DWDM技術在傳輸網(wǎng)絡建設中的應用

1、摘 要：本文從密集波分復用（）技術的概念入手，介紹光放大技術、功率均衡技術、光合波與分波技術和節(jié)點技術等密集波分復用系統(tǒng)關鍵技術；并指出工程設計中應考慮的網(wǎng)絡結構、設備選型、站段配置、公務與傳輸指標以及網(wǎng)管等因素。 關鍵詞：密集波分復用 關鍵技術 工程設計 信息時代迅猛增長的寬帶高速業(yè)務，不但要求光傳輸系統(tǒng)向更大容量、更長距離發(fā)展，而且，要求其交互便捷。由于光子技術的迅速發(fā)展，伴隨著摻鉺光纖放大器（ ）的大規(guī)模投入商用，使技術在二十世紀年代以后獲得迅速發(fā)展，技術開始成功地在傳輸網(wǎng)絡中得到應用。 所謂技術就是為了充分利用單模光纖低損耗區(qū)帶來的巨大帶寬資源，根據(jù)每一信道光波的頻率（或波長）不同將光

2、纖的低損耗窗口劃分成若干個信道，把光波作為信號的載波，在發(fā)送端采用波分復用器（合波器）將不同特定波長的信號光載波合并起來送入一根光纖進行傳輸，在接收端，再由一波分復用器（分波器）將這些不同波長承載不同信號的光載波分開的復用方式。由于不同波長的光載波信號可以看作互相獨立（不考慮光纖非線性時），從而在一根光纖中可實現(xiàn)多路光信號的復用傳輸。為了區(qū)別于傳統(tǒng)的系統(tǒng)，人們稱波長間隔更緊密的系統(tǒng)為密集波分復用系統(tǒng)（）。目前，技術已成為通信網(wǎng)絡帶寬高速增長的最佳解決方案，今后無論是廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)還是接入網(wǎng)，都將以系統(tǒng)為傳輸平臺，基于的光傳送網(wǎng)將構成整個通信網(wǎng)的基礎物理層，因此了解和掌握技術，把它更好地應用到傳

3、輸網(wǎng)絡的建設中就變得更為迫切。 1 DWDM關鍵技術 技術與技術相比，具有超大容量信息傳遞、節(jié)約日益匱乏的光纖資源、網(wǎng)絡平滑擴容、超長中繼距離和上下兼容性好的特點，這些特點能夠得以實現(xiàn)需由以下技術來支持： 1.1 光放大技術 對于長距離的光傳輸來說，光功率受限往往成為決定傳輸距離的主要因素，而光放大器（）的出現(xiàn)和發(fā)展克服了光功率受限這一高速長距離傳輸?shù)淖畲笳系K，這是光通信史上的重要里程碑，是目前大容量長距離的系統(tǒng)在傳輸技術領域必不可少的技術手段。 摻鉺光纖放大器（）等光子技術的發(fā)展和實用化，為密集波分復用（）設備迅速走向實用并蓬勃發(fā)展提供了條件。在摻鉺光纖放大器（）實用化 以前，為了克服光纖傳

4、輸中的損耗，每傳輸一段距離，都要進行“再生”，即把傳輸后的弱光信號轉換成電信號，經(jīng)過放大、整形后，再去調制激光器，生成強度放大的光信號再進行傳輸。隨著傳輸碼率的提高，“再生”的難度也越來越大，成了信息傳輸容量擴大的“瓶頸”。摻鉺光纖放大器的實用化，不僅實現(xiàn)了直接光放大，節(jié)省了大量的再生中繼器，使得傳輸中的光纖損耗不再成為主要問題；同時使傳輸鏈路“透明化”，簡化了系統(tǒng)，成幾倍或幾十倍地擴大了傳輸容量，促進了真正意義上的密集波分復用技術的飛速發(fā)展，是光纖通信領域上的一次重大革命。 1.2 功率均衡技術 在光網(wǎng)絡中，從本地節(jié)點上路的光信號與其它由于傳輸了不同距離、從而光功率不同的一些信號復用在一起傳

