數(shù)字電子失真均衡器在城域網(wǎng)中的價(jià)值

　　
　　基于最大似然序列估計(jì)（MLSE）算法的數(shù)字信號處理技術(shù)發(fā)展很快，使用最大似然序列均衡技術(shù)的數(shù)字電子失真均衡器（EDE）越來越經(jīng)濟(jì)實(shí)用，這使網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商節(jié)省了一筆可觀的投資和運(yùn)營成本。把EDE用在光網(wǎng)絡(luò)中可以使網(wǎng)絡(luò)更加開放靈活，更好地適應(yīng)不同的傳輸環(huán)境。

投資成本降低

　　數(shù)字EDE技術(shù)作為一種均衡技術(shù)，是用電子處理技術(shù)來替代原來的色散補(bǔ)償光模塊（DCM）。從物理上來說，DCM實(shí)際上就是一卷負(fù)色散光纖，這種光纖制作費(fèi)用非常高，而且基本上沒有大規(guī)模生產(chǎn)的可能。而相比之下，芯片的成本要比DCM低得多。當(dāng)然，芯片的前期設(shè)計(jì)費(fèi)用也是不菲的，不過一旦設(shè)計(jì)成功，就可以大規(guī)模生產(chǎn)，后續(xù)成本會(huì)顯著降低。

　　DCM不僅昂貴，而且會(huì)在原來光纖損耗的基礎(chǔ)上引入新的損耗，而這部分損耗是需要額外加入光放大器來補(bǔ)償?shù)摹＜尤敕糯笃鬟�會(huì)引入噪聲，降低信號的信噪比，進(jìn)而縮短再生段的距離。不僅如此，DCM還會(huì)減小系統(tǒng)的富余度，因?yàn)檫@種技術(shù)容易引起偏振模色散和四波混頻效應(yīng)。

　　使用EDE取代DCM首先可以節(jié)省系統(tǒng)使用的放大器的數(shù)量。對于必須使用放大器的地方，使用EDE后這些放大器的復(fù)雜度和成本也會(huì)有所降低。EDE/MLSE收發(fā)器的成本是以波長為單位遞增的，所以和DCM系統(tǒng)相比，無論是系統(tǒng)的先期投資還是整體投入都會(huì)有所減少。
　　
點(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)模型

　　對于點(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)而言，使用數(shù)字EDE可以減少30%的投資成本。我們以一個(gè)典型的城域傳輸系統(tǒng)為例，討論一下成本問題。這是一個(gè)由四段跨度為80公里的點(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)組成的總長度320公里的網(wǎng)絡(luò)，上面承載8個(gè)10Gbps的波長（一般最大波長數(shù)量是32個(gè)）。

　　如果使用普通的10Gbps轉(zhuǎn)發(fā)器，那么加入DCM后，可以延長10Gbps波長的傳輸距離，突破最長傳輸距離100公里的色散限制。而如果使用EDE/MLSE轉(zhuǎn)發(fā)器，系統(tǒng)則可以省去DCM和二級放大器。雖然MLSE收發(fā)器的OEO部件和它的其它部件相比，成本稍高，但是從總體效果上考慮，使用EDE/MLSE，不僅可以大大節(jié)省系統(tǒng)成本，而且在網(wǎng)絡(luò)配置上也可以有相當(dāng)?shù)暮喕��?br />
　　對于多跨段的網(wǎng)絡(luò)來說，如果使用EDE/MLSE，成本還能得到進(jìn)一步的降低。因?yàn)閷τ趩味蔚狞c(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，雖然系統(tǒng)無需配置DCM，不過，引入MLSE轉(zhuǎn)發(fā)器會(huì)抵消一部分節(jié)省的成本。但是對于多跨段網(wǎng)絡(luò)，使用MLSE一定會(huì)是最節(jié)省成本的方案。

　　在上述兩種方案中，如果采用低成本的轉(zhuǎn)發(fā)器和濾波器，那么超過四段的網(wǎng)絡(luò)就都需要加入一組再生器。而如果使用的是高性能的長距離系統(tǒng)模塊，可以延長再生距離，不過初期投資會(huì)有相當(dāng)?shù)脑鲩L。

　　采用EDE/MLSE的系統(tǒng)和采用DCM的系統(tǒng)相比，更吸引業(yè)務(wù)提供商的另一個(gè)主要原因是這個(gè)系統(tǒng)成本的變化和業(yè)務(wù)收入的增加直接相關(guān)，也就是說成本的變化是以波長為單位的，而不是以整個(gè)系統(tǒng)為單位的。所以系統(tǒng)的部署不像是采用DCM的系統(tǒng)那樣一次性完成，更容易控制和核算。實(shí)際上對于波長數(shù)量不多的系統(tǒng)來說，使用EDE/MLSE可以節(jié)省大量的成本。在圖1所示的系統(tǒng)中，即使每個(gè)波長都加入一個(gè)MLSE接收電路，還是可以保證在少于40個(gè)波長的情況下，總成本比采用DCM的系統(tǒng)要低�！　�
　　

