通信传输网的演进和展望

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1、通信传输网的演进和展望中文摘要：光纤通信的发展导致了同步数字体系的形成，SDH的出现又为光纤通信的 发展开创了崭新的局面。同步数字体系（SDH）的出现和发展是通信传输体制的重大变革，以SDH为基础的传 送网已经成为我国以及国际上通信网建设的主导方向，SDH已迅速成为通信网的主流传输 技术。SDH的应用范围不仅覆盖了全部核心网，而且已开始进入接入网领域。SDH的发展形势促进了波分复用（WDM/DWDM）技术的发展，WDM技术正向人们 展示全光网络的巨大潜力和光辉前景。关键词： 传输网 SDH SONET PDH 全光网络0 引言传输技术的发展源于语音的数字化。1988年原CCITT通过了三个SD

2、H的基本建议（G.707、G.708、G.709）标志着数字 传输的新转折。由以“电” 为特征的时代向以“光”为主导特征的时代过渡，这将是一个范围 更为广泛的深刻的变革。主要特点：一、传输媒质由光纤代替铜缆，光纤不仅用于干线网，而且以扩大到接入网，正在朝 更靠近用户的地方推进。二、SDH传输体制正在迅速地替代不适应现代通信网发展的PDH体制，而成为推动 传输网实现新变革的基础。几乎现在所能想象到的未来通信传送网所需的特性：灵活、可靠、 宽带、网管等等它都能提供。所以， SDH 网不仅将成为未来宽带网的传送平台，而且将是 今后全光网络（Optical Network）的基础技术之一。三、光子器件

3、与波分复用技术的发展，不仅将极大地发掘出光纤所具有的巨大的带宽 能力，而且也正在促进全光网络的形成。激光器和光纤的出现使传输技术进入飞速发展时期，SDH技术的出现使传输网的概念 得到另一层次的发展，使光通信的发展进入了一个新时期。 SDH 设备与正在兴起的新的光 导器件和设备将是发展未来通信网的基础和重要的主导因素。电子器件的瓶颈限制了时分复用速率的进一步提高，使以时分复用为基础的SDH技术 的发展转向了波分复用，即在同一光纤上通过采用不同的波长光源传送多路信号，波分复用 是传输技术发展到光纤技术后的又一次飞跃，进一步的发展出现了以波分复用，光分插复用 器（OADM）,光交叉连接设备（OXC

4、）为技术基础的全光联网的传输网-全光网络，它是 以波长为单位进行和调度的网络。1 正文1.1 传输网的演进1.1.1 数字传输代替模拟传输模拟传输的优点是直观且容易实现，但存在两个主要缺点。一、保密性差，尤其是微波 通信传输和有线明线通信传输，很容易被窃听。只要收到模拟信号，就容易得到通信内容。 二、抗干扰能力弱，电信号在沿线路的传输过程中会受到外界的和通信系统内部的各种噪声 干扰，噪声和信号混合后难以分开，从而使得通信质量下降。线路越长，噪声的积累也就越 多。1.1.2 光传输中 SDH 的出现 有关同步光网的实践和标准化工作为今天已成为国际标准的 SDH 体系的出现打下了基 础。Metro

5、bus是贝尔实验室开发的一种内部同步光通信系统。于1982年提出，1984年开始 研制， 1987 年首次正式应用。它的首要目标是开发出一种光通信系统，它能充分利用光通 信的优点又最适应电信网的发展、器件技术的提高和业务的增长。由此引入了新概念：一、一点对多点的光通信：革命性的观点，针对当时点对点的光通信系统二、内部同步系统：标志着同步通信网的开始。三、64Kbit/s通路的可见性（Visibility）：是125p s基本帧结构和同步复用的直接结果。四、一步复用、同时容纳多种支路信号（通过控制容器数量） ：一步复用（直接复用）当 时也是一种革命性的概念，在现有的异步复用器中是没有的，对于有效

6、地进行上下电路的交 叉连接来说，一步复用起了里程碑的作用。五、直接将T1信号复用成150Mbit/s的内部标准信号而不经过T2和T3的中间信号。做法： 定义适当大小的容器，使所有的 PDH 信号都能同时分别地装载进相应的容器，信号 以容器为基础进行处理，上下电路的交叉连接就可有效地进行。六、以 50Mbit/s 的信号为基础的分层概念。七、通过指针进行同步八、系统化地分配开销，最大限度地利用开销：创新的概念，在光通信带宽看来几乎是无限 的条件下可以把足够的带宽留给开销字节，构成专用的开销通路供执行与整个光网络有关的 功能九、确立150Mbit/s作为内部信号标准：关键的想法。 150Mbit/

