DWDM技术在传输网络建设中的应用

1、摘 要：本文从密集波分复用（）技术的概念入手，介绍光放大技术、功率均衡技术、光合波与分波技术和节点技术等密集波分复用系统关键技术；并指出工程设计中应考虑的网络结构、设备选型、站段配置、公务与传输指标以及网管等因素。 关键词：密集波分复用 关键技术 工程设计 信息时代迅猛增长的宽带高速业务，不但要求光传输系统向更大容量、更长距离发展，而且，要求其交互便捷。由于光子技术的迅速发展，伴随着掺铒光纤放大器（ ）的大规模投入商用，使技术在二十世纪年代以后获得迅速发展，技术开始成功地在传输网络中得到应用。 所谓技术就是为了充分利用单模光纤低损耗区带来的巨大带宽资源，根据每一信道光波的频率（或波长）不同将光

2、纤的低损耗窗口划分成若干个信道，把光波作为信号的载波，在发送端采用波分复用器（合波器）将不同特定波长的信号光载波合并起来送入一根光纤进行传输，在接收端，再由一波分复用器（分波器）将这些不同波长承载不同信号的光载波分开的复用方式。由于不同波长的光载波信号可以看作互相独立（不考虑光纤非线性时），从而在一根光纤中可实现多路光信号的复用传输。为了区别于传统的系统，人们称波长间隔更紧密的系统为密集波分复用系统（）。目前，技术已成为通信网络带宽高速增长的最佳解决方案，今后无论是广域网、城域网还是接入网，都将以系统为传输平台，基于的光传送网将构成整个通信网的基础物理层，因此了解和掌握技术，把它更好地应用到传

3、输网络的建设中就变得更为迫切。 1 DWDM关键技术 技术与技术相比，具有超大容量信息传递、节约日益匮乏的光纤资源、网络平滑扩容、超长中继距离和上下兼容性好的特点，这些特点能够得以实现需由以下技术来支持： 1.1 光放大技术 对于长距离的光传输来说，光功率受限往往成为决定传输距离的主要因素，而光放大器（）的出现和发展克服了光功率受限这一高速长距离传输的最大障碍，这是光通信史上的重要里程碑，是目前大容量长距离的系统在传输技术领域必不可少的技术手段。 掺铒光纤放大器（）等光子技术的发展和实用化，为密集波分复用（）设备迅速走向实用并蓬勃发展提供了条件。在掺铒光纤放大器（）实用化 以前，为了克服光纤传

4、输中的损耗，每传输一段距离，都要进行“再生”，即把传输后的弱光信号转换成电信号，经过放大、整形后，再去调制激光器，生成强度放大的光信号再进行传输。随着传输码率的提高，“再生”的难度也越来越大，成了信息传输容量扩大的“瓶颈”。掺铒光纤放大器的实用化，不仅实现了直接光放大，节省了大量的再生中继器，使得传输中的光纤损耗不再成为主要问题；同时使传输链路“透明化”，简化了系统，成几倍或几十倍地扩大了传输容量，促进了真正意义上的密集波分复用技术的飞速发展，是光纤通信领域上的一次重大革命。 1.2 功率均衡技术 在光网络中，从本地节点上路的光信号与其它由于传输了不同距离、从而光功率不同的一些信号复用在一起传

5、输，即使是复用在一起传输的光信号，传输一段距离后，由于、光滤波器和光开关等器件对各波长的响应略有不同，它们的功率也可能不同，不同功率的波长信号经过级联系统后，某些波长的功率将可能进一步降低，使该信道性能恶化。此外由于光网络的上下话路、重新配置或网络恢复等原因，使进入节点的各个波长通道的光功率也存在差异，由于光信号要经历多个节点和链路，各个波长通道之间的光功率差异产生累积，导致各个光信道的信噪比不一致，使得系统服务质量受到影响，甚至使某些信道劣化到不可接受的程度，因此在光网络中有必要在节点处对每个波长的光功率进行均衡，以保证通信质量。 通道的均衡性是光网络性能好坏的重要依据，目前已经提出了许多均

6、衡方案，一种方法是在终端机上的盘对输入的多路光信号进行中断检测，这一消息被监控系统处理后，将通过监控信道通知到全线各站点，控制各站光放大器的输出动率；另一种方法是在各种光放大器盘上均设计有输入、输出光信号监视点，通过监控子架，实现对线路信号中各波长通道的集中监视和分析，调整各个信道中的信号功率或信号与噪声的总功率；但是，如果整个复用段的光功率发生波动，会导致所有受影响的通道都进行相应的调整，这不仅增加了调整时间，还使调节过程复杂化，链路支持的波长数目增多时情况尤为突出。此外，在特定情况下（若通过均衡能力已经达到极限），仅靠通道级均衡无法实现功率均衡，因此为适应网络配置、网络重构对各个光通道的影