圖1　雖然MLSE的成本隨著波長數(shù)量遞增，不過和DCM相比還是會(huì)節(jié)省不少投資成本。
　　
環(huán)網(wǎng)模型

　　EDE對于環(huán)網(wǎng)來說也可以節(jié)省24%的投資成本。假設(shè)有一個(gè)五節(jié)點(diǎn)的區(qū)域型環(huán)網(wǎng)，每條鏈路8個(gè)波長，每個(gè)波長承載的速率為10Gbps。五個(gè)節(jié)點(diǎn)包括一個(gè)集線器，或稱頭端，兩個(gè)光分插復(fù)用器（OADM）和兩個(gè)線路放大器。四個(gè)80km的跨度（即從頭端到最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)之間有320km）加上最后一段80km的閉環(huán)距離總共構(gòu)成了周長400km的環(huán)網(wǎng)。(如圖2所示)
　　
　　
　　圖2　使用MLSE可以明顯簡化環(huán)網(wǎng)構(gòu)架、降低成本。

　　在具有分插功能的環(huán)網(wǎng)中，DCM的規(guī)劃和部署是非常困難的。因?yàn)樗�有的波長都需要補(bǔ)償，所以會(huì)受到諸多條件的限制。舉例來說，環(huán)網(wǎng)規(guī)劃中一個(gè)重要的原則就是不能在一個(gè)點(diǎn)上引入過大的損耗，而如果在一個(gè)點(diǎn)上同時(shí)配置DCM和OADM濾波器的話，這將是個(gè)不可回避的問題。在環(huán)網(wǎng)中對接收機(jī)富余度的要求也比較高，而如果使用基于DCM的系統(tǒng)，通常是很難達(dá)到高富余度的，這就導(dǎo)致了整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)成本昂貴，卻又不是最好的。

　　如果使用數(shù)字EDE把現(xiàn)存的2.5Gbps波長的環(huán)網(wǎng)升級到10Gbps，可節(jié)省80%的投資成本。

　　對于很多業(yè)務(wù)提供商而言，部署一個(gè)新的10Gbps網(wǎng)絡(luò)是不劃算的，因?yàn)樗麄儸F(xiàn)在的2.5Gbps網(wǎng)絡(luò)資源還沒有得到充分的利用。而使用DCM來升級整個(gè)系統(tǒng)也不經(jīng)濟(jì)。主要的原因是：如果使用DCM方案，要向系統(tǒng)中加入DCM，要進(jìn)行二級放大器的倒換，還要調(diào)試開通，這勢必要中斷現(xiàn)網(wǎng)上運(yùn)行的業(yè)務(wù)，這對于業(yè)務(wù)提供商來說既耗費(fèi)人力物力也不實(shí)際。

　　另一種方法是使用EDE/MLSE來構(gòu)建系統(tǒng)，它的色散容限更高，在10Gbps鏈路上能夠傳輸?shù)木嚯x更長，新的10G波長可以順利的加入到原來的2.5G網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中。

　　圖3是一個(gè)實(shí)際案例，現(xiàn)網(wǎng)上有8個(gè)波長，每個(gè)波長承載的速率是2.5Gbps，新的業(yè)務(wù)需求是支持4路10Gbps波長。要使這個(gè)環(huán)網(wǎng)支持10Gbps波長，有兩種可選方案：第一種是使用具有逆向復(fù)用功能的設(shè)備，把需要的10Gbps業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)換成為4路2.5Gbps波長，然后使用環(huán)網(wǎng)傳輸（也就是說總共需要傳輸16路波長）。第二種方案是使用具有MLSE功能的10Gbps轉(zhuǎn)發(fā)器（這種方案總共需要傳輸4路波長）。
　　
　　
圖3　使用MLSE使運(yùn)營商可以繼續(xù)使用已有的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架把2.5G網(wǎng)絡(luò)升級到10G網(wǎng)絡(luò)，節(jié)省80%的成本。

　　從圖3中可以看出，兩種方案的成本差異巨大。第一種方案由于在10Gbps接口上加入了4:1和1:4的復(fù)用和逆向復(fù)用功能，成本大大高于只加入一組10Gbps轉(zhuǎn)發(fā)器的MLSE方案。
　　
加強(qiáng)組網(wǎng)靈活性

　　在上述例子當(dāng)中，使用數(shù)字EDE為光交換、光路由和分插復(fù)用等重要功能提供了很大的靈活性，因此整個(gè)波長網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)也就具有了更大的靈活性，從而節(jié)省了構(gòu)建光纖到戶網(wǎng)絡(luò)的成本。

