DWDM 简要原理

• ② 增益锁定，增益锁定指的是上波和掉波不会影响正常通道的增益。 如果系统中有两个波长在使用，现在其中一波掉波，由于增益竞争， 剩下一波的功率会突然变成原来的两倍；假如现在再上一波，原来那 波的光信号能量又降了下来。这种增益突变的情况是不允许出现的， 因为不允许因为升级（上波）去影响原来已有的业务，也不允许因为 其中的一波断业务（掉波）而影响其他波长的业务，即使这种影响是 短暂的。所以增益锁定同样是必需的。
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3.2 波分复用系统对光纤的要求
• 常见单模光纤有 G.652、G.653、G.654、G.655 几种。我国大量铺 设的是 G.652 光纤，在1 550 nm 传输窗口，它的色散系数比较大： 17～20 ps/ （nm·km），适合速率不高的 TDM 信号和多波信号传 输；G.653 光纤主要铺设在日本，1 550 nm 窗口处，色散为“零”， 非常适合传输高速率的 TDM 信号，但是不适合传输多波长信号，因 为会有比较严重的四波混频效应；G.654 光纤主要用于海底光缆中， 衰减很小；G.655 光纤色散系数比较小：在 1 550 nm 窗口处色散系 数为 4～6 ps/ （nm·km），色散不为“零”，可以有效抑制四波混 频效应；另外，色散又不大，可以满足高速率 TDM 的传输要求。
如果上波分的业务不是 SDH 信号，而是其他类型的业务呢？可见还 是单独利用一个信道来管理 DWDM 设备方便。 • ② 在线路放大设备（接下来的内容有对此设备的介绍）上对业务信 号进行光放大，信号只有O/O 的过程，没有电的接入，根本无法监控。 从这点来看，也可以说明引入监控信道的必要性。
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3.3 波分复用系统关键器件
• 合波器一般有耦合型、多层介质模型和阵列波导型；16 波系统中， 一般是耦合型，它对波长不敏感。分波器一般为多层介质模型和阵列 波导型。阵列波导型分波/合波器件对温度比较敏感，一般都要有温 控措施，保证分波中心不发生较大的偏移。
• 3.3.2 光源
• 对用于波分系统的光源的两个基本要求是： • ① 光源有标准的、稳定的光波长。波分复用系统使用的波长比较密
• 在光纤的性能中，主要的指标是衰减系数和色散系数，两者都限制了 电再生距离的长短。大家对衰减都比较熟悉。色散积累的结果是信号 脉冲在时域上展宽，严重时会影响接收机的接收。示意图如图 3−2−1 所示。
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3.2 波分复用系统对光纤的要求
• 可见，因为色散，脉冲展宽，使得传输距离受到限制，再继续传输下 去，将出现连“1”信号，接收端无法识别。同时可以看到，对速率越 高的信号，这种受限越厉害；对速率低的信号，影响不是很大，因为 速率低的信号脉冲之间本来就拉得比较开（时间间隔大）。一般来说， 在 G.652 光纤上，传输 STM-16 信号的时候，还不需要补偿色散的 积累，但在传输 STM-64甚至更高速率的 TDM 信号的时候，补偿就 非常有必要了。在 DWDM 系统中，一般是通过加入色散补偿光纤来 补偿色散积累的，因为这种技术已经非常成熟。
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3.4 光监控信道（OSC）
• 在 SDH 系统中，对系统的管理和监控可以通过 SDH 帧结构中的开 销字节来处理。在波分系统中怎样来管理和监控系统中的每个网元呢？ 波分系统有很多波长在系统中传送，可以再加上一波专用于对系统的 管理，这个信道就是所谓的光监控信道（OSC）。
• 光监控信道的引入也是必需的，至少有两个理由： • ① 如果利用 SDH 的开销字节，那么利用哪一路 SDH 信号呢？况且
3.5 DWDM 的应用方式
• 需要再生是因为波分系统中的光信号一般都经过了 EDFA 的多级放 大，累积了大量噪声，光信噪比（OSNR）比较低，一般的 SDH 对 这种噪声比较敏感。在发端收端都使用了 OTU 的应用形式，称为 “开放式应用”；有些 SDH 设备（或路由器等）输出光口提供 G.692 信号，这个时候没有必要再加上 OTU，这种应用形式称为 “集成式应用”；在 EDFA 使用个数不多，信噪比下降不是太厉害 的情况下，发端使用了 OTU，收端不需要 OTU，这种使用形式称为 “半开放式应用”。
