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SDH/WDM传输设备的功能是什么？

近年来，光通信的发展正处于快速发展时期，从过去的城域网和接入网扩展，出现了长距离、城域和接入串联传输。除了速度上的巨大差异，各种产品之间的接口类型和支持的服务也有很大差异。在长途传输方面，也从单纯满足语音业务传输过渡到满足IP等业务，WDM系统发展突飞猛进。随着拉曼放大器的出现和前向纠错FEC技术的应用，光电再生距离已经扩展到2000公里以上，大大加快了全光网络的进程。整个传输网正在努力成为一个高速、高质量、高网络生存能力、统一网络管理的多业务传输平台。

1.SDH设备的新发展

由于电信市场的自由化和竞争的加剧，几家运营公司分别建设了长途传输网络，导致技术解决方案呈现多元化趋势。IP业务的爆发式增长对SDH设备提出了新的要求，SDH组网技术和设备功能出现了一些新的特点，如TDM 40Gbit/s、超长复用段的MS-Spring保护环、VC-4级联技术、支持GE接口等。

1.TDM 40Gbit/s产品将于年底推出。

朗讯在实验室实现了40 40Gbit/s 400传输，并宣布将于今年9月推出产品。很多公司也进行了类似的实验。但是按照G.707开发的SDH终端机并不多，很多厂商只专注于40Gbit/s传输，而不是40Gbit/s复用器。以前人们认为10 Gbit/s TDM是电信号传输的最高速率，那么就必须采用N 10Gbit/s的WDM系统。随着分布式拉曼放大器和PMD色散补偿器在实验室的成功实验，为40gbit/s的商业化带来了光明的前景。拉曼放大器可以大大降低噪声系数，降低40Gbit/s传输对光信噪比的要求。即使采用带外FEC，40Gbit/s系统的OSNR要求仍然在26dB以上，对于长距离传输来说仍然非常困难。拉曼放大器的低噪声系数可以保证系统的光信噪比(OSNR)在长距离传输后不会明显恶化，可以满足系统要求。

光纤的偏振模色散PMD一直是运营商和制造商关心的问题。在人们眼中，0.5ps/sqrt(km)足以保证10Gbit/s系统400 km的传输，光纤指标定义为0.5ps/sqrt(km)。但对于40Gbit/s系统，要保证400km的传输，光纤的PMD链路值要降到0.125 ps/sqrt(km)以下。然而，目前铺设的光纤很难满足这一要求，因此必须采取PMD补偿措施。因为光纤的PMD是一个动态效应，不像色散是一个稳态值，它的补偿技术比较复杂，每个波长都要单独补偿。只有在成熟的PMD色散补偿技术出现后，TDM40Gbit/s才能大规模应用于长距离传输。从发展的角度来看，TDM 40Gbit/s可能首先应用于城域网。在长途网络中的应用前景仍需观察。

2.VC-4级联技术

在可预见的未来，IP业务将超过语音业务成为主要业务。SDH是一种基于语音传输的系统。为了传输IP等数据业务，提高效率，SDH设备的级联特性变得越来越重要。以前ITU定义了VC-4邻接级联技术，但是以前基本没有厂商支持这个功能。相反，路由器制造商，如思科，率先在路由器中支持VC-4-16C。IP信号直接映射到VC-4-16C的虚拟容器中，再加上SDH段开销SOH，成为标准的SDH信号。为了满足这种技术需求，许多公司已经开始开发支持VC-4-16C功能的SDH系统。从各个公司的产品来看，10Gbit/s的产品基本都支持VC-4-4C和VC-4-16C技术，很少有厂商支持

如果10Gbit/s系统支持VC-4-16C级联，2.5Gbit/s路由器的POTS接口可以直接连接到10Gbit/s支路，充分利用SDH提供的保护和恢复功能。如果设备不支持VC-4-16C交叉，IP路由器信号无法成功接入10Gbit/s高速环，IP信号无法在SDH级别得到有效保护。

3.SDH设备开始支持GE接口

由于以太网支持简单的网络升级，处理新的应用和数据类型的灵活性，以及网络的可扩展性，以太网在城域和接入层得到了广泛的应用，并从过去的10Mbit以太网发展到100Mbit/s和1 Gbit/s。随着多业务节点概念的提出，SDH系统作为长距离/城域传输，对以太网接口更为重要。

