關(guān)于光波分復(fù)用技術(shù)與應(yīng)用

龔　莉　王躍紅

摘要:作者通過在武漢郵科院光纖通信的培訓(xùn)和實踐,談?wù)剬DM(波分復(fù)用)技術(shù)及原理的一點粗淺的認識及在青島對青濟光纜的波分復(fù)用技術(shù)應(yīng)用的考察。

關(guān)鍵詞:WDM(波分復(fù)用);FDM(頻分復(fù)用);帶寬;光纖色散

1光纖的基本特性

由于單模光纖具有內(nèi)部損耗低、帶寬大、易于升級擴容和成本低的優(yōu)點,因而得到了廣泛應(yīng)用。從80年代末起,我國在國家干線網(wǎng)上敷設(shè)的都是常規(guī)單模光纖。常規(guī)石英單模光纖同時具有1550nm和1310nm兩個窗口,最小衰減窗口位于1550nm窗口。多數(shù)國際商用光纖在這兩個窗口的典型數(shù)值為:1310nm窗口的誤減 在(0.3～0.4)dB/km;1550nm窗口的衰減在(0.19～0.25)dB/km。

在1380nm有一個OH-根離子吸收峰導(dǎo)致?lián)p耗比較大外,其它區(qū)域光纖損耗都小于0.5dB/km(據(jù)報道已有公司推出了ALL-WAVE全波光纖,消除了這一損耗峰峰值,使整個頻帶更加平坦)?，F(xiàn)在人們所利用的只是光纖低損耗頻譜(1310～1550nm)極少的一部分。以常規(guī)SDH2.5Gb/s系統(tǒng)為例,在光纖的帶寬中只占很小一部分,大約只有0.02nm左右;全部利用摻餌光纖放大器EDFA的放大區(qū)域帶寬(1530～1565nm)的35nm帶寬,也只是占用光纖全部帶寬(1310～1570nm)的1/6左右。

理論上,WDM技術(shù)可以利用的單模光纖帶寬達到200nm,即25THz帶寬,即使按照波長間隔為0.8nm(100GHz)計算,理論上也可以開通200多個波長的WDM系統(tǒng),因而目前光纖的帶寬遠遠沒有利用。WDM技術(shù)的出現(xiàn)正是為了充分利用這一帶寬,而光纖本身的寬帶寬、低損耗特性也為WDM系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展提供了可能。

2波分復(fù)用的技術(shù)原理

在模擬載波通信系統(tǒng)中,為了充分利用電纜的帶寬資源,提高系統(tǒng)的傳輸容量,通常利用頻分復(fù)用的方法,即在同一根電纜中同時傳輸若干個信道的信號,接收端根據(jù)各載波頻率的不同,利用帶通濾波器就可濾出每一個信道的信號。

同樣,在光纖通信系統(tǒng)中也可以采用光的頻分復(fù)用的方法來提高系統(tǒng)的傳輸容量,在接收端采用解復(fù)用器(等效于光帶通濾波器)將各信號光載波分開。由于在光的頻域上信號頻率差別比較大,人們更喜歡采用波長來定義頻率上的差別,因而這樣的復(fù)用方法稱為波分復(fù)用。

所謂WDM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)不同可以將光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(fù)用器(合波器)將不同規(guī)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(fù)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(fù)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(fù)用傳輸。雙向傳輸?shù)膯栴}也很容易解決,只需將兩個方向的信號分別安排在不同波長傳輸即可。根據(jù)波分復(fù)用器的不同,可以復(fù)用的波長數(shù)也不同,從2個至幾十個不等,現(xiàn)在商用化的一般是是波長和16波長系統(tǒng),這取決于所允許的光載波波長的間隔大小。

