400 G 骨干传输网C6T 与C6T+L6T技术工程应用研究

2023-08-19刘杰

广东通信技术 2023年7期

［刘杰］

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100～120 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。

图1 光谱分布图

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15.5～17.5 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

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 dB～17.5 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

两次网络模拟仿真的计算结果分析如图2 所示。

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。

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2×C6T 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A～I 是原有业务，J～M 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/（8×5）=17.5%，2 个4 波系统的波长碎片率为2/（8×5）=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

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。