海底光缆传输技术体制优化

海底光缆系统从传输业务技术体制看，有单波传输系统、波分复用传输系统和OTN传输系统等。

1.单波传输系统

单波传输系统（Syncbronous Digital Hierarchy，SDH）即同步数字传输体制，与准同步数字传输体制（Plesiochronous Digital Hierarchy，PDH）一样，它也是一种传输体制（协议），规范了数字信号的帧结构、复用方式、传输速率等级以及接口码型等特性。美国贝尔通信研究所提出了通过一套分级的标准数字传输结构组成的同步网络体制（SONET），1988年CCITT将SONET重新命名为同步数字体系（SDH）。

SDH海缆传输系统是由一些SDH网元（NE）组成，在光纤上进行同步信息传输、复用、分插和交叉连接的网络。它有全世界统一的网络节点接口（NMI），从而简化了信号的互通以及信号的传输、复用、交叉连接和交换过程；它有一套标准化的信息结构等级，称为同步传送模块STM-N，并具有一种块状帧结构，允许安排丰富的开销字节用于网络的操作、管理和维护；它的网元都有统一的标准光接口，能够在基本光缆段上实现横向兼容性；它有一套特殊的复用体系，允许现存准同步数字体系、同步数字体系数据网络信号和B—ISDN信号都能进入其帧结构，因而具有广泛的适应性；它大量采用软件进行网络配置和控制，使得新功能和新特性的增加比较方便，有利于将来的不断扩展。

具有这些优点的SDH也同样有不少缺陷，由于大量OAM功能开销字节的存在，它的频带利用率低；指针功能指示低速信号的位置，从而保证SDH从高速信号中直接解复用出低速信号，但是指针功能增加了系统复杂程度，并且在网络边界处指针调整可能会引起结合抖动。SDH的OAM自动化程度高意味着系统中含有大量软件，容易受到病毒攻击，使系统安全性成为隐患。

SDH网络主要依靠保护（Protection）和恢复（Restoration）这两种互不相同的作用机制，保证通信业务在故障情况下可以得到保持。保护通常是指一个较快的转换过程，其转换的执行是根据协议由倒换开关的部件自动确定的。保护作用后，占用了在各网络节点之间预先指定的某些容量，因此转换后的通道也具有预先确定的路由。

SDH单波传输系统速率有155Mbit/s、622Mbit/s、2.5Gbit/s、10Gbit/s、40Gbit/s，主要用于对容量需求不高的无中继系统，如国内海岛间早期建设的无中继系统。

2.波分复用传输系统

波分复用（WDM）是将两种或多种不同波长的光载波信号（携带各种信息）在发送端经复用器（亦称合波器，Multiplexer）汇合在一起，并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输的技术。具体来说，就是在光纤通信的低损耗窗口可使用光谱带宽划分若干个较窄子频带，不同的光信号分别调制到各个不同中心波长的子频带内，然后在发送端将这些不同波长的光信号进行组合（复用），并耦合到同一根光纤中进行传输；在接收端，经解复用器（亦称分波器或称去复用器，Demultiplexer）将各种波长的光载波分离，然后由光接收机进一步处理以恢复原信号。这种在同一根光纤中同时传输两个或众多不同波长光信号的技术，称为波分复用。WDM系统原理图如图2-10所示。

WDM本质上是光域上的频分复用FDM技术。每个波长通路通过频域的分割实现，每个波长通路占用一定的光纤带宽。WDM系统采用的波长都是不同的，也就是特定标准波长。为了区别于SDH系统普通波长。窄光谱WDM光接口又称为彩色光接口，而称普通宽光谱光系统的光接口为“白色光口”或“白光口”。WDM可复用信道数或可复用的载波数主要取决于光纤信道之间的波长间隔Δλ，即信道间隔。根据不同信道间隔的大小或按复用波长（载波）数可将光WDM技术分为3种，即稀疏波分复用（CWDM）、密度波分复用（DWDM）和超密集波分复用（OFDM）。一般来说，CWDM的信道间隔为100～10nm，采用的复用和解复用器是一般的光纤WDM耦合器；DWDM的信道间隔为10～1nm，采用的复用和解复用器是波长选择性较高的波导干涉仪或光栅等。OFDM的信道间隔为0.1～1nm，由于目前一些光器件与技术还不十分成熟，因此实现光波的OFDM还比较困难。目前DWDM技术是比较成熟的已实用化的技术，实用化波数达到了160个波长。

