NGN - 快速指南

---

---

NGN - 脈衝編碼調製

高速語音和資料通訊的出現，帶來了對快速傳輸資訊媒介的需求。數位電路或鏈路的發展源於以數字形式傳輸語音或資料的需求。

從模擬到數字形式的轉換遵循四個階段的過程（參見下圖），並在以下部分詳細介紹。

取樣

語音訊率採用模擬訊號的形式，即正弦波（參見下圖）。此訊號必須轉換為二進位制形式，才能透過數字介質傳輸。此轉換的第一階段是將音訊訊號轉換為**脈衝幅度調製 (PAM)** 訊號。此過程通常稱為**取樣**。

取樣過程必須從傳入的語音訊率中收集足夠的資訊，以便能夠複製原始訊號。語音訊率通常在**300Hz 至 3400Hz** 範圍內，通常稱為**商用語音訊段**。

為了獲得樣本，將取樣頻率應用於原始語音訊率。取樣頻率由**奈奎斯特取樣定理**確定，該定理規定**“取樣頻率應至少為最高頻率分量的兩倍”。**

這確保每個半週期至少採樣一次，從而消除了在週期零點取樣的可能性，因為零點沒有幅度。這導致取樣頻率至少為 6.8 KHz。

歐洲標準以**8 KHZ** 的頻率對傳入訊號進行取樣，確保每**125 微秒**或 1/8000 秒取樣一次（參見下圖）。

量化

每個樣本的幅度理想情況下將分配一個二進位制程式碼（1 或 0），但由於幅度可以是無限的，因此需要有無限數量的二進位制程式碼可用。這在實踐中是不可能的，因此必須採用另一種過程，稱為**量化**。

量化將 PAM 訊號與量化刻度進行比較，量化刻度具有有限數量的離散級別。量化刻度分為 256 個量化級別，其中 128 個為正級別，128 個為負級別。

量化階段涉及分配一個唯一的 8 位二進位制程式碼，該程式碼適用於 PAM 訊號幅度落入的量化間隔（參見下圖）。

這包括 1 個極性位，其餘 7 位用於識別量化級別（如上圖所示）。

第一個位如前所述是極性位，接下來的三位用於段程式碼，給出八個段程式碼，其餘四位用於量化級別，給出十六個量化級別。

壓擴

量化過程本身會導致一種稱為**量化失真**的現象。當取樣訊號幅度落在量化級別之間時發生這種情況。訊號始終向上舍入到最接近的整數級別。取樣級別和量化級別之間的差異是量化失真。

訊號幅度的變化率在週期的不同部分有所不同。這在高頻時最為明顯，因為訊號的幅度變化速度快於低頻。為了克服這個問題，第一個段程式碼的量化級別彼此靠近。然後下一個段程式碼的高度是前一個程式碼的兩倍，依此類推。此過程稱為**壓擴**，因為它壓縮較大的訊號並擴充套件較小的訊號。

在歐洲，他們使用**A律**壓擴，而北美和日本使用**μ律**。

由於量化失真等效於噪聲，因此壓擴提高了低幅度訊號的信噪比，並在整個幅度範圍內產生了可接受的信噪比。

編碼

為了將二進位制資訊透過數字路徑傳輸，必須將資訊修改為合適的線路碼。歐洲採用的編碼技術稱為**高密度雙極性 3 (HDB3)**。

HDB3 源自一種稱為 AMI 或**交替標記反轉**的線路碼。在 AMI 編碼中，使用 3 個值：無訊號表示二進位制 0，以及交替使用的正或負訊號表示二進位制 1。

與 AMI 編碼相關的一個問題是當傳輸長串零時。這可能導致遠端接收器出現鎖相環問題。

**HDB3** 的工作方式類似於 AMI，但包含一個額外的編碼步驟，該步驟將任何四位零的字串替換為三位零後跟一個“違規位”。此違規與先前轉換的極性相同（參見下圖）。

如示例所示，000V 替換了第一個四位零的字串。但是，使用這種型別的編碼可能會導致將平均直流電平引入訊號，因為可能存在長串零，所有這些都以相同的方式編碼。為了避免這種情況，透過使用極性交替的“雙極性違規”位，將每個連續的四個零的編碼更改為 B00V。

由此可以推斷，使用 HDB3 編碼，沒有轉換的最大零數為三個。這種編碼技術通常稱為**調製格式**。

NGN - 多路複用

多路複用

到目前為止，我們只關注一個語音通道。現在，我們需要將多個這些通道組合到一個傳輸路徑中，這個過程稱為**多路複用**。多路複用是一種採用的過程，其中可以組合多個通道，以便透過單個傳輸路徑傳輸它們。電話中常用的過程稱為**時分多路複用 (TDM)**。

如前所述，一個通道的取樣每**125 微秒**進行一次。這使得可以在此期間對其他通道進行取樣。在歐洲，時間跨度被劃分為**32**個時間段，稱為**時隙**。然後可以將這 32 個時隙組合在一起形成一個**幀**（參見下圖）。

