SDH/WDM傳輸設備的功能有哪些?

最近，光通信發展處于一個快速發展時期，已從過去純粹滿足骨干網長途傳輸的需要向城域網、接入網拓展，并出現了長途、城域、接入系列傳輸。除了速率上差別較大外，各種產品在接口類型、支持的業務種類也有很大差別。而在長途傳輸上，也從單純滿足話音業務的傳輸向滿足IP等多業務過渡，WDM系統的發展更是一日千里，隨著RAMAN放大器的出現和前向糾錯FEC技術的應用，光電再生距離已延伸到2000公里以上，大大加快了全光網的進程。整個傳送網正在努力成為一個高速、高質量、具有較高網絡生存能力和統一網管的多業務傳送平臺。

一、SDH設備新發展

由于電信市場的放開和競爭的加劇，幾家運營公司分別建設長途傳輸網，出現了技術方案的多元化趨勢。IP業務的爆炸式增長對SDH設備提出了新要求，在SDH組網技術和設備功能上都出現了一些新特點，比如TDM40Gbit/s、超長復用段MS-Spring保護環、VC-4級聯技術、對GE接口的支持等。

1.TDM40Gbit/s產品將在年底推出

Lucent在實驗室實現了40×40Gbit/s400公里傳輸，并宣稱將在今年9月份推出產品。許多公司也開展了類似實驗。但真正按照G.707規定開展SDH端機開發的并不多，許多廠商的重點只是放在40Gbit/s傳輸上，而不是在40Gbit/s復用器上。在過去人們的觀念中，10Gbit/sTDM是電信號傳輸的最高速率，再向上必須采用N×10Gbit/s的WDM系統。隨著分布式RAMAN放大器和PMD色散補償器在實驗室的實驗成功，給40Gbit/s商用化帶來了光明前景。RAMAN放大器可以大大降低噪聲系數，減輕了對40Gbit/s傳輸對光信噪比的要求。即使采用帶外FEC，40Gbit/s系統對OSNR要求仍然在26dB以上，這對長距離傳輸仍是很困難的。而RAMAN放大器的低噪聲系數可以確保系統在經過長距離傳輸后，光信噪比OSNR劣化不明顯，能滿足系統要求。

光纖的偏振模色散PMD一直是運營商和制造商都關心的問題。在人們的眼中，0.5ps/sqrt(km)足以保證10Gbit/s系統400公里的傳輸，光纖指標是定義為0.5ps/sqrt(km)。但是對于40Gbit/s系統來說，要保證系統傳輸400公里，光纖的PMD鏈路值應該下降到0.125ps/sqrt(km)以下。而目前敷設的光纖很難達到這種要求，必須采取PMD補償措施，由于光纖PMD是一種動態效應，不像色度色散是一個穩態值，其補償技術比較復雜，而且必須對每個波長分別補償。只有在出現了成熟的PMD色散補償技術后，TDM40Gbit/s才能大規模在長途傳輸上應用。從發展上看，TDM40Gbit/s可能先在城域網上應用。在長途網的應用前景尚需要觀察。

2.VC-4級聯技術

在可預見的將來，IP業務將超過話音業務成為主要業務。而SDH是基于話音傳輸的體制，為了傳送IP等數據業務并提高效率，SDH設備的級聯特性就變得越來越重要。過去ITU雖然定義了VC-4相鄰級聯技術，但是過去基本上沒有廠家支持這一功能。反而是路由器廠家，例如Cisco率先在路由器中支持VC-4-16C。IP信號直接映射入VC-4-16C的虛容器，然后再加上SDH段開銷SOH，成為標準的SDH信號。為了因應這種技術需求，從許多公司SDH系統都開始開發支持VC-4-16C功能，從各公司的產品看，10Gbit/s產品基本上都支持VC-4-4C、VC-4-16C技術，而在2.5Gbit/s速率設備上，則很少有廠家支持VC-4級聯。從級聯技術上看，大多數都采用了相鄰級聯技術，因為相鄰級聯實現起來比較簡單。并且虛級聯只是在去年才標準化。

如果10Gbit/s系統支持VC-4-16C級聯，則2.5Gbit/s的路由器POTS接口就可以直接連接到10Gbit/s支路口，充分利用SDH所提供的各項功能進行保護恢復。如果設備不支持VC-4-16C交叉，IP路由器信號就無法順利接入到10Gbit/s高速環中，IP信號在SDH層面上無法實施有效的保護。

