DWDM技術(shù)在傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中的應(yīng)用

1、摘 要：本文從密集波分復(fù)用（）技術(shù)的概念入手，介紹光放大技術(shù)、功率均衡技術(shù)、光合波與分波技術(shù)和節(jié)點(diǎn)技術(shù)等密集波分復(fù)用系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)；并指出工程設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、設(shè)備選型、站段配置、公務(wù)與傳輸指標(biāo)以及網(wǎng)管等因素。 關(guān)鍵詞：密集波分復(fù)用 關(guān)鍵技術(shù) 工程設(shè)計(jì) 信息時(shí)代迅猛增長(zhǎng)的寬帶高速業(yè)務(wù)，不但要求光傳輸系統(tǒng)向更大容量、更長(zhǎng)距離發(fā)展，而且，要求其交互便捷。由于光子技術(shù)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(shù)在二十世紀(jì)年代以后獲得迅速發(fā)展，技術(shù)開始成功地在傳輸網(wǎng)絡(luò)中得到應(yīng)用。 所謂技術(shù)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(zhǎng)）不同將光

2、纖的低損耗窗口劃分成若干個(gè)信道，把光波作為信號(hào)的載波，在發(fā)送端采用波分復(fù)用器（合波器）將不同特定波長(zhǎng)的信號(hào)光載波合并起來送入一根光纖進(jìn)行傳輸，在接收端，再由一波分復(fù)用器（分波器）將這些不同波長(zhǎng)承載不同信號(hào)的光載波分開的復(fù)用方式。由于不同波長(zhǎng)的光載波信號(hào)可以看作互相獨(dú)立（不考慮光纖非線性時(shí)），從而在一根光纖中可實(shí)現(xiàn)多路光信號(hào)的復(fù)用傳輸。為了區(qū)別于傳統(tǒng)的系統(tǒng)，人們稱波長(zhǎng)間隔更緊密的系統(tǒng)為密集波分復(fù)用系統(tǒng)（）。目前，技術(shù)已成為通信網(wǎng)絡(luò)帶寬高速增長(zhǎng)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(tái)，基于的光傳送網(wǎng)將構(gòu)成整個(gè)通信網(wǎng)的基礎(chǔ)物理層，因此了解和掌握技術(shù)，把它更好地應(yīng)用到傳

3、輸網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)中就變得更為迫切。 1 DWDM關(guān)鍵技術(shù) 技術(shù)與技術(shù)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(luò)平滑擴(kuò)容、超長(zhǎng)中繼距離和上下兼容性好的特點(diǎn)，這些特點(diǎn)能夠得以實(shí)現(xiàn)需由以下技術(shù)來支持： 1.1 光放大技術(shù) 對(duì)于長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)距離的系統(tǒng)在傳輸技術(shù)領(lǐng)域必不可少的技術(shù)手段。 摻鉺光纖放大器（）等光子技術(shù)的發(fā)展和實(shí)用化，為密集波分復(fù)用（）設(shè)備迅速走向?qū)嵱貌⑴畈l(fā)展提供了條件。在摻鉺光纖放大器（）實(shí)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(jìn)行“再生”，即把傳輸后的弱光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過放大、整形后，再去調(diào)制激光器，生成強(qiáng)度放大的光信號(hào)再進(jìn)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(kuò)大的“瓶頸”。摻鉺光纖放大器的實(shí)用化，不僅實(shí)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(shí)使傳輸鏈路“透明化”，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)，成幾倍或幾十倍地?cái)U(kuò)大了傳輸容量，促進(jìn)了真正意義上的密集波分復(fù)用技術(shù)的飛速發(fā)展，是光纖通信領(lǐng)域上的一次重大革命。 1.2 功率均衡技術(shù) 在光網(wǎng)絡(luò)中，從本地節(jié)點(diǎn)上路的光信號(hào)與其它由于傳輸了不同距離、從而光功率不同的一些信號(hào)復(fù)用在一起傳

