DWDM技術(shù)及其典型工程應用

DWDM技術(shù)及其典型工程應用

ＤＷＤＭ是在一對或一根光纖中同時傳輸幾十、成百個光信號，可以實現(xiàn)在一個系統(tǒng)中進行

各種信速、多種業(yè)務(wù)同纖大容量傳輸，即：按"一纖Ｎ波"工作。ＷＤＭ的優(yōu)點是充分利用了光纖自

身具有的巨大帶寬資源，缺點在于光器件較多，使得系統(tǒng)的故障概率上升，對光纖非線性效應要求

嚴格等。

當前，全世界電信網(wǎng)絡(luò)營運商普遍采用的最佳擴容升級方案是在提高系統(tǒng)的單信道傳輸速率

的時分復用基礎(chǔ)上，通過波分復用的方式將傳輸容量成Ｎ倍增加來對傳輸網(wǎng)絡(luò)進行擴容升級。這種

擴容升級方案的主要特點是：提高系統(tǒng)傳輸速率、降低傳輸成本；充分利用了光纖的巨大帶寬資

源；實現(xiàn)同時傳輸多種不同類型的業(yè)務(wù)信號；網(wǎng)絡(luò)應用形式多樣；組網(wǎng)靈活、經(jīng)濟、可靠等。 ��

一、原理

ＤＷＤＭ系統(tǒng)分類方法很多，如以信道速率分為：２．５Ｇｂｉｔ／ｓ、１０Ｇｂｉｔ／

ｓ、４０Ｇｂｉｔ／ｓ、及混合速率；以信道承載業(yè)務(wù)分為：ＰＤＨ、ＳＤＨ、ＡＴＭ、ＩＰ或混

合業(yè)務(wù)等；以信道數(shù)分為：４波、８波、１６波、３２波等；以系統(tǒng)總?cè)萘糠譃椋海保埃牵猓椋簦?/p>

ｓ、２０Ｇｂｉｔ／ｓ、４０Ｇｂｉｔ／ｓ、８０Ｇｂｉｔ／ｓ等；以傳輸方向分為單向和雙向

等；以地理域分為：海底系統(tǒng)、陸地系統(tǒng)等；以網(wǎng)絡(luò)層次分為：核心網(wǎng)、城域網(wǎng)、局域網(wǎng)等；以系