因此，幀的時間持續時間可以認為是 125 微秒。現在還可以假設，由於每個時隙包含 8 個數據位，並且重複 8000 次，因此可以實現 64000 位/秒或 64 Kbit 的通道速率。有了這些資訊，現在可以確定透過單個路徑傳輸的資料位的總數，稱為**系統位元率**。這使用以下公式計算 -

系統位元率 = 取樣頻率 x 時隙數 x 每時隙位數 = 8000 x 32 x 8，= 2048000 位/秒，= 2.048 Mbit

在可用的 32 個通道中，30 個用於語音傳輸，其餘 2 個時隙用於對齊和信令。下一節將解釋所有時隙的功能。

NGN - 幀結構

時隙 1 到 15 和 17 到 31

這 30 個時隙可用於以 8 位形式傳輸數字化模擬訊號，頻寬為 64 kbit/s（例如，客戶資料）。

時隙 0

歐洲推薦系統規定，每個幀的時隙 0 用於同步，也稱為**幀對齊**（參見下圖）。這確保了每個幀中的時隙在傳送站和接收站之間對齊。

**幀對齊字 (FAW)** 位於每個偶數幀的資料位 2 到 8 中，而奇數幀在資料位 2 中包含**非幀對齊字 (NFAW)**（參見下圖）。

時隙 0 中也提供錯誤檢查，使用**迴圈冗餘校驗 (CRC)** 驗證幀對齊，該校驗位於所有幀的資料位 1 中。還具有報告**遠端警報**的功能，這透過在所有奇數幀的資料位 3 中插入二進位制 1 來指示。奇數幀的其餘資料位 4 到 8 可用於國家警報和網路管理。

時隙 16

時隙 16 有 8 個數據位可用，透過使用 4 個數據位的可變程式碼，可以在每個幀中對 2 個語音通道執行信令。

因此可以看出，需要 15 個幀才能完成所有語音通道的信令（參見下圖）。

由於現在有多個幀以邏輯順序傳輸，因此必須有一個裝置來對齊這些幀。這是透過使用包含信令資訊的幀之前的幀（稱為幀 0）來實現的。

**幀 0 中的時隙 16** 包含一個**多幀對齊字 (MFAW)**，使用資料位 1 到 4，用於指示多幀的開始，並在接收站進行檢查（參見下圖）。

資料位 6 可用於指示**遠端多幀對齊丟失 (DLMFA)**。如您所見，多幀包含完成所有語音和信令操作所需的所有幀，即 16 個幀，稱為**多幀**（參見下圖）。

多幀的持續時間可以使用以下公式計算 -

多幀持續時間 = 幀數 x 幀持續時間

= 16 x 125 微秒

= 2000 微秒

= 2 毫秒

其餘通道均可用於語音或資料傳輸，稱為時隙 1 到 15 和 17 到 31，相當於通道編號 1 到 30。

FAW = 幀對齊字

MFAW = 多幀對齊字

DATA = 8 位資料字

SIG = CAS 信令時隙

NGN - 高階多路複用

準同步數字體系 (PDH) 是從基本的 30 通道 PCM (PCM-30) 系統分階段開發的。

如以下圖所示，有三種不同的分層系統可用，每種系統都支援不同的線路速率和複用速率。因此，可以透過使用複用器將較低的速率組合在一起，從而實現較高的聚合速率。

較高的位元率鏈路還需要額外的位元用於幀和控制。例如，8.4 Mbit 訊號包含 4 × 2.048 Mbit = 8.192 Mbit，其餘 256 Kbit 用於幀和控制。

歐洲和北美的分層系統通常用字母**“E”**表示歐洲，用**“T”**表示北美，分層級別按順序編號。以下圖可以比較這些分層級別 -

這些位元率通常分別縮寫為 1.5 兆、3 兆、6 兆、44 兆、274 兆和 2 兆、8 兆、34 兆、140 兆和 565 兆。

由於 PDH 在電信行業中如此突出，因此有必要在任何要引入的新技術中容納這些線路速率，因此同步數字體系 (SDH) 支援許多 PDH 線路速率。唯一的例外是省略了 8.4 Mbit 級別，該級別不再有任何實際意義，並且 SDH 不支援。

在基本的2 Mbit系統中，資料是位元組交織的，其中每個8位時隙一個接一個地傳送。在更高層次的情況下，資料流按位多路複用在一起。該系統的一個缺點是，由於每個複用器都有自己的獨立時鐘源，因此每個支路訊號的位元率可能會有所不同於標稱值。這些時鐘偏差取決於線路速率，並且可以透過在多路複用階段之後剩餘的頻寬內使用調整技術來補償。線路速率也決定了用於傳輸的線路碼，如下所示：

NGN - 準同步數字體系

PDH的特性

• 準同步 - “幾乎同步”