5、輸，即使是復(fù)用在一起傳輸?shù)墓庑盘?hào)，傳輸一段距離后，由于、光濾波器和光開關(guān)等器件對(duì)各波長(zhǎng)的響應(yīng)略有不同，它們的功率也可能不同，不同功率的波長(zhǎng)信號(hào)經(jīng)過級(jí)聯(lián)系統(tǒng)后，某些波長(zhǎng)的功率將可能進(jìn)一步降低，使該信道性能惡化。此外由于光網(wǎng)絡(luò)的上下話路、重新配置或網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)等原因，使進(jìn)入節(jié)點(diǎn)的各個(gè)波長(zhǎng)通道的光功率也存在差異，由于光信號(hào)要經(jīng)歷多個(gè)節(jié)點(diǎn)和鏈路，各個(gè)波長(zhǎng)通道之間的光功率差異產(chǎn)生累積，導(dǎo)致各個(gè)光信道的信噪比不一致，使得系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)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(luò)中有必要在節(jié)點(diǎn)處對(duì)每個(gè)波長(zhǎng)的光功率進(jìn)行均衡，以保證通信質(zhì)量。 通道的均衡性是光網(wǎng)絡(luò)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(jī)上的盤對(duì)輸入的多路光信號(hào)進(jìn)行中斷檢測(cè)，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(diǎn)，控制各站光放大器的輸出動(dòng)率；另一種方法是在各種光放大器盤上均設(shè)計(jì)有輸入、輸出光信號(hào)監(jiān)視點(diǎn)，通過監(jiān)控子架，實(shí)現(xiàn)對(duì)線路信號(hào)中各波長(zhǎng)通道的集中監(jiān)視和分析，調(diào)整各個(gè)信道中的信號(hào)功率或信號(hào)與噪聲的總功率；但是，如果整個(gè)復(fù)用段的光功率發(fā)生波動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致所有受影響的通道都進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，這不僅增加了調(diào)整時(shí)間，還使調(diào)節(jié)過程復(fù)雜化，鏈路支持的波長(zhǎng)數(shù)目增多時(shí)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(dá)到極限），僅靠通道級(jí)均衡無法實(shí)現(xiàn)功率均衡，因此為適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)配置、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)對(duì)各個(gè)光通道的影

7、響，光網(wǎng)絡(luò)中光功率均衡是光網(wǎng)絡(luò)一個(gè)重要研究?jī)?nèi)容。 1.3 光合波與分波技術(shù) 光合波技術(shù)和分波技術(shù)分別是通過光復(fù)用器和光分解器來完成。光復(fù) 用器將不同波長(zhǎng)的發(fā)送信號(hào)混合在一條單獨(dú)的光纖上，而分解器則將混合信號(hào)分解為接收器的分支波長(zhǎng)。 光復(fù)用器和光分解器在超高速、大容量波分復(fù)用系統(tǒng)中起著關(guān)鍵作用，其性能的優(yōu)劣對(duì)系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量有決定性影響。系統(tǒng)對(duì)其要求是：（）損耗及其偏差小；（）信道間的串?dāng)_??；（）低的偏差相關(guān)性。 1.4 節(jié)點(diǎn)技術(shù) 光傳送網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)分為光交叉連接（）節(jié)點(diǎn)、光分插復(fù)用（）節(jié)點(diǎn)和混合節(jié)點(diǎn)（同時(shí)具有和功能的節(jié)點(diǎn)）。 節(jié)點(diǎn)的功能類似于網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)字交叉連接設(shè)備（），只不過是以光波信號(hào)為操作對(duì)

8、象在光域上實(shí)現(xiàn)的，無需進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和電信號(hào)處理。在未來的全光通信網(wǎng)絡(luò)中，起著十分重要的作用，當(dāng)光纜中斷或節(jié)點(diǎn)失效時(shí)，能自動(dòng)完成故障隔離、重選路由、重新配置網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)等功能，當(dāng)業(yè)務(wù)發(fā)展需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整時(shí)，可以簡(jiǎn)單迅速地完成網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度和升級(jí)。 節(jié)點(diǎn)的功能類似于網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)字分插復(fù)用設(shè)備（），它可以直接以光波信號(hào)為操作對(duì)象，利用光波分復(fù)用技術(shù)在光域上實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)信道的上下。 2 DWDM系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)不僅要考慮網(wǎng)絡(luò)合理因素，還要考慮到電信業(yè)務(wù)發(fā)展對(duì)網(wǎng)絡(luò)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(luò)的連接以及經(jīng)濟(jì)效益等因素。 2.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)不僅要考慮到技術(shù)可行，還