　　實(shí)際上，除非系統(tǒng)對于通道的色散具有很高的適應(yīng)性和容限，否則，現(xiàn)在呼聲很高的基于可重新配置OADM的網(wǎng)絡(luò)實(shí)際上是無法管理的。使用EDE/MLSE可以使整個(gè)系統(tǒng)適應(yīng)通道的色散。因?yàn)镸LSE和DCM不同，它以單個(gè)獨(dú)立波長為單位工作，為每個(gè)波長提供最佳的色散補(bǔ)償，即使不同波長所走過的路徑不同，也不會(huì)影響到色散補(bǔ)償。

　　比如，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃人員如果要在OADM節(jié)點(diǎn)配置大損耗的DCM，就需要在色散和光信噪比之間做折中考慮，需要對所有可能配置OADM的地方，以及所有可能的分插路由組合，做色散預(yù)分析。而如果采用MLSE，這些工作都可以省去了。
　　
　　
圖4　使用MLSE后，ROADM支路更加精巧而且成本降低了。
　　
分插支路

　　目前部署的系統(tǒng)通常需要具有分插支路，它可以把光纖從OADM延伸到用戶區(qū)域。這項(xiàng)功能對區(qū)域型網(wǎng)絡(luò)是非常重要的。因?yàn)橛行﹨^(qū)域的骨干網(wǎng)絡(luò)是沿著鐵路線或者油氣管道鋪設(shè)的，對于處于市中心的用戶來說，到骨干網(wǎng)絡(luò)的距離還是比較遠(yuǎn)的。

　　如果不使用MLSE，由于要綜合考慮ROADM網(wǎng)絡(luò)的色散和光信噪比，就必須在網(wǎng)絡(luò)邊緣使用再生器。這種方案成本很高而且業(yè)務(wù)開通周期長。而EDE/MLSE可以提供更好的靈活性，利用它構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)更加精巧，成本也會(huì)低得多。

　　最后要舉一個(gè)例子說明數(shù)字EDE可以在幾個(gè)光網(wǎng)絡(luò)區(qū)域之間提供成本低廉的即插即用鏈路。通常運(yùn)營商會(huì)分階段部署城域網(wǎng)、區(qū)域型網(wǎng)絡(luò)和長途干線網(wǎng)絡(luò)。多期工程通常會(huì)持續(xù)好幾年的時(shí)間。所以，一個(gè)端到端連接一般會(huì)由多段不同光纖承載的鏈路組成。

　　例如，原來部署城域網(wǎng)絡(luò)時(shí)使用的是G.655光纖，如eLEAF，而典型的長途干線網(wǎng)絡(luò)則一般會(huì)使用非零色散位移光纖。G.655光纖受非線性效應(yīng)的影響比G.652光纖要嚴(yán)重，所以在這種混合鏈路的網(wǎng)絡(luò)中，對于鏈路色散規(guī)劃的要求就更高了。

　　為了解決這個(gè)問題，一些系統(tǒng)提供商把網(wǎng)絡(luò)劃分為多個(gè)不同的段，不同的色散區(qū)域之間是相互隔離的。這種方法的確是可行的，不過需要在網(wǎng)絡(luò)的中間節(jié)點(diǎn)加入很多昂貴的電域再生器，所以對于運(yùn)營商來說，這不是一個(gè)上選方案。

　　EDE/MLSE對色散的高度適應(yīng)性使運(yùn)營商無需再擔(dān)心每條鏈路的特殊色散特性。因?yàn)檫@種系統(tǒng)可以適應(yīng)運(yùn)營中所遇到的各種特殊的波長環(huán)境，所以只要鏈路總長度在MLSE轉(zhuǎn)發(fā)器的能力范圍之內(nèi)，那么運(yùn)營商就可以放心的部署整個(gè)系統(tǒng)。

　　使用MLSE的數(shù)字EDE是構(gòu)建高靈活性、高適應(yīng)性城域網(wǎng)和區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的最經(jīng)濟(jì)有效的方法。智能電子學(xué)是融合的DWDM網(wǎng)絡(luò)的基石，而EDE在其中占有重要的地位。把EDE/MLSE集成到接收機(jī)和轉(zhuǎn)發(fā)器中就可以為網(wǎng)絡(luò)提供更優(yōu)越的性能、更大的系統(tǒng)富余度以及更強(qiáng)的容錯(cuò)能力和故障恢復(fù)能力。

　　在城域網(wǎng)和區(qū)域型網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和應(yīng)用中，采用EDE/MLSE可以帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。另外，由于EDE/MLSE是基于單個(gè)波長的，為運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)部署帶來了極大的便利，節(jié)省了先期投資，這對于現(xiàn)今的DWDM網(wǎng)絡(luò)來說是至關(guān)重要的。

Saeid　　Aramideh：CoreOptics公司副總裁
　　孫培琴：中興通訊南京研究所
　　譯自《Lightwave》2005年10月