7、响，光网络中光功率均衡是光网络一个重要研究内容。 1.3 光合波与分波技术 光合波技术和分波技术分别是通过光复用器和光分解器来完成。光复 用器将不同波长的发送信号混合在一条单独的光纤上，而分解器则将混合信号分解为接收器的分支波长。 光复用器和光分解器在超高速、大容量波分复用系统中起着关键作用，其性能的优劣对系统的传输质量有决定性影响。系统对其要求是：（）损耗及其偏差小；（）信道间的串扰小；（）低的偏差相关性。 1.4 节点技术 光传送网中的节点分为光交叉连接（）节点、光分插复用（）节点和混合节点（同时具有和功能的节点）。 节点的功能类似于网络中的数字交叉连接设备（），只不过是以光波信号为操作对

8、象在光域上实现的，无需进行光电转换和电信号处理。在未来的全光通信网络中，起着十分重要的作用，当光缆中断或节点失效时，能自动完成故障隔离、重选路由、重新配置网络节点等功能，当业务发展需要对网络结构进行调整时，可以简单迅速地完成网络的调度和升级。 节点的功能类似于网络中的数字分插复用设备（），它可以直接以光波信号为操作对象，利用光波分复用技术在光域上实现波长信道的上下。 2 DWDM系统的工程设计 系统的工程设计不仅要考虑网络合理因素，还要考虑到电信业务发展对网络带宽和传输速率的未来需求、现有资源的利用、与现有网络的连接以及经济效益等因素。 2.1 网络结构 网络结构的设计不仅要考虑到技术可行，还

9、需考虑到业务需求、业务分布和光缆敷设的实际情况以及网络的上下兼容等因素。 系统中的波道数量很多，在工程设计中可以使用不同的波道，同时分别组织线形、格形、树干形和环形等不同的网络结构。 光缆干线工程设计中，常设置省际干线和省内干线两种传输系统，在 工程中是利用光缆中不同的光纤对，分别组成不同用途的传输系统，在 工程中可利用系统中不同的光波道，分别组成省际干线、省内干线和其他专业网的传输系统。 2.2 设备选型 设备选型是一项非常重要的工作，需要考虑设备的性能、网络结构、设备上下兼容性、网管性能等诸多方面的因素。 光纤传输系统的线路传输部分由光纤和设备构成，终端部分由传统的设备构成，因此，设备选型

10、涉及到光纤、终端设备和设备三方面内容： （）光纤：高速率的系统要求光纤具有小的色度色散、小的偏振模色散和工作 波长区的色度色散不能为零。我国已建的近百万公里光缆线路采用的光纤，基本上全是 单模光纤，这种光纤在波长的衰减很低，工作波长区的色散也不为零，但它在波长的色度色散高达（?）（?），因此，光纤适合传输波道基础速率为的系统。在我国的光缆网中，有极少量的色散位移单模光纤，这种光纤可以传输单波道时分复用的、系统。当用来传输多波道的波分复用系统时，由于光纤工作波长区的色度色散为零，会产生四波混频非线性影响，所以光纤不适合用于光波道较多的系统。 新建的光缆线路工程，已改用非零色散位移单模光纤。这种光

11、纤既保持了、光纤的优点，又克服了两种光纤的上述缺点，所以光纤既适合传输波道基础速率为、的系统也适合传输高速率的时分复用系统。 （）终端设备：由于光分插复用器（）和光交叉连接设备（）尚未达到商用，还不能用组成全光网层面，目前只能将系统用作线路传输设备，与终端设备结合起来，在层面上组织传输网，因此，要涉及到设备即终端设备的选型问题。 终端设备一方面需要与现有的传输平台或电信业务连接，另一方面需要与设备连接，这就要求设备的上下兼容性要好，同时还要考虑到网管等方面的因素。 （）设备：设备的选型主要应从设备制式、波道数量、波道系统速率、技术性能指标和网管性能等方面考虑。 设备有开放式和集成式两种制式，开

