DWDM技術(shù)原理及發(fā)展趨勢(shì)

OFweek光通訊網(wǎng)—中國(guó)光通訊行業(yè)門戶DWDM技術(shù)原理及發(fā)展趨勢(shì)一、\o"DWDM"DWDM技術(shù)的產(chǎn)生背景1、光\o"網(wǎng)絡(luò)"網(wǎng)絡(luò)復(fù)用技術(shù)的發(fā)展\o"通信"通信網(wǎng)絡(luò)中，包括多種傳輸媒介，如雙絞線、同軸線、\o"光纖"光纖、無線傳輸。其中，光纖傳輸?shù)奶攸c(diǎn)是傳輸容量大、質(zhì)量好、損耗小、保密性好、中繼距離長(zhǎng)等。隨著信息時(shí)代寬帶高速業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，不但要求\o"光傳輸"光傳輸系統(tǒng)向更大容量、更長(zhǎng)距離發(fā)展，而且，要求其交互便捷。因此，在光傳輸系統(tǒng)中引入了復(fù)用技術(shù)。所謂復(fù)用技術(shù)是指利用光纖寬頻帶、大容量的特點(diǎn)，用一根光纖或\o"光纜"光纜同時(shí)傳輸多路信號(hào)。在多路信號(hào)傳輸系統(tǒng)中，信號(hào)的復(fù)用方式對(duì)系統(tǒng)的性能和造價(jià)起著重要作用。光纖傳輸網(wǎng)的復(fù)用技術(shù)經(jīng)歷了空分復(fù)用（SDM）、時(shí)分復(fù)用（TDM）到波分復(fù)用（\o"WDM"WDM）三個(gè)階段的發(fā)展。SDM技術(shù)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、實(shí)用，但必須按信號(hào)復(fù)用的路數(shù)配置所需要的光纖傳輸芯數(shù)，投資效益較差；TDM技術(shù)的應(yīng)用很廣泛，如PDH、SDH、ATM、IP都是基于TDM的傳輸技術(shù)，缺點(diǎn)是線路利用率較低；WDM技術(shù)在1根光纖上承載多個(gè)\o"波長(zhǎng)"波長(zhǎng)（信道），使之成為當(dāng)前光纖通信網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容的主要手段。在過去20年里，光纖通信的發(fā)展超乎了人們的想象，\o"光通信"光通信網(wǎng)絡(luò)也成為現(xiàn)代通信網(wǎng)的基礎(chǔ)平臺(tái)。光纖通信系統(tǒng)經(jīng)歷了幾個(gè)發(fā)展階段，從70年代末的PDH系統(tǒng)，90年代中期的SDH系統(tǒng)，以及近來風(fēng)起云涌的DWDM系統(tǒng)，乃至將來的智能光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，光纖通信系統(tǒng)自身正在快速地更新?lián)Q代。波分復(fù)用技術(shù)從光纖通信出現(xiàn)伊始就出現(xiàn)了，80年代末、90年代初，AT&T貝爾\o"實(shí)驗(yàn)"實(shí)驗(yàn)室的厲鼎毅（T.Y.Lee）博士大力倡導(dǎo)波分復(fù)用（DWDM）技術(shù)，兩波長(zhǎng)WDM（1310／1550nm）系統(tǒng)80年代就在美國(guó)AT&T網(wǎng)中使用，速率為2×1.7Gb／s。但是到90年代中期，WDM系統(tǒng)發(fā)展速度并不快，主要原因在于：（1）TDM（時(shí)分復(fù)用）技術(shù)的發(fā)展，155Mb／s-622Mb／s-2.5Gb／sTDM技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在2.5Gb／s系統(tǒng)以下（含2.5Gb／s系統(tǒng)），系統(tǒng)每升級(jí)一次，每比特的傳輸成本下降30％左右。正由于此，在過去的系統(tǒng)升級(jí)中，人們首先想到并采用的是TDM技術(shù)。（2）波分復(fù)用器件還沒有完全成熟，波分復(fù)用器／解復(fù)用器和光放大器在90年代初才開始商用化。DWDM發(fā)展迅速的主要原因在于：（1）TDM\o"10G"10Gb／s面臨著電子元器件的挑戰(zhàn)，利用TDM方式已日益接近硅和鎵砷技術(shù)的極限，TDM已沒有太多的潛力可挖，并且傳輸設(shè)備的價(jià)格也很高。（2）已敷設(shè)G.652光纖1550nm窗口的高色散限制了TDM10Gb／s系統(tǒng)的傳輸，光纖色度色散和偏振模色散的影響日益加重。人們正越來越多地把興趣從電復(fù)用轉(zhuǎn)移到光復(fù)用，即從光域上用各種復(fù)用方式來改進(jìn)傳輸效率，提高復(fù)用速率，而WDM技術(shù)是目前能夠商用化最簡(jiǎn)單的光復(fù)用技術(shù)。（3）\o"光電"光電器件的迅速發(fā)展。1985年英國(guó)南安普頓大學(xué)首先研制出摻餌光纖放大器。1990年，比瑞利(Pirelli)研制出第一臺(tái)商用光纖放大器（\o"EDFA"EDFA），EDFA的成熟和商用化，使WDM技術(shù)長(zhǎng)距離傳輸成為可能。從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的角度，DWDM技術(shù)是目前最經(jīng)濟(jì)可行的擴(kuò)容技術(shù)手段。2、光通信發(fā)展的三個(gè)階段傳統(tǒng)的光纖傳輸技術(shù)，經(jīng)歷了準(zhǔn)同步數(shù)字體系（PDH）、同步數(shù)字體系（SDH），和波分復(fù)用（WDM）三個(gè)階段，如圖1所示。圖1

