[科普中国]-密集型光波复用

DWDM能够在同一根光纤中，把不同的波长同时进行组合和传输。为了保证有效，一根光纤转换为多个虚拟光纤。所以，如果你打算复用8个光纤载波（OC），即一根光纤中传输8路信号，这样传输容量就将从2.5Gb/s提高到20Gb/s。2013年3月采集数据，由于采用了DWDM技术，单根光纤可以传输150多束不同波长的光波同时传输，每束光波最高速度可达10Gb/s的传输速率。随着厂商在每根光纤中加入更多信道，每秒兆兆位的传输速度指日可待。

DWDM的一个关键优点是它的协议和传输速度是不相关的。基于DWDM的网络可以采用IP协议、ATM、SONET/SDH、以太网协议来传输数据，处理的数据流量在100Mb/s和2.5Gb/s之间。这样，基于DWDM的网络可以在一个激光信道上以不同的速度传输不同类型的数据流量。从QoS（质量服务）的观点看，基于DWDM的网络以低成本的方式来快速响应客户的带宽需求和协议改变。

通信传输网络与业务的关系在大幅度上涨的业务量形势下变得日趋复杂。原有的 TDM（光纤单波传输和时分复用）无法适应新技术的需求。光纤单波传输商业应用的最高速率为 40Gbits/s，并且价格不菲。TDM 技术在复杂的网络和业务关系下难以适从。而采用纯光器件进行长波调度的光纤多波传输技术突破了电子器件处理速度的极限，在 SDH技术的基础之上，光纤传播容量得以大幅度提升。当前密集光波复用（DWDM）技术（DWDM）技术（又称为 OTN 技术） 的商业应用速率已经达到 3.2 Tbits/s，这就意味着通信网络可以平滑升级和演进。1

DWDM 技术的第一提出方就是Lucent 公司， 其中文翻译是密集型光波复用 DWDM技术是在 1991年提出的 。具体是指能组合一组光波长用一根光纤进行传送， 这是一项用来在现有的光纤骨干网上提高带宽的激光技术 。也可以指在一根特定的光纤中 ，多路复用单个光纤载波的紧密光谱间距， 以便于达到传输过程中所需要的性能。 并且可以在一定的信息传输下 ，也可以试着减少所需要的光纤的数量 。近几年来 DWDM技术的发展受到了广泛关注 ，在以后的时间里 DWDM技术在通信中的应用将更加广泛。2

在实际操作过程中，为了能够合理的利用单模光纤在 1.55pm 低损耗区产生的宽带资源 ，就需要根据不同的频率以及波长将光纤的低损耗区划分成多个光波道 ，而且需要在每个光波道建立载波即我们所说的光波 ，同时利用分波器在发送端合并各种不同规定波长的信号 ，将这些合并起来的信号集体传入一个光纤中， 进行信号传输。传输到接收端时，在利用一个光解复用器将这些合并到一起的具有不同波长。不同光波的信号分解开分成最初的状态实现了在一根光纤中可以传输多种不同信号的功能。2

DWDM从结构上分，目前有集成系统和开放系统。集成式系统：要求接入的单光传输设备终端的光信号是满足G．692标准的光源。开放系统，是在合波器前端及分波器的后端，加波长转换单元OTU，将当前通常使用的G．957接口波长转换为G．692标准的波长光接口。这样，开放式系统采用波长转换技术？使任意满足G．957建议要求的光信号能运用光－电－光的方法，通过波长变换之后转换至满足G．692要求的规范波长光信号，再通过波分复用，从而在DWDM系统上传输。

目前的DWDM系统可提供16/20波或32/40波的单纤传输容量，最大可到160波，具有灵活的扩展能力。用户初期可建16/20波的系统，之后根据需要再升级到32/40波，这样可以节省初期投资。其升级方案原理：一种是在C波段红带16波加蓝带16波升级为32波的方案；另一种是采用interleaver，在C波段由200GHz间隔16/32波升级为100GHz间隔20/40波。进一步的扩容求，可提供C+L波段的扩容方案，使系统传输容量进一步扩充为160波。

国内各大运营商现在网运行的DWDM？大量使用的几乎都是开放式DWDM系统，而实际上，集成式密集波分复用系统，有其自身的众多优点：

1、集成式DWDM系统的合波器和分波器在发端和收端是分别使用的，即：在发端只有合波器，在收端只有分波器，同时在收端和发端均去掉了OTU转换设备（此部分费用较大）？因此DWDM系统设备的投资可节省60%以上。

