DWDM

DWDM（共8篇）

DWDM 篇1

一、DWDM通信技术

DWDM即密集波分复用, 为充分利用单模光纤的带宽资源, 把光纤的低损耗窗口根据光波的频率 (或波长) 划分成若干个信道, 将光波作为信号的载体, 在发信端将不同规定波长的信号光载波送入合波器合并起来在一根光纤中进行传输。在收信端, 用分波器再将将这些承载不同信号的光载波分开。在此系统中不同波长的光载波信号互相独立 (不考虑光纤非线性时) , 这样就可以在一根光纤中实现多路光信号的复用传输。

二、DWDM系统中为什么产生误码原因分析

2.1误码和误码率的概念。误码的基本概念是:在数字通信系统中, 当发送端发送“1"码时, 接收端收到的却是“O”码;而当发送端发送“0”码时, 接收端收到的却是“1”码。这种接收码与发送码不一致的情况, 即为差错, 习惯上把差错称为误码。

2.2为什么会产生误码。光功率不正常、色散、光纤非线性以及机盘的器件性能劣化等原因都会产生误码、人为因素操作不当也会产生误码等。可以这么说, 要么是设备的原因, 要么是光纤线路原因。设备造成误码的原因有:光功率异常和光器件的性能劣化;光纤造成误码的原因有:色散和光纤的非线性。

2.2.1光功不正常会产生误码。如果系统接收的光功率偏离正常值到一定程度会产生误码, 这有两种情况可能发生:一种是光功率下降到收端波长转换器的接收灵敏度以下。波长转换器单盘常采用采用PIN激光器或或APD激光器, 2.5Gb/s速率采用的PIN激光器, 其灵敏度为-18d Bm, 而采用APD激光器的激光器灵敏度可达到-28d Bm。在实际业务开通是, 考虑到光缆距离比较长, 系统的接收光功率一般为高于接收灵敏度2d B, 测试不能以波长转换器上误码指示灯是否闪烁为标准, 应该以测试仪表显示误码为准, 灵敏度的测试时应避免犯此种错误。1OGb/s速率的波长转换器大多使用PIN激光器, 它的接收灵敏度可以达到-17d Bm, 在实际的应用系统中光功率-14d Bm就会出现光功率过低的提示告警, 这样提醒起维护人员注意系统可能发生的故障。另一种可能发生的情况是光功率变化引起接收端信号的信噪比的变化, 光功率下降会直接会引起系统各个信道信噪比的变化, 如果原本信噪比就处于临界状态, 将引起接收端波长转换器出现误码。2.5Gb/s速率的波长转换器没有采用FEC前向纠错功能, 5X33d B和3X33d B组网信噪比指标要求大于22d B, 8X22d B组网国标信噪比指标要求大于20d B, 但光功率低于国标值3 d B时, 波长转换器能正常解码;采用带外前向纠错功能的波长转换器, 其纠错能力可以达到255字节纠正8字节的误码量, 24小时理论的可达到纠错量为:2.5E9×60×60×24× (8/255) =6.7E12, 在24小时的误码量如果不高于这个数值, 波长转换器能正常工作, 不会产生误码, 在网管上会上报纠错的数量, 其数量误码的数量是一样的。10Gb/s速率的波长转换器都是采用前向纠错FEC功能, 信号信噪比要求为大于20 d B。光功率不正常主要指光功率下降, 光功率上升的情况偶尔也会遇见。波分系统在长距离传输时, 在中间也会存在一定的的尾纤跳转, 连接的衰耗器以及光纤连接器。尾纤连接头没连好, 以及外部环境变化的影响都有可能使光纤和尾纤上的光功率衰减变化或反射损耗发生变化。通过波分的网管系统中的性能分析功能, 可定位误码产生的的局站以及网元、单板, 局站维护人员和网管密切配合, 就能定位故障的位置, 快速处理消除故障, 保证通信业务质量。

2.2.2光器件的性能劣化会产生误码。DWDM系统产生误码的重要原因还包括光器件的性能劣化。DWDM系统中合波器、分波器等都是无源的光器件, 产生误码误码的几率较小;产生误码可能性最大的是有源的波长转换器和功率放大器。波长转换器产生误码的主要原因是信号在单盘上经过了光/电/光的转换, 波长转换器接收模块上的激光器将收到的光信号转换成两部分电信号, 一路为数据信号, 另一路提取时钟信号, 通过波长转换器内部电路将数据信号解复用成多路低速率的数据信号, 经过一定的数据处理, 通过复用芯片将多路数据信号复用成高速率数据信号, 时钟信号通过锁相环进行平滑、去抖动处理等处理措施, 得到的时钟信号和数据信号送到光发模块上进行调制转换为光信号。在这些过程中, 可能发生的电路故障、器件性能的降低都可能引起信号的劣化, 这样的结果是产生误码。另外的情况, 如果发端激光器波长不稳定, 偏离中心频率过大会导致合波后信号相互干扰, 这样也会产生误码。光功率放大盘中泵浦激光源会引入很大的ASE自激辐射噪声, 这种噪声会引起系统信噪比下降, 也会产生误码。