統(tǒng)接口分為：集成式或開放式。

通常，ＤＷＤＭ系統(tǒng)是由光發(fā)射、光接收、光傳輸、光監(jiān)控和網(wǎng)管五部分組成。光發(fā)射部分

主要指發(fā)射機。根據(jù)ＩＴＵ－Ｔ建議ＤＷＤＭ系統(tǒng)用作發(fā)射機光源的應是特定波長、波長穩(wěn)定、色

散容限大的激光器。如：發(fā)光二極管、多縱模激光器、單縱模激光器、分布反饋激光器、量子激光

器等。光接收部分主要是指用作接收機的光探測器。它們應是能容忍一定信噪比信號的光二極管和

雪崩二極管。合波器和分波器的功能是用對不同波長的光信號進行復合和分離，它們應是信道隔離

度高的無源器件，其性能應滿足ＩＴＵ－Ｇ．６７１建議要求。ＤＷＤＭ系統(tǒng)中常用的合波器有：

耦合器型、介質(zhì)薄膜濾波器型和集成光波導型等；分波器有：光纖光柵型、干涉濾波器等類型。光

傳輸部分是小色散系數(shù)光纖和增益平坦和增益鎖定的ＥＤＦＡ共同組成的。小色散系數(shù)光纖可以延

長色散受限距離，減少色散補償成本。ＥＤＦＡ增益平坦使不同波長的光信號具有相同的放大增

益。增益鎖定應考慮不同數(shù)量光信道同時工作時，各信道增益保持穩(wěn)定。光監(jiān)控部分主要為光監(jiān)控

信道的物理層和幀結(jié)構(gòu)，ＩＴＵ－Ｔ建議監(jiān)控通道波長１５１０ｎｍ，監(jiān)控速率２Ｍｂｉｔ／ｓ。

網(wǎng)管部分對ＤＷＤＭ系統(tǒng)進行網(wǎng)元級管理，它包括工作站、設(shè)備操作終端上的管理軟件，以及在各

子框上的網(wǎng)管理單元機盤和各機盤上的盤控器等。

ＤＷＤＭ系統(tǒng)的工作原理是在發(fā)送端將Ｎ個光發(fā)射機發(fā)出特定波長的光信號，通過合波器合

并起來在一根單模光纖的低衰減區(qū)中進行傳輸；在接收端，再由一個分波器將Ｎ個不同波長的光信

號分開實現(xiàn)一纖Ｎ波大容量傳輸，達到充分利用單模光纖自身具有的巨大帶寬資源的目的。 ��

二、關(guān)鍵技術(shù)

波分復用技術(shù)和摻鉺光纖放大器共同構(gòu)筑了密集波分復用系統(tǒng)。ＤＷＤＭ系統(tǒng)所涉及到的關(guān)

鍵技術(shù)有：波長穩(wěn)定、信道間串擾、光纖的色散和非線性效應、ＥＤＦＡ的增益與鎖定、噪音積累

等。

波長穩(wěn)定是按ＹＤ／Ｔ１０６０－２０００《光波分復用系統(tǒng)技術(shù)要求－３２×２．５Ｇｂ

ｉｔ／ｓ部分》標準規(guī)定的波長信道間隔要求，ＤＷＤＭ系統(tǒng)所用的光源波長和信道間隔精確度

高，且配有波長監(jiān)測與穩(wěn)定控制裝置來對光源的波長和信道間隔進行精確的控制，以防止波長的漂

移，實現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠的工作�，F(xiàn)行的波長控制方法有：溫度反饋控制法和波長反饋控制法。溫

度反饋控制法是通過激光器芯片所在的熱沉上的溫度檢測控制相應的溫度電路，達到控制波長與穩(wěn)

