DWDM技術(shù)原理及其在城域網(wǎng)中的應(yīng)用

由于密集波分復(fù)用（DWDM）技術(shù)能充分利用光纖的巨大帶寬資源，大幅度提高系統(tǒng)傳輸容量，降低傳輸成本，因此該技術(shù)在長途和骨干網(wǎng)的超大容量傳輸中得到了廣泛的應(yīng)用。如果把DWDM技術(shù)引入城域網(wǎng)、接入網(wǎng)，整個網(wǎng)絡(luò)就會變成無縫連接的整體，為所有不同的業(yè)務(wù)提供支持和連接，因此城域網(wǎng)中DWDM具有很大優(yōu)越性和發(fā)展?jié)摿Γ瑢⒊蔀檎麄€通信網(wǎng)絡(luò)向全光網(wǎng)絡(luò)演變的必然。

　　由于DWDM技術(shù)在我局城域網(wǎng)上還沒有開展應(yīng)用，為此結(jié)合DWDM技術(shù)原理和性能優(yōu)勢，對DWDM技術(shù)在城域網(wǎng)中的應(yīng)用進行了一些初步探討，為DWDM技術(shù)在未來我局城域網(wǎng)中的應(yīng)用提供一些參考。

　　2 DWDM技術(shù)原理與性能優(yōu)勢

　　2.1 密集波分復(fù)用原理

　　DWDM技術(shù)指在當(dāng)前1.55μm波段密集放置更多信道，在發(fā)送端采用光復(fù)用器（合波器）將不同規(guī)定波長的信號光載波合并起來送入一根光纖進行傳播。在接收端，再由一個光解復(fù)用器（分波器）將這些不同波長承載不同信號的光載波分開，從而在一根光纖中可以實現(xiàn)多路光信號的復(fù)用傳輸(參看圖1)。在ITU-T建議標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定信道間隔為100GHz的整數(shù)倍。現(xiàn)在，人們已在試驗采用50GHz和33.3GHz的信道間隔，甚至更窄，力求更充分地利用光纖的可用帶寬。

　　2.2 DWDM系統(tǒng)組成

　　DWDM系統(tǒng)主要由光源、光放大器、光復(fù)用器和光解復(fù)用器組成，分別簡述如下。

　　1.光源

　　DWDM系統(tǒng)的無電再生中繼長度從50~60km增加到了500~600km，在要求傳輸系統(tǒng)的色散受限距離大大延長的同時，為了克服光纖非線性效應(yīng)，要求光源使用技術(shù)更為先進、性能更為優(yōu)良的激光器。總之，DWDM系統(tǒng)光源的兩個突出的特點是：（1）具有一定色度色散容限；（2）標(biāo)準(zhǔn)而穩(wěn)定的波長。

　　2．光波長轉(zhuǎn)換器（OTU）

　　DWDM可以分為開放式和集成式兩種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。所謂的“開放式”是指在同一個WDM系統(tǒng)中，可以接入不同廠商的SDH系統(tǒng)。它采用波長轉(zhuǎn)換技術(shù)，將復(fù)用終端的光信號轉(zhuǎn)換成指定的波長，所以對復(fù)用終端接口沒有特別的要求，只要這些接口符合ITU-T G.957建議的光接口標(biāo)準(zhǔn)。而集成式WDM系統(tǒng)沒有采用波長轉(zhuǎn)換技術(shù)，要求復(fù)用終端的光信號的波長符合系統(tǒng)的規(guī)范。

　　3．光放大器（OA）

　　光放大器是一種不需要經(jīng)過光/電/光的變換而直接對光信號進行放大的有源器件,能補償光功率在光纖傳輸中的損耗,延長通信系統(tǒng)的傳輸距離。

　　摻餌光纖放大器(EDFA)的工作原理:EDFA主要由摻餌光纖（EDF）、泵浦光源、耦合器、隔離器等部件組成。它利用摻餌光纖的非線性效應(yīng)，泵浦光(摻餌光纖放大器的泵浦波長為980nm)輸入到摻餌光纖中，當(dāng)有信號光輸入時，輻射光的相位和波長會自發(fā)地與信號光保持一致，這樣在輸出端就可以得到功率較強的光信號，實現(xiàn)了對光信號的放大。

