通信中同步數字傳輸與波分復用光纖技術的應用研究

齊 凱

（山信軟件股份有限公司 萊蕪自動化分公司，山東 濟南 271104）

0 引 言

同步數字傳輸（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）是一種集復接、線路傳輸與交換功能為一體并由統一網管系統進行信息傳輸的網絡技術，而波分復用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）則是在一根光纖上使用不同波長來同時傳送多路光波信號的一種傳輸技術。由于這兩種技術具有可靠性高、抗電磁干擾能力強、投入成本低以及傳輸質量好等特點，因此被廣泛應用于通信領域。

1 SDH與WDM光纖技術概述

1.1 SDH光纖技術

SDH的傳輸速率主要劃分為4個等級。一是STM-1，傳輸速率為 155.21 Mb/s；二是 STM-4，傳輸速率為622.08 Mb/s；三是STM-16，傳輸速率為2 488.32 Mb/s ；四是 STM-64，傳輸速率為 9 953.28 Mb/s。利用SDH技術可以對傳輸網絡進行有效控制與管理，并可以實時監控信號的傳輸動態信息。在傳輸信號進入到SDH幀之前，需要經過3個步驟，即映射、定位與復用。映射是實現速率適配功能，可以在信程進入到虛容器（Virtual Container，VC）時對信號速率進行調整。定位是指示信息的第一個字節在相應信息單元結構中的位置，即指示VC在支路單元（Tributary Unit，TU）或者管理單元（Administrative Unit，AU）中的具體位置。復用則是實現低速支路信號合成高速信號，即把多個低速單元組合成一個高速單元組[1]。目前，我國規定的SDH復用映射結構如圖1所示。

圖1 我國規定的SDH復用映射結構示意圖

1.2 WDM光纖技術

WDM主要是在一根光纖中傳輸多路光信號，其應用原理類似于頻分復用（Frequency Division Multiplexing，FDM）系統。兩者的不同之處在于，WDM技術應用于光纖信道上的光波傳輸過程，而FDM則應用于電模擬傳輸。WDM光纖系統主要由合/分波器、光放大器以及光源器件組成。合/分波器即光學濾波器，主要作用是對各復用光通路信號進行復用與解復用，對其提出的基本要求是插入損耗低、帶通特性好、溫度穩定性好、復用通路數多以及分辨率高等。光放大器的主要作用是對復用后的光信號進行放大，以解決WDM光纖系統超長距離傳輸問題[2]。在實際應用過程中，波長在1 550 nm范圍之內的傳輸信號均采用摻餌光纖放大器。而WDM光纖系統的光源器件則需要具有狹窄的譜寬與穩定的發射波長，這樣才能保證光波信號的順暢傳輸。WDM光纖系統工作原理如圖2所示。

圖2 WDM光纖系統工作原理

圖2中，M代表具有波長選路功能的復用器，也稱之為合波器；D代表具有波長選路功能的解復用器，也稱之為分波器。發射機T1發射波長為λ1的光信號，發射機T2發射波長為λ2的光信號，兩組光信號通過合波器復用后被傳輸至光纖中。在光纖接收端，經過分波器的解復用后，將這兩種波長的光信號分別送至接收機R1和R2中，即完成了光波信號的傳輸全過程。

2 SDH與WDM光纖技術的優勢分析

2.1 SDH技術的優勢

在實際應用過程中，SDH技術具有以下應用優勢。第一，具有較高的可靠性與穩定性。尤其在電力系統中的應用，對于一些站點密度較大的區域來說，應用SDH技術能夠滿足頻繁的活動需求。第二，傳輸信道多。基于這一特點，利用SDH技術可以保證數據傳輸網絡全天候不間斷運行。第三，強大的自愈功能。一旦系統出現運行故障，在無需人為干預的情況下，系統可以自行恢復到正常運行狀態。第四，減少投入成本。由于SDH技術可以一次性提取出低速支路信號，因此可以節省大量的信號轉換設備，這就大大減少了硬件設備的投入成本[3]。

2.2 WDM光纖技術的優勢

在實際應用過程中，WDM光纖技術具有以下優勢。第一，傳輸容量大。WDM光纖系統的復用光通路速率能夠達到10 Gb/s，并且復用光通路數量眾多，系統傳輸的最大值可以達到400 Gb/s。第二，節約光纖資源。相較于SDH系統，WDM系統無論有多少分系統，整個復用系統只需要一對光纖便可以完成信號傳輸任務。以16個2.5 Gb/s系統為例，如果采用單波長系統，至少需要32根光纖，但是利用WDM系統只需要兩根光纖。第三，對光纖色散無硬性要求。在信號傳輸過程中，無論傳輸速率再高、傳輸容量再大，WDM系統對光纖色散系數的要求依然是單個復用通路速率信號對光纖色度色散系數的要求[4]。

