干線傳輸中的波分技術(shù)應(yīng)用

張 樂，鄧麗娜

（國(guó)家電網(wǎng)吳忠供電公司，寧夏 吳忠 751100）

干線傳輸中的波分技術(shù)應(yīng)用

張 樂，鄧麗娜

（國(guó)家電網(wǎng)吳忠供電公司，寧夏 吳忠 751100）

隨著通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)雙端對(duì)帶寬的需求越來越大，傳統(tǒng)的干線傳輸存在一定的技術(shù)瓶頸，波分技術(shù)的出現(xiàn)，極大程度上解決了網(wǎng)絡(luò)流量的帶寬需求。文章通過對(duì)波分技術(shù)在干線傳輸中的原理、應(yīng)用和具體設(shè)計(jì)進(jìn)行描寫，探討了該技術(shù)在干線傳輸中的可行性，為未來干線智能化發(fā)展提供了相關(guān)思路。

干線傳輸；波分技術(shù)；網(wǎng)絡(luò)

隨著光纖技術(shù)的不斷發(fā)展，光纖應(yīng)用的覆蓋范圍也越來越大[1]，已經(jīng)逐步代替了傳統(tǒng)的電纜和雙絞線進(jìn)行傳輸，速度更快、也更加高效，傳輸容量大、電磁干擾也比較小，隨著通信網(wǎng)絡(luò)的日漸發(fā)達(dá)，移動(dòng)互聯(lián)的通信商和用戶對(duì)于干線傳輸過程中的技術(shù)要求也越來越高，此時(shí)，為了更好地加強(qiáng)傳輸效率和質(zhì)量，波分技術(shù)正逐漸在干線傳輸網(wǎng)絡(luò)中得到應(yīng)用。

波分技術(shù)是一種可以在信道上同時(shí)進(jìn)行不同波長(zhǎng)信號(hào)的傳輸方式，不同波長(zhǎng)的信號(hào)之間互不干擾，這也就能夠充分提升單根光纖的傳輸質(zhì)量和效率，極大程度上降低了設(shè)備的成本，在提高經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，也提升了整體的傳輸效率，而且，在進(jìn)行技術(shù)更新的時(shí)候，已經(jīng)安裝好的光纖不需要更換。基于以上眾多優(yōu)點(diǎn)，在未來的干線傳輸中，波分技術(shù)必將得到越來越多的應(yīng)用。

1 波分技術(shù)原理

從技術(shù)上來說，波分技術(shù)擁有多個(gè)優(yōu)勢(shì)，首先是傳輸容量巨大[2]，在傳輸過程中，單波的通路數(shù)可以達(dá)到80，速率最大可以達(dá)到100 Gbit/s。其次是光纖資源的節(jié)省程度，光纖相對(duì)來說還是成本比較高的傳輸實(shí)體，而波分技術(shù)系統(tǒng)則可以掛設(shè)多個(gè)終端設(shè)備，從而節(jié)省了光纖資源。未來的網(wǎng)絡(luò)流量將持續(xù)增長(zhǎng)，接入網(wǎng)對(duì)帶寬的要求也會(huì)逐漸增大，而彼時(shí)的波分技術(shù)將具有更多的優(yōu)勢(shì)可言。波分光纖也非常利于升級(jí)改造，可以同時(shí)兼容多個(gè)模擬信號(hào)，傳輸任意速率的信號(hào)，而且波分系統(tǒng)不需要從物理方面進(jìn)行改造，只需要對(duì)兩端的發(fā)射機(jī)接收機(jī)進(jìn)行更換即可，方便可靠?；谝陨蟽?yōu)點(diǎn)，再加上系統(tǒng)中接入的摻鉺光纖放大器（Erbium-doped Optical Fiber Ampli fi er，EDFA），波分技術(shù)可以幫助未來全方位地進(jìn)行全網(wǎng)絡(luò)化干線傳輸發(fā)展打下基礎(chǔ)。

波分技術(shù)的原理與其他存在區(qū)別，在一根光纖中，可以間隔多個(gè)不同波長(zhǎng)的信號(hào)，信號(hào)之間不存在任何干擾，利用耦合技術(shù)，不同的波長(zhǎng)信號(hào)能夠合成一路，全部接入到光纖中，而在接收端，則可以采用分離技術(shù)，光纖的傳輸一路信號(hào)還可以進(jìn)行還原，這是波分技術(shù)的理論模型，從概念上來進(jìn)行劃分，波分技術(shù)可以分成集成式系統(tǒng)和開放式系統(tǒng)兩種，波分技術(shù)系統(tǒng)內(nèi)的光源一定要足夠長(zhǎng)，并且光波長(zhǎng)也需要是干線傳輸系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)，集成式系統(tǒng)和開放式系統(tǒng)的區(qū)別主要在于對(duì)于終端設(shè)備的使用。

