超100G OTN技术在电力组网模型的研究

超100G OTN技术在电力组网模型的研究

张新

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摘要：分析超100G软件OTN关键技术，整理不同速率模式下的光信噪比容限，建立不同传输距离下，适用的调制方式和单载波速率，并提出电力相同采用超100G混合速率传输技术的建网模型

关键词：超100G OTN技术；200G；400G；混合速率；建网模型

引言

目前，100G OTN技术已经非常成熟，并在运营商市场获得了主流规模应用，随着电力带宽需求的不断增加。原有的10G OTN网络已经逐渐不能满足业务的发展需求，100G OTN已经开始逐步应用在电力系统中。研究超100G OTN技术在电网中的网络应型，对于满足未来的业务需求具有重要意义。本文根据目前超100G的相关技术，分析100G、200G、400G的相关技术参数，并建立超100G技术在电力中可能的应用模型。

1.超100G技术的现状

1.1超100G的关键技术

目前，已经部署的100G距离传输系统，都是基于单载波PM-SKIP调制技术并采用相干检测的数字信号处理（DSP）技术。而超100G技术选择多种调制方式与对应的软判决FEC技术，采用软件可控多调制方式、多速率模式、灵活栅格技术。可根据不同的场景灵活选择不同的模式。

软判决FEC（SD-FEC）技术

SD-FEC技术已经发展了三代，新一代的FEC可以应用在100G和超100G的系统中，使得超100G的OSNR（光信噪比）容限大大提升,不同调制方式的应用，如：PM-QPSK、PM-8QAM、PM-16QAM、PM-64QAM，使得光谱利用效率最大化，提高了频谱利用率，并结合软判决技术提升系统的传输性能。图1为不同速率的可选的谱宽和调制方式

图1 不同速率的谱宽和调制方式

SDO技术

软件可定义的调制格式和速率可变的SDO（Software Defined Optics）技术，为使频谱效率最大化，必须根据传输距离选择最合适的调制方式，并做到灵活配置，最近几年，伴随着光子集成技术和带宽可变的相干光收发器技术变为现实。

灵活栅格技术

不同于传统OTN选择固定波长的固定波道间隔的合分波技术，超100G技术需配置灵活栅格，在超100G这样的场景下，一个信号的谱宽是可变的，必须有匹配的可变带宽的合分波系统。

1.2 400G标准现状

ITU标准

ITU-T SG15负责制订光传送网络相关标准规范。在2016年9月修订完成的G.709标准中，定义了以5G时隙为最小粒度并加入复用段映像结构的OTUCn帧格式，为超100G大带宽业务确定了承载方式。在2017年6月完成发布了采用RS-FEC的短距FlexO-SR标准（G.709.1），2018年2月完成发布了采用SC-FEC的长距FlexO-LR标准（G.709.3）。G.698.2标准主要规范线路侧光接口指标，在即将完成的100G接口标准基础上，2018年2月启动了针对200G/400G接口的标准化工作。

OIF标准

OIF主要负责物理链路层（PLL）的光电模块和高速接口等标准化。2015年7月发布了《400G技术选择白皮书》，围绕调制格式、应用场景、频谱间隔、载波数量等进行分析，梳理400G高速传输关键技术，并针对城域、长距和超长距等不同应用场景提出解决方案。2017年8月发布了《灵活相干DWDM传输框架》，规范了骨干长距（1 000~1 500 km）、城域（100~1 000 km）和数据中心互联（50~100 km）等应用场景的灵活相干DWDM传输技术，为模块、器件及设备商提供技术指导，并根据应用场景给出了调制方式建议。

2.超100G应用部署考虑

2.1应用场景分析

相比于技术归一化的100G技术，超100G技术实现方式多样化，引入了高阶调制、灵活栅格、频谱整形和多子载波等技术，且需要用到比100G时代更窄线宽的激光器，约100 kHz。

2.2概率星座整形

通常正交幅度调制（QAM）格式下所有星座点都有相同的使用概率，为了进一步提升系统传输能力，业内提出了概率星座整形（PCS——Probabilistic Con⁃stellation Shaping）技术。

2.3灵活栅格

ITU-T G.694.1标准规范了灵活栅格技术，中心频率以193.1 THz为基准，以6.25 GHz的整数倍为步长增减频率，频率栅格宽度按照12.5 GHz的整数倍增加。但是相比于当前基于50GHz固定间隔进行系统设计和工程部署，灵活栅格的400G技术在应用时也存在以下问题需考虑。

a）OTU需要支持灵活栅格，合分波和ROADM也必须支持灵活栅格，才可实现端到端的灵活栅格。

b）需要考虑传输距离与传输容量（频谱效率）间的平衡，灵活栅格通常会带有频率整形，而频谱整形在一定程度上会降低传输能力

3.超100G OTN电力组网模型

3.1 超100G OTN系统的建网思路

     国家电网OTN网络可分为国干网，省干网和市县OTN下沉，站间距离通常在100公里以下，部分距离在200km以上，OTN站点以OTM站点为主，部分站距过长的路径中间会加OLA站点，以延长传输距离，为方便讨论，本模型不考虑OLA站点，只考虑OTM站点组网，并只考虑传统光放大器配置，而不考虑拉曼和遥泵等长距离传输技术。

3.2 超100G的传输能力

目前主流100G、200G和400G比较成熟使用的调制技术为PM-QPSK，PM-8QAM，PM-16QAM，配合灵活栅格技术和SD-FEC技术。

综合目前各种不同速率下的各种调制技术，超100G传输系统的传输能力参见表1。

表1 超100G传输系统的传输性能

表1中可见，100G的OSNR容限可达到12dB，接近10G速率的水平，而系统预留5dB，系统的OSNR可按17dB设计。200G两种调制方式，PM-QPSK调制，OSNR容限可达到14dB，系统的OSNR可设计为19dB，PM-8QAM的OSNR容限可达到16dB，系统OSNR可按21dB设计，400G采用PM-16QAM调制，OSNR容限20dB，系统的OSNR可设计为25dB。

4.结论

随着100G技术日益成熟并在传输市场广泛应用，为满足日益增长的数据业务需求，超100G OTN必将是下一步发展方向。本文通过对超100G OTN技术在电力中的网络应用模型研究，给出混合速率的组网方案，并通过拓扑规划、路由管理最大化带宽使用率，为电力进一步开发光纤的带宽资源，满足未来业务的需要，提供一种具有可行性的组网模型。