光通信發(fā)展的三個(gè)階段以下將簡(jiǎn)要介紹PDH、SDH到DWDM的發(fā)展過程，以及各種技術(shù)的接口規(guī)范。一、\o"DWDM"DWDM技術(shù)的產(chǎn)生背景1、光\o"網(wǎng)絡(luò)"網(wǎng)絡(luò)復(fù)用技術(shù)的發(fā)展\o"通信"通信網(wǎng)絡(luò)中，包括多種傳輸媒介，如雙絞線、同軸線、\o"光纖"光纖、無線傳輸。其中，光纖傳輸?shù)奶攸c(diǎn)是傳輸容量大、質(zhì)量好、損耗小、保密性好、中繼距離長(zhǎng)等。隨著信息時(shí)代寬帶高速業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，不但要求\o"光傳輸"光傳輸系統(tǒng)向更大容量、更長(zhǎng)距離發(fā)展，而且，要求其交互便捷。因此，在光傳輸系統(tǒng)中引入了復(fù)用技術(shù)。所謂復(fù)用技術(shù)是指利用光纖寬頻帶、大容量的特點(diǎn)，用一根光纖或\o"光纜"光纜同時(shí)傳輸多路信號(hào)。在多路信號(hào)傳輸系統(tǒng)中，信號(hào)的復(fù)用方式對(duì)系統(tǒng)的性能和造價(jià)起著重要作用。光纖傳輸網(wǎng)的復(fù)用技術(shù)經(jīng)歷了空分復(fù)用（SDM）、時(shí)分復(fù)用（TDM）到波分復(fù)用（\o"WDM"WDM）三個(gè)階段的發(fā)展。SDM技術(shù)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、實(shí)用，但必須按信號(hào)復(fù)用的路數(shù)配置所需要的光纖傳輸芯數(shù)，投資效益較差；TDM技術(shù)的應(yīng)用很廣泛，如PDH、SDH、ATM、IP都是基于TDM的傳輸技術(shù)，缺點(diǎn)是線路利用率較低；WDM技術(shù)在1根光纖上承載多個(gè)\o"波長(zhǎng)"波長(zhǎng)（信道），使之成為當(dāng)前光纖通信網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容的主要手段。在過去20年里，光纖通信的發(fā)展超乎了人們的想象，\o"光通信"光通信網(wǎng)絡(luò)也成為現(xiàn)代通信網(wǎng)的基礎(chǔ)平臺(tái)。光纖通信系統(tǒng)經(jīng)歷了幾個(gè)發(fā)展階段，從70年代末的PDH系統(tǒng)，90年代中期的SDH系統(tǒng)，以及近來風(fēng)起云涌的DWDM系統(tǒng)，乃至將來的智能光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，光纖通信系統(tǒng)自身正在快速地更新?lián)Q代。波分復(fù)用技術(shù)從光纖通信出現(xiàn)伊始就出現(xiàn)了，80年代末、90年代初，AT&T貝爾\o"實(shí)驗(yàn)"實(shí)驗(yàn)室的厲鼎毅（T.Y.Lee）博士大力倡導(dǎo)波分復(fù)用（DWDM）技術(shù)，兩波長(zhǎng)WDM（1310／1550nm）系統(tǒng)80年代就在美國(guó)AT&T網(wǎng)中使用，速率為2×1.7Gb／s。但是到90年代中期，WDM系統(tǒng)發(fā)展速度并不快，主要原因在于：（1）TDM（時(shí)分復(fù)用）技術(shù)的發(fā)展，155Mb／s-622Mb／s-2.5Gb／sTDM技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在2.5Gb／s系統(tǒng)以下（含2.5Gb／s系統(tǒng)），系統(tǒng)每升級(jí)一次，每比特的傳輸成本下降30％左右。正由于此，在過去的系統(tǒng)升級(jí)中，人們首先想到并采用的是TDM技術(shù)。（2）波分復(fù)用器件還沒有完全成熟，波分復(fù)用器／解復(fù)用器和光放大器在90年代初才開始商用化。DWDM發(fā)展迅速的主要原因在于：（1）TDM\o"10G"10Gb／s面臨著電子元器件的挑戰(zhàn)，利用TDM方式已日益接近硅和鎵砷技術(shù)的極限，TDM已沒有太多的潛力可挖，并且傳輸設(shè)備的價(jià)格也很高。（2）已敷設(shè)G.652光纖1550nm窗口的高色散限制了TDM10Gb／s系統(tǒng)的傳輸，光纖色度色散和偏振模色散的影響日益加重。人們正越來越多地把興趣從電復(fù)用轉(zhuǎn)移到光復(fù)用，即從光域上用各種復(fù)用方式來改進(jìn)傳輸效率，提高復(fù)用速率，而WDM技術(shù)是目前能夠商用化最簡(jiǎn)單的光復(fù)用技術(shù)。（3）\o"光電"光電器件的迅速發(fā)展。1985年英國(guó)南安普頓大學(xué)首先研制出摻餌光纖放大器。1990年，比瑞利(Pirelli)研制出第一臺(tái)商用光纖放大器（\o"EDFA"EDFA），EDFA的成熟和商用化，使WDM技術(shù)長(zhǎng)距離傳輸成為可能。從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的角度，DWDM技術(shù)是目前最經(jīng)濟(jì)可行的擴(kuò)容技術(shù)手段。2、光通信發(fā)展的三個(gè)階段傳統(tǒng)的光纖傳輸技術(shù)，經(jīng)歷了準(zhǔn)同步數(shù)字體系（PDH）、同步數(shù)字體系（SDH），和波分復(fù)用（WDM）三個(gè)階段，如圖1所示。圖1

