淺談密集波分復(fù)用技術(shù)的應(yīng)用

周旭娟

【摘 要】以高速光傳輸技術(shù)、寬帶光接入技術(shù)、節(jié)點(diǎn)光交換技術(shù)、智能光聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為核心并面向IP互聯(lián)網(wǎng)的密集波分復(fù)用技術(shù)己構(gòu)成了今天的光纖通信的研究熱點(diǎn)，采用自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以后，原來(lái)復(fù)雜的多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以變得簡(jiǎn)單和扁平化，在光網(wǎng)絡(luò)層直接開(kāi)始承載業(yè)務(wù)，避免了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)升級(jí)時(shí)受到的多重限制。

【關(guān)鍵詞】密集波；復(fù)用技術(shù)

一、密集波分復(fù)用技術(shù)的優(yōu)越性

（1）超大容量：目前使用的普通光纖可傳輸?shù)膸捠呛軐挼?，但其利用率還很低。使用DWDM技術(shù)可以使一根光纖的傳輸容量比單波長(zhǎng)傳輸容量增加幾倍、幾十倍乃至幾百倍。國(guó)內(nèi)己經(jīng)商用的80x40Gb/s的DWDM系統(tǒng)，可以傳4960萬(wàn)路電話。

（2）對(duì)數(shù)據(jù)率“透明”：由于DWDM系統(tǒng)按光波長(zhǎng)的不同進(jìn)行復(fù)用和解復(fù)用，而與信號(hào)的速率和電調(diào)制方式無(wú)關(guān)，即對(duì)數(shù)據(jù)是“透明”的。因此可以傳輸特性完全不同的信號(hào)，完成各種電信號(hào)的綜合和分離，包括數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)，以及PDH信號(hào)和SDH信號(hào)的綜合和分離。

（3）系統(tǒng)升級(jí)時(shí)能最大限度地保護(hù)己有投資：在網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)充和發(fā)展中，無(wú)需對(duì)光纜線路進(jìn)行改造，只需更換光發(fā)射機(jī)和光接收機(jī)即可實(shí)現(xiàn)，是理想的擴(kuò)容手段，也是引入寬帶業(yè)務(wù)（例如CATV、HDTV和B-ISDN等）的方便手段，增加一個(gè)附加波長(zhǎng)即可引入任意想要的新業(yè)務(wù)或新容量。

（4）高度的組網(wǎng)靈活性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性：利用DWDM技術(shù)構(gòu)成的新型通信網(wǎng)絡(luò)比用傳統(tǒng)的電時(shí)分復(fù)用技術(shù)組成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)要大大簡(jiǎn)化，而且網(wǎng)絡(luò)層次分明，各種業(yè)務(wù)的調(diào)度只需調(diào)整相應(yīng)光信號(hào)的波長(zhǎng)即可實(shí)現(xiàn)。由于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、層次分明以及業(yè)務(wù)調(diào)度方便，由此而帶來(lái)的網(wǎng)絡(luò)的靈活性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性是顯而易見(jiàn)的。

（5）可兼容全光交換：可以預(yù)見(jiàn)，在未來(lái)可望實(shí)現(xiàn)的全光網(wǎng)絡(luò)中，各種電信業(yè)務(wù)的上/下、交叉連接等都是在光上通過(guò)對(duì)光信號(hào)波長(zhǎng)的改變和調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)的。因此，DWDM技術(shù)將是實(shí)現(xiàn)全光網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，而且DWDM系統(tǒng)能與未來(lái)的全光網(wǎng)兼容，將來(lái)可能會(huì)在已經(jīng)建成的DWDM系統(tǒng)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)透明的、具有高度生存性的全光網(wǎng)絡(luò)。

二、密集波分復(fù)用的主要技術(shù)

（一）光源技術(shù)