9、需考慮到業(yè)務(wù)需求、業(yè)務(wù)分布和光纜敷設(shè)的實(shí)際情況以及網(wǎng)絡(luò)的上下兼容等因素。 系統(tǒng)中的波道數(shù)量很多，在工程設(shè)計(jì)中可以使用不同的波道，同時(shí)分別組織線形、格形、樹干形和環(huán)形等不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 光纜干線工程設(shè)計(jì)中，常設(shè)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(duì)，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(shè)備選型 設(shè)備選型是一項(xiàng)非常重要的工作，需要考慮設(shè)備的性能、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、設(shè)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(shè)備構(gòu)成，終端部分由傳統(tǒng)的設(shè)備構(gòu)成，因此，設(shè)備選型

10、涉及到光纖、終端設(shè)備和設(shè)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(zhǎng)區(qū)的色度色散不能為零。我國(guó)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(zhǎng)的衰減很低，工作波長(zhǎng)區(qū)的色散也不為零，但它在波長(zhǎng)的色度色散高達(dá)（?）（?），因此，光纖適合傳輸波道基礎(chǔ)速率為的系統(tǒng)。在我國(guó)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(shí)分復(fù)用的、系統(tǒng)。當(dāng)用來傳輸多波道的波分復(fù)用系統(tǒng)時(shí)，由于光纖工作波長(zhǎng)區(qū)的色度色散為零，會(huì)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(diǎn)，又克服了兩種光纖的上述缺點(diǎn)，所以光纖既適合傳輸波道基礎(chǔ)速率為、的系統(tǒng)也適合傳輸高速率的時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)。 （）終端設(shè)備：由于光分插復(fù)用器（）和光交叉連接設(shè)備（）尚未達(dá)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(shè)備，與終端設(shè)備結(jié)合起來，在層面上組織傳輸網(wǎng)，因此，要涉及到設(shè)備即終端設(shè)備的選型問題。 終端設(shè)備一方面需要與現(xiàn)有的傳輸平臺(tái)或電信業(yè)務(wù)連接，另一方面需要與設(shè)備連接，這就要求設(shè)備的上下兼容性要好，同時(shí)還要考慮到網(wǎng)管等方面的因素。 （）設(shè)備：設(shè)備的選型主要應(yīng)從設(shè)備制式、波道數(shù)量、波道系統(tǒng)速率、技術(shù)性能指標(biāo)和網(wǎng)管性能等方面考慮。 設(shè)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(shè)備，通過波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器接入合波器。合波器將接入個(gè)波道的信息集合起來送入光纖，經(jīng)過多個(gè)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(gè)波道分開，各波道的信號(hào)通過具有功能的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行再生、定時(shí)和整形后，再輸入到下一個(gè)電再生段，以此過程一直傳輸?shù)綇?fù)用段或鏈路的終端，按始端的波道序號(hào)接至所對(duì)應(yīng)的終端設(shè)備。開放式系統(tǒng)有兩個(gè)主要特點(diǎn)：一是在系統(tǒng)中采用了波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器，使之能夠兼容不同工作波長(zhǎng)、不同廠商生產(chǎn)的設(shè)備；一是利用波長(zhǎng)轉(zhuǎn)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(shè)備組成，只在鏈路的終端接入設(shè)備，這對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的組織、擴(kuò)容、管理、維護(hù)等均

