光波分復(fù)用技術(shù)在光纖傳輸中的現(xiàn)狀與應(yīng)用

陳力

【摘要】 光波分復(fù)用技術(shù)是目前光纖通信中最主要的傳輸擴(kuò)容技術(shù)之一，其主要原理為在同一根光纖中同時(shí)傳輸不同波長的光信號，實(shí)現(xiàn)單位時(shí)間信息傳輸量的倍增。本文簡要介紹了光波分復(fù)用技術(shù)特點(diǎn)、實(shí)現(xiàn)方法及目前的應(yīng)用。該技術(shù)具有快速靈活、經(jīng)濟(jì)可靠等優(yōu)點(diǎn)；實(shí)現(xiàn)方式多為“復(fù)用發(fā)射——中繼——接收解復(fù)用”的傳輸結(jié)構(gòu)；已在我國網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用，且相關(guān)研究也日趨成熟。最后本文展望了當(dāng)前光波分復(fù)用技術(shù)的發(fā)展方向——密集光波分復(fù)用。

【關(guān)鍵詞】 光波分復(fù) 技術(shù) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

一、光波分復(fù)用技術(shù)

為了提升網(wǎng)絡(luò)的通信效率，在通訊技術(shù)的發(fā)展中人們逐漸設(shè)計(jì)了多種多路復(fù)用技術(shù)，包括時(shí)分復(fù)用（TDM）、頻分復(fù)用（FDM）、碼分復(fù)用（CDMA）和波分復(fù)用（WDM）。波分復(fù)用（WDM）是將兩種或多種不同波長的光載波信號（攜帶各種信息）在發(fā)送端經(jīng)復(fù)用器（Multiplexer）匯合在一起，并耦合到光線路的同一根光纖中進(jìn)行傳輸?shù)募夹g(shù)；在接收端，經(jīng)解復(fù)用器（Demultiplexer）將各種波長的光載波分離，然后由光接收機(jī)作進(jìn)一步處理以恢復(fù)原信號。這種在同一根光纖中同時(shí)傳輸兩個(gè)或眾多不同波長光信號的技術(shù)，稱為波分復(fù)用。

光波分復(fù)用技術(shù)具有以下優(yōu)勢：（1）高傳輸帶寬：充分利用光纖的低損耗波段，增加光纖的傳輸容量，使一根光纖傳送信息的物理限度增加一倍至數(shù)倍，潛力可達(dá)約25THz，傳輸帶寬充足。（2）較好的信號兼容性：具有在同一根光纖中，傳送2個(gè)或數(shù)個(gè)非同步信號的能力，有利于數(shù)字信號和模擬信號的兼容，與數(shù)據(jù)速率和調(diào)制方式無關(guān)，在線路中間可以靈活取出或加入信道。（3）使用靈活：對已建光纖系統(tǒng)，尤其早期鋪設(shè)的芯數(shù)不多的光纜，只要原系統(tǒng)有功率余量，可進(jìn)一步增容，實(shí)現(xiàn)多個(gè)單向信號或雙向信號的傳送而不用對原系統(tǒng)作大改動(dòng)，具有較強(qiáng)的靈活性。（4）運(yùn)營成本低廉：由于大量減少了光纖的使用量，大大降低了建設(shè)成本、由于光纖數(shù)量少，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，恢復(fù)起來也迅速方便。同時(shí)有源光設(shè)備的共享性，對多個(gè)信號的傳送或新業(yè)務(wù)的增加降低了成本。（5）可靠性：系統(tǒng)中有源設(shè)備得到大幅減少使得運(yùn)行過程可靠穩(wěn)定。

