波分复用在光纤网络上的应用.doc

波分复用在光纤网中的应用
波分复用在光纤网中的应用（贺葵）摘 要 本文简述了波分复用的基本概念；介绍了密集波分复用（DWDM）技术的发展；概要说明了目前光缆通信干线工程中所采用的DWDM技术。关键词 波分复用 密集波分复用 光缆通信 光纤放大器 同步数字体系 近几年随着多媒体通信的发展和计算机技术的广泛应用，信息交流的领域范围不断扩大，网络通信容量急剧增加，因而不断增加电信网络容量变得越来越重要。采用密集波分复用（DWDM）技术可在不投入大量资金的情况下，在原有单模光纤上提供更多的传输通道，且DWDM系统的建设周期短，能更好地实现信息传输的多元化，以较短的时间实现对光缆通信传输网的扩容，充分满足社会各界对各种带宽业务的需求。开发式的密集波分复用（DWDM）网络不仅采用光技术进行传输，而且通过光波长选择器件将不同波长的不同光信号合并和分离，在节点处实现光复用和光去复用，突破了电路的处理速度，为实现全光网络奠定了基础。 1 波分复用（WDM）的原理 波分复用（WDM）就是将一系列载有信息的光载波，在光频域内以1至几百纳米的波长间隔合在一起沿单根光纤传输，在接收端再用一定的方法将各个不同波长的光载波分开的通信方式。 由于每个不同波长信道的光信号在同一光纤中是独立传输的，因此在一根纤芯中可实现多种信息的传输，如声音、数据、文本、图形和影像。它能充分利用光纤宽带的传输特性，使一根光纤起到多根光纤的作用。 WDM扩容方案充分利用了光纤的带宽，可以混合使用各种速率，各种数据格式和各厂家的设备（开放式系统）；可以通过增加新的波长和特性，非常方便地扩充网络容量，以满足用户的要求。对于2.5Gbit／S以下速率的WDM，目前的技术已经完全可以克服由于光纤色散和光纤非线性效应带来的限制，满足对传输距离的各种要求，并且已经在我国的部分通信干线应用。当然，目前WDM光传输系统只适用于点到点的传输，如何在网络环路中使用，如何实现光网络层上的保护还需进一步研究。 在光缆通信干线传输网上采用WDM系统具有以下优点。 （1）可充分利用光纤的巨大带宽资源，使一根光纤的传输容量比单波传输容量增加几倍至几十倍。 （2）对于早期敷设的芯数不多的光缆，采用WDM进行扩容可不必对原有系统作较大的改动。 （3）由于同一光纤中传输的信号波长彼此独立，因而可以传输完全不同特性的信号，完成各种电信业务（包括数字信号和模拟信号）的综合和分离，以及PDH和SDH信号的综合与分离。 （4）利用DWDM选择路由技术实现网络交换和恢复，为实现未来透明的、具有高度生存性的光网络奠定了基础。 2 密集波分复用（DWDM）系统 在一根光纤内同时使用两个窗口的系统（一个为1310nm波长，另一个为1550nm 波长）一般称为宽带波分复用（W－WDM）系统。而在1550nm窗口的1540nm－1565nm波长范围内，按一定间隔分为多个波道（目前以8波段和16波段为主），每个波道传输一个系统，称为密集波分复用系统（WDM）。 DWDM系统主要由合波器、分波器和接饵光纤放大器（EDFA）等组成。 EDFA可以对波长在1530nm－1565nm范围内的光信号同时进行放大。在DWDM系统中， EDFA又可分为功率放大器（BA）、前置放大器（PA）及线路放大器（LA）。 2.1 开放式、集成式密集波分复用系统 波分复用系统可分为两种：开放式DWDM系统和集成式DWDM系统。 开放式DWDM系统采用波长转换器（简称OTU），将目前使用的SDH系统的2.5Gbit／S 光接口，即ITU—T的G.957建议的光接口变换成指定的频率，并符合ITU－T的G.692建议的光接口。 开放式DWDM系统的主要优点是：目前光缆通信干线传输网上已采用的2.5Gbit/S SDH设备均可接入DWDM系统中，DWDM系统的生产厂商的产品可以与SDH的多生产厂商的产品兼容；对于建成后的开放式DWDM系统，在工程中尚未配置2.5Gbit/S SDH传输设备的光通道，将来扩容时2.5Gbit／s SDH传输设备的选型可以不受限制。随着非话业务的迅速发展，将来IP路由器、 ATM交换机等均可直接接入。开放式DWDM系统不足之处是成本较高。 