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1、OTN网络规划和设计,目 录,OTN网络概述OTN网络规划要素OTN网络设计流程,目 录,1.OTN网络概述 1.1 OTN网元类型 1.2 信号流,OTN网元类型,光终端复用站 OTM（Optical Terminal Multiplexer）光线路放大站 OLA（Optical Line Amplifier）光分插复用站 OADM（Optical Add/Drop Multiplexer）FOADM（Fixed Optical Add/Drop Multiplexer）ROADM（Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer）电中继站 REG（Re
2、generator）,信号流,OTM：,客户侧信号,1,40,M40,OBU1,OAU1,OTN,1,40,信号流,OLA：,1,40,M40,OBU1,OAU1,OTN,1,40,客户侧信号,信号流,FOADM：(串行OADM）,信号流,FOADM：(并行OADM）,FIU,FIU,OA,OA,OA,OA,M40,M40,OTU,OTU,OTU,OTU,信号流,ROADM：(ROAMROAM）,信号流,ROADM：(WSD9+RMU9）,信号流,REG:注意：使用中继型OTU对信号进行电中继再生。,目 录,OTN网络概述OTN网络规划要素OTN网络设计流程,OTN网络规划基本要素,光功率,色
3、散,光信噪比,DHD JGDJ D J,OTN 网络,非线性效应,组网基本要素,基本概念,光传送段 OTS（Optical transmission section）光复用段 OMS（Optical multiplex section）光通道 OCh（Optical channel）说明：常用的传输级数(Transmitting Hop)，光放跨段(Optical Amplifier Span)与 光传送段OTS是同一概念，都是指由一段光纤以及两段光放组成的最小的光传送单元。,目 录,2.OTN网络规划要素 2.1 光功率预算 2.2 色散 2.3 光信噪比 2.4 非线性效应,光功率预算,光
4、纤损耗(dB)=P输出(dBm)-P输入(dBm)=距离(km)x a(dB/km)a：损耗系数在1550nm窗口，G.652和G.655光纤的损耗系数：a=0.22dB/km,P输出,P输入,距离L(km),色散,光纤的色散分为两种：色度色散偏振模色散 PMD(Polarization Mode Dispersion),色散,色度色散：,色散,色度色散（ps/nm）=距离（km）x 色散系数（ps/nm.km）G.652光纤：色散系数=17ps/nm.kmG.655光纤：色散系数=4.5ps/nm.km实际工程中主要考虑色度色散。在长距离传输的情况下，采用色散补偿模块（DCM）进行色散补偿。
5、,OMS,距离L(km),色散,偏振模色散 PMD：,快轴,慢轴,时延,信号,光功率,时间,快轴,慢轴,信号传送方向,色散,DGD(ps)=x PMD 系数(ps/km1/2)DGD：差分群时延（Differential Group Delay）10ps=(2500km)1/2 x 0.2ps/km1/2对于10Gbit/s以下的系统，偏振模色散的影响没有色度色散那么显著。,光信噪比,OSNR(dB)=10 x log=P信号(dBm)-P噪声(dBm)OSNR：光信噪比（Optical Signal to Noise Ratio）ASE：放大的自发辐射（Amplified Spontaneo
6、us Emission）NF：噪声系数（Noise Figure）,光信噪比,光信噪比,ITU-T G.692建议给出，在单位频率间隔下，光放大器的ASE噪声光功率（单位：mW）为：NSP：自发噪声因子，NSP1 G：放大器增益h：普朗克常数（6.626x10-34 Ws2）：光频率（单位：Hz）ITU-T G.692建议给出，放大器的噪声系数（单位：dB）为:IN：放大器的输入耦合损耗（单位：dB）,光信噪比,ITU-T G.692建议给出，如果级联的每个放大器输出的总光功率相同，并且放大器增益远大于1，那么OSNR可以近似为：Pout：单通道的输出光功率（单位：dBm）L：放大器之间的段损