光通信發(fā)展的三個(gè)階段以下將簡(jiǎn)要介紹PDH、SDH到DWDM的發(fā)展過程，以及各種技術(shù)的接口規(guī)范。3、\o"DWDM"DWDM在傳輸網(wǎng)中的定位D\o"WDM"WDM是一種能在一根\o"光纖"光纖上同時(shí)傳送多個(gè)攜帶有信息（模擬或數(shù)字）的光載波，可以承載SDH業(yè)務(wù)、IP業(yè)務(wù)、ATM業(yè)務(wù)。只需通過增加\o"波長(zhǎng)"波長(zhǎng)（信道）實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)容的光纖\o"通信"通信技術(shù)。它將幾種不同波長(zhǎng)的光信號(hào)組合（復(fù)用）起來傳輸，傳輸后將光纖中組合的光信號(hào)再分離開（解復(fù)用），送入不同的通信終端，即在一根物理光纖上提供多個(gè)虛擬的\o"光纖通道"光纖通道，我們也可以稱之為虛擬光纖。DWDM在系統(tǒng)中的位置如圖2所示。圖2

DWDM在系統(tǒng)中的位置二、WDM的相關(guān)定義WDM波分復(fù)用（WDM，WavelengthDivisionMultiplexing）是指，在1根光纖上承載多個(gè)波長(zhǎng)（信道）系統(tǒng)，將1根光纖轉(zhuǎn)換為多條“虛擬”纖，每條虛擬纖獨(dú)立工作在不同波長(zhǎng)上。由于WDM系統(tǒng)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性與有效性，使之成為當(dāng)前光纖通信\o"網(wǎng)絡(luò)"網(wǎng)絡(luò)最廣泛使用的光波復(fù)用技術(shù)。WDM通常有3種復(fù)用方式，即1310nm和1550nm波長(zhǎng)的波分復(fù)用、粗波分復(fù)用（\o"CWDM"CWDM）和密集波分復(fù)用（DWDM）。（1）1310nm和1550nm波長(zhǎng)的波分復(fù)用這種復(fù)用技術(shù)在20世紀(jì)70年代初時(shí)僅用兩個(gè)波長(zhǎng)：1310nm窗口一個(gè)波長(zhǎng)，1550nm窗口一個(gè)波長(zhǎng)，利用WDM技術(shù)實(shí)現(xiàn)單纖雙窗口傳輸，這是最初的波分復(fù)用的使用情況。（2）密集波分復(fù)用（DWDM）簡(jiǎn)單的說，DWDM技術(shù)是指相鄰波長(zhǎng)間隔較小的WDM技術(shù)，工作波長(zhǎng)位于1550nm窗口?？梢栽谝粋€(gè)光纖上承載8~160個(gè)波長(zhǎng)。主要應(yīng)用于長(zhǎng)距離傳輸系統(tǒng)。圖3