石英光纖有三個(gè)低損耗窗口：600nm-900nm、1000nm-1350nm、1450nm-1800nm，即常說(shuō)的860nm窗口、1310nm窗口和1550nm窗口。860nm窗口主要用于多模光纖，SDH業(yè)務(wù)傳遞多用1310nm窗口和1550nm窗口。鑒于目前尚無(wú)工作于1310nm窗口的寬帶光放大器，所以波分復(fù)用系統(tǒng)的工作波長(zhǎng)區(qū)為1550mm。DWDM系統(tǒng)在1550nm窗口的工作波長(zhǎng)范圍分為兩部分，C波段和L波段。

（二）光合波與分波技術(shù)

對(duì)合、分波器的要求：光合波器與分波器在超高速，大容量波分復(fù)用系統(tǒng)中起著關(guān)鍵作用，性能的優(yōu)劣對(duì)系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量有決定性的影響。系統(tǒng)對(duì)合、分波器的要求是衰耗以及偏差小、信道間的串?dāng)_小。

波分復(fù)用器分類：光柵型波分復(fù)用器屬于角色散型器件。光柵型波分復(fù)用器具有優(yōu)良的波長(zhǎng)選擇性，可以使波長(zhǎng)的間隔縮小到0.5nm左右。但是，由于光柵在制造上要求非常精密，不適合大批量生產(chǎn)，往往在實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)研究中應(yīng)用較多。介質(zhì)薄膜型波分復(fù)用器是由薄膜濾波器（TFF）構(gòu)成。介質(zhì)薄膜波分復(fù)用器是一種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的小型化無(wú)源光器件，信號(hào)通帶平坦，插入損耗低，通路間隔度好。陣列波導(dǎo)波分復(fù)用器是以光集成技術(shù)為基礎(chǔ)的平面波導(dǎo)型器件，AWG結(jié)構(gòu)緊湊，插損小，是光傳送網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)合分波的優(yōu)選方案。耦合型波分復(fù)用器是將兩根或者多根光纖靠貼在一起適度熔融而成的一種表面交互式器件，只能實(shí)現(xiàn)合波功能，制造成本低，缺點(diǎn)是引入損耗大。

（三）光放大技術(shù)

目前密集波分復(fù)用系統(tǒng)中主要采用的是摻鉺光纖放大器和拉曼光纖放大器。根據(jù)放大器在光傳送網(wǎng)絡(luò)中的位置，可以分為功率放大器（BA）、線路放大器（LA）、前置放大器（隊(duì)）。①BA：置于終端復(fù)用設(shè)備或中繼設(shè)備的發(fā)射光源之后，在中繼段中靠前的位置，主要作用是提高發(fā)送功率，從而延長(zhǎng)傳輸距離。②LA：置于整個(gè)中繼段的中間，將EDFA直接插入光纖傳輸鏈路中對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大。一個(gè)中繼段可以根據(jù)需要，配置多個(gè)線路放大器。③PA：安裝在中繼段的末尾，在光接收設(shè)備之前，其主要作用是對(duì)經(jīng)過(guò)線路衰減后的小信號(hào)進(jìn)行預(yù)放大，提升進(jìn)入接收機(jī)的光信號(hào)功率，以滿足接收機(jī)接收靈敏度的要求。

（四）EDFA在應(yīng)用中注意的問(wèn)題

EDFA解決了光纖傳輸系統(tǒng)的許多難題，但同時(shí)也帶來(lái)了一些新的問(wèn)題，在DWDM系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和維護(hù)中應(yīng)當(dāng)引起注意。

