0712401-17曾凯DWDM技术的应用

DWDM技术的应用
曾凯
(通信工程专业 0712401-17)
摘要:描述密集波分复用技术在现代通信网络中的重要地位和作用,详细介绍DWDM的原理以及DWDM在未来通信中的发展趋势。

关键词:密集型光波复用; OC;OUT;TDM
引言
随着光传送网络的快速发展，数据业务爆炸式增长，传统的PDH、SDH带宽已经无法应对。

以益阳市为例，最大的SDH传输容量为2.5G，可以扩容至10G。

但用户所需的容量是远远超过这个数字的，所以经常出现电话不通，断网的现象。

导致维护费用不断增加。

同时运营商经营理念正在不断转变转变、投资变得更加理性化。

在这种情况下，一种新的复用技术应运而生——DWDM（密集型波分复用）。

目前商用的DWDM系统容量已达320 Gb/s、1.6Tb/s。

实验室还正在进行更大容量DWDM的试验，这样的容量足以满足所有用户的需求。

目前，通信网络正走向一个全光网络时代、网络融合不可避免、MSTP技术的，光交叉连接与波长路由器的问世。

数据与光的结合，未来的网络可能将是把IP/ATM交换机直接接至光传送网上；向光组网的转变是宽带革命的核心。

在这种情况下，DWDM取代SDH是不可避免的。

1 DWDM简介
1.1密集型光波复用的含义
密集型光波复用（DWDM：Dense Wavelength Division Multiplexing）技术是在波长1550nm窗口附近，在EDFA能提供增益的波长范围内，选用密集的但相互又有一定波长间隔的多路光载波，这些光载波各自受不同数字信号的调制，复合在一根光纤上传输，提高了每根光纤的传输容量[1]。

DWDM能够在同一根光纤中，把不同的波长同时进行组合和传输。

为了保证有效，一根光纤转换为多个虚拟光纤。

所以，如果你打算复用8个光纤载波（OC），即一根光纤中传输48路信号，这样传输容量就将从2.5Gb/s提高到20Gb/s。

目前，由于采用了DWDM技术，单根光纤可以传输的数据流量最大达到400Gb/s。

随着厂商在每根光纤中加入更多信道，每秒兆兆位的传输速度指日可待。

DWDM的一个关键优点是它的协议和传输速度是不相关的。

基于DWDM的网络可以采用IP 协议、ATM、SONET/SDH、以太网协议来传输数据，处理的数据流量在100Mb/s和 2.5Gb/s 之间。

这样，基于DWDM的网络可以在一个激光信道上以不同的速度传输不同类型的数据流量。

从QoS（质量服务）的观点看，基于DWDM的网络以低成本的方式来快速响应客户的带宽需求和协议改变。

1.2WDM技术的发展历史
WDM技术在90年代初出现，但在95年以前没有很快发展，原因有三个：
TDM技术的发展：155Mb/s-622 Mb/s-2.5 Gb/s TDM技术相对简单。

因此，在2.5Gb/s
系统以下，在系统升级时，人们会首先选用TDM技术；
WDM关键器件还没有完全成熟，如波分复用器/解复用器和光放大器；
应用中对传输容量的需求还不高，TDM设备的容量还能够满足需求。

95年以后，WDM技术发展进入快车道，因为：
各种数据业务的爆炸性发展，对传输容量的需求急剧增加，传输干线的需求目前已达到10Gb/s以上；
TDM技术在10Gb/s以上面临电子元器件的挑战；
已广泛铺设的G.652光纤在1550nm窗口的高色散限制了TDM高速系统的应用；
光电器件的成熟和发展，使WDM产品的商用化成为可能。

1.3 DWDM 原理
DWDM 技术是利用单模光纤的带宽以及低损耗的特性，采用多个波长作为载波，允许各载波信道在光纤内同时传输[2]。

与通用的单信道系统相比，密集 WDM （ DWDM ）不仅极大地提高了网络系统的通信容量，充分利用了光纤的带宽，而且它具有扩容简单和性能可靠等诸多优点，特别是它可以直接接入多种业务更使得它的应用前景十分光明。

在模拟载波通信系统中，为了充分利用电缆的带宽资源，提高系统的传输容量，通常利用频分复用的方法。

即在同一根电缆中同时传输若干个信道的信号，接收端根据各载波频率的不同利用带通滤波器滤出每一个信道的信号。

同样，在光纤通信系统中也可以采用光的频分复用的方法来提高系统的传输容量。

事实上，这样的复用方法在光纤通信系统中是非常有效的。

与模拟的载波通信系统中的频分复用不同的是，在光纤通信系统中是用光波作为信号的载波，根据每一个信道光波的频率（或波长）不同将光纤的低损耗窗口划分成若干个信道，从而在一根光纤中实现多路光信号的复用传输。