3.SDH設備開始支持GE接口

由于以太網所支持的簡易網絡升級，以及對新應用和數據類型處理的靈活性、網絡的可伸縮性，使得以太網在城域和接入層面得到了廣泛的應用，由過去的10Mbit/s以太網向100Mbit/s、1Gbit/s發展。隨著多業務節點概念的提出，作為長途/城域傳輸的SDH系統，對以太網接口就更為重要。

目前，2.5Gbit/sSDH設備開始支持100Mbit/s以太網接口。由于GE進行長途還存在著一定的局限性。目前還需要封裝在SDH幀結構中，10Gbit/s系統對GE的支持更是成了各廠商的競爭熱點。從目前技術看，一種是采用VC-4-8C相鄰級聯技術，采用8個相鄰的VC-4傳輸，這種方式占用的帶寬是固定的，由于GE的帶寬最多才是1Gbit/s，至少會造成1個VC-4浪費，而實際上以太網的帶寬是動態的，平均帶寬可能遠遠低于1Gbit/s，可能造成帶寬更大的浪費。另外一種技術是采用VC-4虛級聯技術，大多數廠商是采用VC-4-7V，7個VC-4提供的帶寬剛好是1Gbit/s，由于是虛級聯，可以通過軟件設置參與虛級聯的VC-4數目。有些廠商還可以實現根據GE口實際的數據流量動態地決定級聯VC-4的數目。從兩種方式看，虛級聯要靈活一些，帶寬利用率更高，但實現技術較復雜。

4.G.841越洋海纜復用段保護方式

在北美SDH網絡中，超長復用段保護環MS-Spring幾年前就有應用。其中某些環網的周長超過了5000公里。現在包括中國電信、中國聯通等許多運營商開始采用。一般相信超長復用段保護環倒換時間(16個節點以內)不會因環的周長增加而增加很多，主要增加的是傳輸時延，5000公里的環倒換時間會在100ms左右,對話音業務不會造成很大影響，有可能對TCP傳送的語音或其它對時延要求嚴格的業務造成影響。

許多廠家采用了G.841附錄中的復用段環倒換模式，該附錄主要針對越洋海纜中規定了倒換模型。這種保護雖然也采用復用段K1、K2字節，但是保護和倒換確是基于VC-4，即只有受影響的VC-4進行倒換，在線路切斷的兩節點上，系統并不進行環回。對于2000公里以上的復用段環，系統出現故障時，由于系統環回，端到端的時延增加。海纜保護機制由于沒有系統環回，減少了端到端的時延，并且在開通低等級業務時，出現故障倒換只對部分低等級業務產生影響,不會對開在其他VC-4通道上的低等級業務產生影響。但是該保護機制由于在每個節點都必須進行邏輯連接的處理，倒換時間較長，一般在200～300ms。綜合比較：海纜保護機制的缺點是倒換時間長，但倒換后端到端業務時延比較短。普通復用段倒換環的倒換時間短，但倒換后端到端信號時延大，對某些時延要求嚴格的業務，應該采用G.841附錄A規定的倒換模型。

二、WDM設備的新特點

隨著新光纖的敷設，基于10Gbit/s的WDM將逐漸成為產品的主流。其中一些廠商已經擁有160×10Gbit/s的商用化產品，成為現在商用化速率最高的系統。但在10Gbit/sWDM系統中，也出現了一些新特點。

1.TMUX4:1透明復用器的應用

現在大規模建設的是基于10Gbit/s速率的WDM系統，而過去建設了大量的2.5Gbit/s系統。為了更有效地利用光纖資源，有時候我們需要把正在運營2.5Gbit/s系統的光纖騰置出來開10Gbit/sWDM系統，而過去2.5Gbit/s系統必須接入到新建的WDM系統中。如果新建WDM系統每個波長支持1個2.5Gbit/s傳輸在技術上是可行的，但是在經濟上是不劃算的，因為新建WDM系統都是按照10Gbit/s設計的，增加了色散補償模塊等，傳輸2.5Gbit/s速率成本高。而如果只是將幾個2.5Gbit/s設備復用到10Gbit/sSDH端機中，則2.5Gbit/s開銷將被全部終結，原來已有的網絡管理系統的各項功能也無法實施。現在廠商開發的所謂TMUX設備，支持將4個2.5Gbit/s信號透明復用為一個10Gbit/s信號，2.5Gbit/s開銷信息將被寫入10Gbit/s開銷未采用的字節中，保持開銷傳輸透明，各個2.5Gbit/s可以繼續實施自己已有的功能，保證2.5Gbit/s信號的透明傳輸，TMUX類似于4×2.5Gbit/sWDM功能。輸出端具備標準WDM工作波長，可以提高單個波長的利用率。