2.2.3色散产生误码的原因分析。光纤色散可分为色度色散和偏振模色散。不同频率的光在光纤中的传播速度会有不同的传播速度, 这样的话各各个频率的光到达光纤尾端的时间就有先有后, 引起传输信号的脉冲被展宽, 这样就会产生色度色散, 接收到的相邻脉冲码间相互干扰, 影响接受判决, 到达一定程度接收端的误码就会增加。

在实际中光纤材料和制作工艺不可能是理想化的, 光纤的截面不一定是圆形, 有可能是椭圆, 也可能是不太规则的形状, 两个相互正交偏振模传播过程中经过的距离就会不一样, 到达尾端的时间就不一致, 接收端的脉冲同样也会被展宽, 达到一定程度会产生误码。

用一定长度色散补偿光纤可以补偿色度色散。偏振模色散不是定量, 是一个随机的因素, 无法进行补偿。2.5Gb/s速率的信号码间时间较长, 一般不需要进行补偿。高速率1OGb/s以上的波长转换器由于码间时间变小, 对定时判决提出了较高的要求, 色散容限比较小, 在G.652光纤上, IOGb/s速率信号传输距离超过了30Km就需要进行, 传输距离超过了100Km, 即使在G.655光纤上传输也需要加色散补偿光纤进行补偿。色散补偿中常使用正色散和负色散相互交替以得到较好的补偿效果。色散补偿后需留有10~30 Km余量以免散补偿不够引起系统误码。

2.2.4光纤的非线性可能产生误码。将多个波长信号同时在一根光纤中进行传输是波分系统的特点, 同时传输的波道数越多, 光纤内的光功率就越大。在光信号传输距离远, 高强度的激光会使光纤的参数会发生非线性变化, 光纤的非线性会严重影响系统的性能, 导致接收端误码性能会劣化。

2.2.5人为操作不当引起的误码。光接头清洁不好、光接头连接不好、尾纤弯度过大都会造成尾纤折射率不均匀, 导致接收光功率异常而产生误码。

结束语

现在的DWDM系统已从单波2.5G发展到今天的单波100G, 随着波分复用技术在传输网络上的进一步应用, 在DWDM设备的日常维护中经常会碰上的误码问题, 本文通过对系统中误码原因的分析, 将对DWDM维护的实际工作起到一定的借鉴作用。

参考文献

[1]陈志云.SDH&WDM设备与系统[M].人民邮电出版社.

[2]长途光缆波分复用 (WDM) 传输系统工程设计暂行规定[M].北京邮电大学出版社.

DWDM技术在CATV中的应用 篇2

【关键词】DWDM技术，CATV，应用

【中图分类号】TS801.8【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0485-01

1、引言

传统的SDH技术已经在我国的光纤干线网中进行了全面的应用，然而随着数字信号付费电视行业的发展，电视节目源越老越多，要传输的宽带数据也越来越大，SDH技术逐渐被先进的DWDM（光波分复用）技术取代，这一新技术可以对光纤的宽带潜力进行充分的挖掘，完成超高速光纤通信。目前国际上长距离高速光纤通信线路的主流技术方向是EDFA +非零色散光纤+光子集成+密集波分复用。

2、光波分复用技术原理概述

DWDM系统属于大容量WDM系统，是WDM的一种特殊形式。它的特点是波长间隔相对较小、波长复用密集、各个信道都共用着光纤的一个低损耗窗口，在传输时共享光纤放大器。

2.1 DWDM概念

光波分复用技术是一种能够完成在一根光纤上同时传输多个波长信号的技术，它依靠发送端对不同波长的光信号进行复用，并耦合到位于光缆线路上的同一根光纤中，最后进行传输。信号发送到接收端之后，它又可以把组合波长的光信号进行分解，进行深一层的处理之后，对原信号进行恢复，接着送入不同的终端，完成信号的传输。根据它的作用原理我们把这项技术称为光波分复用技术。

2.2 DWDM的基本工作流程

光波分复用器和解复用器是DWDM技术中的关键器件，复用器的作用是将不同波长的信号结合在一起然后通过一根光纤进行输出，解复用器是功能是把同一传输光纤送来的多个波长信号分解为多个波长然后进行输出。经过原理分析可知这些器件是互易的，如果将解复用器的输出端和输入端反过来使用，就会变成复用器，所以本质上它们是相同的。