由于目前一些光器件（如带宽很窄的滤光器、相干光源等）还不很成熟，因此，要实现光信道非常密集的光频分复用（相干光通信技术）是很困难的，但基于目前的器件水平，已可以实现相隔光信道的频分复用。

人们通常把光信道间隔较大（甚至在光纤不同窗口上）的复用称为光波分复用（ WDM ），再把在同一窗口中信道间隔较小的 DWDM 称为密集波分复用（ DWDM ）。

随着科技的进步，现代的技术已经能够实现波长间隔为纳米级的复用，甚至可以实现波长间隔为零点几个纳米级的复用，只是在器件的技术要求上更加严格而已，因此把波长间隔较小的 8 个波、 16 个波、 32 乃至更多个波长的复用称为粗波分复用（CWDM ）。

DWDM 系统的构成及光谱示意图如图所示。

发送端的光发射机发出波长不同而精度和稳定度满足一定要求的光信号，经过光波长复用器复用在一起送入掺铒光纤功率放大器（掺铒光纤放大器主要用来弥补合波器引起的功率损失和提高光信号的发送功率），再将放大后的多路光信号送入光纤传输，中间可以根据情况决定有或没有光线路放大器，到达接收端经光前置放大器（主要用于提高接收灵敏度，以便延长传输距离）放大以后，送入光波长分波器分解出原来的各路光信号。

2 DWDM系统原理
2.1DWDM与SDH的关系
WDM和SDH的关系--- WDM和SDH都是传输技术，SDH使用的是TDM技术，而WDM使用的主要是WDM技术。

一般来说在WDM系统中的每一波道仍然使用的是TDM技术所以通常WDM 可以作为SDH的传输平台，即SDH可作为WDM系统中的业务来传输。

2.2DWDM系统结构
DWDM技术是利用在波长1550nm窗口附近，在EDFA能提供增益的波长范围内，选用密集的但相互又有一定波长间隔的多路光载波，这些光载波各自受不同数字信号的调制，复合在一根光纤上传输，提高了每根光纤的传输容量。

DWDM能够在同一根光纤中，把不同的波长同时进行组合和传输。

为了保证有效，一根光纤转换为多个虚拟光纤。

所以，如果你打算复用8个光纤载波（OC），即一根光纤中传输48路信号，这样传输容量就将从2.5Gb/s提高到20Gb/s。

2.3 DWDM系统的波长分配
根据光纤和EDFA的特性，WDM系统的波长区选为1530nm~1565nm，选择193.1THz作为绝对参考频率，稳定度好，精度高。

G.692中允许的通道频率是基于193.1THz、最小间隔为100GHz的频率间隔系列通道的等间隔是在频率上的等间隔，而不是在波长上保持均匀间隔[3]。

2.4波长稳定问题的解决办法
精密的管芯温度控制技术
原理：温度是影响激光器输出波长稳定性的最主要原因，通过精密自动温度控制电路（ATC），保持激光器管芯的温度恒定。

优点：比较容易实现，能够满足通常的要求。

缺点：不能解决由于激光器老化引起的波长漂移。

波长反馈控制技术：
原理：波长敏感器件的输出电压随激光器输出波长而变动，通过此电压来直接或间接控制激光器的工作电流，使输出波长稳定。

优点：能够达到很高的精度。

缺点：实现起来比较复杂，成本较高。

2.5提高光源色散容限的方法：
外调制技术：
原理：对于直接调制，单纵模激光器引起的啁啾是限制其色散容限主要因素。

在外调制情况下，高速电信号不直接调制激光器，而是加在某一介质上，利用该介质的物理特性使通过的激光器信号的光波特性发生变化，从而建立电信号和激光的调制关系优点：很低的啁啾，可以获得远大于直接调制的色散受限距离。

2.6光转发技术（OTU）
采用光—电—光变换的方法实现波长转换，首先利用光电探测器将从SDH光端机过来的光信号转换成电信号，经过限幅放大、时钟提取/数据再生后，再将电信号调制到激光器或外调制器上。

