DWDM关键技术原理及发展趋势.doc

DWDM技术原理及发展趋势
　一、DWDM技术产生背景
　　1、光网络复用技术发展
　　通信网络中，涉及各种传播媒介，如双绞线、同轴线、光纤、无线传播。其中，光纤传播特点是传播容量大、质量好、损耗小、保密性好、中继距离长等。
　　随着信息时代宽带高速业务不断发展，不但规定光传播系统向更大容量、更长距离发展，并且，规定其交互便捷。因而，在光传播系统中引入了复用技术。所谓复用技术是指运用光纤宽频带、大容量特点，用一根光纤或光缆同步传播多路信号。在多路信号传播系统中，信号复用方式对系统性能和造价起着重要作用。
　　光纤传播网复用技术经历了空分复用（SDM）、时分复用（TDM）到波分复用（WDM）三个阶段发展。
　　SDM技术设计简朴、实用，但必要按信号复用路数配备所需要光纤传播芯数，投资效益较差；TDM技术应用很广泛，如PDH、SDH、ATM、IP都是基于TDM传播技术，缺陷是线路运用率较低；WDM技术在1根光纤上承载各种波长（信道），使之成为当前光纤通信网络扩容重要手段。
　　在过去里，光纤通信发展超乎了人们想象，光通信网络也成为当代通信网基本平台。光纤通信系统经历了几种发展阶段，从70年代末PDH系统，90年代中期SDH系统，以及近来风起云涌DWDM系统，乃至将来智能光网络技术，光纤通信系统自身正在迅速地更新换代。
　　波分复用技术从光纤通信浮现伊始就浮现了，80年代末、90年代初，AT&T贝尔实验室厉鼎毅（T.Y.Lee）博士大力倡导波分复用（DWDM）技术，两波长WDM（1310／1550nm）系统80年代就在美国AT&T网中使用，速率为2×1.7Gb／s。但是到90年代中期，WDM系统发展速度并不快，重要因素在于：
　　（1）TDM（时分复用）技术发展，155Mb／s-622Mb／s-2.5Gb／s TDM技术相对简朴。据记录，在2.5Gb／s系统如下（含2.5Gb／s系统），系统每升级一次，每比特传播成本下降30％左右。正由于此，在过去系统升级中，人们一方面想到并采用是TDM技术。
　　（2）波分复用器件还没有完全成熟，波分复用器／解复用器和光放大器在90年代初才开始商用化。
　　DWDM发展迅速重要因素在于：
　　（1）TDM10Gb／s面临着电子元器件挑战，运用TDM方式已日益接近硅和镓砷技术极限，TDM已没有太多潜力可挖，并且传播设备价格也很高。
　　（2）已敷设G.652光纤1550nm窗口高色散限制了TDM10Gb／s系统传播，光纤色度色散和偏振模色散影响日益加重。人们正越来越多地把兴趣从电复用转移到光复用，即从光域上用各种复用方式来改进传播效率，提高复用速率，而WDM技术是当前可以商用化最简朴光复用技术。
　　（3）光电器件迅速发展。1985年英国南安普顿大学一方面研制出掺饵光纤放大器。1990年，比瑞利(Pirelli)研制出第一台商用光纤放大器（EDFA），EDFA成熟和商用化，使WDM技术长距离传播成为也许。
　　从技术和经济角度，DWDM技术是当前最经济可行扩容技术手段。
　　2、光通信发展三个阶段
　　老式光纤传播技术，经历了准同步数字体系（PDH）、同步数字体系（SDH），和波分复用（WDM）三个阶段，如图1所示。

