SDH、WDM傳輸設(shè)備的一些新功能-張成良

1、SDH/WDM傳輸設(shè)備的一些新功能文章類別：交換設(shè)備 發(fā)表日期：2005-2-14星期一 信息產(chǎn)業(yè)部電信傳輸研究所 張成良最近，光通信發(fā)展處于一個快速發(fā)展時期，已從過去純粹滿足骨干網(wǎng)長途傳輸?shù)男枰?城域網(wǎng)、接入網(wǎng)拓展，并出現(xiàn)了長途、城域、接入系列傳輸。除了速率上差別較大外，各種 產(chǎn)品在接口類型、支持的業(yè)務(wù)種類也有很大差別。而在長途傳輸上，也從單純滿足話音業(yè)務(wù) 的傳輸向滿足IP等多業(yè)務(wù)過渡，WDM系統(tǒng)的發(fā)展更是一日千里，隨著RAMAN放大器的 出現(xiàn)和前向糾錯FEC技術(shù)的應(yīng)用，光電再生距離已延伸到2000公里以上，大大加快了全光 網(wǎng)的進程。整個傳送網(wǎng)正在努力成為一個高速、高質(zhì)量、具有較高網(wǎng)絡(luò)生存

2、能力和統(tǒng)一網(wǎng)管 的多業(yè)務(wù)傳送平臺。一、SDH設(shè)備新發(fā)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(shè)長途傳輸網(wǎng)，出現(xiàn)了技術(shù)方 案的多元化趨勢。IP業(yè)務(wù)的爆炸式增長對SDH設(shè)備提出了新要求，在SDH組網(wǎng)技術(shù)和設(shè) 備功能上都出現(xiàn)了一些新特點，比如TDM 40Gbit/s、超長復(fù)用段MS-Spring保護環(huán)、VC-4 級聯(lián)技術(shù)、對GE接口的支持等。1. TDM 40Gbit/s產(chǎn)品將在年底推出Lucent在實驗室實現(xiàn)了 40X40Gbit/s 400公里傳輸，并宣稱將在今年9月份推出產(chǎn)品。 許多公司也開展了類似實驗。但真正按照G707規(guī)定開展SDH端機開發(fā)的并不多，許多廠 商的重點只是放在40

3、Gbit/s傳輸上，而不是在40Gbit/s復(fù)用器上。在過去人們的觀念中，10 Gbit/s TDM是電信號傳輸?shù)淖罡咚俾?，再向上必須采用N X 10Gbit/s的WDM系統(tǒng)。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(shù)，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(tǒng)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(shù)可以確保系統(tǒng)在經(jīng)過長距離傳輸后， 光信噪比OSNR劣化不明顯，能滿足系統(tǒng)要求。光纖的偏振模色散P

4、MD (Polarization Mode Dispersion ) 一直是運營商和制造商都關(guān)心 的問題。在人們的眼中，0.5ps/sqrt(km)足以保證10Gbit/s系統(tǒng)400公里的傳輸，光纖指標(biāo) 是定義為0.5ps/sqrt(km)。但是對于40Gbit/s系統(tǒng)來說，要保證系統(tǒng)傳輸400公里，光纖的 PMD鏈路值應(yīng)該下降到0.125 ps/sqrt(km)以下。而目前敷設(shè)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(tài)效應(yīng)，不像色度色散是一個穩(wěn)態(tài)值，其補 償技術(shù)比較復(fù)雜，而且必須對每個波長分別補償。只有在出現(xiàn)了成熟的PMD色散補償技術(shù) 后，TDM40Gbit/

5、s才能大規(guī)模在長途傳輸上應(yīng)用。從發(fā)展上看，TDM 40Gbit/s可能先在城 域網(wǎng)上應(yīng)用。在長途網(wǎng)的應(yīng)用前景尚需要觀察。2. VC-4級聯(lián)技術(shù)在可預(yù)見的將來，IP業(yè)務(wù)將超過話音業(yè)務(wù)成為主要業(yè)務(wù)。而SDH是基于話音傳輸?shù)?體制，為了傳送IP等數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)并提高效率，SDH設(shè)備的級聯(lián)特性就變得越來越重要。過去 ITU雖然定義了 VC-4相鄰級聯(lián)技術(shù)，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(biāo)準(zhǔn)的SDH信號。為了因應(yīng)這種技術(shù)需求，從許 多公司SDH系統(tǒng)都開始開