定波長的目的。波長反饋控制法是通過對光信號的輸出端檢測光波長，利用相應的輸出電壓與標準

參考電壓的差值來控制激光器的溫度，并形成閉環(huán)結(jié)構(gòu)來鎖定中心波長。

光信道間的串擾是影響接收機靈敏度的主要因素，它主要取決于光纖的非線性和無源光合波

（分波）器件的濾波特性。對２．５Ｇｂｉｔ／ｓ系統(tǒng)光信道間隔為１．６ｎｍ或０．８ｎｍ的情

況，光合波（分波）器的光信道隔離度大于２５ｄＢ滿足ＤＷＤＭ系統(tǒng)的要求。

光纖色散和非線性效應是限制高速率和遠距離傳輸?shù)膬蓚�障礙。光纖色散對于高速系統(tǒng)十分

明顯。例如，Ｇ．６５５光纖傳輸速率為１０Ｇｂｉｔ／ｓ系統(tǒng)的色散受限距離為２８３０ｋｍ左

右，但傳輸速率為４０Ｇｂｉｔ／ｓ系統(tǒng)受限距離為１８ｋｍ左右。系統(tǒng)采用ＥＤＦＡ后，光功率

增大，光纖在一定條件下將呈現(xiàn)出非線性效應，極大地限制了系統(tǒng)的傳輸距離和傳輸質(zhì)量。光纖的

非線性效應主要有：受激布里淵散射、受激拉曼散射、自相位調(diào)制、交叉相位調(diào)制和四波混頻。目

前，ＤＷＤＭ系統(tǒng)巳找到一些克服光纖色散和光纖非線性效應的方法。解決光纖色散的方法是通過

調(diào)整光纖折射率剖面結(jié)構(gòu)參數(shù)來制造出色散位移光纖、非零色散位移光纖、色散補償光纖等。解決

光纖非線性效應的方法是限制注入光纖總光功率、使用外調(diào)制技術(shù)、采用Ｇ．６５５光纖、增大

Ｇ．６５５光纖有效面積等等。

ＥＤＦＡ的增益和鎖定，是指在ＤＷＤＭ系統(tǒng)中ＥＤＦＡ的增益必須平坦，即使各個信道上

的增益偏差處在允許的范圍內(nèi)。ＥＤＦＡ鎖定技術(shù)是考慮到ＤＷＤＭ系統(tǒng)某些光信道完全斷路時剩

下的信道增益使泵浦功率中的ＥＤＦＡ應具有鎖定功能。

噪音積累是指ＤＷＤＭ系統(tǒng)中光信號經(jīng)ＥＤＦＡ放大后，信噪比劣化程度。通常，級連的Ｅ

ＤＦＡ數(shù)量越多，ＥＤＦＡ之間光纖段越長，信噪比就越嚴重。因此，在系統(tǒng)色散受距離確定的情

況下，應使ＥＤＦＡ之間的光纖段跨距控制在８０～１２０ｋｍ之間，以保證系統(tǒng)傳輸性能對信噪

比的要求。 ��

三、典型工程應用

烽火公司自１９９７年承擔國家第一條擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的ＤＷＤＭ工程（濟南－青島８×

２．５Ｇｂｉｔ／ｓ）以來，經(jīng)過４年的發(fā)展，現(xiàn)已形成了大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)能力，能提供集成式、半

開放式和全開放式全系列的ＤＷＤＭ產(chǎn)品�；�于２．５Ｇｂｉｔ／ｓ速率的８波、１６波和３２波

系統(tǒng)巳在中國電信、廣電、鐵路、軍用等干線工程獲得廣泛的應用。

烽火公司在自主研發(fā)的同時，隨時跟蹤國際ＤＷＤＭ系統(tǒng)研究領(lǐng)域的新技術(shù)動態(tài)，力求使自

己的ＤＷＤＭ產(chǎn)品始終保持國內(nèi)同行領(lǐng)先地位。創(chuàng)造了許多國內(nèi)第一：第一個國家一級干線（濟

南－青島８×２．５Ｇｂｉｔ／ｓ）ＤＷＤＭ工程中應用的國產(chǎn)ＤＷＤＭ設(shè)備。該設(shè)備自１９９８

年開通以來一直運行良好，并能與其他國內(nèi)外廠家ＤＷＤＭ和ＳＤＨ設(shè)備互通，其良好的開放性使

得在互通測試中無任何問題和故障；第一個全部開滿３２波的國家一級干線（貴陽－興義３２×

２．５Ｇｂｉｔ／ｓ）ＤＷＤＭ工程。在該工程中率先應用光分插復用器，實現(xiàn)光通道在鏈路帶點

的業(yè)務(wù)上下，同時還采用"光通道層保護"技術(shù)，可以在同一ＤＷＤＭ系統(tǒng)內(nèi)實現(xiàn)光通道的波長保護

和在不同的ＤＷＤＭ系統(tǒng)內(nèi)實現(xiàn)光通道的路由保護；國內(nèi)第一個ＤＷＤＭ設(shè)備出口美國的廠家，２

０００年烽火公司是第一個將國產(chǎn)ＤＷＤＭ設(shè)備出口到美國硅谷的廠家，這是國產(chǎn)光通信產(chǎn)品首次

出口發(fā)達國家。該１６×２．５Ｇｂｉｔ／ｓ ＤＷＤＭ系統(tǒng)作為寬帶接入應用的大容量傳輸平臺

已安裝在美國硅谷所在地舊金山灣區(qū)一帶的圣何塞，該系統(tǒng)采用可選的中英文雙語種網(wǎng)管。

烽火公司為中國鐵通ＤＷＤＭ傳輸干線提供的１６×２．５Ｇｂｉｔ／ｓ ＤＷＤＭ系統(tǒng)�熞�

裝備京九線"北京－商丘－武漢"段和隴海線"鄭州－徐州"段。京九線"北京－商丘－武漢"段ＤＷ

ＤＭ通信干線全長１０２４ｋｍ，是連通京廣線、京哈線、隴海線、浙贛線的重要信息通道；隴海

線"鄭州－徐州"段全長３９４ｋｍ，是貫穿東西的大動脈。該工程連接北京、武漢、鄭州等省會城

市及８個區(qū)級城市，設(shè)備包括１２套光波復用終端機、１０套光線放中繼機和７套ＡＤＭ ＳＤＨ

系統(tǒng)，同時配置ＥＭＳ２．０網(wǎng)管系統(tǒng)，對ＳＤＨ、ＤＷＤＭ系統(tǒng)進行分層管理。工程將采用具有

３Ｒ功能的中繼設(shè)備，使ＤＷＤＭ系統(tǒng)的傳輸距離超過６４０ｋｍ。對于"十"字交叉型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，