　　图1  光通信发展三个阶段
　　如下将简要简介PDH、SDH到DWDM发展过程，以及各种技术接口规范。
　一、DWDM技术产生背景
　　1、光网络复用技术发展
　　通信网络中，涉及各种传播媒介，如双绞线、同轴线、光纤、无线传播。其中，光纤传播特点是传播容量大、质量好、损耗小、保密性好、中继距离长等。
　　随着信息时代宽带高速业务不断发展，不但规定光传播系统向更大容量、更长距离发展，并且，规定其交互便捷。因而，在光传播系统中引入了复用技术。所谓复用技术是指运用光纤宽频带、大容量特点，用一根光纤或光缆同步传播多路信号。在多路信号传播系统中，信号复用方式对系统性能和造价起着重要作用。
　　光纤传播网复用技术经历了空分复用（SDM）、时分复用（TDM）到波分复用（WDM）三个阶段发展。
　　SDM技术设计简朴、实用，但必要按信号复用路数配备所需要光纤传播芯数，投资效益较差；TDM技术应用很广泛，如PDH、SDH、ATM、IP都是基于TDM传播技术，缺陷是线路运用率较低；WDM技术在1根光纤上承载各种波长（信道），使之成为当前光纤通信网络扩容重要手段。
　　在过去里，光纤通信发展超乎了人们想象，光通信网络也成为当代通信网基本平台。光纤通信系统经历了几种发展阶段，从70年代末PDH系统，90年代中期SDH系统，以及近来风起云涌DWDM系统，乃至将来智能光网络技术，光纤通信系统自身正在迅速地更新换代。
　　波分复用技术从光纤通信浮现伊始就浮现了，80年代末、90年代初，AT&T贝尔实验室厉鼎毅（T.Y.Lee）博士大力倡导波分复用（DWDM）技术，两波长WDM（1310／1550nm）系统80年代就在美国AT&T网中使用，速率为2×1.7Gb／s。但是到90年代中期，WDM系统发展速度并不快，重要因素在于：
　　（1）TDM（时分复用）技术发展，155Mb／s-622Mb／s-2.5Gb／s TDM技术相对简朴。据记录，在2.5Gb／s系统如下（含2.5Gb／s系统），系统每升级一次，每比特传播成本下降30％左右。正由于此，在过去系统升级中，人们一方面想到并采用是TDM技术。
　　（2）波分复用器件还没有完全成熟，波分复用器／解复用器和光放大器在90年代初才开始商用化。
　　DWDM发展迅速重要因素在于：
　　（1）TDM10Gb／s面临着电子元器件挑战，运用TDM方式已日益接近硅和镓砷技术极限，TDM已没有太多潜力可挖，并且传播设备价格也很高。
　　（2）已敷设G.652光纤1550nm窗口高色散限制了TDM10Gb／s系统传播，光纤色度色散和偏振模色散影响日益加重。人们正越来越多地把兴趣从电复用转移到光复用，即从光域上用各种复用方式来改进传播效率，提高复用速率，而WDM技术是当前可以商用化最简朴光复用技术。
　　（3）光电器件迅速发展。1985年英国南安普顿大学一方面研制出掺饵光纤放大器。1990年，比瑞利(Pirelli)研制出第一台商用光纤放大器（EDFA），EDFA成熟和商用化，使WDM技术长距离传播成为也许。
　　从技术和经济角度，DWDM技术是当前最经济可行扩容技术手段。
　　2、光通信发展三个阶段
　　老式光纤传播技术，经历了准同步数字体系（PDH）、同步数字体系（SDH），和波分复用（WDM）三个阶段，如图1所示。

　　图1  光通信发展三个阶段
　　如下将简要简介PDH、SDH到DWDM发展过程，以及各种技术接口规范。
　　3、DWDM在传播网中定位
　　DWDM是一种能在一根光纤上同步传送各种携带有信息（模仿或数字）光载波，可以承载SDH业务、IP业务、ATM业务。只需通过增长波长（信道）实现系统扩容光纤通信技术。它将几种不同波长光信号组合（复用）起来传播，传播后将光纤中组合光信号再分离开（解复用），送入不同通信终端，即在一根物理光纤上提供各种虚拟光纤通道，咱们也可以称之为虚拟光纤。DWDM在系统中位置如图2所示。

　　图2  DWDM在系统中位置
　　二、WDM有关定义
　　WDM 波分复用（WDM，Wavelength Division Multiplexing）是指，在1根光纤上承载各种波长（信道）系统，将1根光纤转换为多条“虚拟”纤，每条虚拟纤独立工作在不同波长上。由于WDM系统技术经济性与有效性，使之成为当前光纤通信网络最广泛使用光波复用技术。
　　WDM普通有3种复用方式，即1310nm和1550nm波长波分复用、粗波分复用（CWDM）和密集波分复用（DWDM）。
　　（1）1310 nm和1550 nm波长波分复用
　　这种复用技术在20世纪70年代初时仅用两个波长：1310nm窗口一种波长，1550nm窗口一种波长，运用WDM技术实现单纤双窗口传播，这是最初波分复用使用状况。
　　（2）密集波分复用（DWDM）
　　简朴说，DWDM技术是指相邻波长间隔较小WDM技术，工作波长位于1550nm窗口。可以在一种光纤上承载8~160个波长。重要应用于长距离传播系统。