7、s信号速率能收容所有的信号（从1.544Mbit/s到139.264Mbit/s）从业务应用来说，语言、数据和图像信号（包括压缩的HDTV信号）都可容纳在 150Mbit/s 之内。 预计 CMOS 技术可以容易地达到这样高的速率。十、内部信号标准是由13行*88列组成的125p s帧，开创了块状帧结构的先例，发展成现 今9行*270列帧的基础。SONET是贝尔通信研究所（Bellcore）提出并经TI委员会批准的北美光通信接口标准。 它的发展历程如下：1984年，美国国家标准协会（ANSI）委托T1电信标准委员会为未来的宽带通信所用的 光标准进行调研。SONET作为光通信接口标准于1984年

8、底向T1委员会建议。1985年三个里程碑的事件： 贝尔通信研究所发表标准化的纤维光传输系统- 一种同步光网观点； T1 开始这种标准化工作；1985年8月T1批准了该标准化工作的建议。1986 年原 CCITT 表示对 SONET 感兴趣。SONET 之 50Mbit/s 与 Metrobus 之 150Mbit/s 标准信号之争，1986年T1委员会选定50Mbit/s作为标准。SONET几经修改后选定的13行*60列的帧结构，其速率为49.92 Mbit/s （或其3倍帧的149.76 Mbit/s）只适用于北美，不能容纳欧洲的数字系列信号，SONET帧结构改变为9行 *90 列即 51.

9、84 Mbit/s （或 155.520 Mbit/s，3 倍帧）原CCITT建议G.707、G.708、G.709确立基于3倍SONET标准的信号，它的帧为9 行*270列的结构，速率为155.520 Mbit/s。1987年和1988年的CCITT会议产生了使北美标准SONET和CCITT国际标准SDH相 协调的规范。1988年2月在美国的凤凰城得到批准，1988年4月表决通过，SONET的接口标准就此 完成。即1988年4月全球统一的SDH/SONET标准建立，以9行帧为基础的国际标准,SONET 成为SDH的一个子集。SONET与SDH的比较：SONET以同步传送信号等级-1（STS-

10、1）为基本信息模块，低速率的净负荷都通过映射 进入STS-1，高速率的信号是用对经过帧定位的N个STS-1进行字节间插而形成STS-N。 STS-N的速率为精确的N* 51.84 Mbit/s，至今已定义的N有1，3，12，24，48，192。SDH以同步传送模块（STM-1）为基本信息模块，低速率的净负荷映射进STM-1，高速 率的信号是将N个STM-1信号同步复用形成STM-NoSTM-N传送的开销是STM-1的N 倍, 传送速率是 N* 155.520 Mbit/s，ITU-T 已定义的 N 有 1，4，16，64。SONET与SDH的传输速率比较（见表1）SDH信号SONET信号传送速

11、率（Mbit/s ）STS-1/OC-151.840STM-1STS-3/OC-3155.520STM-4STS-12/OC-12622.080STS-24/OC-241244.160STM-16STS-48/OC-482488.320STS-96/OC-964976.640STM-64STS-192/OC-1929953.280表1SDH形成的必然性与必要性：多年来一直沿用至今的PDH数字传输网已相当庞大，为什么还要改用SDH的设备呢？从 未来的网络和应用要求考虑，未来网络应具备的功能：强大的网络管理、自愈、重组和恢复 以及兼容性、经济性、适应性、可升级性等方面的要求。而PDH准同步传输网的

12、特点如下：由PCM发展而来，主要为话音设计不具备带宽及信息的多样化服务能力。 点对点的连接，缺乏网络拓扑的灵活性 逐级复用/分用，上下电路困难，设备复杂而不灵活。 网管能力差。 PDH 系统实际上是先有设备后有国际国际标准，即成事实的两大体系三种标准造成不 同设备之间的接口困难。 PDH体制只定义了标准的电接口无标准的光接口，使得PDH光传输系统的兼容性差。 由此看出在通信网向大容量标准化发展的今天,PD H的传输体制已经愈来愈成为现代通信网的瓶颈，制约了传输网向更高的速率发展。为克服PDH的缺陷，SDH是先有目标再有规范，然后研制设备，这个过程与PDH相反。这 就可能最大限度地以最理想的方式

13、来定义符合未来通信网要求的系统和设备。SDH的主要特点体现了以上要求： 具有一套全球通用的光接口标准。 不同厂家的设备之间具有高度兼容性。 各级信号速率精确地符合 N*155.520Mbit/s 的关系。 具有丰富的辅助（开销）通路可供网络管理使用，并有标准化的电信管理网。 采用同步复用（一步复用），使复用/分用过程十分简单，且在任何复用等级（速率） 上的字节具有可见性，上/下电路简单，便于交叉连接，易于向更高级的速率增长。 具有自愈功能。 具有高度的灵活性，具体反映在网络结构、 上 / 下电路（业务）、带宽管理与现有 PDH 的兼容性及对未来发展适应能力等方面。综上所述，可以预计 SDH 将