集，要求标准，不仅是考虑横向兼容性，也考虑到光纤的非线性效应。 ITU-T 对波长有指标规范，目前的 16 波、32 波系统的相邻波之间的 频率差是 100 GHz（约 0.8 nm）。稳定也是必需的，系统运行时， 一个信道波长的偏移大到一定程度时，分波器将无法在接收端正确分 离该信道，并且其相邻信道的信号也会因为该信道的加入而受到损伤。
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3.3Baidu Nhomakorabea波分复用系统关键器件
• ② 光源需要满足长距离传输要求。DWDM系统因为使用EDFA技术， 使传输距离由SDH的 50～60 km 变成 500～600 km。
• 3.3.3 掺铒光纤放大器（EDFA）
• 将放大器引入波分系统几乎是必需的，目前用得最多的是 EDFA。先 来说说引入光放大器的必要性。以最常见的 G.652 光纤为例，其在 1 550 nm 窗口的典型衰减系数值是0.275 dB/km，也就是说，在其上 传送的光信号几乎每 11 km 就要衰减一半，所以，再生距离比较大 的时候，不仅需要放大，还可能需要多级放大。那么距离比较近的时 候是否就不需要光放大器了呢？一般来说还是需要的，除非再生距离 非常近并且接收机的接收灵敏度非常高。因为波分系统引入分波器、 合波器的同时也引入了很大的插入损耗。
• 非 G.692 信号上波分需要一个波长转换单元（OTU），将非 G.692 信号转换为 G.692 信号后再去合波，它的主要功能是“波长转换”。 在接收端，一般也需要一个 OTU 将信号还原，不过这种还原倒不是 必需的，收端的这个 OTU 的主要功能是“再生”，而不是“波长转 换”。
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3.3 波分复用系统关键器件
• 根据使用的场合和本身的特点，光放大器有功率放大器（BA，简称 功放）、线路放大器（LA，简称线放）、预放大器（PA，简称预放） 之分。BA 也叫后置放大器，用在发送端，其作用主要是弥补合波器 引入的插入损耗和提高信号的入纤光功率，它的特点是大光功率输出， 所以对它也有功率助推器的叫法；PA 也叫后置放大器，用在接收端， 作用是提高系统的接收灵敏度，它可以接收和识别较小功率的光信号； LA 则多用在线路放大设备上，作用是弥补光信号在长距离线路上传 送引起的线路损耗，它的特点是增益比较大。实际 DWDM 系统中， 可以用 PA+BA 的方式代替 LA 使用。进行功率放大的原理图如图 3−3−1 所示。
3.4 光监控信道（OSC）
• 按照 ITU-T 的建议，DWDM 系统的光监控信道应该与主信道完全独 立，于是建议中的三个监控信道波长 — 1 310 nm、1 480 nm 和 1 510 nm 都在 EDFA 的工作范围之外。主信道与监控信道的独立在信 号流向上表现得也比较充分。
• 需要指出的是，光监控信道并不是 DWDM 系统本身所必需的，可实 际应用中，它却是必需的，因为引入 DWDM 系统这样的高速率传输 设备却不去监控和管理它几乎是不可能的。加入光监控信道的 DWDM 系统如图 3−4−1 所示。
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3.5 DWDM 的应用方式
• 前面说到传统的 2.5G 的 SDH 信号是满足 G.957 规范的光信号，而 应用于 DWDM 系统的光信号需满足 G.692 规范。所以，SDH 信号 上波分之前需要进行光信号的转换，在下 DWDM系统时再转换成 G.957 信号，如图 3−5−1 所示。
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3.3 波分复用系统关键器件
• 增益平坦和增益锁定示意图如图 3−3−2 所示。 • 光监控信道的引入也是必需的，至少有两个理由： • ① 如果利用 SDH 的开销字节，那么利用哪一路 SDH 信号呢？况且