　　4． 光復(fù)用器與光解復(fù)用器

　　在WDM系統(tǒng)中，將不同光源波長的信號結(jié)合在一起的器件稱為合波器，反之，將經(jīng)同一光纖送來的多波長信號分解為個別波長分別輸出的器件稱為分波器。同一器件既可作為分波器，又可以作為合波器。一般要求分波器、合波器的插入損耗小，隔離度大，帶內(nèi)損耗平坦，低的偏振相關(guān)性等。目前在WDM系統(tǒng)中使用的光分波合波器主要有陣式波導(dǎo)光柵（AWG）、相控陣分波器、可調(diào)諧濾波器、干涉膜濾波器、光柵耦合器等。

　　2．3 DWDM網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)：

　　由于DWDM系統(tǒng)可以承載SDH、PDH和其他不受限的數(shù)字信號或模擬信號，其網(wǎng)管系統(tǒng)應(yīng)該與傳送的業(yè)務(wù)層的網(wǎng)管分離，分別通過Q3接口同時送給上層的網(wǎng)絡(luò)管理層。這樣可以增加DWDM承載業(yè)務(wù)的多樣性。

　　在發(fā)送端，通過插入本節(jié)點產(chǎn)生的波長為?s（1510nm）的光監(jiān)控（OSC）信號，來完成幀同步字節(jié)、公務(wù)字節(jié)和網(wǎng)管所用的開銷字節(jié)的傳遞。網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)通過光監(jiān)控信道物理層傳送開銷字節(jié)到其他節(jié)點或接收來自其他節(jié)點的開銷字節(jié)對DWDM系統(tǒng)進行管理，實現(xiàn)配置管理、故障管理、性能管理、安全管理等功能，并與上層管理系統(tǒng)相連。為防止某段光纖中光監(jiān)控信道雙向都斷路,網(wǎng)元管理系統(tǒng)無法獲取網(wǎng)元的監(jiān)控信息, DWDM系統(tǒng)必須具有監(jiān)控通路的保護功能。

　　 2．4 DWDM適用的光纖系統(tǒng)

　　在DWDM系統(tǒng)中，由于多個光信號在一根光纖中同時傳輸，因此增加了光纖中光功率的密度，很容易引發(fā)四波混頻（FWM）等非線性現(xiàn)象。除常規(guī)G.652光纖外，還有色散位移G.653光纖和非零色散G.655光纖。

　　G.652光纖在1.3?m和1.5?m處具有很低的損耗，特別是在1.55?m處,損耗低于0.2dB/km,對長距離傳輸非常有利，但色散相對較大，約17ps/nm.km。由于G.652光纖在我國已大量敷設(shè)，因此利用原有的光纖采用DWDM技術(shù)實現(xiàn)超高速傳輸是當(dāng)前的首選方案。

　　G.653光纖又稱色散位移光纖，它在1550nm窗口同時具有最小色散和最低損耗，它是單波長系統(tǒng)的最佳選擇，但是由于高速傳輸?shù)拇當(dāng)_現(xiàn)象使多路WDM系統(tǒng)很難開通，現(xiàn)已不提倡使用G.653光纖。

　　G.655光纖是將G.653光纖的零色散點移至1570nm或1510~1520nm附近，成功地克服了G.652的色散受限和G.653無法開通WDM的缺點，升級非常靈活，既可以適用TDM系統(tǒng)也可以適用WDM技術(shù)。但采用該光纖的光纜價格為常規(guī)光纜的1.5倍。

　　2．5 WDM系統(tǒng)的性能優(yōu)勢

　　1．傳輸容量大、傳輸速率高

　　在PDH階段，光纖線路的傳送速率多采用34Mbit／s和 140Mbit／s，到了 SDH階段，傳輸速率多采用155Mbit／s、622Mbit／s、2.5Gbit／s以及10Gbit／s。由于在采用TDM方式的SDH傳送10Gbit／s或40Gbit／s速率時，還需要相關(guān)的調(diào)制技術(shù)和更高級的激光器，這將使成本極高，用戶難以接受。而采用WDM方式，每個波長不僅可以傳輸2.5Gbit／s的SDH信號，也可以傳送10Gbit／s及40Gbit／s以上的光載波信號，使得在一個光纖上傳輸?shù)娜萘勘葐文９饫w大幾倍到幾十倍，