7、耗（单位：dB）NF：噪声系数（单位：dB）0：光信号带宽N：链路中的段数，并假设每一段的损耗相同 在1550nm波段，0.1nm带宽内，10Log(h 0)=-58dBm,光信噪比,案例：5个光传送段，L=20dB，G=20dB，NF=7.7dB，Pout=4dBm，Pin=-16dBmOSNR=Pout-L-NF-10LogN+58PASE=-58+NF+G,非线性效应,受激拉曼散射 SRS:Stimulated Raman Scattering 受激布里渊散射 SBS:Stimulated Brillouin Scattering 四波混频 FWM:Four-Wave Mixing 自相
8、位调制 SPM:Self-Phase Modulation 交叉相位调制 XPM:Cross-Phase Modulation,非线性效应,受激拉曼散射、受激布里渊散射：,非线性效应,四波混频、自相位调制、交叉相位调制：,非线性效应,怎样抑制非线性效应？使用高性能的光纤作为传输媒质；控制信号光功率；良好的色散管理；先进的光源技术。,目 录,OTN网络概述OTN网络规划要素OTN网络设计流程,OTN网络设计的主要步骤,站点类型和位置(OTM/OADM/OLA/REG),合波/分波器&DCM,放大器,组网图/子架配置,输入:,输出:,规划和设计:,OTN网络设计所需要的最少信息,系统容量：初始容量
9、，最终容量，未来不断业务扩容时的最大容量？业务需求:10Gb/s系统，还是2.5Gb/s系统？业务矩阵，以及业务保护要求？光纤类型：G.652，G.655，G.653？每一段的光纤长度和计算损耗的原则站点类型（OTM，OLA，OADM）其它要求和限制注意：在进行网络设计之前，必须提供这些信息。,统一的端到端管理,Metro/Regional Core,Access,Metro Aggregation,LH/ULH DOTN,CPE,初始选择选择设备类型,OSN 6800/Metro 6100COTN/DOTN,BWS 1600G/1600A DOTN,100600km8 波,Up to 500
10、0km160/192 波,080km 8 波,15003000km40/80 波,总线inessSubscriber,ResidentialSubscriber,OSN 900A/B COTN/DOTN,OSN 3800/Metro 6040 COTN/DOTN,初始选择OSC还是ESC?,必须配置OSC的场合：需要配置公务电话；无业务上下的OLA站点；支持OTN波长ASON功能；提供OTN光层管理开销；支持OWSP保护。必须配置ESC的场合：COTN系统；单跨超过52dB的跨段。,初始选择OSC还是ESC?,光监控信道独立于业务信道 需使用FIU和SC1/SC2单板,通过波长转换板将监控信息
11、合入业务信道中传输,特性,适合复杂组网能够监控任何站点,降低投资成本（不必使用FIU和SC1/SC2单板）降低光通道的功率预算（不必考虑FIU的插损）,优点,成本高需考虑FIU的插损,只适用于简单组网 使用ESC不能监控OLA站点,缺点,光监控信道 OSC(Optical Supervisory Channel),电监控信道 ESC(Electric Supervisory Channel),初始选择合波器&分波器,首先，按照客户要求确定OADM/ROADM/OTM/OLA站点类型；其次，确定有业务上下的节点（OADM/ROADM/OTM）的合波器和分波器：小于8波时，一般选择MR2或MR4（