• 將2 Mbit/s訊號多路複用成更高階的多路複用訊號。

• 在交換站點之間鋪設電纜非常昂貴。

• 透過提高位元率來提高電纜的流量容量。

• 在每一級將4個低階訊號多路複用成單個高階訊號。

PDH技術允許訊號從2 M – 8 M、從8 M – 34 M、從34 M – 140 M，最後從140 M – 565 M系統進行連續多路複用。

還存在“跳躍”或“跳過”複用器，它們允許將16個2 M訊號多路複用成34 M訊號，而無需中間的8 M級。

PDH侷限性

同步 - 資料以規則的間隔傳輸。利用來自發射機振盪器的時序，資料以與傳輸相同的速率進行取樣。

資料以規則的間隔傳輸。利用來自發射機振盪器的時序，資料以低於發射機的速率進行取樣。PDH的缺點之一是每個元件都是獨立同步的。為了正確接收資料，接收端取樣率必須與發射端傳輸速率相同。

資料以規則的間隔傳輸。利用來自發射機振盪器的時序，資料以高於發射機的速率進行取樣。如果接收端振盪器執行速度低於發射端振盪器，則接收機將錯過一些傳輸訊號的位元。

或者，如果接收機時鐘執行速度快於發射機時鐘，則接收機將對某些位元進行兩次取樣。

將調整位元新增到低階訊號中，以便它們可以以單一速率進行多路複用。裝置振盪器用作低階以及複用過程中位元率自適應過程的定時源。當訊號被解複用時，接收端會丟棄調整位元。

由於所使用的同步方法，不可能在一臺裝置中將高階訊號解複用到最低階支路訊號。有必要在所有級別上進行解複用以訪問在站點上被丟棄的訊號，然後將所有其他通道重新複用回更高的速率。這意味著該站點必須有大量裝置才能完成此操作。這被稱為PDH複用器山。所有這些裝置佔據了站點上的大量空間，並且還增加了在站點上需要備件的數量。

PDH網路缺乏彈性，這意味著如果光纖斷裂，流量將丟失。PDH網路管理只是向NOC運營商報告警報。NOC人員無法使用任何診斷或補救工具。需要將維護工程師派往現場，且資訊量最少。每個網路元素都需要連線到DCN網路，因為不存在在PDH網路上傳輸管理資訊的設施。

互連缺乏標準意味著無法互連來自多個供應商的裝置。裝置可以在不同的波長上執行，使用不同的位元率或專有的光介面。

NGN - 同步數字體系

SDH網路取代了PDH，並具有幾個關鍵優勢。

• G.707、G.708和G.709 ITU建議為全球網路提供基礎。

• 網路受益於流量彈性，以最大程度地減少在光纖斷裂或裝置故障時發生的流量損失。

• 內建監控技術允許遠端配置和故障排除網路。

• 靈活的技術允許在任何級別訪問支路。

• 面向未來的技術允許隨著技術的進步而獲得更快的位元率。

雖然歐洲PDH網路無法與美國網路介面，但SDH網路可以承載這兩種型別。此幻燈片顯示了不同的PDH網路如何比較以及哪些訊號可以透過SDH網路傳輸。

SDH – 網路拓撲

線路系統

孤線系統是PDH網路拓撲結構的系統。流量僅在網路的端點新增和刪除。終端節點用於網路末端新增和刪除流量。

在任何SDH網路中，都可以使用稱為再生器的節點。該節點接收高階SDH訊號並重新傳輸。再生器無法訪問低階流量，它們僅用於覆蓋站點之間的長距離，在這些距離中，接收功率過低而無法承載流量。

環形系統

環形系統由幾個以環形配置連線的加/刪複用器（ADM）組成。可以在環上的任何ADM訪問流量，並且還可以將流量刪除到多個節點以用於廣播目的。

環形網路還具有提供流量彈性的優勢，如果光纖斷裂，流量不會丟失。稍後將詳細討論網路彈性。

SDH網路同步

雖然PDH網路沒有集中同步，但SDH網路是（因此稱為同步數字體系）。在運營商網路的某個地方將存在一個主參考源。該源透過SDH網路或單獨的同步網路分發到整個網路。

如果主源不可用，每個節點都可以切換到備份源。定義了各種質量級別，節點將切換它可以找到的下一個最佳質量源。在節點使用輸入線路定時的情況下，MS開銷中的S1位元組用於表示源的質量。

節點可用的最低質量源通常是其內部振盪器，在節點切換到其自己的內部時鐘源的情況下，應儘快解決此問題，因為節點可能會隨著時間的推移開始產生錯誤。

網路的同步策略的規劃至關重要，如果網路中的所有節點都嘗試從同一側的鄰居同步，則會產生稱為定時環路的效果，如上所示。由於每個節點都試圖相互同步，因此該網路將很快開始產生錯誤。

SDH層級

下圖顯示了有效載荷是如何構建的，它並不像一開始看起來那麼可怕。接下來的幾張幻燈片將解釋SDH訊號是如何由低階有效載荷構建的。

STM-1幀

該幀由9個開銷行和261個有效載荷位元組組成。

該幀按行傳輸，如下所示。傳輸一行中的9個開銷位元組，然後傳輸261個有效載荷位元組，然後以類似的方式傳輸下一行，直到傳輸完整個幀。整個幀在125微秒內傳輸。

STM-1開銷

前3行開銷稱為中繼段開銷。第4行形成AU指標，最後5行包含複用段開銷。

為了解釋不同型別的開銷，請考慮一個系統，其中有效載荷在到達要從中新增/刪除的ADM之前通過幾箇中間再生器。

中繼段開銷用於任何兩個相鄰節點之間的通訊和監控。

複用段開銷用於具有加/刪功能（如ADM）的兩個節點之間的通訊和監控。

在較低級別，還有在支路級別新增的路徑開銷，這些將在後面詳細討論。

監控不同的開銷警報可以更容易地查明網路故障。RS警報表示兩個節點之間HO SDH側存在問題，而在調查MS警報時，您可以排除再生器節點的問題。

SDH路徑跟蹤

路徑跟蹤在查明節點之間的互連問題方面非常有用。在兩個節點之間，可能存在各種物理互連，例如光纖盒之間的熔接和跳線。網路運營商配置每個節點以傳送一個唯一字串來標識它。

