的 ROADM 网络，采用 C6T+L6T 组网是不错的选择，其所需的电中继 OTU 只会有少量增加甚至不增加。对于覆盖范围大、光纤质量较差的 ROADM 网络，采用 C6T+L6T 组网将会导致电中继OTU 数量增加，建设成本大幅提升，此时采用 C6T 组网可以减少网络建设成本。4.2 光