光通信從入門到精通：PDH→DWDM→OTN 的超詳細演進筆記
作者： 脫脫克克
日期：2025-07-24
關鍵詞：DWDM、OTN、G.709、光纖、帶寬、C-band、L-band、DSP、ROADM
摘要
本文用一條“高速公路”的比喻，把 40 年光傳輸技術演進、單位換算、波段劃分、設備形態、標準組織一次講透。讀完你能回答：
- 為什么 1530–1565 nm 叫 C-band？
- 400 G 指什么 G？
- OTN 與 DWDM 是競爭還是互補？
- 今天骨干網到底在用什么？
目錄
- 通信速率的單位：Hz、bit、Byte 一次說清
- 光纖的“天然窗口”：C-band & L-band 的由來
- 技術演進時間線：從單車道到 160 條彩色車道
- DWDM 網：今天最成熟的高速公路
- OTN（G.709）：高速公路上的智能交通系統
- DSP & ROADM：自動駕駛與可變匝道
- 市場現狀：設備、芯片、標準全鏈路
- 實戰案例：運營商 400G 省際骨干網
- 一張圖總結
- 參考資料
1 通信速率的單位：Hz、bit、Byte 一次說清
| 物理量 | 符號 | 換算關系 | 10 的冪次 | 備注 |
|---|---|---|---|---|
| 赫茲 | Hz | 1 Hz | 10? | 頻率 |
| 千赫茲 | kHz | 1 kHz = 103 Hz | 103 | |
| 兆赫茲 | MHz | 1 MHz = 10? Hz | 10? | |
| 吉赫茲 | GHz | 1 GHz = 10? Hz | 10? | |
| 太赫茲 | THz | 1 THz = 1012 Hz | 1012 |
為什么用 Hz 而不用 nm？
因為香農容量公式 C = B·log?(1+SNR) 中的 B 必須是頻率帶寬（Hz）。波長差 Δλ 與頻率差 Δf 是非線性關系：
Δf ≈ (c / λ2) · Δλ
同樣 1 nm 在 1550 nm 處僅≈125 GHz，在 1310 nm 處≈175 GHz，直接寫 nm 無法一眼看出容量。
提高光纖傳輸能力的核心目標是在單位時間內通過單根光纖傳輸更多的比特數（即提升總容量，單位bit/s）。這一總容量由通道數 × 每通道比特率決定，因此任何增加通道數或提升單通道速率的方法均可增強傳輸能力。
2 光纖的“天然窗口”：C-band & L-band 的由來
| 波段 | 波長范圍 | 頻率帶寬 | 關鍵特性 |
|---|---|---|---|
| O | 1260–1360 nm | ≈17 THz | 早期多模，損耗高 |
| E | 1360–1460 nm | ≈15 THz | 水峰，難放大 |
| S | 1460–1530 nm | ≈10 THz | 需拉曼/ SOA |
| C | 1530–1565 nm | ≈4.3 THz | EDFA 增益峰，最低損耗 |
| L | 1565–1625 nm | ≈4.4 THz | EDFA 尾巴，擴容用 |
| U | 1625–1675 nm | ≈2 THz | 研究階段 |
EDFA 只能吃 C+L → 所以商用 DWDM 最先鎖定這兩段；再往兩邊走，就得換拉曼、SOA 或銩放大，成本和成熟度陡增。
3 技術演進時間線：從單車道到 160 條彩色車道
| 年代 | 技術 | 車道比喻 | 單纖總容量 | 關鍵痛點 |
|---|---|---|---|---|
| 1980s–1990s | PDH/SDH | 單車道+收費站 | 155 M–2.5 G | 光電中繼站多 |
| 2000 年代初 | CWDM | 4–8 條車道 | 8 × 2.5 G | 無放大、距離短 |
| 1995 起商用，2005 起規模 | DWDM | 80–160 條彩色車道 | 10–96 Tbps | 需 DSP、ROADM、EDFA |
| 2010 起 | OTN over DWDM | 彩色車道+智能調度 | 百 Tbps | 端到端監控、保護 |
4 DWDM 網：今天最成熟的高速公路
4.1 核心指標
- 通道間隔：100 GHz → 50 GHz → 25 GHz（Nyquist-WDM）
- 單波速率：10 G → 100 G → 400 G → 800 G（相干 QPSK/16-QAM）
- 總容量：例如 80 波 × 400 G = 32 Tbit/s（單纖）
- 無電中繼距離：120 km × N（EDFA）或 1000 km+（拉曼+ROPA）
4.2 系統框圖
光波分復用技術簡圖