每個節點也配置了它應該從其相鄰節點接收的字串。

如果節點接收到的路徑跟蹤與它期望的路徑跟蹤匹配，則一切正常。

如果接收到的路徑跟蹤與節點期望的跟蹤不匹配，則表示節點之間的連線存在問題。

SDH管理

段開銷中包含的DCC通道允許輕鬆管理SDH網路。連線到網路上節點的網路管理系統可以使用DCC通道與網路上的其他節點通訊。連線到DCN網路的節點稱為閘道器節點，出於彈性目的，網路上通常有多個閘道器節點。

SDH網路彈性

在環形配置中，流量從起始ADM（加/刪複用器）沿環的兩條路徑傳送。在任何未刪除訊號的ADM處，它都只是透過。儘管流量透過環的兩條路徑，但只有一條路徑用於從接收ADM提取流量，這條路徑是活動路徑或路徑。另一條路徑稱為備用路徑或路徑。

如果活動路徑上發生光纖斷裂，接收ADM將使用備用訊號作為活動路徑進行切換。這允許快速自動恢復客戶的流量。當光纖斷裂修復後，環不會自動切換回來，因為這會導致進一步的流量“中斷”，但會將其用作備用路徑，以防將來在新的活動路徑上發生故障。丟失流量的MUX將使用K位元組向起始MUX發出保護切換訊號。

也可以從網路管理中心或工程師操作的本地終端執行手動環形切換。

NGN - WDM 技術

WDM是一種使各種光訊號能夠透過一根光纖傳輸的技術。其原理與頻分複用（FDM）基本相同。也就是說，幾個訊號使用不同的載波傳輸，佔據頻率譜的非重疊部分。在WDM的情況下，使用的頻譜帶在1300或1550 nm區域，這是光纖訊號損耗非常低的兩段波長視窗。

最初，每個視窗用於傳輸單個數字訊號。隨著分散式反饋（DFB）雷射器、摻鉺光纖放大器（EDFA）和光電探測器等光學元件的進步，人們很快意識到，每個傳輸視窗實際上可以被多個光訊號使用，每個訊號佔據可用總波長視窗的一小部分。

事實上，在一個視窗內複用的光訊號數量僅受這些元件精度的限制。目前的科技，可以在一根光纖中複用超過100個光通道。這項技術隨後被命名為**密集波分複用**（DWDM）。

DWDM的主要優勢在於它能夠以經濟有效的方式將光纖頻寬提高數倍。全球現有的龐大光纖網路的容量可以突然成倍增加，而無需鋪設新的光纖，這是一個昂貴的過程。顯然，新的DWDM裝置必須連線到這些光纖上。此外，可能需要光再生器。

ITU（T）正在對要使用的波長數量和頻率進行標準化。使用的波長集不僅對於互操作性很重要，而且對於避免光訊號之間的破壞性干擾也很重要。

下表給出了基於50 GHz、錨定在193.10 THz參考的最小通道間距的名義中心頻率。請注意，C（光速）的值取為2.99792458 x 108 m/sec，用於在頻率和波長之間進行轉換。

ITU-T 網格（在C波段內），ITU（T）建議G.692

網路中的DWDM

一個典型的SDH網路在每個節點的兩側都會有兩根光纖，一根用於向其**相鄰節點**傳輸，另一根用於接收來自其**相鄰節點**的資料。

雖然在站點之間有兩根光纖聽起來還不錯，但實際上可能會有許多系統在站點之間執行，即使它們不屬於同一個網路。

僅以上述兩個網路為例，現在站點C和D之間需要四根光纖，並且在站點之間鋪設光纖非常昂貴。這就是DWDM網路發揮作用的地方。

使用DWDM系統，站點C和D之間所需的光纖數量減少到一根。現代DWDM裝置可以複用多達160個通道，這節省了大量的光纖投資。由於DWDM裝置僅處理物理訊號，因此它根本不會影響網路的SDH層。就SDH網路而言，SDH訊號不會被終止或中斷。站點之間仍然存在直接連線。