WDM本質(zhì)上是光域上的頻分復(fù)用(FDM)技術(shù)。要想深刻理解WDM系統(tǒng)的本質(zhì),有必要對傳輸技術(shù)的發(fā)展進行一下總結(jié)。從我國幾十年應(yīng)用的傳輸技術(shù)來看,走的是FDM-TDM-TDM+FDM的路線。開始的明線、中同軸電纜采用的都是FDM模擬技術(shù),即電域上的頻分復(fù)用技術(shù),每路話音的帶寬為4kHz,每路話音占據(jù)傳輸媒質(zhì)(如同軸電纜)一段帶寬;PDH、SDH系統(tǒng)則是在光纖上傳輸?shù)腡DM基帶數(shù)字信號,每路話音速率為64kb/s;而WDM技術(shù)是光纖上頻分復(fù)用技術(shù),16(8)×2.5Gb/s的WDM系統(tǒng)則是光域上的FDM模擬技術(shù)和電域上TDM數(shù)字技術(shù)的結(jié)合。

WDM本質(zhì)上是光域上的頻分復(fù)用FDM技術(shù),每個波長通路通過頻域的分割實現(xiàn)。每個波長通路占用一段光纖的帶寬,與過去同軸電纜FDM技術(shù)不同的是:(1) 傳輸媒質(zhì)不同,WDM系統(tǒng)是光信號上的頻率分割,同軸系統(tǒng)是電信號上的頻率分割利用。(2) 在每個通路上,同軸電纜系統(tǒng)傳輸?shù)氖悄M信號4kHz語音信號,而WDM系統(tǒng)目前每個波長通路上是數(shù)字信號SDH 2.5Gb/s或更高速率的數(shù)字系統(tǒng)。

3波分復(fù)用技術(shù)的主要特點

可以充分利用光纖的巨大帶寬資源,使傳輸容量比單波長傳輸增加幾倍至幾十倍。

使N個波長復(fù)用起來在單模光纖中傳輸,在大容量長途傳輸時可以大量節(jié)約光纖。另外,對于早期安裝的芯數(shù)不多的光纜,芯數(shù)較少,利用波分復(fù)用不必對原有系統(tǒng)作較大的改動即可比較方便地進行擴容。

由于由一光纖中傳輸?shù)男盘柌ㄩL彼此獨立,因而可以傳輸特性完全不同的信號,完成各種電信業(yè)務(wù)信號的綜合和分離,包括數(shù)字信號和模擬信號,以及PDH信號和SDH信號的綜合與分離。

波分復(fù)用通道對數(shù)據(jù)格式是透明的,即與信號速率及電調(diào)制方式無關(guān)。一個WDM系統(tǒng)可以承載多種格式的“業(yè)務(wù)”信號,ATM、IP或者將來有可能出現(xiàn)的信號。WDM系統(tǒng)完成的是透明傳輸,對于“業(yè)務(wù)”層信號來說,WDM的每個波長就像“虛擬”的光纖一樣。

在網(wǎng)絡(luò)擴充和發(fā)展中,是理想的擴容手段,也是引入寬帶新業(yè)務(wù)(例如CATV、HDTV和B-ISDN等)的方便手段,增加一個附加波長即可引入任意想要的新業(yè)務(wù)或新容量。

利用WDM技術(shù)選路來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)交換和恢復(fù),從而可能實現(xiàn)未來透明的、具有高度生存性的光聯(lián)網(wǎng)。WDM已不僅成為解決容量問題的手段,而且成為加速新業(yè)務(wù)量生成的基礎(chǔ)。

在國家骨干網(wǎng)的傳輸時,EDFA的應(yīng)用可以大大減少長途干線系統(tǒng)SDH中繼器的數(shù)目,從而減少成本。距離越長,節(jié)省成本就越多。

4波分復(fù)用的優(yōu)點

超高速大容量:復(fù)用光通道速率為:622MB/S、25GB/S、10GB/S,復(fù)用通道數(shù):4、8、16、32個或更多,超大容量傳輸:可達300GB/以上,可平滑升級擴容:根據(jù)需要隨意增加復(fù)用光通道,各信道彼此獨立,可透明傳送不同業(yè)務(wù)。