二、光波分復(fù)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

光波分復(fù)用系統(tǒng)主要包含以下結(jié)構(gòu)：（1）光發(fā)射系統(tǒng)。光發(fā)射機(jī)是WDM系統(tǒng)的核心，除了對WDM系統(tǒng)中發(fā)射激光器的中心波長有特殊的要求外，還應(yīng)根據(jù)WDM系統(tǒng)的不同應(yīng)用（主要是傳輸光纖的類型和傳輸距離）來選擇具有一定色度色散容量的發(fā)射機(jī)。在發(fā)送端首先將來自終端設(shè)備輸出的光信號利用光轉(zhuǎn)發(fā)器把非特定波長的光信號轉(zhuǎn)換成具有穩(wěn)定的特定波長的信號，再利用合波器合成多通路光信號，通過光功率放大器（BA）放大輸出。（2）光中繼放大器。經(jīng)過長距離（80～120km）光纖傳輸后，需要對光信號進(jìn)行光中繼放大，目前使用的光放大器多數(shù)為摻鉺光纖光放大器（EDFA）。在WDM系統(tǒng)中必須采用增益平坦技術(shù)，使EDFA對不同波長的光信號具有相同的放大增益，并保證光信道的增益競爭不影響傳輸性能。（3）光接收系統(tǒng)。在接收端，光前置放大器（PA）放大經(jīng)傳輸而衰減的主信道信號，采用分波器從主信道光信號中分出特定波長的光信道，接收機(jī)不但要滿足對光信號靈敏度、過載功率等參數(shù)的要求，還要能承受一定光噪聲的信號，要有足夠的電帶寬性能。（4）光監(jiān)控信道。光監(jiān)控信道的主要功能是監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)各信道的傳輸情況。在發(fā)送端插入本節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的波長為（1550nm）的光監(jiān)控信號，與主信道的光信號合波輸出。在接收端，將接收到的光信號分波，分別輸出（1550nm）波長的光監(jiān)控信號和業(yè)務(wù)信道光信號。幀同步字節(jié)、公務(wù)字節(jié)和網(wǎng)管使用的開銷字節(jié)都是通過光監(jiān)控信道來傳遞的。（5）網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)通過光監(jiān)控信道傳送開銷字節(jié)到其他節(jié)點(diǎn)或接收來自其他節(jié)點(diǎn)的開銷字節(jié)對WDM系統(tǒng)進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)配置管理、故障管理、性能管理、安全管理等功能。

三、光波分復(fù)用技術(shù)的應(yīng)用

光波分復(fù)用技術(shù)具有如下意義：（1）為寬帶網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提供了拓展平臺(tái)。由于可提供話音、數(shù)據(jù)和圖像等方式的完美匯聚傳輸，因此伴隨著光通信帶寬需要的日益增加，光波分復(fù)用技術(shù)將成為光纖應(yīng)用領(lǐng)域的首選技術(shù)。（2）滿足網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容需求。由于主要通過改變基礎(chǔ)速率和提高每根光纖的傳輸容量來提高光纜傳輸?shù)目側(cè)萘?，故使用光波分?fù)用能以較低的成本實(shí)現(xiàn)在有限的傳輸管纜芯數(shù)中逐步擴(kuò)容升級。此外，它還可與IP技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)路由器數(shù)據(jù)在光波分復(fù)用系統(tǒng)中透明傳輸，從而簡化設(shè)備構(gòu)成。（3）應(yīng)用與廣泛的區(qū)域范圍。光波分復(fù)用系統(tǒng)不僅能應(yīng)付信息流量的劇增，保護(hù)原有線路投資，降低建設(shè)和維護(hù)成本，還可在建設(shè)和應(yīng)用光子網(wǎng)絡(luò)方面發(fā)揮獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢。此外，它還將在發(fā)展超大容量的光傳輸、實(shí)現(xiàn)更為廣闊的區(qū)域范圍內(nèi)的信息傳遞等方面發(fā)揮重要作用。（4）為日益增長的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模提供擴(kuò)展空間。由于具有透明性、可重構(gòu)性、網(wǎng)絡(luò)生存性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，未來的光波分復(fù)用技術(shù)光網(wǎng)絡(luò)將向基于光波長選路、光波長交換的靈活組網(wǎng)方向發(fā)展，并最終成為具有快速網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)及重構(gòu)能力的光傳輸網(wǎng)。