2、集成式DWDM系统在收端和发端仅使用无源器件(如：合波器或分波器)，电信运营单位可向器件厂家直接订货，减少供应环节，费用更低，从而节省设备成本。

3、开放式DWDM的网管系统负责：OTM（主要是OTU）、OADM、OXC、EDFA的监测，其设备投资约占DWDM系统总投资的20%；而集成式的DWDM系统由于无需OTM设备，其网管仅负责OADM、OXC、EDFA的监测，可引入更多的厂家进行竞争，其网管费用能比开放式DWDM的网管节省一半左右。

4、由于集成式的DWDM系统的合波波/分波设备为无源器件，便于提供多种业务、多速率的接口，只要业务端设备光端机的波长符合满足G．692的标准，即可以PDH、SDH、POS（IP）、ATM等任何业务接入，支持8M、10M、34M、100M、155M、622M、1G、2．5G、10G等各种速率的PDH、SDH、ATM及IP以太网？避免了开放式DWDM系统由于OTU的原因，而只能使用所购DWDM系统已确定光波长（1310nm、1550nm）及传输速率的SDH、ATM或IP以太网设备？而根本不可能使用其他接口。

5、若将SDH、IP路由器等光传输设备的激光器件模块统一设计为标准几何尺寸的管脚，规范接口，便于维护插拔，且连接可靠。这样，维护人员就可根据集成式DWDM系统波长需要，自由更换特定彩色波长的激光头，为激光头的故障维护，提供了便利条件，避免了以前必须由厂家整板更换这一弊端所带来的高维护费用。

6、彩色波长的光源目前仅比普通1310nm、1550nm波长的光源价格稍贵，如2．5G速率的彩色波长光源目前要贵3000多元，但当接入到集成式DWDM系统上使用时，能使造价系统造价降低近10倍，并且随着彩色波长光源的大量应用，其价格将接近于普通光源。

7、集成式DWDM设备结构简单，体积更小，大约只有开放式DWDM所占空间的五分之一，节省机房资源。

综上所述，集成式DWDM系统应大量应用于DWDM传输系统中大量中，并逐步替代开放式DWDM系统的主导地位。考虑到目前已有大量普通光源的光传输设备在网使用，建议可采用集成式与开放式兼容的混合式DWDM，已保护前期投资。

DWDM 技术是利用单模光纤的带宽以及低损耗的特性，采用多个波长作为载波，允许各载波信道在光纤内同时传输如图。

与通用的单信道系统相比，密集 WDM （ DWDM ）不仅极大地提高了网络系统的通信容量，充分利用了光纤的带宽，而且它具有扩容简单和性能可靠等诸多优点，特别是它可以直接接入多种业务更使得它的应用前景十分光明。

在模拟载波通信系统中，为了充分利用电缆的带宽资源，提高系统的传输容量，通常利用频分复用的方法。即在同一根电缆中同时传输若干个信道的信号，接收端根据各载波频率的不同利用带通滤波器滤出每一个信道的信号。

同样，在光纤通信系统中也可以采用光的频分复用的方法来提高系统的传输容量。事实上，这样的复用方法在光纤通信系统中是非常有效的。与模拟的载波通信系统中的频分复用不同的是，在光纤通信系统中是用光波作为信号的载波，根据每一个信道光波的频率（或波长）不同将光纤的低损耗窗口划分成若干个信道，从而在一根光纤中实现多路光信号的复用传输。

由于目前一些光器件（如带宽很窄的滤光器、相干光源等）还不很成熟，因此，要实现光信道非常密集的光频分复用（相干光通信技术）是很困难的，但基于目前的器件水平，已可以实现相隔光信道的频分复用。人们通常把光信道间隔较大（甚至在光纤不同窗口上）的复用称为光波分复用（ WDM ），再把在同一窗口中信道间隔较小的 DWDM 称为密集波分复用（ DWDM ）。 随着科技的进步，现代的技术已经能够实现波长间隔为纳米级的复用，甚至可以实现波长间隔为零点几个纳米级的复用，只是在器件的技术要求上更加严格而已，因此把1270nm至1610nm波长间隔20nm的波段称为 粗波分复用（CWDM）。

DWDM 系统的构成及光谱示意图如 图所示。发送端的光发射机发出波长不同而精度和稳定度满足一定要求的光信号，经过光波长复用器复用在一起送入掺铒光纤功率放大器（掺铒光纤放大器主要用来弥补合波器引起的功率损失和提高光信号的发送功率），再将放大后的多路光信号送入光纤传输，中间可以根据情况决定有或没有光线路放大器，到达接收端经光前置放大器（主要用于提高接收灵敏度，以便延长传输距离）放大以后，送入光波长分波器分解出原来的各路光信号。