DWDM網路與協議無關。它們傳輸光波長，而不操作於協議層。

DWDM系統在鋪設光纖時可以為網路運營商節省大量資金，尤其是在長距離傳輸時。使用光放大器，可以將DWDM訊號傳輸到很長的距離。

放大器接收多波長DWDM訊號，並將其放大以到達下一個站點。

一個光放大器將放大紅色或藍色波長，如果它放大紅色波長，它將丟棄接收到的藍色通道，反之亦然。為了雙向放大，需要兩種型別的光放大器中的一種或兩種。

為了使DWDM系統能夠以令人滿意的方式執行，進入光放大器的輸入波長應均衡。

這涉及將所有進入DWDM系統的輸入光源設定為類似的光功率水平。未均衡的波長在承載流量時可能會出現錯誤。

一些製造商的DWDM裝置透過測量輸入通道的光功率並建議哪些通道需要進行功率調整來幫助現場技術人員。

均衡波長可以通過幾種方式完成；可以在光纖管理框架和DWDM耦合器之間安裝一個可變光衰減器——工程師可以在DWDM耦合器側調整訊號。

或者，源裝置可能具有可變輸出光發射器，這允許工程師透過源裝置的軟體調整光功率。

一些DWDM耦合器為每個接收到的通道內建了衰減器，工程師可以在DWDM接入點調整每個通道。

當多種頻率的光透過光纖傳播時，可能會發生稱為四波混頻的現象。光纖內會產生新的光波長，其波長/頻率由原始波長的頻率決定。新波長的頻率由f123 = f1 + f2 - f3給出。

這些波長的存在會對光纖內的光信噪比產生不利影響，並影響波長內流量的誤位元速率。

波分複用元件

波分複用元件基於各種光學原理。下圖描繪了一個單波分複用鏈路。DFB雷射器用作發射器，每個波長一個。光復用器將這些訊號組合到傳輸光纖中。光放大器用於提高光訊號功率，以補償系統損耗。

在接收端，光解複用器分離每個波長，並在光鏈路的末端傳遞給光接收器。光訊號由光ADM（OADM）新增到系統中。

這些光器件等效於數字ADM，沿傳輸路徑整理和分割光訊號。OADM通常由陣列波導光柵（AWG）製成，儘管也使用了其他光學技術，例如光纖布拉格光柵。

一個關鍵的波分複用元件是光開關。該器件能夠將來自給定輸入埠的光訊號切換到給定輸出埠。它等效於電子交叉開關。光開關能夠構建光網路，以便可以將給定的光訊號路由到其適當的目的地。

另一個重要的光學元件是波長轉換器。波長轉換器是一種將以給定波長到達的光訊號轉換為不同波長上的另一個訊號的器件，同時保持相同的數字內容。此功能對於波分複用網路非常重要，因為它提供了在網路中路由光訊號的更多靈活性。

光傳輸網路

波分複用網路透過以某種選擇的拓撲結構連線波長交叉連線（WXC）節點來構建。WXC由波長複用器和解複用器、開關和波長轉換器實現。

下圖描繪了一個通用的WXC節點架構。

在同一根光纖中複用的光訊號到達光解複用器。訊號被分解成幾個波長載波，併發送到一組光開關。光開關將幾個波長訊號路由到一組輸出。

複用器，其中訊號被複用並注入到輸出光纖中進行傳輸。為了提供更多的路由靈活性，可以在光開關和輸出複用器之間使用波長轉換器。WXC已經研究多年了。WXC的難點在於串擾和消光比。

波長交叉連線節點

光傳輸網路（OTN）是波分複用網路，透過光路徑提供傳輸服務。光路徑是一條高頻寬管道，以高達每秒數千兆位元的速度承載資料。光路徑的速度由光學元件（雷射器、光放大器等）的技術決定。目前可以實現STM-16（2488.32 Mbps）和STM-64（9953.28 Mbps）量級的速度。

OTN由WXC節點和管理系統組成，該系統透過監控光器件（放大器、接收器）、故障恢復等監管功能控制光路徑的建立和拆除。考慮到每個光路徑都提供主幹頻寬容量，因此光路徑的建立和拆除需要在較長的時間範圍內執行，例如數小時甚至數天。

OTN的部署方式非常靈活，具體取決於要提供的傳輸服務。這種靈活性的原因之一是大多數光學元件對訊號編碼是透明的。只有在光層的邊界，當需要將光訊號轉換回電子域時，編碼才重要。

因此，支援各種遺留電子網路技術（如SDH、ATM、IP和幀中繼）在光層上執行的透明光服務可能是未來的發展趨勢。

光層進一步劃分為三個子層：

• 光通道層網路，它與OTN客戶端介面，提供光通道（OCh）。

• 光復用層網路，它將各種通道複用到單個光訊號中。

• 光傳輸段層網路，它提供光訊號在光纖中的傳輸。

OTN幀格式

類似於使用SDH幀，訪問OCh預計將通過當前定義的OC幀進行。基本幀大小對應於STM-16速度或2488.32 Mbps，構成基本OCh訊號。下圖描繪了可能的OCh幀格式。

光通道幀

幀的最左側區域（如下圖所示）保留用於開銷位元組。這些位元組將用於OAM&P功能，類似於前面討論的SDH幀的開銷位元組。

但是，可能會支援其他功能，例如提供暗光纖（為單個使用者保留兩個端點之間的波長）和基於波長的APS。幀的最右側區域保留用於對所有有效載荷資料執行的前向糾錯（FEC）方案。光傳輸層上的FEC增加了最大跨距長度，並減少了中繼器的數量。可以使用裡德-所羅門碼。