14、不断地发展。随着网络的发展，它将进一步向用户延伸，为 终端用户提供宽带服务，在迎接ATM、CATV、多媒体、Internet、全光网络带来的机会 和提出的挑战中，将得到更加广泛的应用。1.1.3 全光网络时代今后五年的光网络技术仍以现有的技术为出发点，继续突破。20年来的光技术的几个主 要发展方向就是WDM、MSTP、FTTH和PON。WDM已开拓出Tbi t/s量级的系统，相对比较成 熟；MSTP解决了由于突发业务带来的接入层传输接口多样化问题；T1H是解决“最后一公里” 的必由之路，只有FT1H才能把光纤资源变成商品，经济上让用户可接受，业务上质量上明 显提高；PON解决了接入层传输带宽共

15、享问题，能实现媒体流的广播和多播功能。从物理层 传输技术到网络层传输技术，从光子光器件技术到组网技术，展现出未来光传输系统主要的 发展方向和趋势。O1.2 传输网的展望随着网络业务量和带宽需求按年增长率 200的趋势发展，为了更好的满足未来网络传 输的要求，传统SDH将向融合的低成本多业务平台转型，超大容量和超长距离的传输系统将 更为完善，城域光传输技术CWDM、ASON、MSTP和光接入网技术EPON / GPON、FTTH、自由光 通信系统FSO等将更为成熟。建设一个大容量的高度灵活、动态、可靠的光传送网，已经成 为我国光传送网转型的关键和下一步发展的重点。1.2.1 进一步扩展传输光纤的

16、可用带宽随着光纤制造技术的进步和激光制造技术的发展，可用于光通信的波长带已经由最常用 的 C 波段发展到 L 波段、 S 波段乃至全波段。而光放大器方面， EDFA 己经可以工作在 C+L 波段，理论上RAMAN拉曼放大器可以实现全波段的放大。1.2.2 继续压缩相邻光波长之间的间隔大容量密集波分复用系统相邻波长问的间隔在短短的几年时间内经历了由 200GHz、 100GHz、50GHz乃至25GHz的演变，每前进一步系统可容纳的波长数就可以增加一倍。然而 这种发展给光无源器件（如光滤波器的滤波带宽、通道隔离度、有源器件（OH激光器的波长 稳定性）以及系统设计方面（如光纤非线性效应的克服、光放

17、大器的增益均衡和锁定1 都带来 了极大的挑战。1.2.3 逐步提高单波长传输速率电时分复用的速率在短短的不到l0年的时间内经历了 155Mbifs、622Mbifs、2. 5Gbifs、 10Gbifs乃至40Gbi t/s的发展过程。可以继续提高单波长传输速率，向T位级发展。1.2.4 无电再生中继距离成倍延长随着光放大技术、色散补偿及色散管理技术和非线性管理技术的发展，光传输系统的无 电再生中继距离持续延长，大大降低了长途光传输系统的建设和维护成本，超长距离的光传 输系统将应运而生。1.2.5 光传输系统组网趋于扁平化、网状化和智能化点到点的 DWDM 系统只提供了原始的带宽，为了在竞争激

18、烈的市场中。能按需分配带 宽、波长出租、支持 OVPN 等个性化业务，提高网络可靠性、利用率和智能化控制能力， 光传输系统正在从基于OADM的环形网向扁平化、网状化、智能化的ASON发展。1.2.6 城域光传输系统趋于多样化规模商用随着城域网内传输带宽需求和业务种类的不断增长，城域DWDM和CWDM系统越来越 多地应用于城域骨干传输层，而基于SDH / RPR的MSTP技术不断的在城域汇聚传输层得 到应用，PON和FTTH技术将成为“最后一公里”的最优传输接入技术。1.3结束语20 世纪 70 年代后期半导体激光器和硅基光导纤维两大基础元件在理论和实践的突破， 创造了崭新的光通信世界。第一代的

19、有线传输线路是金属线，最早的是架空的铜线，后来改 成电缆，然后是同轴电缆，使用频分复用方式传输模拟信号，现在是在一对常规光纤中同一 波长上使用时分复用方式传lOGbps,即同时传12万个电话话路是不成问题的。如果说19世 纪是机械时代，20世纪是电子时代，那么2l世纪就是光子时代。光通信技术为社会信息化 提供了一种最有发展动力的信息交换与传输手段，光子构成的网络必将更广泛地、不可替代 地连接起全人类的智慧和文明。参考文献1周晓民.SDH光传输系统培训手册M.2.0版.深圳市:华为技术有限公司，1999年2普维咨询J.第2期：36页3李玉权，崔敏.光波导理论与技术M.北京：人民邮电出版社,2002.4Agrawal G PNonlinear Fiber OpticsAcademic Press，19955郑君里，杨为理，应启衍.信号与系统M.北京：高等教育出版社,1997.6邹鲲，袁俊泉，龚享铱.MATLAB 6. X信号处理M.清华大学出版社,20037毛京丽，李文海.现代通信网M第二版，北京：人民邮电出版社，2007.8刘增基，周洋溢，胡辽林，任光亮，周绮丽.光纤通信M第二版，西安：西安电子 科技大学出版社， 2008年