6、發(fā)支持VC-4-16C功能，從各公司的產(chǎn)品看，10Gbit/s產(chǎn)品基本 上都支持VC-4-4C、VC-4-16C技術(shù)，而在2.5Gbit/s速率設(shè)備上，則很少有廠家支持VC-4 級聯(lián)。從級聯(lián)技術(shù)上看，大多數(shù)都采用了相鄰級聯(lián)技術(shù)，因為相鄰級聯(lián)實現(xiàn)起來比較簡單。 并且虛級聯(lián)只是在去年才標(biāo)準(zhǔn)化。如果10Gbit/s系統(tǒng)支持VC-4-16C級聯(lián)，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(fù)。如果設(shè)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(huán)中，IP信號在SDH層面 上無法實施有效的保

7、護。SDH設(shè)備開始支持GE接口由于以太網(wǎng)所支持的簡易網(wǎng)絡(luò)升級，以及對新應(yīng)用和數(shù)據(jù)類型處理的靈活性、網(wǎng)絡(luò)的可 伸縮性，使得以太網(wǎng)在城域和接入層面得到了廣泛的應(yīng)用，由過去的10Mbit/s以太網(wǎng)向 100Mbit/s、1Gbit/s發(fā)展。隨著多業(yè)務(wù)節(jié)點概念的提出，作為長途/城域傳輸?shù)腟DH系統(tǒng)， 對以太網(wǎng)接口就更為重要。目前，2.5Gbit/s SDH設(shè)備開始支持100Mbit/s以太網(wǎng)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(jié)構(gòu)中，10Gbit/s系統(tǒng)對GE的支持更是成了 各廠商的競爭熱點。從目前技術(shù)看，一種是采用VC-4-8C相鄰級聯(lián)技術(shù)，采用8個相鄰的 VC-4

8、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(wǎng)的帶寬是動態(tài)的，平均帶寬可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于1Gbit/s，可能 造成帶寬更大的浪費。另外一種技術(shù)是采用VC-4虛級聯(lián)技術(shù)，大多數(shù)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(lián)，可以通過軟件設(shè)置參與虛級聯(lián)的VC-4 數(shù)目。有些廠商還可以實現(xiàn)根據(jù)GE 口實際的數(shù)據(jù)流量動態(tài)地決定級聯(lián)VC-4的數(shù)目。從兩 種方式看，虛級聯(lián)要靈活一些，帶寬利用率更高，但實現(xiàn)技術(shù)較復(fù)雜。G841越洋海纜復(fù)用段保護方式在北美SDH網(wǎng)絡(luò)中，超長復(fù)用段保護環(huán)MS-Spring幾年前

9、就有應(yīng)用。其中某些環(huán)網(wǎng)的 周長超過了 5000公里?，F(xiàn)在包括中國電信、中國聯(lián)通等許多運營商開始采用。一般相信超 長復(fù)用段保護環(huán)倒換時間（16個節(jié)點以內(nèi)）不會因環(huán)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(huán)倒換時間會在100ms左右，對話音業(yè)務(wù)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(yán)格的業(yè)務(wù)造成影響。許多廠家采用了 G.841附錄中的復(fù)用段環(huán)倒換模式，該附錄主要針對越洋海纜中規(guī)定了 倒換模型。這種保護雖然也采用復(fù)用段K1、K2字節(jié)，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(jié)點上，系統(tǒng)并不進行環(huán)回。對于2000 公里以

10、上的復(fù)用段環(huán)，系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，由于系統(tǒng)環(huán)回，端到端的時延增加。海纜保護機制 由于沒有系統(tǒng)環(huán)回，減少了端到端的時延，并且在開通低等級業(yè)務(wù)時，出現(xiàn)故障倒換只對部 分低等級業(yè)務(wù)產(chǎn)生影響，不會對開在其他VC-4通道上的低等級業(yè)務(wù)產(chǎn)生影響。但是該保護機 制由于在每個節(jié)點都必須進行邏輯連接的處理，倒換時間較長，一般在200300 ms。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(yè)務(wù)時延比較短。普通復(fù)用段倒 換環(huán)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(yán)格的業(yè)務(wù)，應(yīng)該采用 G.841附錄A規(guī)定的倒換模型。二、WDM設(shè)備的新特點隨著新光纖的敷設(shè)，基于10 Gbit/s的WDM將逐

