新型OTN 技术系统优化传输设计

李 俊

(陕西邮电职业技术学院,陕西 咸阳 712000)

0 引言

继2019 年发布智简全光网战略后,华为面向全球发布业界首个Liquid OTN 光传送解决方案,华为提出的一种硬管道的OTN 技术,但相比硬管道的SDH,Liquid OTN 可以分配颗粒度更小的管道(2 M~100 G),支持灵活容器,消除了时隙限制。 截至2019 年年底,华为已经帮助中国移动、中国电信、中国联通、泰国CAT 等全球运营商建设了超过30张OTN 品质专线网络。 而Liquid OTN 的推出不仅将加速OTN 品质专线的广泛普及,同时还将夯实5G、家庭、企业/行业等各类业务的承载底座,加速全光网城市的普及,使能中国新型基础设施建设。 并且有人认为分布式智能、Liquid OTN 将是第五代固定宽带网络的核心技术,是推动光纤到户向光联万物演进的关键支点。

Liquid OTN 的业务承载量是非常大的,那么优化延长Liquid OTN 系统的中继距离是非常有必要的。 目前用在光网络中的掺铒光纤放大器(Erbiumdoped Optical Fiber Amplifier,EDFA) 的放大带宽有限[1-2],因此,增益带宽比较宽的受激拉曼散射光放大器逐渐应用于光通信系统中,同时又由于它饱和输出功率大、响应时间块,同时易于实际光纤链路耦合等优点很快被光纤通信系统广泛使用。 Liquid OTN[3]系统的业务量大,所以需要的可传输的带宽自然是大一些好。

本文提出在Liquid OTN 系统中使用双向泵浦受激拉曼散射增益谱平坦光纤放大器[4],使前向泵浦对信号光的频移对信号光进行放大,并使后向泵浦对信号光的频移对信号进行补偿放大。 在Liquid OTN 系统中大业务量利用光纤通信系统传输的同时,可实现噪声低[5],增益平坦化的信号输出,优化延长传输距离。

1 Liquid OTN 技术

1.1 传统OTN 技术

传统OTN(光传送网络)[6]是以波分复用技术为基础、在光层组织网络的传送网,是下一代的骨干传送网。 解决了传统WDM 网络无波长/子波长业务调度能力、组网能力弱、保护能力弱等问题。 它解决了SDH 基于VC-12/VC4 的交叉颗粒偏小、调度较复杂、不适应大颗粒业务传送需求的问题,也部分克服了WDM 系统故障定位困难,以点到点连接为主的组网方式,组网能力较弱,能够提供的网络生存性手段和能力较弱等缺点。 传统OTN 网络结构包含3 层,如图1 所示。

图1 OTN 网络结构

1.2 Liquid OTN 技术

Liquid OTN 技术是区别于传统OTN 技术的一种OTN 技术。 Liquid OTN 技术在设计时继承了0TN 刚性硬管道的优势.同时引入面向业务的灵活光业务单元(0S— Uflex)容器,破除了时隙限制,带宽大小随需,帧结构简化了封装层级,适合统一调度。

Liquid OTN 是业界首个小颗粒OTN 光传送解决方案,解决方案由华为 OptiXtrans 全系列光传送产品组成,是全球首个支持全业务承载的光传送解决方案。具备以下三大关键能力。

(1) 泛在全光联接:定义灵活弹性的新容器OSUflex,实现网络硬切片的颗粒度达到2 Mbit/S,网络联接数提升500 倍。

(2)带宽无损调整:支持2 Mbit/s~100 Gbit/s 无极无损带宽调整,业务0 中断,网络资源利用率达到100%。

(3)超低传输时延:大幅简化网络传输层次,提供差异化分级时延,单站时延降低70%,达到微秒级,灵活适配各类对时延敏感的业务场景。

Liquid OTN 将加速光传送网从物理承载网络向业务承载网络的演进,从而有效支撑运营商、企业/行业

作者简介:李俊(1986— ),女,陕西宝鸡人,讲师,硕士;研究方向:光通信。构建以体验为中心的承载网络。 与此同时,Liquid OTN技术的出现,也将有效推动全球光网络产业的繁荣,实现产业创新与商业创新的协同发展。