波分技術(shù)系統(tǒng)的傳輸主要有兩種方式，分別是雙纖單向和單纖雙向傳輸。雙纖單向的實(shí)質(zhì)是使用兩根光纖完成兩個(gè)方向的傳輸，而其中任何一根光纖至傳輸一個(gè)方向的信號(hào)，設(shè)備和線路都是獨(dú)立的，互相并不干擾，而單纖雙向的傳輸則是一根光纖同時(shí)傳輸兩個(gè)方向的光通路。

波分技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)主要有3個(gè)，分別是光濾波技術(shù)、光放大技術(shù)和光源技術(shù)。光濾波技術(shù)是各類復(fù)用器和解復(fù)用器的基礎(chǔ)，能夠充分實(shí)現(xiàn)光波的合成和分波，也可以同時(shí)使用EDFA獲得平坦的增益結(jié)果，主要指標(biāo)包括依據(jù)波長(zhǎng)進(jìn)行定義的損耗，表征通道選擇程度的通道隔離度，對(duì)溫度和振動(dòng)變化敏感程度的環(huán)境穩(wěn)定性，表征通道寬度的通道帶寬如圖1所示，為波分復(fù)用技術(shù)在通信技術(shù)中的應(yīng)用簡(jiǎn)圖。

圖1 波分復(fù)用在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

光信號(hào)在光纖中傳播會(huì)存在一定程度的損耗，對(duì)于線路較長(zhǎng)損耗嚴(yán)重的段落就要采用一定的技術(shù)進(jìn)行光能量補(bǔ)償，最早的補(bǔ)償技術(shù)主要是采用電再生的方法，使用能量再生器，在波分技術(shù)中，有多少個(gè)信號(hào)就需要多少個(gè)再生器，再生器是先將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)再生后再進(jìn)一步進(jìn)行轉(zhuǎn)換，利用光纖放大器可以放大單波長(zhǎng)的信號(hào)，也能放大一個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)的信號(hào)，滿足了波分系統(tǒng)的要求。造成光通信系統(tǒng)的光主要是來自于光源，光線能夠耦合大部分的能量，因此，距離被動(dòng)信號(hào)的傳輸就會(huì)更遠(yuǎn)，除了普通的通信系統(tǒng)對(duì)光源有具體的要求外，波分技術(shù)還需要在單縱模式下工作，波長(zhǎng)線寬也要盡可能的小，而且需要是可調(diào)諧信號(hào)，激光器的頻率調(diào)節(jié)不能過大，該頻率調(diào)節(jié)會(huì)導(dǎo)致不同信道的干擾，這是波分技術(shù)不能容忍的，所以直接調(diào)制不適合速率較大的系統(tǒng)，可采用外部調(diào)制法來解決調(diào)節(jié)問題，而且波長(zhǎng)和輸出的功率都必須穩(wěn)定，波分技術(shù)和相應(yīng)的頻譜解釋如圖2所示。

2 波分技術(shù)在干線傳輸中的設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)容量的大小可以影響到信息傳輸?shù)牧鲿吵潭龋陙?，網(wǎng)絡(luò)信息的傳輸呈現(xiàn)直線增長(zhǎng)，干線傳輸?shù)膲毫χ饾u提高，因此，進(jìn)行相應(yīng)的擴(kuò)容是運(yùn)營(yíng)商必須要嘗試解決的問題，波分傳輸系統(tǒng)是當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容最實(shí)用的方式。干線傳輸網(wǎng)絡(luò)主要是由傳輸系統(tǒng)組成，主要用于省內(nèi)各市縣，或者鄰省之間的電力信號(hào)傳輸。