3 SDH與WDM光纖技術的實際應用效果

3.1 SDH光纖技術在220 kV變電站通信網絡中的應用

以220 kV變電站通信網絡為例，在該通信傳輸網絡中分別配置兩套SDH系統，其中一套的接入設備在本通信站接入地級干級傳輸網，另外一套接入設備則通過地調接入地級干級傳輸網。兩套設備分別置于不同的機柜內，由于信號傳輸業務不同，因此對于同一臺SDH系統用戶的接入設備需要實現支路到線路、線路到線路、支路到支路、線路到用戶以及支路到用戶的64 kb/s通路交叉連接，并通過網管系統完成連接過程。由于每一條線路在SDH系統用戶接入設備側均使用同一塊接口板，因此兩套設備的保護信號分別在每一套設備中進行傳輸。此外，線路保護信號傳輸屬于點對點的傳輸，為了提高信號傳輸的安全性與穩定性，設計人員采用了保護倒換的方法，這樣既可以縮短信號傳輸時間，同時也能夠避免產生信號傳輸盲區。通過SDH技術在220 kV變電站通信網絡的應用可以看出，該技術對提高信號傳輸的穩定性具有積極的促進作用，并且終端用戶也能夠接收到完整的光波信號，進而使電力通信系統的安全性能得到大幅提升[5]。

3.2 SDH與WDM技術在長途干線傳輸網中的應用

長途干線傳輸網絡建設進程逐年推進，應用WDM技術后，長途干線網中的中斷設備數量大量減少，這就使得網管系統的投資成本大幅降低，同時也減少了大量的系統維護工作量。由于長途干線中的設備節點距離相隔較遠，如果檢修人員對設備故障進行現場維修，則需要投入大量的人力資源成本，而且維修效果也差強人意[6]。而應用WDM技術后，系統本身具有定時掃描功能，可以通過內置的光譜單元進行精確掃描與分析。系統維護人員只需要在網管中心便可以實時了解每一個波長的光功率、中心波長、光信噪比等光譜特性，這種實時在線監控的方法為系統的遠程維護提供了諸多便利。此外，由于SDH和WDM技術具有系統誤碼率監測與連接完整性確認功能，因此在實際應用過程中可以利用SDH幀結構中的B1字節提取出波長信息再進行校驗，這樣可以對系統完成在線監測，并且能夠在最短的時間內確定故障位置與類型[7]。長途干線的再定時、再整形與再放大功能相對較差，在光波信號遠距離傳輸時，受到這些功能局限性的影響，光信噪比將大幅下降，甚至會出現突破閾值、超出色散容限的情況。基于此，可以利用SDH技術來管理，這樣既可以得到較為穩定的光信噪比，而且投資成本也大幅減少[8]。

3.3 WDM技術在城域網中的應用

城域網主要是在一個城市范圍內所建立的計算機通信網，城域網通信質量的優劣與城市的綜合競爭實力有著直接關聯。近年來，隨著各大城市城域網建設步伐的加快，WDM光纖技術的應用效果也逐步凸顯出來。

該技術在城域網中的應用特點主要體現在以下幾個方面。第一，應用WDM技術可以減少城域網的建設成本。與長途干網系統相比，利用WDM技術每波長所耗費的成本遠遠低于長途干網系統。由于城域網的光波信號傳輸距離一般在100 km以下，因此在應用WDM技術時無需使用光放大器與外調制器也能夠完成光信號的傳輸任務。第二，由于系統中未涉及光放大器，因此無需任何形式的通路均衡。分波器與合波器的工作機理簡單易懂，而且便于操作。第三，在沒有光放大器的情況下，波長數的增加與擴展也不再受光放大器頻帶的影響和限制，這就降低了對波長間隔寬度、波長精度以及穩定性的要求。在這種情況下，系統所使用的合波器、分波器以及系統其他組件的成本也大大降低[9]。

在城域網中應用WDM技術能夠靈活支持各種速率傳輸信號，系統的光接口可以自動接收和適應速率10Mb/s～2.5 Gb/s的所有光信號。隨著WDM光纖技術的日漸成熟，對于傳輸速率在10 Gb/s以上的SDH信號和10 Gb/s以上的以太網信號，WDM技術也能夠適應和支持[10]。此外，城域網中的WDM系統還具有波長可擴展性，即便有新的波長累加，也不會影響原有的工作波長。在這種情況下，系統依托于新加增的波長可以擴展更多新的業務，這就使城域網運營商的市場綜合競爭力得到大幅提升。

4 結 論

通過對通信中SDH與WDM光纖技術的優勢及實際應用效果的分析可以看出，隨著信息技術的迅猛發展，未來SDH與WDM技術也將在電力調度、辦公自動化、數據傳輸等領域得到普遍推廣和應用。廣大技術人員應當在熟練掌握SDH與WDM光纖技術工作原理的基礎上，不斷提升自身的專業技術水平，在實際應用過程中及時查找出SDH與WDM技術的應用缺陷，并及時通過各種先進的技術手段來彌補缺陷，確保光波信號安全穩定傳輸的同時，為社會各領域提供更加便捷高效的通信服務。