幾個OCh將在光域中複用在一起，形成光復用訊號（OMS）。這類似於將幾個STM-1幀複用成STM-N SDH幀格式。多個OCh可以複用以形成OMS。

光客戶端訊號放置在OCh有效載荷訊號內。客戶端訊號不受OCh幀格式的約束。相反，客戶端訊號只需要是恆定位元率數字訊號。其格式也與光層無關。

波分複用環網

從概念上講，波分複用環網與SDH環網沒有太大區別。WXC以環形拓撲結構互連，類似於SDH環網中的SDH ADM。SDH環網和波分複用環網之間主要的體系結構差異在於WXC的波長切換和轉換功能。

例如，這些功能可用於提供SDH技術中沒有的保護級別。換句話說，除了路徑和線路保護外，還可以提供波長或光路徑保護。

光APS協議與SDH APS一樣複雜。保護可以在OCh級別或光復用段/光傳輸段級別提供。可以使用一些在SDH環網中沒有的額外保護功能。例如，可以透過將給定波長上的光訊號轉換為不同的波長來修復故障的光路徑（例如雷射器故障），從而避免訊號重新路由。

這等效於SDH中的跨距切換，不同之處在於即使是兩根光纖波分複用環網也可以為OCh保護提供這種功能。然而，在OMS層，跨距保護將需要四根光纖環，就像SDH一樣。這些額外功能無疑會使光層APS協議變得更加複雜。

一旦WDM環路建立，就需要根據要支援的流量模式建立光路徑。

網狀WDM網路

網狀WDM網路使用與WDM環路相同的元件。但是，網狀網路中使用的協議與環路中使用的協議不同。例如，網狀網路中的保護是一個更復雜的問題，就像WDM網狀網路中的路由和波長分配問題一樣。

網狀網路很可能作為連線WDM環路的骨幹基礎設施。其中一些連線預計將是光學的，避免光/電瓶頸並提供透明性。其他將需要將光訊號轉換為電子域以進行監控管理，也許還有計費目的。下圖描繪了一個WDM網路。

基礎設施 - 在此圖中，顯示了以下三個拓撲層 -

• 接入網路
• 區域網路
• 骨幹網路

WDM網路基礎設施

包括SDH環路和無源光網路（PON）作為接入網路。它們通常基於匯流排或星形拓撲，並使用介質訪問控制（MAC）協議來協呼叫戶之間的傳輸。此類網路不提供路由功能。

這些架構適用於支援最多幾百個使用者在短距離內通訊的網路。儘管PON比WDM環路成本更低，因為缺少有源元件和波長路由等功能，但PON源處所需的雷射器使得第一代此類裝置仍然比SDH環路貴。至少在不久的將來，這有利於在接入網路級別使用SDH解決方案。

骨幹網路包含有源光學元件，因此提供了波長轉換和路由等功能。骨幹網路必須以某種方式與傳統的傳輸技術（如ATM、IP、PSTN和SDH）介面。

總體方案如下圖所示。圖中涉及幾種型別的介面。

疊加承載ATM/IP流量的WDM傳輸網路。

SDH幀封裝

必須定義OCh幀，以便可以輕鬆地進行SDH幀封裝。例如，整個STM-16xc必須作為OCh有效載荷承載。如果使用基本的STM-16光通道，則可能無法將SDH-16xc封裝到STM-16光通道中，因為OCh開銷位元組。

OCh幀格式目前正在定義。下圖舉例說明了SDH幀封裝到OCh幀中。

SDH介面到WDM

具有物理SDH介面的WDM裝置將向SDH裝置傳送光訊號。這些介面必須與SDH技術向後相容。因此，SDH裝置不需要了解用於傳輸其訊號的WDM技術（例如，該裝置可以屬於BLSR/4環）。

在這種情況下，WXC將從光介質中刪除和新增最初在SDH環路中使用的波長。這樣，WDM和SDH層完全解耦，這對於WDM與SDH傳統裝置的互操作性是必要的。

這給光層中波長的選擇施加了額外的約束，因為與SDH裝置介面的最後一跳波長必須與SDH裝置用於終止光路徑的波長相同，如果SDH裝置內部不提供波長轉換。

WDM鏈路

根據上表所示，雖然WDM的恢復速度快於SDH技術，但WDM的故障檢測速度較慢。WDM/SDH保護機制的安全疊加需要更快的WDM保護方案。或者，如果SDH客戶端能夠承受此類過程造成的效能下降，則可以人為地降低SDH APS的速度。

上層不必要的故障恢復可能會導致路由不穩定和流量擁塞；因此，應不惜一切代價避免這種情況。上層可以使用故障永續性檢查來避免對下層故障的過早反應。

OMS子層上的故障恢復可以替代光層提供的多個SDH訊號例項的恢復過程。因此，大量的SDH客戶端無需在其層啟動故障恢復過程。因此，光學OMS子層上的單個故障恢復可以節省數百個。