應局方要求，工程沒有采用傳統(tǒng)的鏈形或環(huán)狀組網(wǎng)，而是對波長進行靈活配置，為各省會城市及重

要交叉點提供通道，同時便于將來各點之間形成自愈保護。

烽火公司承建的江蘇聯(lián)通１６×２．５Ｇｂｉｔ／ｓ ＤＷＤＭ工程是江蘇聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)中第一次

應用國產(chǎn)設(shè)備。這個工程包括兩個城市環(huán)，即在南京和蘇州本地傳輸網(wǎng)的骨干層上各新建一套１６

×２．５Ｇｂｉｔ／ｓ ＤＷＤＭ系統(tǒng)，以滿足江蘇聯(lián)通南京和蘇州兩市ＧＳＭ六期工程的改造及

擴容需要。南京ＤＷＤＭ系統(tǒng)由三樂、聯(lián)通、明故宮、長樂、新局五個節(jié)點組成；蘇州ＤＷＤＭ系

統(tǒng)由怡園、吳縣、新區(qū)、園區(qū)管理四個節(jié)點組成。在發(fā)送和接收端１６波都將采用光轉(zhuǎn)發(fā)器�煟希�

Ｕ�爢卧�，構(gòu)成全開放式結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)主要用于連接２．５Ｇｂｉｔ／ｓ ＳＤＨ設(shè)備和ＡＴＭ交

換機、千兆比特路由器等，以滿足用戶的各種要求。針對本地傳輸網(wǎng)絡(luò)中繼距離短、業(yè)務(wù)種類多、

互聯(lián)程度高等特點，該工程采用光復用終端�煟希停裕犜O(shè)備進行組網(wǎng)，組成兩纖雙向線路保護環(huán)，

并使支路盤能夠支持ＳＤＨ環(huán)網(wǎng)和點到點的應運而生用。

烽火公司將采用３２波 ＤＷＤＭ／１０Ｇ系統(tǒng)承建廣西電信寬帶傳輸網(wǎng)。該傳輸網(wǎng)的南環(huán)、

北環(huán)干線全長２２００多公里，由２８套光終端復用單元和光線路放大單元組成，設(shè)計系統(tǒng)容量達

３２０Ｇｂｉｔ／ｓ，覆蓋廣西十個地區(qū)，承擔全區(qū)寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸任務(wù)。本工程采用２．５

Ｇ／１０Ｇ混和傳輸ＤＷＤＭ系統(tǒng)，充分保證特大城市之間的通信需求，尤其適合我國地區(qū)經(jīng)濟發(fā)

展不平衡的現(xiàn)狀，不僅可解決目前數(shù)據(jù)傳輸通道緊張的問題，并且為廣西電信今后寬帶業(yè)務(wù)的發(fā)展

預留了充足的擴展空間。南、北環(huán)大部分站點間跨距接近１００公里，因此，采用獨特的色散管理

技術(shù)和信噪比處理技術(shù)，選用噪聲指數(shù)小的ＥＤＦＡ功率放大器，使得３２×１０Ｇｂｉｔ／ｓ

ＤＷＤＭ系統(tǒng)在長途傳輸后，光信噪比依然滿足大于２０ｄＢ的要求，不僅可以實現(xiàn)１０Ｇ等高速

信號的超長距離傳輸，而且能保證系統(tǒng)的在線升級能力。該網(wǎng)采用先進的統(tǒng)一網(wǎng)管，大大方便了網(wǎng)

絡(luò)的維護管理。網(wǎng)管通道采用額外２Ｍ路由保護，即使在光纜發(fā)生斷裂時，網(wǎng)管通道仍能保證正常

通信。 (烽火通信科技股份有限公司 胡先志)