　　2．光纖系統(tǒng)的傳輸距離長、傳輸設(shè)備簡單

　　WDM系統(tǒng)采用了石英光纖最低損耗的1550nm窗口，其傳輸損耗更小、 傳輸距離更長，并且EDFA技術(shù)、外調(diào)制、電吸收等方式使得WDM系統(tǒng)中繼段的允許損耗、色散更大，傳輸距離由幾十公里向幾百公里或更長距離的延長。WDM系統(tǒng)采用了光放大器代替了原來的電再生器，大大減少了SDH中繼器的數(shù)量，節(jié)省了成本，簡化了設(shè)備。

　　3．網(wǎng)絡(luò)更加智能化

　　未來光纖網(wǎng)發(fā)展的目標(biāo)之一是實現(xiàn)統(tǒng)一的傳輸網(wǎng)監(jiān)控并順利地納入TMN。目前的PDH網(wǎng)管幀結(jié)構(gòu)中的管理比特少、網(wǎng)管能力差；SDH雖然在幀結(jié)構(gòu)中增加了豐富的管理、維護用開銷比特，但由于各廠商的信息模型不同，使得不同廠商的網(wǎng)管系統(tǒng)在接口上不能互通；WDM系統(tǒng)設(shè)置了重要的網(wǎng)管監(jiān)控通路，以傳輸WDM系統(tǒng)的網(wǎng)管信息，其網(wǎng)管更接近TMN模式。

　　4．適合傳輸多媒體綜合業(yè)務(wù)信息

　　由于同一光纖中傳輸?shù)墓廨d波信號彼此獨立，可以傳送不同傳輸特性的不同信號，并且其通道對于數(shù)據(jù)格式是完全透明的，與信號的速率和調(diào)制方式無關(guān)，從而多種格式的業(yè)務(wù)信號，如語音、數(shù)據(jù)、視頻等多媒體信息都可以在WDM系統(tǒng)中得到高質(zhì)量的傳送，改善了業(yè)務(wù)質(zhì)量。

　　3 DWDM技術(shù)在城域網(wǎng)中的應(yīng)用

　　目前城域網(wǎng)采用的SDH技術(shù)主要針對基于電路交換的語音業(yè)務(wù)。但從網(wǎng)絡(luò)擴展角度看，在傳統(tǒng)SDH網(wǎng)絡(luò)上通過增加設(shè)備來滿足數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求，從網(wǎng)絡(luò)效率角度看，存在著效率低、成本高以及利用率低等缺點。DWDM以其特有的技術(shù)優(yōu)勢為城域網(wǎng)領(lǐng)域和數(shù)據(jù)通信帶來極具競爭優(yōu)勢的解決方案。

　　3.1 DWDM在城域網(wǎng)與廣域網(wǎng)應(yīng)用上的差別DWDM在廣域網(wǎng)應(yīng)用獲得了巨大的成功，但在架構(gòu)寬帶城域網(wǎng)時，兩者有著很大的差別。

　　1.器件的要求

　　廣域網(wǎng)的傳輸距離長達(dá)數(shù)千公里甚至跨洋，中間需要很多放大器等設(shè)備，對激光器和復(fù)用器件、部件要求很高，系統(tǒng)成本昂貴。而城域網(wǎng)傳輸距離一般在100km以內(nèi)，對光纖的傳輸衰減值也不太敏感，免除了使用外部調(diào)制解調(diào)器和光放大器的必要以及相應(yīng)的通路均衡需求。運營商因而可以相對自由地選用較低規(guī)格的光元器件，從而使整個系統(tǒng)成本大幅下降。