2.3 DWDM系统的基本组成

实际的DWDM系统基本由光中继放大器、光接收机、光发射机、光监控信道和网络管理系统五部分组成。

在DWDM系统的发送端有光发射机，来自光发射机输出的光信号首先会被光复用器合成多路光信号，通过功率放大器BA放大输出多路光信号，在一定距离的传输之后，EDFA会放大光信号，在应用时可以根据实际情况把EDFA用作线放、功放和前放。

2.4 DWDM的主要特点

DWDM是一项新的光通信技术，特点如下：（1）器件的运转速度要求下降。目前信号的传输速率越来越高，不少光器件响应速度已明显不能适应这种状况，DWDM技术可有效降低信号传输对某些光器件在性能上的极大要求，并在此基础上进行大容量的传输。（2）DWDM技术发出的各个波长都是独立的，互不影响的，所以能够同时传输许多传输特性和速率完全不同的信号，保证各种例如数字信号和模拟信号等业务信号的传输。（3）组网的灵活性、经济性和可靠性很高，DWDM技术的应用形式多种多样，对于长途干线网、CATV广播分配网和多路寻址局域网都可以利用DWDM技术来进行实现，完成网络交换和故障恢复，大大提高光网络的生命力。（4）对光纤带宽资源的充分挖掘，光纤具有很大的带宽资源，DWDM技术使一根光纤的传输容量比普通的单波长多出几倍至甚至上百倍，大大增强了光纤的传输量、压缩了成本，从应用和经济价值方面来看都有很大的前景。（5）大大降低线路建设成本，DWDM技术既可以用单根光纤传输，也可以选择双向传输，尤其是在远距离和大容量的传输时能够大大节省光纤，降低成本。同时方便扩容，不需要进行大的变动，只需要进行小规模增容，操作方便，节省人力。

3、DWDM的核心技术问题和应用

3.1 光放大技术

根据光的原理可以知道，在长距离的光传输中，传输距离越长，光功率信号越弱。光功率受限的问题已经被光放大器解决。EDFA目前已经被广泛应用，大量的应用在了长距离DWDM系统的技术领域。EDFA有着很多优势，因此被WDM系统是大力应用，需要强调的是，WDM系统对EDFA有着一个增益稳定的要求，一般的，EDFA用在WDM系统时，各信道的波长并不相同，所以存在增益偏差，而又由于多级放大的作用，增益偏差会越来越大，低电平信道的SNR逐渐恶化，高电平信道信号也会由于光纤的非线性效应而使信号特性恶化，恶果就是在DWDM光传送网络中无法正确传输信号，关于光放大器的选择，我们应该根据系统使用的信道数、系统的要求来选择，以此估算成本。

3.2 克服色散的技术

色散受限也是决定系统传输距离的一个主要因素。色散容纳技术，是指通过某些技术手来段减小或消除色散的影响，延长传输距离。我们常常有如下的解决方法：

（1）色散补偿光纤的运用。这种技术目前已经比较成熟，即采用色散补偿光纤对传输线路的色散性进行补偿。这种光纤是特制的，色度色散为负值。在原理上来说在光纤线路的任何位置都可以放置色散补偿光纤，但是因为它的模场直径很小，导致缩小了光传输的有效作用面积，加强了非线性效应，所以我们在进行设计时最好不要把它放置在光放大器的输出端，想获得较好的系统性能，就要将色散补偿光纤置于接收机侧。

（2）选用新型的光纤。传统的光纤已经进行了大量的铺设，所以DWDM技术的中心就放在了如何利用这种传统光纤扩容技术。目前的性能更加优越的光纤在传统光纤的基础上扩大了模场的直径，因此光纤的传输有效面积变大，这种技术的应用能够得到更好的信噪比，并且同时有效减小光纤的非线性效应。

（3）对光源的谱线宽度进行压缩。色散对光脉冲的主要影响表现在经过传输的光脉冲将受到展宽，在一定的传输距离中，这种展宽的大小就取决于传输光纤的色散系数和光源发送的光波的频谱宽度。我们选用的激光器的最主要特点是频率啁啾系数比较小，这样才能够有效的减小传输线路色散的影响，若想有效的减小光源啁啾系数，可选用外调制来进行控制。目前在WDM系统中，大多数的光源均为外调制激光器。

3.3 光合波与分波技术

目前，光合波与分波器在高速、大容量波分复用系统中起着十分重要的作用，它们性能的好坏决定着系统的传输质量。合波与分波器性能指标主要有插入损耗和串扰，WDM系统对它们的要求是： A、较小的信道串扰。B、较低的偏振相关。C、较小的损耗和偏差。目前新型的光器件已经得到了大力的推广应用，光合波与分波技术得到了飞速的发展。