5、輸，即使是復用在一起傳輸?shù)墓庑盘?，傳輸一段距離后，由于、光濾波器和光開關等器件對各波長的響應略有不同，它們的功率也可能不同，不同功率的波長信號經(jīng)過級聯(lián)系統(tǒng)后，某些波長的功率將可能進一步降低，使該信道性能惡化。此外由于光網(wǎng)絡的上下話路、重新配置或網(wǎng)絡恢復等原因，使進入節(jié)點的各個波長通道的光功率也存在差異，由于光信號要經(jīng)歷多個節(jié)點和鏈路，各個波長通道之間的光功率差異產(chǎn)生累積，導致各個光信道的信噪比不一致，使得系統(tǒng)服務質量受到影響，甚至使某些信道劣化到不可接受的程度，因此在光網(wǎng)絡中有必要在節(jié)點處對每個波長的光功率進行均衡，以保證通信質量。 通道的均衡性是光網(wǎng)絡性能好壞的重要依據(jù)，目前已經(jīng)提出了許多均

6、衡方案，一種方法是在終端機上的盤對輸入的多路光信號進行中斷檢測，這一消息被監(jiān)控系統(tǒng)處理后，將通過監(jiān)控信道通知到全線各站點，控制各站光放大器的輸出動率；另一種方法是在各種光放大器盤上均設計有輸入、輸出光信號監(jiān)視點，通過監(jiān)控子架，實現(xiàn)對線路信號中各波長通道的集中監(jiān)視和分析，調整各個信道中的信號功率或信號與噪聲的總功率；但是，如果整個復用段的光功率發(fā)生波動，會導致所有受影響的通道都進行相應的調整，這不僅增加了調整時間，還使調節(jié)過程復雜化，鏈路支持的波長數(shù)目增多時情況尤為突出。此外，在特定情況下（若通過均衡能力已經(jīng)達到極限），僅靠通道級均衡無法實現(xiàn)功率均衡，因此為適應網(wǎng)絡配置、網(wǎng)絡重構對各個光通道的影

7、響，光網(wǎng)絡中光功率均衡是光網(wǎng)絡一個重要研究內(nèi)容。 1.3 光合波與分波技術 光合波技術和分波技術分別是通過光復用器和光分解器來完成。光復 用器將不同波長的發(fā)送信號混合在一條單獨的光纖上，而分解器則將混合信號分解為接收器的分支波長。 光復用器和光分解器在超高速、大容量波分復用系統(tǒng)中起著關鍵作用，其性能的優(yōu)劣對系統(tǒng)的傳輸質量有決定性影響。系統(tǒng)對其要求是：（）損耗及其偏差??；（）信道間的串擾?。唬ǎ┑偷钠钕嚓P性。 1.4 節(jié)點技術 光傳送網(wǎng)中的節(jié)點分為光交叉連接（）節(jié)點、光分插復用（）節(jié)點和混合節(jié)點（同時具有和功能的節(jié)點）。 節(jié)點的功能類似于網(wǎng)絡中的數(shù)字交叉連接設備（），只不過是以光波信號為操作對

8、象在光域上實現(xiàn)的，無需進行光電轉換和電信號處理。在未來的全光通信網(wǎng)絡中，起著十分重要的作用，當光纜中斷或節(jié)點失效時，能自動完成故障隔離、重選路由、重新配置網(wǎng)絡節(jié)點等功能，當業(yè)務發(fā)展需要對網(wǎng)絡結構進行調整時，可以簡單迅速地完成網(wǎng)絡的調度和升級。 節(jié)點的功能類似于網(wǎng)絡中的數(shù)字分插復用設備（），它可以直接以光波信號為操作對象，利用光波分復用技術在光域上實現(xiàn)波長信道的上下。 2 DWDM系統(tǒng)的工程設計 系統(tǒng)的工程設計不僅要考慮網(wǎng)絡合理因素，還要考慮到電信業(yè)務發(fā)展對網(wǎng)絡帶寬和傳輸速率的未來需求、現(xiàn)有資源的利用、與現(xiàn)有網(wǎng)絡的連接以及經(jīng)濟效益等因素。 2.1 網(wǎng)絡結構 網(wǎng)絡結構的設計不僅要考慮到技術可行，還

