全光網絡：OTN與超長距離傳輸

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　　全光通信是光纖通信技術發展的方向，隨著光纖通信的發展和應用，人們發現全光通信的夢想通過努力是可以實現的。本文從全光網的概念和OTN的概念出發，介紹超長距離傳輸技術的最新進展，探討超長距離傳輸與OTN和全光網的關系。
　　

　　1.全光網的理想和OTN的概念
　　(1) 全光網的理想
　　
　　所謂全光網(AON：All-Optical Network)是指光信息流在網絡中進行傳輸與交換時始終以光的形式存在，而不需要經過光/電、電/光轉換。也就是說，信息從源節點到目的節點的傳輸過程中全部在光域內完成，網絡中包括了光傳輸、光放大、光再生、光交換、光存儲、光信息處理、光信號多路復接/分插、進網/出網等許多先進的全光技術。
　　
　　全光網可分為全光內部部分和外部網絡控制管理部分。內部全光網是透明的，能容納多種業務格式，通過光交換與選路技術，網絡節點可以透明地發送或從別的節點接收信息。外部控制管理部分可實現網絡的重構，使得波長和容量在整個網絡內動態分配以滿足通信量、業務和性能需求的變化，并提供一個生存性好、容錯能力強的網絡。
　　
　　從邏輯上來看，全光網絡由光傳輸線路和在光域內進行交換/選路的光節點組成。光傳輸線路的容量和光節點的處理能力非常強，電子處理通常在邊緣網絡進行，邊緣網絡中的節點或節點系統可通過光通道與光網絡直接連接。光節點不進行按信元或按數據包的電子處理，因而具有很大的吞吐量，可大大地降低傳輸延遲。不同類型的信號可以直接接入光網絡。光網絡具有光通道的保護能力，以保證網絡傳輸的可靠性。
　　
　�。�2）OTN的概念
　　
　　全光網為人們勾畫出了信息傳送的美好藍圖，但人們逐漸發現全光的處理非常困難。首先是放大、整形、存儲時鐘提取、波長變換等在電域很容易實現的功能在光域實現卻十分困難，有些雖然經過復雜的技術可以實現，但效果并不理想，且成本高昂。如波長變換，在電域利用光/電/光變換(O/E/O)很容易實現，但全光的波長變換技術仍不夠成熟。從性能上來說，消光比也不十分理想，可變換的波長范圍也有限，不可能像電域那樣在一個極寬的范圍內進行變換。另外全光網的管理和維護信息處理也是一個重要問題，無法在光域上增加開銷對信號進行監視，目前，管理和維護還必須依靠電信號進行。因此全光網的實現遇到了很多障礙，不能組成全球性/全國性的大網以實現全網內的波長調度和傳輸，而僅能組成一個有限區域的子網，在子網內實現透明傳輸和處理。子網之間的互連通過3R電再生處理。子網的大小可以改變，隨著全光技術的發展，子網可以逐步擴大。
　　
　　在這一背景下，ITU-T于1998年提出光傳送網(OTN)的概念取代過去全光網的概念。OTN是據網絡功能與主要特征定名，雖然它的最終目的是透明的全光網絡，但它不限定網絡的透明性，可從“半透明”開始，即在網中允許有光電變換，這就解決了全光網絡透明部分應該占多少的爭議。因此，可以說OTN是電網絡與全光網折衷的產物，是向全光網發展過程中的過渡產物。
　　
　�。�3）OTN簡介
　　
　　OTN概念的一個重要出發點是子網內的全光透明性，而在子網邊界處采用O/E/O技術(這與目前WDM系統有著很大的區別，單純的WDM系統只采用線路傳輸技術，不涉及組網技術)。OTN在光域內可以實現業務信號的傳送、復用、路由選擇、監控，并保證其性能指標和生存性。OTN按照信號的波長來進行信號處理，因此，它對子網內傳送的信號的傳輸速率、數據格式及調制方式完全透明，這意味著光傳送網不僅可以透明傳送今天已經廣泛使用的SDH、IP、以太網、幀中繼(FR)和ATM等客戶信號，而且也完全可以透明傳送今后使用的新的數字業務信號。于是ITU-T開始提出一系列的建議，以覆蓋光傳送網的各個方面。由于OTN是作為網絡技術來開發的，許多SDH傳送網的功能和體系原理都可以仿效，包括幀結構、功能模型、網絡管理、信息模型、性能要求、物理層接口等系列建議。應該說2000年之前，OTN的標準化基本采用了與SDH相同的思路，以G.872光網絡分層結構為基礎，分別從網絡節點接口（G.709）、物理層接口（G.959.1）、網絡抖動性能（G.8251）等幾方面定義了OTN。
　　
　　2000年以后，由于自動交換傳送網絡(ASTN)和自動交換光網絡(ASON)概念的出現，OTN的標準化發生了重大變化，主要是增加了許多智能控制的內容，利用獨立的控制平面來實施動態配置連接管理。相應地對G.872也作了比較大的修正，但涉及物理層的部分基本沒有變化，例如物理層接口、光網絡性能和安全要求、功能模型等。涉及G.709光網絡節點接口幀結構的部分也沒有變化，變化大的部分主要是分層結構、網絡管理。
　　
　　OTN綜合了SONET/SDH的優點和DWDM的帶寬可擴展性，并且還將SONET/SDH的OAM&P功能移植到DWDM光網絡。
　　