向全光傳輸網路的演進

向全光WDM網路的演進很可能逐漸發生。首先，WXC裝置將連線到現有的光纖。光鏈路中可能需要一些額外的元件，例如EDFA，以使傳統光纖鏈路適合WDM技術。WXC將與傳統裝置（如SDH和光纖分散式資料介面（FDDI））介面。

全光透明傳輸網路的一個優點是，SDH功能很可能轉移到SDH之上（IP/ATM）或之下（WDM）層，從而在網路可升級性和維護方面節省成本。假設包括語音在內的即時流量被分組化（IP/ATM），這種層重組可能會影響傳輸網路。這可能導致VC的SDH訊號消失。

那麼關鍵問題是如何最有效地將資料包打包到SDH中，甚至直接打包到OCh幀中。無論出現什麼新的封裝方法，都必須與IP/PPP/HDLC和ATM封裝向後相容。

NGN - 微機電系統

DWDM使用一組圍繞1553 nm的光波長（或通道），通道間隔為0.8 nm（100 GHz），每個波長可以承載高達10 Gbps（STM 64）的資訊。可以在一根光纖上組合並傳輸超過100個此類通道。正在努力進一步壓縮通道並提高每個通道的資料速率。

在實驗中，已經成功地在300公里的長度上測試了80個通道的傳輸，每個通道承載40 Gbps（相當於3.2 Tbit/秒）的資訊。部署點對點和基於環路的DWDM光網路需要一種新型的網路元件，這些元件可以在執行時操縱訊號，而無需昂貴的光-電-光轉換。光放大器、濾波器、光新增/刪除複用器、解複用器和光交叉連線是一些必不可少的網路元件。MEMS在設計和開發此類網路元件中發揮著重要作用。

MEMS是微機電系統（Micro Electro Mechanical Systems）的首字母縮寫詞。它用於建立超小型化裝置，尺寸從幾微米到幾釐米不等。這些與IC非常相似，但能夠在同一基板上整合移動機械部件。

MEMS技術起源於半導體行業。這些是使用類似於VLSI的批次製造工藝製造的。典型的MEMS是晶片上的整合微系統，除了電氣、光學、流體、化學和生物醫學元件外，還可以包含移動機械部件。

在功能上，MEMS包含各種轉導機制，用於將訊號從一種能量形式轉換為另一種能量形式。

許多不同型別的微感測器和微執行器可以與訊號處理、光學子系統和微計算整合在一起，形成晶片上的完整功能系統。MEMS的特徵能力是在同一基板上包含移動機械部件。

由於尺寸小，因此可以在機械裝置幾乎不可能放置的地方使用MEMS；例如，在人體血管內。MEMS器件的開關和響應時間也小於傳統機器，並且功耗更低。

MEMS的應用

如今，MEMS在各個領域都得到了應用。電信、生物科學和感測器是主要受益者。基於MEMS的運動、加速度和應力感測器正在飛機和航天器中大量部署，以提高安全性和可靠性。皮衛星（重約250克）被開發為檢查、通訊和監視裝置。它們使用基於MEMS的系統作為有效載荷以及用於其軌道控制。MEMS用於噴墨印表機的噴嘴和硬碟驅動器的讀/寫磁頭。汽車行業正在將MEMS用於“燃油噴射系統”和安全氣囊感測器。

設計工程師正在將其新設計中的MEMS用於提高其產品的效能。它降低了製造成本和時間。將多個功能整合到MEMS中提供了更高的微型化程度、更低的元件數量和更高的可靠性。

設計和製造技術

在過去的幾十年裡，半導體行業已經發展到成熟階段。MEMS的發展從這項技術中受益匪淺。最初，用於積體電路（IC）設計和製造的技術和材料被直接借用於MEMS開發，但現在正在開發許多特定於MEMS的製造技術。表面微加工、體微加工、深反應離子刻蝕（DRIE）和微模塑是一些先進的MEMS製造技術。

使用微加工方法，沉積多層多晶矽，通常厚1-100毫米，以形成具有金屬導體、反射鏡和絕緣層的三維結構。精確的蝕刻工藝選擇性地去除下層薄膜（犧牲層），留下稱為結構層的覆蓋薄膜，該薄膜能夠進行機械運動。

表面微加工用於以商業規模製造各種MEMS器件。在蝕刻過程前後可以看到多晶矽和金屬層。

體微加工是另一種廣泛使用的工藝，用於形成MEMS的功能元件。單晶矽被圖案化和成形以形成高精度三維零件，如通道、齒輪、膜片、噴嘴等。這些元件與其他零件和子系統整合在一起，以生產完全功能的MEMS。

MEMS加工和MEMS元件的一些標準化構建塊是多使用者MEMS工藝（MUMPs）。這些是平臺的基礎，該平臺正在導致MEMS的特定於應用程式的方法，非常類似於在積體電路行業取得巨大成功的特定於應用程式的方法（ASIC）。

全光DWDM網路和MEMS

如今的電信專家面臨著前所未有的挑戰，即如何在電信網路中適應不斷擴充套件的高頻寬服務陣列。由於網際網路和網際網路支援服務的擴充套件，頻寬需求呈指數級增長。密集波分複用（DWDM）的出現解決了這種技術短缺，並徹底改變了核心光網路的經濟狀況。