9、需考慮到業(yè)務需求、業(yè)務分布和光纜敷設的實際情況以及網(wǎng)絡的上下兼容等因素。 系統(tǒng)中的波道數(shù)量很多，在工程設計中可以使用不同的波道，同時分別組織線形、格形、樹干形和環(huán)形等不同的網(wǎng)絡結構。 光纜干線工程設計中，常設置省際干線和省內(nèi)干線兩種傳輸系統(tǒng)，在 工程中是利用光纜中不同的光纖對，分別組成不同用途的傳輸系統(tǒng)，在 工程中可利用系統(tǒng)中不同的光波道，分別組成省際干線、省內(nèi)干線和其他專業(yè)網(wǎng)的傳輸系統(tǒng)。 2.2 設備選型 設備選型是一項非常重要的工作，需要考慮設備的性能、網(wǎng)絡結構、設備上下兼容性、網(wǎng)管性能等諸多方面的因素。 光纖傳輸系統(tǒng)的線路傳輸部分由光纖和設備構成，終端部分由傳統(tǒng)的設備構成，因此，設備選型

10、涉及到光纖、終端設備和設備三方面內(nèi)容： （）光纖：高速率的系統(tǒng)要求光纖具有小的色度色散、小的偏振模色散和工作 波長區(qū)的色度色散不能為零。我國已建的近百萬公里光纜線路采用的光纖，基本上全是 單模光纖，這種光纖在波長的衰減很低，工作波長區(qū)的色散也不為零，但它在波長的色度色散高達（?）（?），因此，光纖適合傳輸波道基礎速率為的系統(tǒng)。在我國的光纜網(wǎng)中，有極少量的色散位移單模光纖，這種光纖可以傳輸單波道時分復用的、系統(tǒng)。當用來傳輸多波道的波分復用系統(tǒng)時，由于光纖工作波長區(qū)的色度色散為零，會產(chǎn)生四波混頻非線性影響，所以光纖不適合用于光波道較多的系統(tǒng)。 新建的光纜線路工程，已改用非零色散位移單模光纖。這種光

11、纖既保持了、光纖的優(yōu)點，又克服了兩種光纖的上述缺點，所以光纖既適合傳輸波道基礎速率為、的系統(tǒng)也適合傳輸高速率的時分復用系統(tǒng)。 （）終端設備：由于光分插復用器（）和光交叉連接設備（）尚未達到商用，還不能用組成全光網(wǎng)層面，目前只能將系統(tǒng)用作線路傳輸設備，與終端設備結合起來，在層面上組織傳輸網(wǎng)，因此，要涉及到設備即終端設備的選型問題。 終端設備一方面需要與現(xiàn)有的傳輸平臺或電信業(yè)務連接，另一方面需要與設備連接，這就要求設備的上下兼容性要好，同時還要考慮到網(wǎng)管等方面的因素。 （）設備：設備的選型主要應從設備制式、波道數(shù)量、波道系統(tǒng)速率、技術性能指標和網(wǎng)管性能等方面考慮。 設備有開放式和集成式兩種制式，開

12、放式組成的系統(tǒng)終端接入符合 接口的終端設備，通過波長轉換器接入合波器。合波器將接入個波道的信息集合起來送入光纖，經(jīng)過多個光線路放大器傳輸至電再生器站的分波器。分波器將始端輸入的個波道分開，各波道的信號通過具有功能的波長轉換器進行再生、定時和整形后，再輸入到下一個電再生段，以此過程一直傳輸?shù)綇陀枚位蜴溌返慕K端，按始端的波道序號接至所對應的終端設備。開放式系統(tǒng)有兩個主要特點：一是在系統(tǒng)中采用了波長轉換器，使之能夠兼容不同工作波長、不同廠商生產(chǎn)的設備；一是利用波長轉換器替代了的電再生器，使一條 光纖通信鏈路的線路傳輸系統(tǒng)，全部由設備組成，只在鏈路的終端接入設備，這對于網(wǎng)絡的組織、擴容、管理、維護等均

13、非常有利。集成式系統(tǒng)也有兩個主要特點，一是不采用波長轉換器；二是仍使用的電再生器。因此它必須終接規(guī)定工作波長的設備，在線路傳輸系統(tǒng)中因接入有的再生器，所以這種系統(tǒng)就不具備上述開放式系統(tǒng)的優(yōu)點，故在工程設計中宜選用開放式系統(tǒng)的設備。 系統(tǒng)的波道基礎速率，目前可商用的有和兩種設備，工程中選定波道的基礎速率，除與傳輸容量需求有關之外還與所使用的光纖種類密切相關。 2.3 站段配置 傳輸系統(tǒng)設有終端站、轉接站、再生站和光放站，由此組成了復用段、再生段和光放段。終端站和轉接站根據(jù)網(wǎng)絡結構和通路組織的安排配置，在該兩種站內(nèi)配置的合波器、分波器、波長轉換器以及的終端復用器或分插復用器等設備；再生站和光放站根