13、非常有利。集成式系統(tǒng)也有兩個(gè)主要特點(diǎn)，一是不采用波長(zhǎng)轉(zhuǎn)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(zhǎng)的設(shè)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(diǎn)，故在工程設(shè)計(jì)中宜選用開放式系統(tǒng)的設(shè)備。 系統(tǒng)的波道基礎(chǔ)速率，目前可商用的有和兩種設(shè)備，工程中選定波道的基礎(chǔ)速率，除與傳輸容量需求有關(guān)之外還與所使用的光纖種類密切相關(guān)。 2.3 站段配置 傳輸系統(tǒng)設(shè)有終端站、轉(zhuǎn)接站、再生站和光放站，由此組成了復(fù)用段、再生段和光放段。終端站和轉(zhuǎn)接站根據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)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(zhǎng)轉(zhuǎn)換器以及的終端復(fù)用器或分插復(fù)用器等設(shè)備；再生站和光放站根

14、據(jù)設(shè)備的傳輸技術(shù)要求和所用光纖的技術(shù)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(zhǎng)轉(zhuǎn)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(jìn)行設(shè)計(jì)，以再生段為單元，再生段內(nèi)各個(gè)光線路放大器均設(shè)計(jì)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(jìn)行補(bǔ)齊。 一個(gè)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(diào)測(cè)和維護(hù)。結(jié)合工程的具體條件，在一個(gè)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(jì)算比較復(fù)雜，系統(tǒng)調(diào)

15、測(cè)也比較困難，所以目前工程中，多按一個(gè)再生段內(nèi)選用一種增益的放大器進(jìn)行設(shè)計(jì)。 工程設(shè)計(jì)中再生段的長(zhǎng)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(biāo)要求配置。 再生段的長(zhǎng)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(zhǎng)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(wù)與傳輸指標(biāo) 光監(jiān)控通道能夠提供的公務(wù)通信支路，工程設(shè)計(jì)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(wù)通信。同時(shí)還可以利用系統(tǒng)的公務(wù)通信支路組織裝有

16、設(shè)備的轉(zhuǎn)接站、終端站間的公務(wù)通信。 光纖傳輸系統(tǒng)尚無一套完整的衡量其傳輸質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)，光信噪比是可以作為衡量傳輸質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)，但還不夠全面，系統(tǒng)承載的是信號(hào)，所以在衡量系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量時(shí)，還應(yīng)測(cè)試接口的誤碼和抖動(dòng)指標(biāo)。 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(luò)網(wǎng)管兩大部分，網(wǎng)元網(wǎng)管主要是完成對(duì)網(wǎng)元設(shè)備的監(jiān)控管理，對(duì)網(wǎng)元設(shè)備進(jìn)行配置并實(shí)時(shí)反應(yīng)網(wǎng)元設(shè)備的運(yùn)行狀況；而網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)管是比網(wǎng)元網(wǎng)管更高一級(jí)的網(wǎng)管，它負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)控管理，能夠?qū)崟r(shí)地反映網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀況，并完成對(duì)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的維護(hù)管理功能和網(wǎng)絡(luò)配置功能。 網(wǎng)管系統(tǒng)是維護(hù)網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備的重要手段，系統(tǒng)的網(wǎng)管系統(tǒng)更是如此，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理

17、和維護(hù)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(luò)管理是技術(shù)發(fā)展的最重要問題，技術(shù)應(yīng)用的成功與否很大程度上決定于網(wǎng)絡(luò)管理。 3 幾點(diǎn)特別考慮 系統(tǒng)是一個(gè)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(shí)，引入的噪聲就會(huì)不同，只有合理設(shè)計(jì)光中繼段的距離和電再生段中級(jí)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(shè)計(jì)。 由于系統(tǒng)采用的是光復(fù)用解復(fù)用，在傳輸過程中沒有經(jīng)過任何的電光轉(zhuǎn)換，因此，對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸性能要求大大提高。 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)優(yōu)先選用具有兼容性能的開放式設(shè)備。當(dāng)用光纖傳輸時(shí)，波道基礎(chǔ)速率宜為 ；用光纖傳輸時(shí)，波道基礎(chǔ)速率可為或及以上系統(tǒng)。