DWDM使用一組圍繞1553 nm的光波長（或通道），通道間隔為0.8 nm（100 GHz），每個波長可以承載高達10 Gbps（STM 64）的資訊。可以在一根光纖上組合並傳輸超過100個此類通道。正在努力進一步壓縮通道並提高每個通道的資料速率。

實驗表明，在單根光纖上成功傳輸了80個通道，每個通道承載40 Gbit/s（相當於3.2 Tbit/s），傳輸距離達到300公里。點對點和環形DWDM光網路的部署需要新型的網路裝置，這些裝置能夠在訊號傳輸過程中進行處理，而無需昂貴的O-E-O轉換。光放大器、濾波器、光加法複用器、解複用器和光交叉聯結器是其中一些必不可少的網路裝置。MEMS在這些網路裝置的設計和開發中發揮著重要作用。我們將詳細討論光加法複用器（OADM）和光交叉聯結器（OXC）。

光開關的突破

1999年，貝爾實驗室的科學家演示了一種實用的基於MEMS的光開關。它的工作原理類似於蹺蹺板，一端有一個鍍金的微型鏡面。靜電力將杆的另一端向下拉，抬起鏡面，使光線以直角反射。因此，入射光從一根光纖轉移到另一根光纖。

這項技術的成功實際上是各種裝置和系統（如波長加法/減法複用器、光配置開關、光交叉聯結器和WDM訊號均衡器）的基石。

光加法複用器

與基於環形的SDH/SONET網路類似，全光DWDM網路也開始興起。SDH網路設計人員已經證實了環形網路優於網狀網路。在全光環中，可以為保護目的保留頻寬（λ）。光加法複用器（OADM）在功能上類似於SDH/SONET加法複用器（ADM）。可以選擇性地從多波長光訊號中新增或刪除一組波長（λ）。OADM消除了昂貴的O-E-O（光電轉換）過程。

如上所述，使用二維矩陣的光開關來製造這種OADM，靈活性很差。另一方面，可重構加法複用器（R-OADM）提供了完全的靈活性。可以訪問、刪除任何透過的通道，或者新增新的通道。可以更改特定通道的波長以避免阻塞。這種型別的光開關或OADM被稱為2D或N2開關，因為所需的開關元件數量等於埠數量的平方，並且光線僅停留在二維平面內。

一個8埠OADM需要64個獨立的微鏡及其在MEMS器件上的控制。這與電話交換機中使用的“交叉連線”開關非常相似。

這種型別的光開關已經過嚴格的機械和光學測試。平均插入損耗小於1.4 dB，在超過100萬次迴圈中具有±0.25 dB的出色重複性。配置大於32×32（1024個開關鏡）的2D/N2型OADM變得實際上難以管理且不經濟。使用多層較小的交換結構來建立更大的配置。

光交叉聯結器

貝爾實驗室透過一項創新性的光開關技術克服了2D型光開關的侷限性。它通常被稱為“自由空間3D MEMS”或“光束轉向”。它使用一系列雙軸微鏡作為光開關。微鏡安裝在一組交叉耦合萬向節環的一個軸上，透過一組扭轉彈簧。這種佈置允許鏡面沿兩個垂直軸以任何所需的角度移動。透過在鏡面下方四個象限施加靜電力來驅動鏡面。使用MEMS技術複製完整的微鏡單元，形成一個由128或256個微鏡組成的“交換結構”。

一組準直輸入光纖與一組鏡面對齊，這些鏡面可以透過在X和Y軸上傾斜鏡面將光線重新定向到與準直輸出光纖對齊的第二組鏡面。透過精確地將輸入和輸出光纖上的一組鏡面對準，可以建立所需的連線。此過程稱為“光束轉向”。

3D MEMS開關的切換時間小於10毫秒，並且微鏡非常穩定。基於此技術的開光交叉聯結器相較於O-E-O型交叉聯結器提供了各種獨特的優勢。OXC具有高容量、可擴充套件性，並且真正地與資料速率和資料格式無關。它可以智慧地路由光通道，無需昂貴的O-E-O轉換。低佔用空間和功耗是全光開關技術的其他優勢。

NGN - WDM的種類

早期的WDM系統傳輸兩個或四個波長，這些波長間隔很大。WDM以及CWDM和DWDM的“後續”技術已經遠遠超出了這一早期的限制。

WDM

傳統的無源WDM系統已經廣泛應用，2、4、8、12和16個通道數量是正常的部署。此技術通常在距離上存在小於100公里的限制。

CWDM

如今，粗波分複用（CWDM）通常使用高達18個通道的20 nm間距（3000 GHz）。CWDM建議ITU-T G.694.2為目標距離（在ITU-T建議G.652、G.653和G.655中指定的單模光纖上，最遠約50公里）提供了一個波長網格。CWDM網格由18個波長組成，定義在1270 nm到1610 nm範圍內，間隔為20 nm。

DWDM

密集波分複用（DWDM）的常見間距可以是200、100、50或25 GHz，通道數量達到128個或更多，距離可達數千公里，並在該路線上進行放大和再生。