11、漸成為產(chǎn)品的主流。其中一些廠商已 經(jīng)擁有160 X 10Gbit/s的商用化產(chǎn)品，成為現(xiàn)在商用化速率最高的系統(tǒng)。但在10Gbit/s WDM 系統(tǒng)中，也出現(xiàn)了一些新特點。TMUX 4:1透明復(fù)用器的應(yīng)用現(xiàn)在大規(guī)模建設(shè)的是基于10Gbit/s速率的WDM系統(tǒng)，而過去建設(shè)了大量的2.5Gbit/s 系統(tǒng)。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(tǒng)的光纖騰置 出來開10Gbit/sWDM系統(tǒng)，而過去2.5Gbit/s系統(tǒng)必須接入到新建的WDM系統(tǒng)中。如果新 建WDM系統(tǒng)每個波長支持1個2.5Gbit/s傳輸在技術(shù)上是可行的，但是在經(jīng)濟上是不劃算 的，因為新建WDM系統(tǒng)都

12、是按照10 Gbit/s設(shè)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(shè)備復(fù)用到10Gbit/s SDH端機中，則2.5Gbit/s 開銷將被全部終結(jié)，原來已有的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的各項功能也無法實施?，F(xiàn)在廠商開發(fā)的所謂 TMUX設(shè)備，支持將4個2.5Gbit/s信號透明復(fù)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(jié)中，保持開銷傳輸透明，各個2.5Gbit/s可以繼續(xù)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4X2.5Gbit/s WDM功能。 輸出端具備標(biāo)準(zhǔn)W

13、DM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(fā)TMUX的同時，還開發(fā)了反向TMUX，即把10Gbit/s速率信號 解復(fù)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(fù)用處再被取出來。對于一個超長復(fù)用段保護 環(huán)，在某一個段落可能由于光纖PMD值偏大而不能開通10Gbit/s WDM，而其他段落采用 的都是10Gbit/s系統(tǒng)。在該段落可以先采用2.5Gbit/s WDM系統(tǒng)，加上反向TMUX復(fù)用器， 10Gbit/s系統(tǒng)在該段落將以4個2.5Gbit/s運行，并且能夠保持10Gb

14、it/s開銷的透明傳輸和 APS倒換協(xié)議的正常工作，整個大環(huán)依然可以實施10Gbit/s速率的復(fù)用段保護環(huán)技術(shù)，而 不至于一段不合格的光纖影響整個網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。RAMAN放大器在 WDM應(yīng)用大量出現(xiàn)RAMAN放大器工作的基本原理是受激拉曼散射效應(yīng)，當(dāng)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(diào)制入射光強產(chǎn)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(dāng)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(zhuǎn)移到 低頻波上去，也就是短波長光能量將轉(zhuǎn)移到長波長信號，這就是受激拉曼散射（SRS ）。

15、 RAMAN放大器的最大特點是噪聲系數(shù)小，正常EDFA的噪聲系數(shù)為57 dB，而RAMAN放大器一般利用干線光纖做為其工作的媒質(zhì)，其等效噪聲系數(shù)很小。RAMAN放大器典型噪聲系數(shù)為0左右，以EDFA的噪聲系數(shù)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(xiàn)4倍距離的傳輸，意味著從目前500 600公里延伸到20003000公里。目前好幾個公司都進行了現(xiàn)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(nèi)實現(xiàn)全光傳送，即一個國 家內(nèi)的全光子網(wǎng)。從廠商提供的設(shè)計原則看，采用RAMAN放大器系統(tǒng)，可以達到20個以 上的光放段傳輸。目前

16、的RAMAN放大器增益還比較?。?0 dB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/s WDM只采用RAMAN放大器技術(shù)，采用雙向喇曼泵浦技術(shù)，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25 dB左右。3. FEC功能對于10Gbit/s速率以上WDM系統(tǒng)成為必需在基于10Gbit/s的WDM系統(tǒng)中，大部分公司都采用前向糾錯技術(shù)FEC。WDM系統(tǒng) 一般在OTU內(nèi)配備帶外FEC功能，帶外FEC技術(shù)可以利用更多的字節(jié)，獲得較高的增益。 目前廣泛采用的是G.975規(guī)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57dB，由于OTN系列建議的光網(wǎng)絡(luò)節(jié)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(tǒng)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