DWDM系統(tǒng)示意圖（3）粗波分復(fù)用（CWDM）CWDM技術(shù)是指相鄰波長(zhǎng)間隔較大的WDM技術(shù)，相鄰信道的間距一般大于等于20nm，波長(zhǎng)數(shù)目一般為4波或8波，最多18波。CWDM使用1200nm~1700nm窗口。CWDM采用非制冷激光器、無光放大器件，成本較DWDM低；缺點(diǎn)是容量小、傳輸距離短。因此，CWDM技術(shù)適用于短距離、高帶寬、接入點(diǎn)密集的通信應(yīng)用場(chǎng)合，如大樓內(nèi)或大樓之間的網(wǎng)絡(luò)通信。1、\o"DWDM"DWDM基本概念D\o"WDM"WDM（DenseWavelengthDivisionMultiplexing）密集波分復(fù)用技術(shù)是在\o"波長(zhǎng)"波長(zhǎng)1550nm窗口附近，在\o"EDFA"EDFA能提供增益的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，選用密集的但相互又有一定波長(zhǎng)間隔的多路光載波，這些光載波各自受不同數(shù)字信號(hào)的調(diào)制，復(fù)合在一根\o"光纖"光纖上傳輸，提高了每根光纖的傳輸容量。這些光載波的波長(zhǎng)間隔為0.4～2nm，如圖4所示。圖4

DWDM載波波長(zhǎng)間隔DWDM設(shè)備通常由五部分組成，如圖5所示。圖5

DWDM系統(tǒng)組成2、DWDM的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)（1）充分利用光纖的帶寬資源，傳輸容量巨大DWDM系統(tǒng)中的各波長(zhǎng)相互獨(dú)立，可透明傳輸不同的業(yè)務(wù)，如SDH、GbE、ATM等信號(hào)，實(shí)現(xiàn)多種信號(hào)的混合傳輸。如圖6所示，多個(gè)光信號(hào)通過采用不同的波長(zhǎng)復(fù)用到一根光纖中傳輸，每個(gè)波長(zhǎng)上承載不同信號(hào)，在一根光纖中傳輸，大大提高了光纖容量，極大的節(jié)約了光纖資源，降低線路建設(shè)成本。圖6

DWDM傳輸容量巨大（2）超長(zhǎng)的傳輸距離利用摻鉺光纖放大器（EDFA）等多種超長(zhǎng)距傳輸技術(shù)，可以對(duì)DWDM系統(tǒng)中的各通路信號(hào)同時(shí)放大，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的長(zhǎng)距傳輸。DWDM的超長(zhǎng)距傳輸（3）平滑升級(jí)擴(kuò)容由于DWDM系統(tǒng)中的每個(gè)波長(zhǎng)通道透明傳輸\o"數(shù)據(jù)"數(shù)據(jù)，不對(duì)通道數(shù)據(jù)進(jìn)行任何處理，因此，擴(kuò)容時(shí)，只需增加復(fù)用光波長(zhǎng)通路數(shù)即可，方便易行。3、\o"DWDM"DWDM的發(fā)展趨勢(shì)3.1更高的通道速率D\o"WDM"WDM系統(tǒng)的通道速率由2.5Gbit/s發(fā)展到目前的\o"10G"10Gbit/s，基于\o"40G"40Gbit/s速率的系統(tǒng)已進(jìn)入商用階段。3.2更多\o"波長(zhǎng)"波長(zhǎng)復(fù)用數(shù)量早期DWDM系統(tǒng)多用于8/16/32個(gè)波長(zhǎng)，通道間隔為\o"100G"100GHz，工作波長(zhǎng)位于C波段。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，DWDM系統(tǒng)的工作波長(zhǎng)可覆蓋C、L波段，間隔50GHz。如\o"中興"中興通訊的ZXWMM900設(shè)備，最高可提供160波的復(fù)用。3.3超長(zhǎng)的全\o"光傳輸"光傳輸距離通過提高全光傳輸?shù)木嚯x，減少電再生點(diǎn)的數(shù)量，可降低建網(wǎng)的初始成本和運(yùn)營(yíng)成本。傳統(tǒng)的DWDM系統(tǒng)采用\o"EDFA"EDFA延長(zhǎng)無電中繼的傳輸距離，目前，通過分布式拉曼放大器、超強(qiáng)前向糾錯(cuò)技術(shù)（FEC）、色散管理技術(shù)、光均衡技術(shù)以及高效的調(diào)制格式等，可從目前的600km左右擴(kuò)展到2000km以上。3.4從點(diǎn)到點(diǎn)WDM走向全光\o"網(wǎng)絡(luò)"網(wǎng)絡(luò)普通的點(diǎn)到點(diǎn)DWDM系統(tǒng)