14、據(jù)設備的傳輸技術要求和所用光纖的技術性能配置，在再生站內(nèi)配置合波器、分波器、具有功能的波長轉換器（開放式系統(tǒng)）或的再生器（集成式系統(tǒng)），在光放站內(nèi)配置符合增益要求的光放大器。 系統(tǒng)的光放段配置，多數(shù)廠商均按等增益進行設計，以再生段為單元，再生段內(nèi)各個光線路放大器均設計為等增益工作方式，各光線路放大器的輸出功率電平及其接收靈敏度均相同，如某光放段的光纖衰減小于放大器的增益數(shù)值，則用光衰減器進行補齊。 一個再生段內(nèi)只選用一種增益類型的光放大器，這樣有利于系統(tǒng)的調測和維護。結合工程的具體條件，在一個再生段內(nèi)也可選用不同增益類型的放大器混合配置，這種混合配置的再生段，光波道信噪比的計算比較復雜，系統(tǒng)調

15、測也比較困難，所以目前工程中，多按一個再生段內(nèi)選用一種增益的放大器進行設計。 工程設計中再生段的長度及其光放段數(shù)量需按再生段容許的總色散和信噪比指標要求配置。 再生段的長度需符合總色散的要求，再生段內(nèi)容許的光放段數(shù)量及光放大器的增益，需滿足光波道信噪比的要求。光波道信噪比隨光放段數(shù)量的增多和光放大器增益的提高而降低，即短距離的光放段容許的段數(shù)可多一些；長距離的光放段容許的段數(shù)就少一些。再生段單波光波道的信噪比一般要求大于或等于。 2.4 公務與傳輸指標 光監(jiān)控通道能夠提供的公務通信支路，工程設計中可利用此通信支路組織光放 站、再生站和終端站間的公務通信。同時還可以利用系統(tǒng)的公務通信支路組織裝有

16、設備的轉接站、終端站間的公務通信。 光纖傳輸系統(tǒng)尚無一套完整的衡量其傳輸質量的標準，光信噪比是可以作為衡量傳輸質量的標準，但還不夠全面，系統(tǒng)承載的是信號，所以在衡量系統(tǒng)的傳輸質量時，還應測試接口的誤碼和抖動指標。 2.5 DWDM系統(tǒng)的網(wǎng)管要求 的網(wǎng)管系統(tǒng)包括網(wǎng)元網(wǎng)管和網(wǎng)絡網(wǎng)管兩大部分，網(wǎng)元網(wǎng)管主要是完成對網(wǎng)元設備的監(jiān)控管理，對網(wǎng)元設備進行配置并實時反應網(wǎng)元設備的運行狀況；而網(wǎng)絡網(wǎng)管是比網(wǎng)元網(wǎng)管更高一級的網(wǎng)管，它負責對整個網(wǎng)絡進行監(jiān)控管理，能夠實時地反映網(wǎng)絡的運行狀況，并完成對網(wǎng)絡的拓撲結構的維護管理功能和網(wǎng)絡配置功能。 網(wǎng)管系統(tǒng)是維護網(wǎng)絡及設備的重要手段，系統(tǒng)的網(wǎng)管系統(tǒng)更是如此，實現(xiàn)網(wǎng)絡管理

17、和維護所要求的功能有：故障管理、性能管理、配置管理和安全管理等。 系統(tǒng)網(wǎng)管管理的網(wǎng)元范圍有：、和，網(wǎng)絡管理是技術發(fā)展的最重要問題，技術應用的成功與否很大程度上決定于網(wǎng)絡管理。 3 幾點特別考慮 系統(tǒng)是一個頻域上的模擬系統(tǒng)，每段都引入一些噪聲，中繼段距離不同時，引入的噪聲就會不同，只有合理設計光中繼段的距離和電再生段中級聯(lián)的數(shù)目，才能確保滿足系統(tǒng)要求，因此，要特別重視光路設計。 由于系統(tǒng)采用的是光復用解復用，在傳輸過程中沒有經(jīng)過任何的電光轉換，因此，對網(wǎng)絡傳輸性能要求大大提高。 網(wǎng)絡應優(yōu)先選用具有兼容性能的開放式設備。當用光纖傳輸時，波道基礎速率宜為 ；用光纖傳輸時，波道基礎速率可為或及以上系統(tǒng)。