網(wǎng)絡(luò)容量是波分技術(shù)進(jìn)行規(guī)劃的首要選擇[3]，需要滿足未來幾年內(nèi)的流量增長(zhǎng)，然后是線路段的設(shè)置，在波分技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中，一般傳輸站點(diǎn)之間的距離都很長(zhǎng)，在傳輸過程中信號(hào)會(huì)減弱，色散的影響也比較大，因此中繼站的設(shè)置要合理，中繼站的設(shè)置直接關(guān)系到波分系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量，設(shè)計(jì)需要避免過大距離的跨度和長(zhǎng)距離的五點(diǎn)終端復(fù)用段。之后是保護(hù)方式的設(shè)置，需要考慮到業(yè)務(wù)類型和重要性，對(duì)于不同的業(yè)務(wù)類型，要適當(dāng)?shù)剡x擇合適的保護(hù)方式，目前應(yīng)用比較多的是環(huán)網(wǎng)應(yīng)用保護(hù)。在進(jìn)行傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候，首先要對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行整體分析，包括內(nèi)部業(yè)務(wù)、國(guó)際電路業(yè)務(wù)、光傳送網(wǎng)（Optical Transport Network，OTN）業(yè)務(wù)等，都是在干線傳輸網(wǎng)絡(luò)中很重要的終端，尤其在近年來，各個(gè)國(guó)家的通信業(yè)務(wù)發(fā)展速度非常迅猛，業(yè)務(wù)預(yù)測(cè)本身就存在很大的不確定性，所以按照網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)都需要進(jìn)行超前的建設(shè)，長(zhǎng)途建設(shè)網(wǎng)的建設(shè)需要適當(dāng)提前，當(dāng)年的建設(shè)應(yīng)該滿足下一個(gè)兩年的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求。提前進(jìn)行規(guī)劃可以帶來很多好處，比如規(guī)劃和維護(hù)處清晰的數(shù)據(jù)鏈路，可以使得網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)在擴(kuò)容的升級(jí)方面影響極大降低，配置布局合理，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)和業(yè)務(wù)需求情況進(jìn)行合理布局和安排。不同城市間的波分系統(tǒng)遠(yuǎn)距離傳輸如圖3所示。

圖2 波分技術(shù)頻譜

圖3 不同城市間的波分系統(tǒng)遠(yuǎn)距離傳輸

節(jié)點(diǎn)選取和站點(diǎn)設(shè)置是另一個(gè)考慮的內(nèi)容，根據(jù)不同城市的距離和流量需求，可以設(shè)計(jì)不同的方案進(jìn)行模擬，例如配置上下站點(diǎn)的對(duì)象關(guān)系映射（Object-Relational Mapping，ORM）站，業(yè)務(wù)量小或者需求小的地方會(huì)存在較少的業(yè)務(wù)調(diào)度，應(yīng)該尋求進(jìn)行簡(jiǎn)化的站點(diǎn)設(shè)置，綜合的方案設(shè)計(jì)需要考慮經(jīng)濟(jì)性，盡量讓網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)潔，設(shè)備的占地更少，便于進(jìn)行后期維護(hù)。并且在波分應(yīng)用中，業(yè)務(wù)調(diào)度需要更加便捷，不需要下路的業(yè)務(wù)進(jìn)行直接串通，避免了業(yè)務(wù)下路造成的終端設(shè)備的浪費(fèi)，而且下路設(shè)備的傳輸質(zhì)量也會(huì)產(chǎn)生一定的影響。光波是一種電磁波，波長(zhǎng)的級(jí)別在微米級(jí)，現(xiàn)在用于進(jìn)行光纖通信在近紅燈區(qū)。光纖按照傳輸模式的分類可以分為單模光纖和多模光纖，單模光纖是指在光纖中傳輸一種模式，一般來說，波分系統(tǒng)的通路間隔是均勻的，也可以是非均勻的。非均勻的通路間隔可以有效抑制光纖的四波混頻效應(yīng)。

接下來考慮的是傳輸系統(tǒng)設(shè)置，波分技術(shù)的系統(tǒng)主要需要多種的站型配合工作，線路中需要配備光纖路放大站。上路和下路光纖配置都需要擁有，主要包含光復(fù)用、解復(fù)用單元、光放大單元，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換單元、光監(jiān)控單元和色散補(bǔ)償模塊，復(fù)用傳輸中，最重要的器件是光分波器，波長(zhǎng)系統(tǒng)對(duì)于波分技術(shù)非常重要，如果不能合理分配，可能會(huì)造成通路之間的互相干擾，導(dǎo)致誤碼率的上升。