目前2.5Gbit/s SDH设备开始支持100Mbit/s以太网接口。通用电气打长途电话仍有一些限制。目前需要封装在SDH帧结构中，对GE 10g bit/s系统的支持成为厂商竞争的热点。从目前的技术来看，一种是采用VC-4-8C相邻级联技术，使用8个相邻的VC-4传输。这种方法占用的带宽是固定的。由于GE的带宽最多只有1git/s，至少会浪费一个VC-4。事实上，以太网的带宽是动态的，平均带宽可能远低于1git/s，这可能导致更大的带宽浪费。还有一个技术是VC-4虚拟级联技术，大部分厂商都用VC-

　　4.G.841越洋海缆复用段保护方式

　　在北美SDH 网络中，超长复用段保护环MS-Spring 几年前就有应用。其中某些环网的周长超过了5000公里。现在包括中国电信、中国联通等许多运营商开始采用。一般相信超长复用段保护环倒换时间(16个节点以内)不会因环的周长增加而增加很多，主要增加的是传输时延，5000公里的环倒换时间会在100ms左右, 对话音业务不会造成很大影响，有可能对TCP传送的语音或其它对时延要求严格的业务造成影响。

　　许多厂家采用了G.841附录中的复用段环倒换模式，该附录主要针对越洋海缆中规定了倒换模型。这种保护虽然也采用复用段K1、K2 字节 ，但是保护和倒换确是基于VC-4，即只有受影响的VC-4进行倒换，在线路切断的两节点上，系统并不进行环回。对于2000公里以上的复用段环，系统出现故障时，由于系统环回，端到端的时延增加。海缆保护机制由于没有系统环回，减少了端到端的时延，并且在开通低等级业务时，出现故障倒换只对部分低等级业务产生影响,不会对开在其他VC-4通道上的低等级业务产生影响。但是该保护机制由于在每个节点都必须进行逻辑连接的处理，倒换时间较长，一般在200～300 ms。综合比较：海缆保护机制的缺点是倒换时间长，但倒换后端到端业务时延比较短。普通复用段倒换环的倒换时间短，但倒换后端到端信号时延大，对某些时延要求严格的业务，应该采用G.841附录A 规定的倒换模型。

　　二、WDM 设备的新特点

　　随着新光纤的敷设，基于10 Gbit/s 的WDM 将逐渐成为产品的主流。其中一些厂商已经拥有160 ×10Gbit/s 的商用化产品，成为现在商用化速率最高的系统。但在10Gbit/s WDM 系统中，也出现了一些新特点。

　　1. TMUX 4:1透明复用器的应用

　　现在大规模建设的是基于10Gbit/s速率的WDM 系统，而过去建设了大量的2.5Gbit/s系统。为了更有效地利用光纤资源，有时候我们需要把正在运营2.5Gbit/s系统的光纤腾置出来开10Gbit/sWDM系统，而过去2.5Gbit/s系统必须接入到新建的WDM系统中。如果新建WDM系统每个波长支持1个2.5Gbit/s传输在技术上是可行的，但是在经济上是不划算的，因为新建WDM系统都是按照10Gbit/s设计的，增加了色散补偿模块等，传输2.5Gbit/s速率成本高。而如果只是将几个2.5Gbit/s 设备复用到10Gbit/s SDH 端机中，则2.5Gbit/s开销将被全部终结，原来已有的网络管理系统的各项功能也无法实施。现在厂商开发的所谓TMUX 设备，支持将4个2.5Gbit/s信号透明复用为一个10Gbit/s信号，2.5Gbit/s开销信息将被写入10Gbit/s开销未采用的字节中，保持开销传输透明，各个2.5Gbit/s可以继续实施自己已有的功能，保证2.5Gbit/s信号的透明传输，TMUX类似于 4×2.5Gbit/s WDM 功能。输出端具备标准WDM 工作波长，可以提高单个波长的利用率。