2 双向泵浦受激拉曼散射增益谱平坦光纤放大器

2.1 双向拉曼放大器的泵浦结构

拉曼散射效应是1928 年印度科学家C.V 拉曼发现的。 拉曼散射效应有普通拉曼散射效应和受激拉曼散射效应。 受激拉曼散射效应比普通拉曼散射效应更具有优势。

双向泵浦拉曼光纤放大器是将泵浦光同时从光纤信号光的输入端和输出端一同注入光纤中的,如图2所示。

图2 双向泵浦

2.2 数学模型

基于受激拉曼散射增益谱在450 cm-1 波数处形成了一个对称结构[7],如图3 所示。 在一段光纤中利用前向泵浦与信号光产生的频移对信号光进行放大作用,同时利用后向泵浦与信号光产生的频移对信号光进行补偿性的放大作用。

图3 熔石英拉曼增益谱的近似计算模型(泵浦光波长为1.0 μm)

该拉曼光纤放大器的数学模型为基于光纤中受激拉曼效应的N-信道稳态SRS 耦合波方程[8]:

上式中ni(0)表示每个信道初始入射光子(在单位时间内流过光纤有效横截截面的光子数)在z=0 处的通量,它是不随时间变化的恒定值。ni(z)和nj(0)分别表示z处i,j信道中前向传输的光子通量,αi表示第i信道中光信号的线性衰减系数,rij是i,j信道之间光子通量的拉曼增益系数。

3 新型OTN 技术系统优化传输设计

在本设计中,主要是实现Liquid OTN 系统信号平坦化放大。 Liquid OTN 可以实现小颗粒到大颗粒的业务承载,也是基于波分多信道传输的。 在OTN 的线路放大器引入双向拉曼光纤放大器,本设计中设定第1信道为前向泵浦光,第2 信道为后向泵浦光,第3 到n信道为信号光。 后向泵浦光的功率方程式为:

对于信号光来说是单向传播,因此信号光适用于单向稳态SRS 耦合波方程,对于信号光来说,前向稳态N 信道耦合波方程变为:

对于信号光来说,当j=1 时,信道为前向泵浦光,(3)式变为:

对于信号光来说,当j=2 时,信道为后向泵浦光,(3)式变为:

当j=3……其他数时,信号波长很接近,彼此之间影响比较小,也应用了上述(4)式。

因为两个泵浦波长比较接近,我们可以认为两个泵浦波长的拉曼增益谱近似相同,如图2 所示,用最小二乘法拟合出上述两段范围的直线方程如下:

b1为0.68×10-13m/W,k1为1.8×10-16m·cm/W;b2为0.66×10-13m/W,k2为-8.2×10-16m·cm/W。

本文设计如图4 的双向泵浦拉曼放大器结构示意图,设λp为前向泵浦光波长,λp′为后向泵浦光波长,λ1到λn为n个信道的信号光,各信道按照波长递增的顺序等间隔排列。

图4 双向泵浦拉曼放大器结构

4 仿真结果及分析

基于上面的设计方法本文假定以下的设计参数,光纤长度为7 000 m,光纤衰减系数为0.20 dB/km,M=2,前向泵浦光功率pf= 500 mW,泵浦光波长λf=1 455.8 nm,k1=1.8×10-16

m·cm/w,b1=0.68×10-13m/w,后向泵浦光功率pb=120 mW,后向泵浦光波长λb=1 436.0 nm,k2=-8.2×10-16m·cm/W,b2=0.66×10-13

m/W。 假定有32 信道的复用信号光,信号光波长范围为[1 544.8,1 557.8]nm,信道间隔为0.8 nm,设信号光初始输入功率为10 μW。

在以上的参数下,利用上面所提到的设计原理,通过对信号32 信道的信号光进行仿真。 得到如下的仿真结果,图5 是信号光的光功率随传输距离的变化,图6 是不同信号光的增益。

由下图5 可以看出,信号光功率在光纤随着传输距离的增加而增加,由于前向泵浦和后向泵浦的放大与补偿放大,信号光的功率未出现不等情况,由下图6可以看出,输出端的增益最大达到了7.53 dB,增益平坦度为0.055 dB。

图5 信号光功率随传输距离变化

图6 不同信号光的增益

5 结语

本文为延长Liquid OTN 系统传输距离,提出在该系统中运用双向泵浦增益谱平坦性拉曼光纤放大器实现多路信号的增益平坦化放大,本文基于拉曼增益谱的对称结构,在一根光纤中利用前向泵浦与信号光产生的频移对信号光进行放大,利用后向泵浦与信号光产生的频移对信号光进行补偿性的放大,设计了在Liquid OTN 系统运用双向泵浦增益谱平坦性拉曼光纤放大器,实现Liquid OTN 系统中合路信号的增益平坦化放大,支持Liquid OTN 系统中大业务量的承载,后续再进一步研究中继距离的延伸。