在DWDM系统中，采用独立的1510nm波长（速率为2Mb/s）承载光监控信道（OSC），传送网管、公务和监控信息，帧结构符合G．704，实际用于监控信息传送的速率为1920kb/s。OSC光监控信道是DWDM系统工作状态的信息载体。在DWDM系统中，OSC是一个相对独立的子系统，传送光信道层、光复用段层和光传输段层的维护和管理信息，提供公务联络及使用者通路，同时它还可以提供其它附加功能。OSC主要包括的子系统功能为：OSC信道接收和发送、时钟恢复和再生、接收外部时钟信号、OSC信道故障检测和处理及性能监测、CMI编解码、OSC帧定位和组帧处理、监控信息处理。性能的监测（B1、J0、OPM、光放监测），可由业务接入终端完成。模拟量监测功能和B1误码监测功能，提供不中断业务的多路光通道性能监测（包括各信道波长、光功率、光信噪比），适时监测光传送段和光通道性能质量，提供故障定位的有效手段。具有监测放大器的输入光功率、输出光功率、PUMP驱动电流、PUMP制冷电流、PUMP温度和PUMP背向光功率的功能。具有监测多方向的波数、各信道的波长、光功率和光信噪比等性能，监测的波长精度可大于0．05nm、光功率精度可大于0．5dBm、信噪比精度可大于0．5dB。

按光纤放大器所在线路传输中的位置不同，可分为三种：

（1）放在光发射机后面的，称为功率放大器；

（2）放在光纤线路之间起中继作用的，称为线路放大器；

（3）放在光接收机前面的，称为前置放大器。

按光放大实现的功能，可分为两种：

（1）掺铒光纤放大器：具有增益平坦、增益锁定、输出功率钳制和放大器瞬态控制等功能，同时为了消除由于突发事故产生的光放大器的“浪涌”现象，光放大器还具有光功率自动关断(APSD)和功率自动减弱(APR)功能。

（2）RPM喇曼光纤放大器：专为远距离光传输系统设计，采用高性能14XXnm泵浦激光器和无源器件，结构紧凑，能直接放大C-Band、L-Band、C+L-Band的光信号，改善线路光信噪比（OSNR），很好地提升系统的传输性能，符合TelcordiaGR-1312-CORE的标准要求。

OADM可根据需要在任何光中继站点提供波长的光信号上下（目前可做到8波），该功能与OXC配合，可以将任何上路端口来的某一光信号都可以上到系统的任一波长，这样即使两个上路端口的上路光信号波长相同，也不会造成阻塞。同样下路也可以通过端口指配功能将某一下路波长根据需要下到任一端口，从而极大地扩展了OADM应用的灵活性。此外，通过OADM与OXC地组合应用，可以提供二纤单向复用段保护、二纤双向复用段保护、通道保护等保护方式，从而可以实现自愈环型组网，使系统性能安全、可靠。（后卫编辑）

新型通信设备的问世并不表明对原有设备和技术的否定，而应该是继承、发展与创新。64k 子速率—PDH—SDH—DWDM 都体现和遵循了这一原则。从目前在电力系统的应用现状分析，波分复用 DWDM 技术水平还不能完全取代SDH，却能与 SDH 技术分工合作、取长补短，使电力通信网络得以优化，全面提高通信带宽，确保网络系统的安全与稳定。

从现在密集光波复用（DWDM）设备和技术来看，设备内部不仅需要使用光放、分波器、合波器、色散补偿等部件，也还需要较多的跳纤，理论上讲 DWDM比 SDH 设备存在更高的故障概率，因此全部采用 DWDM传输调度数据是不科学的。

从另一个角度来看，DWDM作为 SDH 的完善和补充，是完全可以提供调度数据传输的保护通道的。除此之外，SDH 的网管数据是基于包传输的，大部分是以太网，所以波分复用 DWDM 技术可以为SDH 网管提供保护通道，而 SDH 也能够稳 DWDM 网管提供保护通道的作用。

我们可以预测，推广和实施密集光波复用（DWDM）技术将在高清会议电视、远程视频监控以及 NGN 等方面提供强大的支持，以提升电力通信带宽，其最大的优势就是高性能好，价格低。科学合理地划分 DWDM 与 SDH 业务，可以充分发挥它们各自的优势，减轻网管的压力，提高通信运行管理水平。