　　2.支持的業(yè)務(wù)種類、靈活性和網(wǎng)絡(luò)成本方面的要求

　　與廣域網(wǎng)相比，城域網(wǎng)在傳輸容量和距離方面要求較低，但在支持的業(yè)務(wù)種類、靈活性和網(wǎng)絡(luò)成本方面有著更高的要求。從業(yè)務(wù)信道角度看，長途網(wǎng)主要提供622Mbit/s、2.5Gbit/s及10Gbit/s信道，而城域網(wǎng)卻要求光接口支持SDH、ATM、吉比特以太網(wǎng)等從100Mbit/s到2.5Gbit/s范圍內(nèi)的所有信號，能承載不同類型的業(yè)務(wù)。DWDM是一種純粹的物理層技術(shù)，它的運轉(zhuǎn)完全獨立于所攜帶信息的類型，能夠提供以波長為基礎(chǔ)的透明服務(wù)，靈活地傳送任何格式的信號。

　　3.網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與保護的不同

　　從網(wǎng)絡(luò)/業(yè)務(wù)拓?fù)浜捅Ｗo角度看，長途網(wǎng)采用的光纖/業(yè)務(wù)拓?fù)涠酁榫€性結(jié)構(gòu)，業(yè)務(wù)保護由OXC、DXC或更高層協(xié)議執(zhí)行。相比之下，城域網(wǎng)的拓?fù)涑?a target="_blank">環(huán)形或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，業(yè)務(wù)拓?fù)鋭t為輻射狀結(jié)構(gòu)，傳輸系統(tǒng)本身必須提供保護，或支持客戶層保護機制。這就要求城域DWDM系統(tǒng)具有更為豐富的組網(wǎng)能力，并可組成光通道自愈環(huán)，以提高網(wǎng)絡(luò)的安全性和可靠性。

　　4.城域網(wǎng)中對系統(tǒng)的模塊化水平和分插復(fù)用能力要求更高

　　長途網(wǎng)的擴容主要通過增加容量，有效利用閑置波長，以不影響業(yè)務(wù)流量的方式進行。然而，在城域網(wǎng)中由于IP業(yè)務(wù)的突發(fā)性和不確定性，要求城域DWDM系統(tǒng)具備在環(huán)路添加新節(jié)點以及在不可預(yù)測的端點間增加容量的能力。這就對系統(tǒng)的模塊化水平和分插復(fù)用能力提出了更高的要求。此外，城域網(wǎng)DWDM系統(tǒng)必須能提供在任何網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進行任意數(shù)量的波長分插復(fù)用的能力，以滿足動態(tài)調(diào)度業(yè)務(wù)的需求。

　　3.2 DWDM城域網(wǎng)結(jié)構(gòu)

　　DWDM城域網(wǎng)的一種基本結(jié)構(gòu)是DWDM自愈環(huán)結(jié)構(gòu)（見圖3）。

　　從圖3中可以清晰地看到DWDM系統(tǒng)對不同業(yè)務(wù)的支撐性。按照環(huán)中信號的傳輸方向，自愈環(huán)分為單向環(huán)和雙向環(huán)兩種；按照環(huán)路保護機制，DWDM自愈環(huán)分為１＋１環(huán)路保護、１:１保護和１:Ｎ保護環(huán)路等。此外當(dāng)傳輸ＳＤＨ業(yè)務(wù)時，還必須協(xié)調(diào)DWDM保護機制和ＳＤＨ保護機制的重復(fù)和沖突問題。

　　在DWDM自愈環(huán)城域網(wǎng)結(jié)構(gòu)中，OADM（光分插復(fù)用器）是最關(guān)鍵的部件。它的作用是在DWDM環(huán)路中靈活地添加分離波長。

　　3.3 城域DWDM技術(shù)特點

　　1.業(yè)務(wù)匹配直接、方便

　　傳統(tǒng)的城域網(wǎng)絡(luò)中采用ＴＤＭ技術(shù)，最適于提供2Mbit/s電路以滿足64kbit／s語音業(yè)務(wù)，但該結(jié)構(gòu)不適于統(tǒng)計復(fù)用數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。當(dāng)城域網(wǎng)中采用了DWDM技術(shù)之后，便可用路由器或ATM交換機將分組或信元直接匹配到波長，而不必使用SONET或SDH的方法適配DWDM傳輸網(wǎng)絡(luò)。從而，TDM被光層DWDM取代，增加了帶寬利用率，推進了組網(wǎng)，降低了成本。