12、放式组成的系统终端接入符合 接口的终端设备，通过波长转换器接入合波器。合波器将接入个波道的信息集合起来送入光纤，经过多个光线路放大器传输至电再生器站的分波器。分波器将始端输入的个波道分开，各波道的信号通过具有功能的波长转换器进行再生、定时和整形后，再输入到下一个电再生段，以此过程一直传输到复用段或链路的终端，按始端的波道序号接至所对应的终端设备。开放式系统有两个主要特点：一是在系统中采用了波长转换器，使之能够兼容不同工作波长、不同厂商生产的设备；一是利用波长转换器替代了的电再生器，使一条 光纤通信链路的线路传输系统，全部由设备组成，只在链路的终端接入设备，这对于网络的组织、扩容、管理、维护等均

13、非常有利。集成式系统也有两个主要特点，一是不采用波长转换器；二是仍使用的电再生器。因此它必须终接规定工作波长的设备，在线路传输系统中因接入有的再生器，所以这种系统就不具备上述开放式系统的优点，故在工程设计中宜选用开放式系统的设备。 系统的波道基础速率，目前可商用的有和两种设备，工程中选定波道的基础速率，除与传输容量需求有关之外还与所使用的光纤种类密切相关。 2.3 站段配置 传输系统设有终端站、转接站、再生站和光放站，由此组成了复用段、再生段和光放段。终端站和转接站根据网络结构和通路组织的安排配置，在该两种站内配置的合波器、分波器、波长转换器以及的终端复用器或分插复用器等设备；再生站和光放站根

14、据设备的传输技术要求和所用光纤的技术性能配置，在再生站内配置合波器、分波器、具有功能的波长转换器（开放式系统）或的再生器（集成式系统），在光放站内配置符合增益要求的光放大器。 系统的光放段配置，多数厂商均按等增益进行设计，以再生段为单元，再生段内各个光线路放大器均设计为等增益工作方式，各光线路放大器的输出功率电平及其接收灵敏度均相同，如某光放段的光纤衰减小于放大器的增益数值，则用光衰减器进行补齐。 一个再生段内只选用一种增益类型的光放大器，这样有利于系统的调测和维护。结合工程的具体条件，在一个再生段内也可选用不同增益类型的放大器混合配置，这种混合配置的再生段，光波道信噪比的计算比较复杂，系统调

15、测也比较困难，所以目前工程中，多按一个再生段内选用一种增益的放大器进行设计。 工程设计中再生段的长度及其光放段数量需按再生段容许的总色散和信噪比指标要求配置。 再生段的长度需符合总色散的要求，再生段内容许的光放段数量及光放大器的增益，需满足光波道信噪比的要求。光波道信噪比随光放段数量的增多和光放大器增益的提高而降低，即短距离的光放段容许的段数可多一些；长距离的光放段容许的段数就少一些。再生段单波光波道的信噪比一般要求大于或等于。 2.4 公务与传输指标 光监控通道能够提供的公务通信支路，工程设计中可利用此通信支路组织光放 站、再生站和终端站间的公务通信。同时还可以利用系统的公务通信支路组织装有

16、设备的转接站、终端站间的公务通信。 光纤传输系统尚无一套完整的衡量其传输质量的标准，光信噪比是可以作为衡量传输质量的标准，但还不够全面，系统承载的是信号，所以在衡量系统的传输质量时，还应测试接口的误码和抖动指标。 2.5 DWDM系统的网管要求 的网管系统包括网元网管和网络网管两大部分，网元网管主要是完成对网元设备的监控管理，对网元设备进行配置并实时反应网元设备的运行状况；而网络网管是比网元网管更高一级的网管，它负责对整个网络进行监控管理，能够实时地反映网络的运行状况，并完成对网络的拓扑结构的维护管理功能和网络配置功能。 网管系统是维护网络及设备的重要手段，系统的网管系统更是如此，实现网络管理

17、和维护所要求的功能有：故障管理、性能管理、配置管理和安全管理等。 系统网管管理的网元范围有：、和，网络管理是技术发展的最重要问题，技术应用的成功与否很大程度上决定于网络管理。 3 几点特别考虑 系统是一个频域上的模拟系统，每段都引入一些噪声，中继段距离不同时，引入的噪声就会不同，只有合理设计光中继段的距离和电再生段中级联的数目，才能确保满足系统要求，因此，要特别重视光路设计。 由于系统采用的是光复用解复用，在传输过程中没有经过任何的电光转换，因此，对网络传输性能要求大大提高。 网络应优先选用具有兼容性能的开放式设备。当用光纤传输时，波道基础速率宜为 ；用光纤传输时，波道基础速率可为或及以上系统。