12、称为串行OADM）；大于8波时，一般选择M40/V40和D40（称为OTM/并行OADM）；如果要求波长可动态重配置，必须配置ROADM。ROAM:应用于普通的二维调度节点；WSD9+RMU9:主要运用于环间节点的多维调度。,目 录,3.OTN网络设计流程 3.1 光功率预算 3.2 色散预算 3.3 规划跨段规格 3.4 光信噪比预算 3.5 规划非线性要求 3.6 规划OTU 3.7 单长跨段（LHP）,光功率预算,6种计算光纤线路衰耗的模型：,1,如果已经详细给出了光纤线路计算的模型，包括光纤衰减的计算要求和余量考虑原则，按照如下公式进行计算：线路衰耗=光纤线路计算的模型要求+FIU插损
13、FIU差损=0.9dB,2,如果只给出了光纤线路的实际测试损耗，没有考虑其它因素：线路衰耗=光纤实际衰减3dB光纤老化余量如果存在3dB的余量，FIU插损在功率计算时不考虑。,3,如果客户给出的光纤终了参数值作为光纤的插损：线路衰耗=光纤终了值+FIU插损,光功率预算,6种计算光纤线路衰耗的模型：,4,如果给出了各站点间光缆线路的实际距离和每段光缆线路的光纤衰耗系数，按照客户给出的光纤计算，不再考虑过多的余量：线路衰耗=实际距离 x 光纤衰耗系数+FIU插损,5,如果只给出了光纤距离和光纤类型，没有给出其他参数：线路衰耗=光纤长度 x 0.22dB/km 默认光纤衰耗系数+3dB光纤 老化余量
14、+光纤跳转站点的衰耗光纤跳转站点的衰耗=0.5dB/站，若没有光纤转接站，无需考虑。,6,对距离很短的光纤定义：当光纤跨段小于40km，如果没有满足公式14的要求，考虑一定程度的光纤余量；线路衰耗=光纤长度 x 0.22dB/km+1.5dB光纤老化余量+光纤跳转站点的衰耗FIU插损,光功率预算,案例：线路衰耗=光纤长度 x 默认光纤衰耗系数+光纤老化余量+光纤跳转站点的衰耗FIU插损其中，光纤长度=90km，默认光纤衰耗系数=0.22dB/km，光纤老化余量=3dB。根据以上公式可以计算出线路衰耗为：线路衰耗=90km x 0.22dB/km+3dB=22.8dB,光功率均衡预算,在线路的传
15、输工程之中，由于器件、单板和光纤对于不同波长产生的损耗或者增益不一致，以及光纤之中的一些非线性效应，导致经过一定距离的传输之后，各个不同波长之间功率差异增大，导致下游光放收到不同单波的输入功率不等，从而导致收端不同单波产生的不同信噪比。当功率差异过大时，功率过低的单波，经过系统传输之后的信噪比明显低于高功率的单波，此时为满足最差单波的开通要求，需要等效提高原信噪比容限，由此产生的差异，也称之为“功率均衡信噪比代价”，简称“均衡代价”。光功率均衡的作用主要是在线路之中起到调节不同波长之间的功率，控制不同波长之间的功率差异的作用。请思考，哪些站点对单波功率起到预均衡作用？,具有光功率均衡作用站点配
16、置原则,实际上还是有很多线路中的其他类型站点，可以对穿通波长起到等效OEQ的作用，比方OTM和REG以及ROADM站点等等，这些可能等效的OEQ站点在线路之中是否能够起到线路OEQ站点的功能，还取决于站点的位置，也就是位于线路之中的顺序。,具有光功率均衡作用站点配置原则,色散预算,色散受限距离（km）=色散容限（ps/nm）/色散系数（ps/nm.km）对于2.5Gb/s系统，当光复用段距离小于640km（G.652光纤）或2133km（G.655光纤）时，不需要配置DCM。,色散预算,DCM的规格：,A,B,C,D,E,F,20km,40km,80km,100km,120km,60km,色散
17、预算,DCM的参数：,色散预算,DCM的位置在哪里？DCM能够放在OPU、OBU之前，或放在OAU的PA和BA模块之间；绝不允许放在拉曼放大板之前。注意：DCM的单波输入光功率必须小于-3dBm。,色散预算,色散补偿的基本原则：分段补偿，系统的残余色散必须在OTU的残余色散要求范围之内；残余色散（km）=光复用段距离（km）-DCM色散补偿总距离（km）,40G网络色散预算,累计残余色散值是一个相对差值，是整个再生段线路的累计色散补偿值相对于累计色散值的差，即：“累计色散值”加上“累计色散补偿值”，而不是单个光放段落上的“本段光纤色散值”加上“本段光纤色散补偿值”，因此它可能是正值也可能为负值