三、密集波分復(fù)用技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

（一）密集波分復(fù)用技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)的密集波分復(fù)用光通信網(wǎng)的研究近年來(lái)也已取得了很大的進(jìn)展，國(guó)內(nèi)自行研制的密集波分復(fù)用傳輸系統(tǒng)己在多個(gè)省市提供運(yùn)行。以華為、中興、烽火為代表的國(guó)內(nèi)電信設(shè)備制造商都己有多種密集波分復(fù)用設(shè)備投入商用。目前國(guó)內(nèi)廠家可以提供80X40G的傳輸容量，已達(dá)國(guó)際先進(jìn)水平。同時(shí)OTN（光傳送網(wǎng)）的研究與應(yīng)用工作在國(guó)家自然科學(xué)基金和863計(jì)劃支持的中國(guó)高速信息互連試驗(yàn)網(wǎng)（NSFCNET）、國(guó)家863計(jì)劃支持的中國(guó)高速星形示范網(wǎng)（以INONET）均取得了重大成果。其中CAINONET利用自行研制的光交叉連接設(shè)備（OXC）、光分插復(fù)用器（OADM）、核心路由器（CR）和網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)以及接入服務(wù)器、邊緣路由器、SDH傳輸系統(tǒng)等配套設(shè)備建設(shè)基于光因特網(wǎng)技術(shù)的示范網(wǎng)，為以光因特網(wǎng)技術(shù)為代表的先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究、開(kāi)發(fā)、測(cè)試提供優(yōu)良的試驗(yàn)平臺(tái)，研制開(kāi)發(fā)出了一批高水平、標(biāo)志性的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的863研究成果，并促進(jìn)這些成果形成產(chǎn)業(yè)化。

（二）密集波分復(fù)用光網(wǎng)絡(luò)的演變與發(fā)展方向

回顧波分復(fù)用技術(shù)的發(fā)展過(guò)程可以看出，大規(guī)模的密集波分復(fù)用系統(tǒng)技術(shù)首先是從試驗(yàn)系統(tǒng)中開(kāi)始的，如20世紀(jì)90年代美國(guó)斯坦福大學(xué)的STARNET，美國(guó)IBM的Rainbow，美國(guó)哥倫比亞大學(xué)的Tera NET等。隨著越來(lái)越多的光傳輸系統(tǒng)升級(jí)為密集波分復(fù)用系統(tǒng)，人們發(fā)現(xiàn)在系統(tǒng)中引入光節(jié)點(diǎn)技術(shù)，可以在波長(zhǎng)域?qū)崿F(xiàn)低成本、高效率、靈活的組網(wǎng)，尤其是使得現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)成倍地增長(zhǎng)，其中EDFA所器的作用越來(lái)越大。從技術(shù)演進(jìn)的角度看，密集波分復(fù)用組網(wǎng)遵循了從點(diǎn)到點(diǎn)系統(tǒng)，固定波長(zhǎng)上下路，可變波長(zhǎng)上下路，最終實(shí)現(xiàn)光域上的交叉連接和自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)的演變規(guī)律。目前，密集波分復(fù)用光網(wǎng)絡(luò)在功能上還不夠強(qiáng)大，尚不能滿足可預(yù)見(jiàn)的客戶層需求。這種不足主要體現(xiàn)在：①不能快速、高質(zhì)量地為用戶提供各種帶寬服務(wù)與應(yīng)用，滿足不了正在興起的“波長(zhǎng)批發(fā)”、“波長(zhǎng)出租”以及“光VPN，等各種業(yè)務(wù)的要求。②無(wú)法進(jìn)行實(shí)時(shí)的流量工程控制，現(xiàn)有的光網(wǎng)絡(luò)不能根據(jù)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求，實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)地調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以避免擁塞，實(shí)現(xiàn)資源的最佳配置。③光網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)和恢復(fù)功能有待加強(qiáng)。④設(shè)備的互操作性和網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性差。為了解決上述問(wèn)題，加強(qiáng)光網(wǎng)絡(luò)功能，提高光網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量，ITU-T在充分考慮到現(xiàn)有光網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際情況、兼顧網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商利益的基礎(chǔ)上，提出了ASTN模型、ASON模型和OTN的概念，賦予光網(wǎng)絡(luò)以更多的智能，用以解決現(xiàn)有光網(wǎng)絡(luò)中存在的不足。

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