可利用成熟TDM技術(shù)、避開更高速TDM技術(shù)難度,2.5GSDH技術(shù)已十分成熟,TDM方式10G SDH已達電子器件工作極限。

對光纖色散無過高要求:N*2.5G的WDM系統(tǒng)對光纖色散的要求,同單波長2.5G一樣,G.652光纖適合于傳輸2.5GTDM信號,但難以傳10G以上TDM信號,需進行色散補償。

可利用寬帶EDFA實現(xiàn)超長距離傳輸:用一個寬帶EDFA可對復(fù)用光通道信號同時放大,可實現(xiàn)超長距離傳輸(可達640KM),節(jié)省大量中繼設(shè)備。

適合向全光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展,可與光分插復(fù)用和光交叉連設(shè)備結(jié)合使用,組成具有高度生存性、超大容量的全光網(wǎng)絡(luò)。

適合中國國情,我國目前鋪設(shè)的光纖絕大部分為G.652光纖,不象G.653光纖那樣存在混頻效應(yīng)(FWM)。

5波分復(fù)用的技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展

近幾年已在北美開始大規(guī)模應(yīng)用,敷設(shè)量已超過5000多終端,目前的商用系統(tǒng)主要為(8-16)X2.5GB/S,40波系統(tǒng)已投入應(yīng)用,年底可達80/96波,2X16X10GB/S系統(tǒng)已投入實際商用,128X10GB/S系統(tǒng)已完成樣機,實驗室水平已達:2640GB/S(132X20GB/S),實用化系統(tǒng)容量:640GB/水(64X10GB/S),我國WDM實用化技術(shù)處于世界先進水平,僅落后于先進水平2年左右,WDM網(wǎng)絡(luò)規(guī)模居世界第二,我國863安排的8X2.5GB/S已與青濟和廣汕線路投入應(yīng)用,重慶移動長途傳輸干線渝西環(huán)DWDM 320G工程,采用UnitransZXWM

-32(320G)密集波分復(fù) 用系統(tǒng)和SDH Unitrans

系列設(shè)備建設(shè)。環(huán)網(wǎng)包括新牌坊、大坪、IDC中心、南坪、永川、北碚 六個OTM和ADM站點和江津、銅梁、潼南3個OLA站點。由武漢郵電科學(xué)研究院承擔(dān)的國家863重大項目“32X10GB/SSDH波分復(fù)用系統(tǒng)”在廣西南寧通過國家驗收,該項目是國家863計劃的重中之重項目。通過應(yīng)用到實際工程-廣西南寧至柳洲段,實現(xiàn)了在同一管理平臺上對SDH和WDM的統(tǒng)一管理,具有較完善的管理維護功能。

從某種意義上講,WDM技術(shù)的應(yīng)用標(biāo)志著光通信時代的“真正”到來,標(biāo)志著國產(chǎn)光傳輸設(shè)備的發(fā)展進入了一個嶄新階段。當(dāng)前,WDM技術(shù)仍處于快速發(fā)展階段,許多廠商的32 ×2.5Gb/s系統(tǒng)都已投入商用,另外N ×10Gb/s的WDM技術(shù)也發(fā)展很快,我們目前制定的規(guī)范僅僅對當(dāng)前引進和建設(shè)的16(8)×2.5Gb/sWDM系統(tǒng)參數(shù)進行了具體規(guī)定,對于16通路以上的WDM系統(tǒng)的光接口參數(shù)還沒有規(guī)范。但是許多普遍性原則,例如WDM分層結(jié)構(gòu)、光接口分類、保護以及安全要求等在多通路WDM系統(tǒng)中仍將適用。另外加快32 ×10Gb/s(2.5Gb/s)和其它拓撲結(jié)構(gòu)的WDM系統(tǒng)(如WDM環(huán)網(wǎng))的標(biāo)準(zhǔn)化,以滿足國內(nèi)迅速發(fā)展的WDM技術(shù)的要求。