　　OTN采用的主要關鍵技術是光交叉連接技術、DWDM傳輸技術、光域內的性能監測和故障管理技術。由于OTN采用了光交叉連接技術，因此，光傳送網具有極強的重新配置及保護、恢復能力。光傳送網可以進行波長級、波長組級和光纖級靈活重組，特別是在波長級可以提供端到端的波長業務。以光分插復用器（OADM）和光交叉連接設備（OXC）為主的節點技術已經趨于成熟。目前，雖然OTN還缺乏光域內完整和足夠的性能監測手段和故障管理能力，但光的3R再生技術正在取得進展。
　　
　　2．超長距離傳輸與OTN
　�。�1）超長距離傳輸及其關鍵技術
　　
　　光纖通信問世以來，一直向著兩個目標不斷發展。一是延長中繼距離，二是提高傳輸速率。光纖的吸收和散射導致光信號的衰減，光纖的色散將使光脈沖發生畸變，導致誤碼率增高，信號傳輸質量降低，限制了通信距離。為了滿足長距離傳輸的需要，必須在光纖線路上加入中繼器，以補償光信號的衰減和對畸變信號進行整形。傳統的中繼器是采用光—電—光的工作方式，電信號的響應速度有限，中繼站的電子設備便成了高速傳輸的“瓶頸”。過去十年中，摻鉺光纖放大器（EDFA）的應用大大增加了無電中繼的傳輸距離；密集波分復用（DWDM）技術已成功地應用于光通信系統，極大地增加了光纖中可傳輸信息的容量，降低了系統的成本。光纖通信技術正向著超高速、大容量的方向發展，并且逐步向全光網絡演進。但隨著波分復用信道數的增加，單通道速率的提高，光纖的非線性效應成為限制系統性能的主要因素，長距離傳輸必須克服色散和非線性效應的影響。
　　
　　下一代實現超長距離傳輸的關鍵技術主要包括編碼調制技術、光放大器技術、色散補償技術、動態均衡技術、前向糾錯技術、孤子技術、可配置OADM技術等。
　　
　　新型的編碼方式主要有：RZ碼、CS-RZ碼、Super NRZ碼等。RZ碼的優點是平均功率低，對非線性容限能力有了提高，相對于NRZ碼，接收端的OSNR可以提高1～2dB。且隨著調制技術的成熟，成本不會增加很多。
　　
　　目前比較引人注目的喇曼光纖放大器(RFA)，利用了光纖中的SRS（受激喇曼散射）效應，使信號與一個強泵浦波同時傳輸，并且其頻率差位于泵浦波的喇曼增益譜寬之內，此信號可被光纖放大。喇曼放大器的一個特點是有很寬的帶寬，可以在任何波長處提供增益，只要能得到所需的泵浦波長，并且增益介質是光纖，可以制成分立式或分布式的放大器，另外一個顯著優點是噪聲低，可以滿足在小信號放大時對OSNR的要求。
　　
　　在10G以上的高速系統中，必須考慮色散補償問題。最常用的色散補償的方法是使用色散補償光纖(DCF)，它在1550nm波段有很大的負色散，可以補償常規光纖的色散。但DCF的色散斜率與常規光纖不能完全匹配，導致不能在多個波長上同時精確地補償色散效應，有殘余的色散，尤其對于G.655光纖，色散斜率的補償比較困難。
　　
　　對于高速率長距離系統，除了在光域上提高OSNR，還可以在電域上進行編碼糾錯。目前比較流行的辦法是采用前向糾錯FEC，能在接收端光信噪比OSNR較低的情況下依然獲得較佳的誤碼性能指標。新版G.707建議中利用SDH的段開銷SOH中空余字節P1、Q1以BCH-3碼方式增加了FEC選項，應用到高速SDH系統上預期可獲得2dB的誤碼性能改善。如希望得到更多的改善，則可使用帶外FEC，例如super FEC和enhanced FEC，最高可以獲得8dB誤碼性能改善。
　　
　　OADM是新一代超長距離DWDM系統中的重要器件，已研制出的OADM有波分復用器和解復用器的組合型、Mach-Zehnder結構中的光纖光柵型、將光波導、Mach-Zehnder結構及干涉濾光片集成在一起的平面集成型，它們都以固定波長工作�，F在國內的絕大部分廠家的OADM都是采用介質薄膜干涉濾波器作為合/分波器，采用并行結構，固定地上下某幾個波長。國外的全波可配置的OADM也正在開發之中，并且取得了很大的進展。2004年2月28日，由烽火通信科技股份有限公司承擔的國家863計劃“WDM超長距離光傳輸技術研究與實現”項目成功通過了863項目驗收委員會的驗收，全部測試項目均達到或優于指標要求。此舉代表著中國通信領域的一項重大技術獲得突破和創新，其商用前景廣闊。
　　
　�。�2）無電中繼傳輸距離決定OTN透明子網大小
　　
　　基于ITU-T G.872和G.709的光傳送網是下一代的骨干傳送網，所有的客戶信號都能在光傳送網中傳輸。這種將客戶信號進行打包處理以便在OTN中傳輸的技術稱為數字包封技術，經過數字包封處理后的客戶信號仍然是電信號，需要將其加載到某一或某些波長上，以實現光域內的傳送、復用、路由選擇、監控，并保證其性能指標和生存性。
　　
　　那么以波長攜帶的信號能傳輸多遠呢？這取決于光信號的無電中繼傳輸距離。無電中繼傳輸距離越長，透明子網覆蓋范圍就越大；反之，無電中繼傳輸距離短，透明子網覆蓋范圍就小。因此可以說無電中繼傳輸距離的長短決定了OTN透明子網的覆蓋范圍。
　　
　　目前的OTN實際上由若干OTN子網或稱為光學島構成，因此光信號要繼續傳送或建立更大范圍內的網絡，就必須進行3R（Reamplifying、Reshaping、Retiming，即放大、整形

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