淺析基于DWDM的光纖通信技術及其發展趨勢

摘要:文章介紹了光波分復用(DWDM)技術的概念，探討了DWDM技術的優缺點，并對密集波分復用(DWDM)技術進行了研究，提出了波分復用技術的發展趨勢及應用前景。

關鍵詞:DWDM;波分復用;趨勢

中圖分類號:TP393文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2009)33-9387-02

近些年，隨著多媒體通信業務的發展和計算機網絡技術的廣泛應用，信息交流的范圍不斷擴大，以IP為代表的數據業務大幅增長，通信網絡的容量需求急劇增加，因此提高通信系統的帶寬成為通信發展的首要問題。這樣就要求承載這些業務的基礎光傳輸網絡不斷提高容量。

傳統的傳輸網絡擴容方法采用空分復用(SDM)或時分復用(TDM)兩種方式。空分復用和時分復用的擴容方式，其基本的傳輸網絡均采用由單一波長光信號傳輸的PDH或SDH技術，由于光纖的帶寬是無限大的，上述復用方式造成光纖帶寬資源的巨大浪費。由此產生了密集波分復用技術(DWDM)，它大幅增加了網絡的容量并且充分利用了光纖的帶寬資源。隨著光電器件的迅速發展，特別是摻餌光纖放大器(EDFA)的成熟和商用化，使密集波分復用技術得到廣泛應用。

1 波分復用(DWDM)技術的概念

波分復用(DWDM)就是將一系列載有信息的光載波，在光頻域內以1至幾百納米的波長間隔，在發送端經復用器(Multiplexer)匯聚并耦合在一起沿單根光纖傳輸，在接收端再經解復用器(Demultiplexer)將各個不同波長的光載波分開的技術。由于每個不同波長信道的光信號在同一光纖中是獨立傳輸的，因此在一根纖芯中可實現多種信息(如聲音、數據和圖像等)的傳輸。它能充分利用光纖寬帶的傳輸特性，使一根光纖起到多根光纖的作用。

WDM其實質是光頻域上的頻分復用(FDM)技術，即每個波長通路占用一段光纖的帶寬。按照波長通路間隔的不同，WDM可分為稀疏波分復用(CWDM)和密集波分復用(DWDM)。它們的信道間隔為納米級別，例如:DWDM的信道間隔為0.2nm至1.2nm。CWDM成本較低，能夠用很低的成本提供高的接入帶寬，適用于點對點、以太網、SONET環等網絡結構，特別適合短距離、高帶寬、接入點密集的通信應用場合，如樓內或樓與樓之間的網絡通信。由于CWDM技術上的局限性，它存在以下缺點:1) CWDM在單根光纖上支持的復用波長個數較少，造成系統擴容成本增加;2) CWDM城域網節點間距離較短，不適用于城域網。DWDM完美的解決了CWDM的不足，因此，DWDM無疑是當今光纖應用領域的首選技術。

2 DWDM技術分析及其優缺點

2.1 DWDM技術分析

DWDM系統有傳輸容量大、傳輸距離長、價格高等特點，因此在國家干線﹑省級干線﹑城域核心層的傳輸系統中有廣泛應用。在長途傳輸中， DWDM系統采用了NZDSF光纖(非0色散位移光纖)、高波長穩定度的激光器、密集波分復用器和解復用器，在整個線路上進行光功率均衡。這些高性能的器件價格都很貴，從而使DWDM成本較高，但由于骨干傳輸網絡傳輸距離很長，DWDM系統中多個波長通道可共用光纖和放大器，因此綜合考慮，在成本上有很強的競爭力。另外，DWDM系統有比較完善的保護方式和網管，DWDM系統組網一般為環網拓撲，節點采用的都是有保護功能的光分插復用設備(OADM，Optical Add/Drop Multiplexer)，并采用光復用段保護和光通道保護環系統，對所有業務都進行保護，大大提高了系統可靠性。一些大城市如上海、廣州、西安運營商為解決帶寬資源緊張問題及保證系統可靠性在城域核心層均傾向于選擇可靠性高的DWDM系統。

對于超長距離傳輸，理想的光纖特性應該是具有很小的衰減、寬而平坦的光譜、適當的色散、較大的有效面積、理想的彎曲特性、存在可做色散補償的色散互逆單元等等。實際中光纖很難同時滿足這些要求，但總可以滿足部分要求以期望能夠改善信號傳輸質量。例如大有效面積光纖LAF、色散平坦光纖DFF、全波光纖AWF等，這些新型光纖均可用于DWDM系統，實現超長距離傳輸。

DWDM系統對工作波長有嚴格要求，如1.6Tbit/s系統中，規定最大中心頻率偏移約為0.04nm，而在320Gbit/s系統中，約為0.1nm。由此看出，隨著DWDM系統復用波長數量的增加，系統對激光器的穩定性要求更加嚴格。在DWDM系統中，采用DFB激光器作為光源，DFB激光器的溫度漂移系數約為0.08nm/℃，它需要采用冷卻技術來穩定波長，以防止由于溫度變化使波長漂移到復用器和解復用器的濾波器通帶之外。

為了確保大容量DWDM系統的性能，要求波分復用器件插入損耗小，間隔度大，帶內平坦，帶外插入損耗變化陡峭，溫度穩定性好，尺寸小等。對于DWDM系統，隨著復用通路數的增加即復用的波長數目增多，相鄰通道間隔變小，這時對復用器件隔離度的要求就更加嚴格了。