18、 举例：现有再生段总长度618km，分为如下段落：83km75km103km86km67km106km98km，光纤类型652，用户提供色散系数17ps/nm，色散模块补偿情况为：A（预补偿）DDEDCEE，色散补偿模块的色散系数为-17ps/nm，则以上再生段中：“累计色散值”：618km*17ps/nm=10506ps；“累计色散补偿值”：（20km+80km+80km+100km+80km+60km+100km+100km）*（-17ps/nm）=620km*（-17ps/nm）-10540ps；“累计残余色散值”：“累计色散值”+“累计色散补偿值”10506ps+（-10540ps）-
19、34ps；再生段色散补偿状态：“过补”。,40G网络色散预算,通常情况下运营商会采用两种方式提供租用或自有光纤线路的参数：一种方式为：单独提供光纤长度和衰耗、色散以及PMD系数，设备商根据参数进行计算线路的衰耗和色散等；另外一种方式为：用户提供对应段落的测试参数，即提供准备开通使用的光纤的测试衰耗，测试色散值和测试PMD等参数。由于40G单板线速率增高，导致的单板色散容限范围相对于10G线速率单板有明显的缩小：DRZ单板要求线路残余色散补偿精度达到5.0km；ODB单板要求线路残余色散补偿精度达到5.0km；eDQPSK单板要求线路残余色散补偿精度达到5.0km。,40G网络色散预算,我们以一
20、段实际长度为600km的652光纤为例，设实际光纤色散系数在1550处为17ps/nm，同时假设用户给出的光纤长度和真实值之间只有0.5%的偏差，假设用户提供的光纤色散系数值也和真实值之间存在仅1%的偏差，由此可以得到：用户提供长度值可能范围为：597km603km 用户提供色散系数值可能范围为：16.83ps/nm17.17 ps/nm 简单相乘可以得到，光纤色散值计算范围可能值：10047.51ps10353.51ps，按照真实光纤色散系数17ps/nm进行折算长度为：591km609km，可以发现相对于与真实光纤长度600km，偏差达到9km，严重超出以上色散补偿范围精度要求。显然，按照
21、测试值提供光纤长度和色散值，是解决以上误差的一个好办法，可以避免由于误差导致的影响，能够保证配置正确和性能。,色散预算,DCM的配置原则：完全补偿：100%补偿；每一个光复用段的残余色散都保证在-10km+10km之间。发端进行20km预补偿。（40G系统一般采用此配置）（以40G系统为例）再生段的累计残余色散范围：5.0km。线路采用100完全补偿方式，由于以上“累计残余色散”的要求，在收端可能需要使用最小单位为10km或者更小单位的色散补偿模块达到以上精度。,色散预算,案例：完全补偿（10G系统）,OTM,M40,D40,A,OLA/OADM,A,D,7.4dB,20.0km,G.652,
22、OLA/OADM,D,A,20.6dB,80.0km,G.652,OLA/OADM,A,C,9.6dB,30.0km,G.652,OTM,C,D40,M40,16.2dB,60.0km,G.652,距离为20km，选择DCM(A)。,距离为80km，选择DCM(D)。,距离为30km，选择DCM(A)。,距离为60km，加上10km的残余色散，选择DCM(C)。,色散预算,发端进行20km预补偿（40G系统）,40G ODB系统G652 光纤实际色散补偿拓扑图,色散预算,发端进行20km预补偿（40G系统）发端的“0”点需要满足-20km；收端的“12”点需要满足-5.0km，+5.0km；线
23、路之中的“1”至“11”点的下限，不需要满足严格等于-20km，但是需要满足-30.0km，-10.0km（即在-20km的基础上，考虑-10.0km，+10.0km的补偿精度得到）；,色散预算,偏振模色散 PMD：NRZ：DGD 5ps，不需要考虑OSNR代价；5ps 15ps，选择DRZ或增加REG站点。DRZ：DGD 12ps，不需要考虑OSNR代价；12ps DGD 15ps，增加0.5dB的OSNR代价；15ps DGD 18ps，增加1.5dB的OSNR代价；18ps DGD 20ps，增加3dB的OSNR代价；20ps DGD 22ps，增加5.5dB的OSNR代价。,色散预算,