5 OTN（G.709）：高速公路上的智能交通系統
一句話速記
OTN = 把 DWDM 的“彩色車道”再套上“集裝箱 + 調度中心 + 監控 + 保險”的完整物流體系。
5.1 什么是 OTN？
- 全稱：Optical Transport Network
- 標準：ITU-T G.709（2001 首版 → 2024 OTUCn 1.6T 草案）
- 定位：在光層（DWDM）之上，定義統一的電層幀結構，實現多業務、長距離、高可靠的端到端傳輸。
5.2 關鍵概念對照表
| 概念 | 中文 | 功能 | 高速公路比喻 |
|---|---|---|---|
| OPUk | 光通道凈荷單元 | 裝客戶業務（100GE/400GE/STM-64） | 標準集裝箱 |
| ODUk | 光通道數據單元 | 提供監控、保護、時鐘透傳 | 集裝箱 + GPS + 溫控 |
| OTUk | 光通道傳送單元 | 加 FEC、開銷、成幀 | 集裝箱 + 防震 + 條碼 |
| ODUCn | 靈活速率容器 | n×100 G 模塊化 | 可伸縮拼箱 |
5.3 速率等級一覽
| 等級 | 線路速率 | 客戶容量 | 典型場景 |
|---|---|---|---|
| OTU1 | 2.7 Gb/s | 2.5 Gb/s | 早期 SDH 2.5G |
| OTU2 | 10.7 Gb/s | 10 Gb/s | 10GE/STM-64 |
| OTU3 | 43 Gb/s | 40 Gb/s | 40GE/OC-768 |
| OTU4 | 112 Gb/s | 100 Gb/s | 100GE |
| OTUC2 | 2×100 Gb/s | 200 Gb/s | 200GE 匯聚 |
| OTUC4 | 4×100 Gb/s | 400 Gb/s | 省際骨干 400G |
| OTUCn | n×100 Gb/s | n×100 Gb/s | 800G/1.6T 未來 |
注：OTUCn 采用 FlexE/FlexO 技術，可按需 50 G 步進擴容。
5.4 G.709 幀結構（簡化）
OTN 把任何客戶業務（100 GE、400 GE、FC、SDH …）都塞進一個 固定大小、統一格式 的光傳送幀，這個幀的名字叫 OTUk。
G.709 幀長度固定為 4 行 ×4080 字節，即 16320 字節，周期根據不同光傳送單元（OTU）類型而不同，如 OTU1 周期大約為 48.971μs。它支持多級速率透明傳輸，速率范圍從 2.5Gbps 到 100Gbps 甚至更高。
幀結構組成部分：
- 定位字節
- 組成：6字節幀定位（FAS）+ 1字節復幀定位（MFAS）
- 功能：設備同步基準，識別幀邊界
- 告警觸發：FAS/MFAS 錯誤 → 幀丟失（LOF）/復幀丟失（LOMF）
- 段開銷（SOH）
- 核心功能：OTN鏈路管理與維護
- 關鍵字段：
- TTI（途徑蹤跡標識符）：防鏈路錯連
- BIP-8：比特間插校驗，檢測傳輸錯誤
- BEI/BIAE/BDI：向上游反饋錯誤與缺陷
- 凈荷（Payload）
- 角色：實際業務數據載體
- 適配能力：透明承載SDH/以太網/IP等信號
- 技術特性：支持多級速率（2.5Gbps~100Gbps+）
- 前向糾錯（FEC）
- 位置：幀特定列（如OTU1的第3825~4080列）
- 作用：通過冗余編碼自動修復傳輸誤碼
- 使用規范：OTU1/2/3可選，OTU4強制要求
5.5 OTN vs SDH 對比
SDH（Synchronous Digital Hierarchy）：一種基于時分復用（TDM）的同步傳輸網絡，是第二代光通信技術，20 世紀 90 年代廣泛應用。
OTN（Optical Transport Network）：一種基于波分復用（WDM）和數字包封技術的新一代光傳輸網絡，ITU-T G.709 標準為核心。
| 特性 | SDH | OTN |
|---|---|---|
| 幀長 | 125 μs 固定 | 可變（3.2 μs） |
| 速率 | 2.5G/10G/40G | 10G–1.6T |
| 映射 | 只支持 TDM | 支持 ETH/FC/SDH/ODUk 任意封裝 |
| 保護 | MSP/環網 | ODUk 1+1/SNCP/環網/ASON |
| 管理 | DCC 開銷 | GCC0/GCC1/GCC2 擴展開銷 |
在現代網絡中，OTN 逐漸取代 SDH成為骨干網和大容量傳輸的主流技術，但 SDH 仍在部分傳統業務場景中保留。
5.6 商用產品示例