另外一些廠商在開發TMUX的同時，還開發了反向TMUX，即把10Gbit/s速率信號解復用到4個2.5Gbit/s進行傳輸，并且保持10Gbit/s開銷信號的透明性，10Gbit/s開銷信號將會被寫入某個2.5Gbit/s的未用開銷中，在復用處再被取出來。對于一個超長復用段保護環，在某一個段落可能由于光纖PMD值偏大而不能開通10Gbit/sWDM，而其他段落采用的都是10Gbit/s系統。在該段落可以先采用2.5Gbit/sWDM系統，加上反向TMUX復用器，10Gbit/s系統在該段落將以4個2.5Gbit/s運行，并且能夠保持10Gbit/s開銷的透明傳輸和APS倒換協議的正常工作，整個大環依然可以實施10Gbit/s速率的復用段保護環技術，而不至于一段不合格的光纖影響整個網絡規劃。

2.RAMAN放大器在WDM應用大量出現

RAMAN放大器工作的基本原理是激拉曼散射效應，當一定強度的光入射到光纖中時會引起光纖材料的分子振動，進而調制入射光強產生了間隔恰好為分子振動頻率的邊帶。低頻邊帶稱為斯托克斯線，高頻邊帶稱為反斯托克斯線，前者強于后者。當兩個恰好分離斯托克斯頻率的光波同時入射到光纖時，低頻波將獲得光增益，高頻波將衰減，其能量轉移到低頻波上去，也就是短波長光能量將轉移到長波長信號，這就是受激拉曼散射(SRS)。RAMAN放大器的最大特點是噪聲系數小，正常EDFA的噪聲系數為5～7dB，而RAMAN放大器一般利用干線光纖做為其工作的媒質，其等效噪聲系數很小。RAMAN放大器典型噪聲系數為0左右，以EDFA的噪聲系數6dB計算，則RAMAN放大器要小6dB，而達到同樣的光信噪比，則可以實現4倍距離的傳輸，意味著從目前500～600公里延伸到2000～3000公里。目前好幾個公司都進行了現場試驗，混合的RAMAN放大器和EDFA可以傳輸3000公里以上。這將有可能在一個國家內實現全光傳送，即一個國家內的全光子網。從廠商提供的設計原則看，采用RAMAN放大器系統，可以達到20個以上的光放段傳輸。目前的RAMAN放大器增益還比較小(10dB左右)，還必須與EDFA共同工作才能達到25dB以上的增益。大部分廠商采用的都是采用EDFA+RAMAN的策略，也有廠商聲稱自己的40Gbit/sWDM只采用RAMAN放大器技術，采用雙向喇曼泵浦技術，同時利用DCM色散補償模塊非線性強的特點進行喇曼泵浦放大，從而提高喇曼增益，可以達到25dB左右。

3.FEC功能對于10Gbit/s速率以上WDM系統成為必需

在基于10Gbit/s的WDM系統中，大部分公司都采用前向糾錯技術FEC。WDM系統一般在OTU內配備帶外FEC功能，帶外FEC技術可以利用更多的字節，獲得較高的增益。目前廣泛采用的是G.975規定的海纜Reed-Solomon編碼方法，這種方法雖然使開銷增加了7%，但可以使OSNR增益提高5～7dB，由于OTN系列建議的光網絡節點接口G.709也確定了采用Reed-Solomon編碼作為帶外FEC方案，所以基本上所有的制造廠商的WDM系統都選用Reed-Solomon編碼，OTU輸入端的線路速率為10Gbit/s，輸出速率則為10.7Gbit/s，有些公司如Intel還推出了ASIC芯片。由于OTU采用帶外FEC，信號速率從10Gbit/s提高到10.7Gbit/s,帶來了時鐘的變換，一般內部有時鐘14/15的變換，所以抖動傳遞函數超標的可能性大大增加。設備制造設計不當時會引起OTU抖動轉移函數超標，在多級OTU級聯時會導致系統輸出抖動嚴重超標。

為了應對40Gbit/s更高速率和超長距離的傳輸，一些公司新近提出了Super-FEC方案，即占用開銷由R-S的7%提高到25%，對光信噪比的改善能力也將提高到7～9dB，比G.975規定的R-S提高2dB左右，該編碼方案正在標準化組織中進行討論。