24、偏振模色散 PMD：5Gb/s NRZ:DGD 10ps,增加0.5dB的OSNR代价；10ps DGD 18ps,增加1dB的OSNR代价；18ps DGD 22ps,增加1.5dB的OSNR代价；22ps DGD 25ps,增加2dB的OSNR代价。,规划跨段规格,OBU1/CRPC单板逻辑结构：信道增益（dB）=输出光功率 Pout（dBm）-输入光功率 Pin（dBm）注意：对于拉曼放大板，使用开/关增益。,规划跨段规格,OAU1的逻辑结构：信道增益(dB)=输出光功率 Pout(dBm)-输入光功率 Pin(dBm)信道增益(dB)+DCM插损(dB)最大增益(dB)-2dB(VOA
25、)OAU是两级放大器，在两级放大模块之间可以插入DCM；OAU有带内的电可调/手动光衰(VOA或MVOA)，必须具备2dB的固有插损。,DCM,TDC,RDC,光放大器的参数：,规划跨段规格,规划跨段规格,光放大器的参数：Ptotal=Psingle+10 x lgN(N为波数)例:OAU101,20dBm=4dBm+10 x lg40。,规划跨段规格,放大器配置的一般顺序：单级放大器优先于双级放大器；单级放大器：OBU101,OBU102；双级放大器：OAU。双级放大器优先于两个单级放大器；普通功率放大器优先于高功率放大器。,规划跨段规格,放大器配置原则：经过光纤线路损耗和DCM的插损，接收
26、端（放大器、OTU）接收的信号光功率应该在正常工作范围内。发送端：OBU101(0dBm/16dBm)OBU102(4dBm/20dBm)接收端：无放大器 OBU101(20dB)OBU102(23dB)OAU101(31dB)(OBU101+OBU101)or(OBU101+OBU102)45dB 总衰耗=线路衰耗+DCM插损+VOA插损 VOA插损不包括OAU内部的VOA或两个放大器（OBU1+OBU1）之间的VOA。,案例：请配置各站点的光放大器。,规划跨段规格光路设计实例,B,13.1dB,42.0km,G.652,C,18.2dB,65.0km,G.652,B,C,光信噪比预算,规划
27、OTU和级联放大器的光信噪比（OSNR）：OSNR与光功率预算和配置的光放大器有关；可以直接使用OSNR 计算工具算出OSNR值；不同OTU的OSNR容限不同；当计算出来的OSNR值不满足OTU的OSNR要求时，可以考虑使用拉曼放大器、更高输出光功率的放大器或增加中继站等。,光信噪比预算,计算OSNR值：,光信噪比预算,OTU的OSNR容限：选择OTU的一个非常重要的参数就是OTU的OSNR容限。OSNR参数：,规划非线性要求,非线性效应的影响通常作为附加的OSNR代价；设计网络时，一般考虑2dB的OSNR冗余作为非线性效应的影响；系统初始提供OSNR容限时，已经加入了2dB的非线性代价。,规
28、划OTU,怎样选择OTU？通道间隔&规格（50GHz/100GHz，DOTN/COTN）业务类型（SDH/IP/SAN/TMX）技术和容限：技术：FEC/AFEC/Super OTN/Super OTN+AFEC容限：光信噪比/光传送段/色散/差分群时延光功率预算（波分侧和客户侧接口）OTN交叉支持ESC波长（固定/可调）选择OTU,规划OTU,OptiX OSN 3800/6800/8800业务接入容量：,规划OTU,2XGE,2XGE,ODU1,4XAny(100M2.5G),TDG,4XSTM-16/4XOC48/4XOTU1,4XODU1,ODU1,4XAny,TQM,客户侧信号,波分
29、侧信号,交叉连接,OptiX OSN 3800/6800/8800业务接入容量：,目 录,OTN网络概述OTN网络规划要素OTN网络设计流程,总 结,OTN网络概述OTN网络规划要素OTN网络设计流程,附录1:常用指标,附录2:常用指标,注意：这里给出的指标值是各单板内部的VOA衰减为最小时的值。,附录3：OTU参数,OTU的基本参数：OTU的波分侧有两种接收光模块：PIN和APD；发送端和接收端的OTU应该是同一类型。,客户侧信号如：SDH 或路由器等,OTN 信号,客户侧收,波分侧收,波分侧发,客户侧发,Rx,Tx,IN,OUT,附录3：OTU参数,OTU客户侧接口和传送距离：,附录3:OTU参数,