3 DWDM的市场发展趋势及技术特点
3.1DWDM技术特点
充分利用光纤的巨大带宽资源, 使一根光纤的传输容量很快的扩大几倍至几十倍。

使 N 个波长复用起来在单根光纤中传输, 对于双纤单向 WDM 系统, 单向节约了 N-1
根光纤, 双向节约 2(N-1) 根光纤[4]。

WDM 与光纤放大器结合可以节约大量的电再生器, 简化了维护管理, 降低了长途网成本。

由于同一光纤中传输的信号波长彼此独立, 因此可以完成各种电信业务的综合和分离。

在长途网中应用时,可以根据实际业务量需要逐步增加波长来扩容, 十分经济灵活。

利用WDM 选路来实现网络交叉连接和恢复, 从而可能实现未来透明的, 高度生存性的全光网络。

3.2DWDM市场发展趋势
大容量、多波长、业务上下灵活可靠；
低成本、集成业务接口；
可配置OADM；
简化配置（可节省放大器、采用低成本激光器等）。

宽带业务的发展推动了全球固网及移动运营商的光网络建设[5]。

2006年，全球单模光缆铺设量为250万皮长千米，比2005年增长了24%，其中2006年低水峰光纤的需求量比2005年增长了44%。

近几年中国和美国的光纤用量约占全球总用量的近50%，并将持续到2009年。

预计未来几年全球光纤光缆市场将显著增长，2006-2011年，全球光缆铺设量将保持9%的年增长率，到2011年将达到1.38亿皮长千米。

其中欧洲光缆市场在2007-2011年将保持18%的年增长率。

到2011年亚太地区的光缆铺设量将占全球的37%，北美地区的将占32%。

我国的光纤光缆市场也有较大增长。

近两年来，国家信息化战略的实施有力地推动了宽带和移动网络的迅猛发展；同时电信运营商战略转型的实施也将促进农村市场和宽带业务市场的增长；另外技术进步和市场对带宽需求增加的双重作用也将成为促进我国光纤光缆市场发展的内在驱动力。

截至2006年年底，中国光缆线路总长度达到425.9万皮长千米，光缆纤芯总长度达到8893.4万芯千米。

目前我国的光纤光缆产业总体上已经达到相当高的水平，设备一流、技术成熟、产品质量可靠，已成为世界光纤光缆的主要生产基地之一，但国内仅有少数企业掌握了光纤光缆预制棒的核心技术，光缆光纤预制棒大多依赖进口，若加强预制棒的研发，我国就会成为世界光纤制造大国。

我国主要的光纤光缆生产厂商有：长飞、亨通、通光、烽火、中天、永鼎、富通、通鼎等。

2006年，国内光纤光缆市场出现了较大幅度的增长，全国产销光缆达2000万芯千米，其中长飞公司光缆产销量居全国第一，为460万芯千米；亨通和烽火分别名列第二和第三位，为408万芯和280万芯千米；中天、通光、永鼎的光缆产销量为150多万芯千米。

2006年中国光纤产量也达到2700万千米的规模。

目前我国光纤光缆市场的发展呈现出以下几个明显的特点。

第一是产品需求在逐步发生改变，同时新型光纤光缆需求也在不断增长，如低水峰光纤、带状光缆等。

我国的光纤光缆厂商依靠长期的技术积累，以富有市场竞争力的产品很好地满足了运营商的市场需求，有力地支持了运营商的网络建设。

第二是价格大大降低，2006年普通通信光缆的平均价格约为188元/芯千米（GYTA-20B1）。

第三是运营商集中采购日益成为市场采购的主流方式。

这些都给我国的光纤光缆产业带来了深远的影响。

2006年年底，在中国台湾海缆断网事件以后，人们越来越重视光缆系统的质量和安全。

我国的光缆生产企业加强了对质量的管理，在生产中纷纷采用品牌厂商的优质光纤和符合标准的光缆原材料，以充分保证光缆产品质量的长期稳定性，走向以质量求生存的发展道路，同时也使我国的通信网络建设具有更高的安全保证。

预计未来3～5年，我国光纤光缆需求量仍将继续增长，3G的大规模启动、FTTx的深入
进行都将为此奠定坚实的基础，城域网、接入网、驻地网等光纤用量明显增长。

长飞、烽火、亨通、中天和富通将占据光纤光缆市场的主要地位，约占总市场份额的70%。

随着网络以及技术的发展，将会对光纤光缆提出更新、更高的要求，因此我国的光纤光缆设备厂商还应不懈努力，积极进行技术创新。

4结束语
近几年来，通信业务量的爆炸式增长已成为世界注目的焦点和推动全球信息业发展的主要力量。

如今的通信大部分都是SDH模式，但这种模式已经不能承载目前的通信业务量。

世界各国都把DWDM做为SDH的一种替代技术，并使它加速发展，以争取在未来激烈的竞争中占据优势。

DWDM取代SDH在未来几年必将实现。

DWDM拥有吞吐量巨大的优势，虽然无论是接入标准还是适配标准都未成熟，一些技术细节尚未明确规定，许多技术还处于发展和研究阶段。

但从数据通信业务的发展来看， DWDM 技术必将成为技术发展的主流DWDM适用于未来的城域网、高容量普通IP业务和未来大型骨干网的核心汇接。

参考文献
[1] 贾宁宁， DWDM用户培训原理及技术[M]．中兴通信培训中心，2010，1-39．
[2] 何舟，DWDM原理与技术[M]．武汉邮电科学研究院烽火科技学院，2010：15-18．
[3] 文杰斌，传输网络培训[M]．湖南通信学院，2010：26-47．
[4] 波分复用系统工程师手册[J]．烽火通信，2010，1-33．
[5] 樊自甫，重邮光网络技术讲义[J]．重庆邮电大学，2010，1-43．。