图2-10 WDM系统原理图

WDM技术能够得到迅速的发展，因为它具有下述优点：

1）可以充分地利用光纤的巨大带宽资源，使得一根光纤的传输容量比单波长传输增加几倍甚至几十倍。(www.xing528.com)

2）WDM系统多用于大容量的长距离的传输，以便多信道复用光放大器，简化系统结构和设计，减少了设备数量，节约了建设及运行维护费用。

3）把多个波长复用起来在单模光纤中传输，这样在大容量长途传输时可以节约大量的光纤资源。

4）由于同一光纤中传输的信号波长彼此是独立的，因而可以传输特性完全不同的信号，完成各种电信业务信号的综合和分离。

5）WDM技术对数据格式是透明的，即与信号速率和调制方式无关，便于多业务混合传输。

6）在网络的扩充和发展过程中，WDM是理想的扩容手段，也是引入宽带业务的方便手段，增加一个附加的波长就可以引入任意想要的新业务和新容量。

7）利用WDM技术选路来实现网络交换和恢复，从而可以实现未来透明的、具有高度生存性的网络。

8）WDM系统可方便的增加波长信道，既有利于实现网络的光交换和恢复，又有利于网络扩容升级，从而可进一步实现未来所需求的、透明的、有高度生存性的光网络。

WDM系统广泛应用于大容量需求的海底光缆通信系统中，如今运行的越洋海缆系统基本都是WDM系统。

3.OTN传输系统

2009年后，DWDM的地位逐渐被OTN所取代。OTN相对于DWDM具有的天然优势也开始显现，面对业务变化以及快速的调度要求，OTN技术已经成为事实的标准。OTN技术集传送、交换、组网、管理能力于一体，代表着下一代传输网的发展方向。其技术特点主要有能够实现业务信号和定时信息的透明传输；支持多种客户信号封装；支持大颗粒调度保护和恢复；具有丰富的开销字节所支持的完善性能与故障监测能力以及FEC能力；能够与ASON控制平面融为一体。OTN取代WDM将是必然趋势。

当前业务的发展趋势是全IP化。而SDH、WDM技术对IP类业务的承载能力非常有限：SDH作为单波长技术，其承载容量有限，且其基于TDM的交叉核心并不适合传输IP业务，在承载IP业务时会浪费大量的带宽；WDM作为多波长技术虽然在传输容量上符合干线光传输网的要求，但又缺失了SDH的交叉功能，不能对业务进行灵活、有效的调度。而且在OAM方面存在明显缺陷。OTN技术融合了SDH、WDM两者的优势，同时更加面向大颗粒IP业务的调度与传输，完全涵盖WDM的所有技术。

OTN的优势主要体现在强大的OAM能力以及丰富的保护手段和灵活的业务调度功能。OTN的G.709开销中定义了从TCM1～TCM6共6级串联监测开销。配合SM、PM开销可以对干线网络进行精确的故障定位及管理区域划分，大幅提升了易维护性和管理性。相比较而言，目前现网使用的大量传统DWDM设备只具有B1、J0字节的校验功能，管理功能薄弱。OTN的OTH电路交叉功能赋予了业务基于电路层的保护，如基于ODUk的1+1、M∶N或环网保护，有效节约了光层保护机盘需要占用的槽位。当组建为Mesh网络时，还可以引入基于ASON控制平面的各类保护和恢复策略，全方位提升网络健壮性。通过支线路分离的设计可以灵活、有效地调度各种波长、子波长级业务，可在同一40Gbit/s或10Gbit/s波道中传递不同类型的子速率业务，并能在同一波道中实现集中式业务。此外，OTN产品在实现OTU支线路分离的同时，还加大了OTU的集成度，以往1块机盘只能承载1路10Gbit/s支路侧和1路线路侧。而在OTN产品上可以实现1块机盘承载4～8路支路侧或线路侧，使产品集成度大为提高。

OTN技术经近几年的发展，标准和产品均已进入了一个较为成熟的阶段，因此对于新建海缆系统工程，完全可以考虑直接引入OTN产品。