如果上波分的业务不是 SDH 信号，而是其他类型的业务呢？可见还 是单独利用一个信道来管理 DWDM 设备方便。 • ② 在线路放大设备（接下来的内容有对此设备的介绍）上对业务信 号进行光放大，信号只有O/O 的过程，没有电的接入，根本无法监控。 从这点来看，也可以说明引入监控信道的必要性。 • ITU-T 建议中还规定了光监控信道的速率——2 Mb/s，码型——CMI （于是线路速率是4 Mb/s），有这样低速率的光信号，接收端的接收 灵敏度可以做得很高，ITU-T 规范其需要小于-48 dBm。这样就不会 因为 OSC 的功率问题而限制站点距离。
• 开放式系统的突出特点是横向兼容性好，缺点是较大幅度地增加了网 络设备的成本。不过网络运营商一般还是更倾向于采用开放式的 DWDM 系统，因为开放式应用能够做到 SDH与 DWDM 这两个不同 网络层次的设备在网管系统上彻底分开。（注：OTU 需要纳入波分 系统的网管系统中管理。）
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3.3 波分复用系统关键器件
• 波分系统中的 EDFA 一般都是固定增益输出，而不是固定功率输出。 需要注意的是，波分系统中的 EDFA 需对多个波长信号同时放大， 为此，对其增益提出了两个要求：
• ① 增益平坦，就是对一定波长范围的光信号有几乎相同的增益。如 果几个波长的光信号通过 EDFA 后，有些波长的光获得比较大的增 益，有些波长的光获得比较小增益，就说这个EDFA 对这几个波长的 光信号的增益是不平坦的。
• 在一根光纤中传送的相临信道的波长间隔比较大的时候（比如为两个 不同的传输窗口），称其为波分复用（WDM）；而在同一传输窗口 内应用较多的波长时，就称其为密集波分复用（DWDM）；平常所 说的或所听到的“波分”一般指的就是密集波分复用（DWDM）。 实际系统中有双纤双向系统和单纤双向系统。单纤双向系统虽然能减 少一半光器件和一半光缆，但技术难度较大，目前应用双纤双向系统 居多。图 3−1−1 所示系统就是双纤双向系统。
第 3 章 DWDM 简要原理
• 3.1 什么是波分复用 • 3.2 波分复用系统对光纤的要求 • 3.3 波分复用系统关键器件 • 3.4 光监控信道 • 3.5 DWDM 的应用方式 • 3.6 DWDM 网络单元 • 3.7 DWDM 的组网形式 • 3.8 DWDM 的优点
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3.1 什么是波分复用
• 总之，目前最适合传输 DWDM 系统的光纤是 G.655 光纤，但在我国 因为大量铺设的是G.652 尾纤，所以，在上 10G 及以上速率的信号 时，需要用色散补偿。
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3.3 波分复用系统关键器件
• 3.3.1 分波/合波器件
• 分波/合波器是波分设备必需的核心器件。DWDM 传输和 SDH 传输 最根本的区别也在于此：DWDM 的复用和解复用都是在光层上进行 的，而 SDH 尽管在站点间使用了光纤传输，但复用和解复用是在节 点处 O/E 转换后在电层上进行的。分波/合波器件有较大的插入损耗 （插损），严重限制了信号的传输距离。所谓插损，在这里指的是规 定波长的光信号通过分波/合波器后光功率的丢失。除了插损，还有 个指标是我们比较关心的，就是最大插损差。对 16/32波系统而言， 针对每一波，有一个插入损耗，这 16/32 个插入损耗中的最大值与最 小值之差即为最大插损差。对该指标的规范，主要从多波长系统光功 率平坦来考虑，并且对合波器的要求要比对分波器的要求高，因为合 波后的信号还需要长距离的传输，而分波后的信号会被马上终结掉。 对分波器，还有两个指标非常重要：中心波长和隔离度。
• 不管是 PDH 还是 SDH，都是在一根光纤上传送一个波长的光信号， 这是对光纤巨大带宽资源的极大浪费。可不可以在一根光纤中同时传 送几个波长的光信号呢，就像模拟载波通信系统中有几个不同频率的 电信号在一根电缆中同时传送一样？实践证明是可以的。在发送端， 多路规定波长的光信号经过合波器后从一根光纤中发送出去；在接收 端，再通过分波器把不同波长的光信号从不同的端口分离出来，如图 3−1−1所示。