在集成式DWDM系统中，2.5Gbit／S SDH传输设备的光接口符合指定的频率，并符合 ITU－T的G.692建议的光接口，即 2.5Gbit/SSDH传输设备的光接口为符合DWDM系统要求的光接口。其主要优点是省去了OUT，可以降低成本。集成式8个波长的DWDM系统的 2.5Gbit／S SDH传输设备由于中心波长偏移等指标的限制，仅能用在相关生产厂家8 个波长的DWDM系统上，设备的重复利用性较差。 2.2 EDFA 这里的光纤放大器是指波长1．55μm窗口使用的掺饵光纤放大器。光纤放大器对于光纤通信来说具有革命性的作用，因为它避免了光／电与电／光转换过程，可以更好地满足大容量、长距离全光传输的要求。EDFA主要由掺饵光纤、泵浦光源、耦合器、隔离器等组成。它利用掺饵光纤的非线性效应，泵浦光输入到惨饵光纤中，当有信号光输入时，辐射光的相位和波长会自发地与信号光保持一致，这样在输出端就可得到功率较强的光信号，实现了对光信号的放大。EDFA具有高增益、低燥声、频带宽、不会引起串扰等特点。按其具体应用场合可分为功率放大器（BA），前置放大器（PA），线路放大器（LA）。BA是将EDFA放在发射光源之后对信号进行放大。 LA是将 EDFA直接插入到光纤传输链路中对信号进行放大的应用形式。在长距离光纤传输系统中，线路放大器可代替再生中继器用来进行光功率的补偿。PA也称预放大器，用于光接收机前对接收到的光信号进行预放大。 3 密集波分复用技术的应用 3.1 国内外应用情况 随着线路放大器的研究、开发，密集波分复用技术逐步趋于成熟，美国的一家电信公司，1996年4月推出8个波长的DWDM系统，同年10月推出16个波长的DWDM系统； 1998年1月推出40个波长的DWDM系统。目前，实验室的DWDM系统已达到了数百个波长。美国的长途通信公司和Qwest通信公司联合投资20亿美元采用DWDM技术正在兴建全美 SDH光纤通信网，传输速率在2.5Gbit/s-20Gbit/s之间。预计到2000年，我国将建成一个以DWDM传输系统为主，沟通各大区交换中心的大容量光缆通信干线传输网。我国光缆通信干线传输网将采用8X2.5Gbit/S单纤单向的DWDM系统，近几年仍采用G.652光纤，光监控信道波长取1510nm，监控速率为2Mbit/s。DWDM的线路保护主要有采用在SDH层面上保护和光网络层的保护两种方式。由于光网络层上的保护目前很难达到，因此目前的线路保护方式只能采用在SDH层面上的保护。 由于LA仅是对光纤中的光信号进行增益补偿，并不还原成电信号，因此DWDM系统一般均设置自身独立使用的光监控信道（OSC），将LA的故障数据和运行状态等情况，通过OSC传送给网管系统，以便对DWDM系统进行实时监视，同时也解决了LA之间的公务联络问题。另外，应有OSC保护路由，防止光纤被切断后监控信息不能传送的严重后果。目前采用DWDM系统的工程中首先选用1510nm波长、2Mbit/S信号速率的OSC信号。 3.2 光纤的选择 G.652光纤又称色散未位移光纤，是目前使用最为广泛的单模光纤。G.652是 1310nm波长性能最佳的单模光纤，它同时具有1310nm和1550nm两个窗口。以前的PDH系统利用的就是1310nm零色散窗口，SDH系统则是利用1550nm最小衰减窗口。由于 G.652 光纤在我国已大量敷设，因此利用原有的光纤采用DWDM技术实现超高速传输是当前的首选方案。 G.653光纤又称色散位移光纤，零色散窗口为1550nm，它在1550nm窗口同时具有最小色散和最小衰减，此种光纤在我国也有少量使用，它是单波长系统的最佳选择，但是由于高速传输的串扰现象使多路WDM系统很难开通，而WDM技术在传输网上的使用将是大势所趋，因此在我国已不提倡使用G.653光纤。 G.655光纤又称非零色散位移光纤，它是为了克服G.653光纤严重的4波混频而设计的一种新型光纤。对G.653光纤的零色散点进行了搬移，使1530nm－1550nm区间的色散值保持较低的水平，从而可方便地开通DWDM系统。G.655成功地克服了G.652的色散受限和G.653无法开通WDM的缺点，升级非常灵活，既可以采用TDM系统也可以采用WDM技术，从理论上讲G.655光纤的传输容量可达到1Tbit/S以上。但光纤价格较贵，采用该光纤的光缆价格为常规光缆的1.5倍。摘自《电信工程技术与标准化》