- 華為 OSN 9800 M24：單框 48 Tbit/s，支持 OTUC4/OTUC8
- 諾基亞 1830 PSS-x：1.2 Tbit/s 單板，SD-FEC 增益 11.5 dB
- Ciena 6500-T：600 mm 深機框，支持 OTN 交換 + ROADM 統一背板
5.7 OTN + DWDM 協同示意圖
6 DSP & ROADM：自動駕駛與可變匝道
把 DWDM 高速公路真正跑起來，需要兩大“黑科技”：DSP 負責讓車不跑偏，ROADM 負責讓車隨時上下匝道、換車道。
6.1 DSP（Digital Signal Processing）——自動駕駛的“大腦”
| 維度 | 說明 | 舉例/參數 |
|---|---|---|
| 作用 | 在電域實時補償色散、PMD、非線性、相位噪聲 | 800 G ZR+ 模塊內置 7 nm DSP |
| 算法 | FIR 濾波、CMMA、DBP、SD-FEC | 軟判決 FEC 增益 11.5 dB |
| 優勢 | 省掉色散補償光纖（DCF），功耗 ↓30%，距離 ↑40% | 400 G QPSK 可跑 1200 km |
| 芯片 | Inphi/Credo/Marvell 相干 DSP | 每通道功耗 < 15 W |
一句話：DSP 把“爛路”算成“坦途”，讓 800 G 信號在普通 G.652 光纖上跑出 1000 km+。
6.2 DSP 工作流程示意
6.3 ROADM
ROADM（Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer，可重構光分插復用器）一種能動態配置光層波長（λ）的設備，支持在光傳輸節點靈活 “插入”（Add）或 “分出”（Drop）特定波長信號，無需光電轉換。
6.4 ROADM 關鍵特性對照表
| 功能維度 | 技術實現說明 | 高速比喻（變形金剛匝道） |
|---|---|---|
| 波長上下 | WSS（波長選擇開關） | 任意出口匝道可升降，想下哪輛車就下哪輛 |
| 方向可重構 | 1×9 / 1×20 端口 WSS | 匝道還能左右擺，想去東/西/南/北隨你選 |
| 無阻塞調度 | CDC（Colorless, Directionless, Contentionless） | 紅色車想去任何方向都不會堵路 |
| 遠程控制 | NETCONF / YANG / RESTful API | 手機 App 一鍵換匝道，無需人工上塔 |
6.4 CDC-ROADM 架構圖
7 市場現狀：設備、芯片、標準全鏈路
7.1 市場規模
| 區域 | 2022 市場規模 | 復合年增長率 CAGR |
|---|---|---|
| 全球 | ≈ 200 億美元 | ≈ 9.9 % |
| 中國 | 千億元人民幣 | ≈ 10 % |
7.2 主流玩家
| 類別 | 代表廠商 / 型號 |
|---|---|
| 設備 | 華為 OSN 9800、諾基亞 1830 PSS、Ciena 6500、中興 ZXONE 9700 |
| 芯片 | Inphi / Credo 相干 DSP、Acacia 硅光模塊 |
7.3 標準演進
- G.709 Amd3（2023） → 400 G / 800 G 新調制
- G.709.20（2024） → 1.6 T FlexE 接口
8 實戰案例：運營商 400G 省際骨干網
| 項目 | 詳情 |
|---|---|
| 場景 | 中國移動 2023 年 400G 省際干線集采 |
| 波段 | C + L 雙波段，共 160 波 |
| 單波速率 | 400 Gbit/s，調制格式 16-QAM 相干 |
| 無電中繼 | > 1000 km（EDFA + Raman + DSP 補償） |
| 平臺架構 | OTN over DWDM（G.709） + CDC-ROADM + 相干 DSP |
| 效果 | - 單纖總容量 64 Tbit/s - 每比特成本 ↓ 30 % - 功耗 ↓ 40 % |
9 一張圖總結
10 參考資料
- ITU-T G.709 Series (2024)
- 《光網絡技術白皮書》華為 2023
- OIF 400ZR/800ZR Implementation Agreement
- 中國移動 2023 年 400G 省際骨干網集采技術規范書
- 光通信技術叢書. 光波分復用技術[M]. 北京:北京郵電學院出版社, 2002.
實現如旋風、吸引力、風吹效果等)
安裝)
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