DWDM網中通常采用光分插復用設備(OADM)來上下波長信道，供本地通信或轉接，OADM內含有光開關(OS)或光交叉連接器(OXC)，以實現復用段保護和調度。同時，DWDM的光通道保護也保證了DWDM系統線路的可靠性。光通道保護即指某一設備的故障保護，區別于整段線路的故障保護。只有多方向、線路迂回的環狀網，才能保證通信不間斷。這里介紹兩種光通道保護方式:專用保護環(DPR，Dedicated Protection Ring)和分享保護環(SPR，Shared Protection Ring)。DRP即1+1保護環，使用專用的備用資源。SPR分享資源作為備用，即從其他正在工作的線路通道中調配備用資源。速率較高的保護倒換要采用光開關(OS)或光交叉連接器(OXC)。

2.2 DWDM系統的特點

2.2.1 DWDM系統的優點

DWDM系統之所以在近些年有很大的發展，是因為具有其他系統不具備的優點:DWDM系統的傳輸容量很大，復用的速率可以是2.5 Gbit/s、10 Gbit/s等，復用的通路數量可以是4、8、16、32或更多，因此系統的容量可以達到幾百Gbit/s;充分利用光纖的帶寬資源，多波長復用在單模光纖中傳輸，使一根光纖的傳輸容量比單波長傳輸增加幾倍至幾十倍;由于同一光纖中傳輸的信號波長彼此單獨，因而能夠傳輸特性完全不同的信號，完成各種業務信號的綜合和分離，包括數字信號和模擬信號、PDH信號和SDH信號的綜合和分離;波分復用通道對數據格式透明，即和信號速率及電調制方式無關;利用帶寬很寬的摻餌光纖放大器就可以對系統各復用光通路信號同時進行放大，實現系統的超長距離傳輸，避免了每個光傳輸通路都需要一個光放大器的情況;在DWDM技術下，系統能夠組成全光網絡，各種業務的上下、交叉連接等都是在光路上通過對光信號進行調度來實現的，從而消除了電光轉換中電子器件的瓶頸。

2.2.2 DWDM系統面臨的問題

DWDM系統采用了較多的光器件，由此造成了系統成本過高，這是當前制約DWDM系統大規模應用的主要因素;DWDM技術相關標準的制定還不完善，國內各運營商相關方面的試驗以及應用先于標準的制定，相信隨著技術的成熟，這個領域的標準工作會更加完善;作為信息的骨干傳輸平臺，DWDM系統還有很多問題需要解決，比如低成本的波分復用光源陣列問題、提高頻譜效率和性能優良的信號調制格式問題、理想性能的光纖設計與制造問題、系統性能的在線監測與評估問題等等，這些問題的解決給現有的器件生產、設備制造、系統開發都帶來了機遇和挑戰。

3 波分復用技術的發展趨勢

3.1 將廣泛采用更先進的技術和器件

目前，DWDM系統的應用在個別方面還面臨著很大的技術困難，例如色散補償、非線性效應積累、長距離傳輸以及OADM引入帶來的濾波效應累計，等等，在相關技術方面還需要進一步研究，但總的發展趨勢是:DWDM系統將廣泛采用更先進的技術和器件，使系統性能不斷得到提升。以光放大器為例，其作用是補償光纖和其他無源器件對光功率的損耗，但在提升信號功率的同時也引入了噪聲干擾，降低了信噪比。為解決這一矛盾，放大器的發展將由集中式放大器向分布式放大器轉變，因此分布式光纖喇曼放大器(DFRA)已經逐漸成為DWDM系統必選設備，作為傳統的摻鉺光纖放大器(EDFA)的前置放大器或者完全選用EDFA放大器以減小放大器引入的噪聲功率。

再例如，新的信號調制與接收處理技術的研究和應用使信號調制向著頻譜效率更高的多進制調制和編碼調制方向發展，這提高了DWDM系統線路信噪比，并且可以增加DWDM系統的傳輸距離;簡單高效的糾錯編碼方案的研究，可以提升DWDM系統的傳輸質量。

3.2 波分復用技術的發展前景

波分復用技術自從九十年代中期進入中國以來，從骨干網應用的DWDM系統到城域WDM環網技術，均得到很大發展。隨著光網絡向面向連接波長交換光網絡演進再向無連接光分組交換網絡演進，新的技術將有廣闊的發展前景。

波分復用是一種在光域上的復用技術，形成一個光層的網絡既全光網，將是光通訊的最高階段。 建立一個以WDM和OXC(光交叉連接器)為基礎的光網絡層，實現用戶端到端的全光網連接，建立智能化的網絡對等模型，將是未來的趨勢。

IP業務的爆炸式增長以及流量的指數級增加對通信網的承載能力提出了越來越高的要求.因此，利用波分復用系統承載IP業務的IP over WDM光網絡也將成為一種必然選擇而獲得發展。

4 結束語

DWDM系統的廣泛應用提高了通信系統的性能，增加了系統帶寬，滿足了信息社會不斷增長的業務需求。從長遠來看，以波分復用技術為基礎的光纖通信網絡將覆蓋整個國家或幾個國家，最終實現一個高速、大容量、能滿足未來通信業務需求的全光網絡。

參考文獻:

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