　　2.節(jié)省光纖資源

　　有的大用戶需要的信道帶寬很大，超過STM-16，采用TDM如STM-64技術(shù)，目前還難以滿足其要求；若采用更高速率的TDM 系統(tǒng)需要對所有的終端設(shè)備進行更新，而DWDM則可以保留現(xiàn)有的終端設(shè)備，消除了使用額外光纖的要求。它還易于和現(xiàn)有的SONET／SDH網(wǎng)絡(luò)或基于異步協(xié)議工作的舊的光終端設(shè)備兼容。

　　3.4 目前城域DWDM技術(shù)存在的主要問題

　　目前城域ＤＷＤＭ技術(shù)存在的主要問題在于以下幾個方面：

　　１．設(shè)備成本問題

　　盡管城域網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離比較短，但由于城域網(wǎng)中使用了大量的光分插復(fù)用器（OADM），每個分插復(fù)用器引入了一定的損耗，所以在城域網(wǎng)中往往必須使用光放大器，使費用大大增加。如果采用DWDM對城域網(wǎng)進行升級的價格比采用TDM和鋪設(shè)新光纖的價格還高，將會限制DWDM在城域網(wǎng)中的應(yīng)用。現(xiàn)在設(shè)備制造商正在努力改進設(shè)備，使應(yīng)用在城域網(wǎng)中DWDM設(shè)備的價格低于長途DWDM設(shè)備的價格。

　　2．技術(shù)問題

DWDM城域網(wǎng)中需使用大量的OADM，為對網(wǎng)絡(luò)進行靈活的控制，OADM應(yīng)是可編程的，可以用軟件進行控制。但目前DWDM分插復(fù)用技術(shù)還不是很成熟，也沒有大量商用，特別是對于波長數(shù)很多的系統(tǒng)。此外，光交叉連接設(shè)備更是不成熟。

　　3．設(shè)備的兼容性問題

　　由于目前DWDM網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)還沒有完全制定，所以多個廠家設(shè)備之間的互連還存在問題。在這種情況下，一個城域網(wǎng)只能采用一個廠家的設(shè)備，或者加入相應(yīng)的轉(zhuǎn)換設(shè)備，以實現(xiàn)不同廠家設(shè)備之間的互連，但隨著WDM光網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的制定，這些問題可以迎刃而解。

　　4．網(wǎng)管技術(shù)不成熟

　　由于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制訂的滯后，DWDM網(wǎng)管系統(tǒng)目前存在技術(shù)相對滯后的問題。比如大多數(shù)廠家的DWDM系統(tǒng)雖然都配置了EMS網(wǎng)元管理系統(tǒng)，但網(wǎng)元管理系統(tǒng)的向上接口不統(tǒng)一，有Q3接口、CORBA接口等，管理系統(tǒng)間難以兼容和互通；另外，各廠家的大多數(shù)DWDM系統(tǒng)尚不支持系統(tǒng)誤碼性能監(jiān)測和連接完整性等重要功能。DWDM網(wǎng)管系統(tǒng)的功能尚待進一步加強和完善。

　　4 結(jié)束語

　　DWDM在長途干線網(wǎng)中已經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用，在城域網(wǎng)中由于設(shè)備的成本還很昂貴，技術(shù)尚不成熟，設(shè)備的兼容性較差等原因暫時還難于普遍應(yīng)用，但由于DWDM技術(shù)具有擴容的經(jīng)濟性，比特率和協(xié)議的透明性，良好的可擴展性等，隨著市場的發(fā)展、新的低成本城域網(wǎng)設(shè)備的開發(fā)利用，DWDM技術(shù)在城域網(wǎng)中具有廣闊的應(yīng)用前景。相信在不遠(yuǎn)的將來，DWDM技術(shù)在我局的城域網(wǎng)應(yīng)用中也會大展風(fēng)采。