我國在光波分復(fù)用技術(shù)方面起步較晚，先在長途干線上采用WDM技術(shù)進(jìn)行點(diǎn)到點(diǎn)擴(kuò)容，后在節(jié)點(diǎn)上采用OADM、OXC技術(shù)進(jìn)行上/下話路。我國于1997年引進(jìn)第一套8波長WDM系統(tǒng)，并安裝在西安至武漢的干線上。1998年中國開始大規(guī)模引進(jìn)8×2.5Gb/sWDM系統(tǒng)，對總長達(dá)2萬多km的12條省際光纜干線進(jìn)行擴(kuò)容改造。同時(shí)各省內(nèi)干線也相繼采用WDM技術(shù)擴(kuò)容，如在“南昌-九江”光纜擴(kuò)容工程中，采用的就是AT&T公司的設(shè)備和雙窗口WDM系統(tǒng)，即在G.652光纖的1310nm、1550nm兩個(gè)低損耗工作窗口分別運(yùn)行一個(gè)系統(tǒng)。這樣可在不拆除1310nm窗口原有PDH設(shè)備的情況下，利用未使用的1550nm窗口，加開SDH2.5Gb/s系統(tǒng)。同時(shí)國內(nèi)也開發(fā)研制出濟(jì)南—青島WDM長途骨干傳輸系統(tǒng)，是使用8個(gè)波長傳送8個(gè)2.5GbpsSDH系統(tǒng)的信號，經(jīng)過4個(gè)光放大器實(shí)現(xiàn)20Gbps信號470公里無電再生中繼傳輸。為保證中國干線網(wǎng)的高速率、大容量并有足夠的余量確保網(wǎng)絡(luò)安全和未來發(fā)展的需要，采用WDM技術(shù)的工作已全面展開。

2002年4月19日，武漢郵電科學(xué)研究院承擔(dān)的國家863重大項(xiàng)目“32×10Gbit/sSDH波分復(fù)用系統(tǒng)”在廣西南寧通過國家驗(yàn)收。該系統(tǒng)首次在國內(nèi)實(shí)現(xiàn)了開滿32波滿配置400公里的無電再生傳輸。 該項(xiàng)目是國家863計(jì)劃的重中之重項(xiàng)目。系統(tǒng)在STM-64上實(shí)現(xiàn)帶內(nèi)前向糾錯(cuò)（FEC）功能。提供4個(gè)SDH10Gbit/s終端復(fù)用器設(shè)備（MF9953-01A），2個(gè)32×10Gbit/sWDM端機(jī)（GDB9953-01-32），4個(gè)32×10Gbit/sWDM中繼機(jī)（GZB9953-01-32）及一個(gè)網(wǎng)元管理系統(tǒng)。把系統(tǒng)應(yīng)用到實(shí)際工程，廣西的南寧至柳州，全長280kmG.652光纖，分為4段（69+36+92+83km），開通兩端10Gbit/sSDH設(shè)備，設(shè)南寧、柳州兩個(gè)終端站，九塘、來賓、賓陽三個(gè)光放大中繼站；WDM開通1個(gè)10Gbit/s波道和8個(gè)2.5Gbit/s波道，該工程在同一管理平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)對SDH和WDM的統(tǒng)一管理，具有較完善的管理維護(hù)功能。

四、總結(jié)與展望

WDM技術(shù)具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢，對于一個(gè)幅員遼闊的發(fā)展中國家來說，推廣應(yīng)用WDM技術(shù)顯得尤為重要。目前密集波分復(fù)用系統(tǒng)（DWDM）的研究正越來越受到重視，這項(xiàng)技術(shù)的突破將使網(wǎng)絡(luò)信息傳輸速度大幅上升，并使得現(xiàn)有向全光網(wǎng)絡(luò)的方向發(fā)展。波分復(fù)用系統(tǒng)已成為現(xiàn)今網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)發(fā)展的重要推動(dòng)力量。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 唐玉麟. 波分多路復(fù)用-纖維光學(xué)系統(tǒng)的新應(yīng)用[J]. 光通信術(shù). 1982（02）

[2] 張昕. 波分復(fù)用技術(shù)原理及應(yīng)用[J]. 科技致富向?qū)? 2010（12）

[3] 張彥華. 淺析波分技術(shù)的現(xiàn)狀及應(yīng)用[J]. 中國新通信. 2008（13）