波分系統(tǒng)需要進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)設(shè)置，對(duì)于傳輸網(wǎng)來說，網(wǎng)絡(luò)任何一個(gè)故障都會(huì)帶來非常重要的影響，因此，網(wǎng)絡(luò)保護(hù)是第一步，加載業(yè)務(wù)應(yīng)該進(jìn)行平均分配，網(wǎng)管上的加載應(yīng)該能夠迅速倒換到另一個(gè)上面，這樣可以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的環(huán)網(wǎng)保護(hù)。設(shè)置雙重保護(hù)機(jī)制是有效保護(hù)的基礎(chǔ)，在發(fā)送端和客戶端均進(jìn)行保護(hù)，將保護(hù)通路假設(shè)在兩個(gè)設(shè)備中，這種保護(hù)可以保護(hù)波分系統(tǒng)也可以保護(hù)合波器。

波分技術(shù)傳輸線路設(shè)計(jì)方面，首先要考慮光纖的種類，一般來說，有G652，G653，G655型光纖，然后是光纜路由，還要考慮線路的非線性效應(yīng)、色散補(bǔ)償、衰耗補(bǔ)償，可以通過對(duì)波分技術(shù)的前期計(jì)算來進(jìn)行確定，從網(wǎng)絡(luò)總體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來說，比較常用的是鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)可以完成端到端的業(yè)務(wù)調(diào)動(dòng)，中間站點(diǎn)可以用放大模塊和色散補(bǔ)償模塊進(jìn)行衰耗和色散的補(bǔ)償。

在所有的安排和仿真完成置換后，就可以對(duì)工程方面的具體問題進(jìn)行測(cè)試調(diào)研，在測(cè)試中，首先確定好系統(tǒng)測(cè)試的參考點(diǎn)，其次是系統(tǒng)的光道測(cè)試，需要考慮通道內(nèi)部的輸出功率和功率差，還要對(duì)通道的信噪比進(jìn)行測(cè)試分析，完成以上測(cè)試之后，確定波分干線傳輸?shù)目捎眯院蛯?shí)用性。

3 結(jié)語

當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)傳輸面臨一定的技術(shù)瓶頸，寬帶需求很大，光纜資源匱乏，而基于波分技術(shù)的干線傳輸則解決了當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)對(duì)帶寬的極大需求，波分系統(tǒng)的傳輸速率巨大，信道復(fù)用數(shù)也是加倍，可以充分滿足未來幾年對(duì)傳輸網(wǎng)絡(luò)貸款的需求。網(wǎng)絡(luò)整體采用封層結(jié)構(gòu)，底層網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)要匯聚到核心層的干線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男掠?jì)劃，波分技術(shù)的全面發(fā)展必將是未來的發(fā)展趨勢(shì)。

未來的波分技術(shù)會(huì)向著更大容量的方向發(fā)展，傳輸容量的擴(kuò)大可以通過提高通道速率，增加復(fù)用波長(zhǎng)數(shù)來實(shí)現(xiàn)，目前的波分網(wǎng)絡(luò)還處于終端和終端之間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式，但是隨著光節(jié)點(diǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，具備光環(huán)器的全光網(wǎng)絡(luò)必將投入使用，光環(huán)器可以對(duì)光信號(hào)進(jìn)行處理，成本會(huì)極大降低，簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，是未來傳輸網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向，最終實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的全范圍智能化。

[1]孫曉明.波分技術(shù)的現(xiàn)狀及應(yīng)用研究[D].長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2006.

[2]李秋琰.密集波分復(fù)用技術(shù)及全光網(wǎng)絡(luò)研究[J].信息通信，2016（7）：172-173.

[3]于飛.波分技術(shù)在干線傳輸網(wǎng)中的應(yīng)用研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2014.

Application of wavelength-division multiplexing in trunk transmission

Zhang Le, Deng Lina
（State Grid Wuzhong Power Supply Company, Wuzhong 751100, China）

With the development of communication network, the network of double end growing demand for bandwidth. The traditional trunk transmission has certain technical bottlenecks. The emergence of wavelength-division multiplexing solves the bandwidth demand of network traf fi c to a great extent. This paper describes the principle, application and the speci fi c design of wavelength-division multiplexing in trunk transmission, discusses the feasibility of the technology in the trunk transmission, and provides the relevant ideas for the future intelligent development of trunk.

trunk transmission; wavelength-division multiplexing; network

張樂（1982— ），男，寧夏吳忠人，本科，工程師；研究方向：光通信。