　　图3  DWDM系统示意图
　　（3）粗波分复用（CWDM）
　　CWDM技术是指相邻波长间隔较大WDM技术，相邻信道间距普通不不大于等于20nm，波长数目普通为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、无光放大器件，成本较DWDM低；缺陷是容量小、传播距离短。因而，CWDM技术合用于短距离、高带宽、接入点密集通信应用场合，如大楼内或大楼之间网络通信。
　　1、DWDM基本概念
　　DWDM（Dense Wavelength Division Multiplexing）密集波分复用技术是在波长1550nm窗口附近，在EDFA能提供增益波长范畴内，选用密集但互相又有一定波长间隔多路光载波，这些光载波各自受不同数字信号调制，复合在一根光纤上传播，提高了每根光纤传播容量。这些光载波波长间隔为0.4～2nm，如图4所示。

　　图4  DWDM载波波长间隔
　　DWDM设备普通由五某些构成，如图5所示。

　　图5  DWDM系统构成
　　2、DWDM特点和优势
　　（1）充分运用光纤带宽资源，传播容量巨大
　　DWDM系统中各波长互相独立，可透明传播不同业务，如SDH、GbE、ATM等信号，实现各种信号混合传播。如图6所示，各种光信号通过采用不同波长复用到一根光纤中传播，每个波长上承载不同信号，在一根光纤中传播，大大提高了光纤容量，极大节约了光纤资源，减少线路建设成本。

　　图6  DWDM传播容量巨大
　　（2）超长传播距离
　　运用掺铒光纤放大器（EDFA）等各种超长距传播技术，可以对DWDM系统中各通路信号同步放大，实现系统长距传播。

　　DWDM超长距传播
　　（3）平滑升级扩容
　　由于DWDM系统中每个波长通道透明传播数据，不对通道数据进行任何解决，因而，扩容时，只需增长复用光波长通路数即可，以便易行。
　3、DWDM发展趋势
　　3.1 更高通道速率
　　DWDM系统通道速率由2.5Gbit/s发展到当前10Gbit/s，基于40Gbit/s速率系统已进入商用阶段。
　　3.2 更多波长复用数量
　　初期DWDM系统多用于8/16/32个波长，通道间隔为100GHz，工作波长位于C波段。随着技术不断发展，DWDM系统工作波长可覆盖C、L波段，间隔50GHz。如中兴通讯ZXWM M900设备，最高可提供160波复用。
　　3.3 超长全光传播距离
　　通过提高全光传播距离，减少电再生点数量，可减少建网初始成本和运营成本。
　　老式DWDM系统采用EDFA延长无电中继传播距离，当前，通过度布式拉曼放大器、超强前向纠错技术（FEC）、色散管理技术、光均衡技术以及高效调制格式等，可从当前600km左右扩展到km以上。
　　3.4 从点到点WDM走向全光网络
　　普通点到点DWDM系统，重要由光终端复用器（OTM）构成，尽管有巨大传播容量，但只提供了原始传播带宽，组网能力不灵活。随着电交叉系统不断发展，节点容量不断扩大，点到点组网显然无法跟上网络传播链路容量增长速度。进一步扩容但愿转向光节点，即光分插复用器（OADM）和光交叉连接器（OXC）。
　　通过OADM可构成链型、环型光网络。OADM设备控制不同波长信道光信号传至恰当位置，并可实现光层业务保护和恢复。
　　OXC是下一代光通迅路由互换机。在全光网络中重要功能涉及：提供以波长为基本连接功能，光通路波长分插功能，对波长通路进行疏导以实现对光纤基本设施最大运用率，实当前波长、波长组和光纤级上保护和恢复。OXC设立于网络上重要汇接点，汇集各方不同波长输入，再将各路信号以恰当波长输出。通过OADM和OXC可组建更为复杂环型网络。在下一代IP Over DWDM电信／网络体系构造中，OXC将有望以光信号传送取代既有电互换/路由地位。
　　3.5 IP over DWDM技术发展
　　Internet骨干网带宽增长迅猛，如果不采用DWDM技术，那么仅Internet数据流量就可以占满整个单波光纤系统容量（当前，商用化单波长光纤系统最大传播速率为40Gbit/s）。因而，IP over DWDM将是将来网络通信重要技术。
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