　　另外一些厂商在开发TMUX 的同时，还开发了反向TMUX ，即把10Gbit/s速率信号解复用到4个2.5Gbit/s进行传输，并且保持10Gbit/s开销信号的透明性，10Gbit/s开销信号将会被写入某个2.5Gbit/s的未用开销中，在复用处再被取出来。对于一个超长复用段保护环，在某一个段落可能由于光纤PMD值偏大而不能开通10Gbit/s WDM ，而其他段落采用的都是10Gbit/s 系统。在该段落可以先采用2.5Gbit/s WDM 系统，加上反向TMUX复用器，10Gbit/s 系统在该段落将以4个2.5Gbit/s运行，并且能够保持10Gbit/s开销的透明传输和APS倒换协议的正常工作，整个大环依然可以实施10Gbit/s 速率的复用段保护环技术，而不至于一段不合格的光纤影响整个网络规划。

　　2. RAMAN 放大器在WDM应用大量出现

　　RAMAN 放大器工作的基本原理是激拉曼散射效应，当一定强度的光入射到光纤中时会引起光纤材料的分子振动，进而调制入射光强产生了间隔恰好为分子振动频率的边带。低频边带称为斯托克斯线，高频边带称为反斯托克斯线，前者强于后者。当两个恰好分离斯托克斯频率的光波同时入射到光纤时，低频波将获得光增益，高频波将衰减，其能量转移到低频波上去，也就是短波长光能量将转移到长波长信号，这就是受激拉曼散射(SRS )。RAMAN 放大器的最大特点是噪声系数小，正常EDFA的噪声系数为5～7 dB，而RAMAN 放大器一般利用干线光纤做为其工作的媒质，其等效噪声系数很小。 RAMAN 放大器典型噪声系数为0 左右，以EDFA 的噪声系数6dB计算，则RAMAN 放大器要小6dB，而达到同样的光信噪比，则可以实现4倍距离的传输，意味着从目前500～600公里延伸到 2000～3000公里。目前好几个公司都进行了现场试验，混合的RAMAN放大器和EDFA可以传输3000公里以上。这将有可能在一个国家内实现全光传送，即一个国家内的全光子网。从厂商提供的设计原则看，采用RAMAN 放大器系统，可以达到20个以上的光放段传输。目前的RAMAN 放大器增益还比较小(10 dB左右)，还必须与EDFA 共同工作才能达到25dB以上的增益。大部分厂商采用的都是采用EDFA+RAMAN的策略，也有厂商声称自己的40Gbit/s WDM 只采用RAMAN 放大器技术，采用双向喇曼泵浦技术，同时利用DCM 色散补偿模块非线性强的特点进行喇曼泵浦放大，从而提高喇曼增益，可以达到 25 dB左右。

　　3.FEC 功能对于10Gbit/s速率以上WDM 系统成为必需

　　在基于10Gbit/s 的WDM 系统中，大部分公司都采用前向纠错技术 FEC。WDM 系统一般在OTU内配备带外FEC功能，带外FEC技术可以利用更多的字节，获得较高的增益。目前广泛采用的是G.975规定的海缆Reed-Solomon 编码方法 ，这种方法虽然使开销增加了7% ，但可以使OSNR 增益提高5～7dB，由于OTN 系列建议的光网络节点接口 G.709也确定了采用Reed-Solomon编码作为带外FEC 方案，所以基本上所有的制造厂商的WDM 系统都选用Reed-Solomon 编码，OTU输入端的线路速率为 10Gbit/s，输出速率则为10.7Gbit/s ，有些公司如Intel 还推出了ASIC 芯片。由于OTU采用带外FEC，信号速率从10Gbit/s提高到10.7Gbit/s ,带来了时钟的变换，一般内部有时钟14/15的变换，所以抖动传递函数超标的可能性大大增加。设备制造设计不当时会引起OTU抖动转移函数超标，在多级OTU级联时会导致系统输出抖动严重超标。

　　为了应对40Gbit/s更高速率和超长距离的传输，一些公司新近提出了Super-FEC 方案，即占用开销由R-S 的7% 提高到25% ，对光信噪比的改善能力也将提高到7～9dB，比G.975规定的R-S提高2dB 左右，该编码方案正在标准化组织中进行讨论。

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