3.4 网络管理技术

所有的网络运营，落实到最基本的问题，都是监测、控制和管理。对于DWDM光传送网也同样如此，网络的管理技术主要包括以下几个方面的内容：

（1）网络故障监测。具体内容是控制局部或全局的故障诊断和故障节点和路由隔离、自适应实时保护倒换和网络自我愈合、重新置构。

（2）管理网络传输结构，具体内容是管理波长路由和波长变换的控制，光域内实现网络无阻塞连接和重组的关键就在于此。

（3）对网络及其各组成系统的电气和光谱特性进行监测，具体的内容是检测光信号功率变化与波长的稳定情况、记录系统的噪声与非线性效应、系统的传输色散与衰减、系统各单元部件的接口状态。

4、结束语

DWDM技术自使用之日来就发展迅速，目前基本上已经应用在了所有的光纤系统中，对于原有的传统管弦也会进行改造，使其成为DWDM系统。我们分析了DWDM系统的各种强大优势和应用管理方法，相信在不久的未来，DWDM技术一定会给CATV带来一个无限美好的未来。

参考文献

[1] 丁炜.DWDM技术在CATV中的应用.网络与多媒体.2005，（07）

DWDM技术原理及其工程应用 篇3

1 什么是波分复用

可以说WDM本质上是光的频分复用 (FDM) 技术。在模拟通信中, 为了充分利用铜缆的传输带宽资源, 人们采用了FDM技术, 即在发送端将若干信道的信号调制到不同载波频率上, 接收端利用滤波器再将各个不同频率的信号滤出。波分复用技术采用的是同样原理工作, 只是由于人们更喜欢采用波长来定义光信号在频率上的差别, 因此将这种复用方法称为波分复用。

所谓WDM技术就是按一定的波长间隔将单模光纤的低损耗窗口划分成若干个信道, 根据每一信道光波的波长不同把光波作为信号的载波, 在发送端将不同波长的光信号通过波分复用器把它们合并起来送入一根光纤进行传输;在接收端, 再利用波分解复用器将合并的光信号分开 (图1) 。

经常与WDM被同时提起的是DWDM (密集波分复用) , 两者其实是同一种技术, 只是在不同时期技术的发展引起人们称谓的改变而已。简单的讲, DWDM就是波道间隔更小、复用的波道数更多的WDM系统, 目前商用的基本上都是DWDM技术。

根据波分复用器的不同, 可以复用的光波长数也不同, 常见的一般是8波、16波以及32波系统;根据每波长承载信号的速率不同, 经常可分为N×2.5Gbit/s和N×10Gbit/s系统。

2 DWDM主要设备构成

目前DWDM设备主要有光放大器、光终端复用机 (OTM) 、光分插复用器 (OADM) 、光交叉连接设备 (OXC) 。

2.1 光放大器

光放大器根据其应用不同, 主要有光功率放大器 (BA) 、光线路放大器 (LA) 以及光前置放大器 (PA) 这三种。

其中BA用在系统发射机的输出端, 用来提高设备的发送光功率, 延长传输距离;LA用在系统传输光纤链路中, 补偿光能量衰耗, 延长传输距离;PA用在光接收机前端, 对光纤线路传送过来的光信号进行预放大, 提高光接收机的灵敏度。目前在DWDM中主要采用的是掺铒光纤放大器EDFA。

EDFA工作在1550nm窗口, 增益带宽范围在1530～1565nm。EDFA的增益控制技术使得它对不同波长的光信号具有相同的放大增益, 不需要经过光/电转换就可以直接对光信号进行放大。

2.2 光终端复用机 (OTM)

DWDM终端机配合光放大器应用于光传输网路, 它主要完成的功能是:在发送端将来自各个光传输终端设备的光信号经波分复用器复用成DWDM主信道光信号, 然后对其经BA功率放大并附加上光监控 (OSC) 信号送至光线路中;接收端OTM将光监控信道取出, 对DWDM主信道光信号经PA放大后, 利用分波滤波器技术将多路不同波长的光信道信号分出。组成OTM的主要功能部件有光源、光波长转换器 (OTU) 与光波分复用器。

由于DWDM系统的工作波长较为密集, 一般间隔为零点几纳米到几纳米左右;另一方面由于DWDM系统采用光放大器技术后, 无电再生中继距离大大延长了, 由单个SDH传输系统的50～60KM增加到500～600KM, 因此DWDM系统要求光源工作在一个标准而稳定的波长上, 并且具有较大的色散容纳值。

DWDM系统通常可分为集成式和开放式两种。集成式DWDM系统中不采用波长转换技术, 它要求所有终端的光接口必须满足G.692标准, 具有标准的波长和满足长距离传输的光源。它的优点是系统结构简单、经济, 但缺点是显而易见的:现有SDH设备的G.957接口无法满足这一标准, 组网灵活型差, 它一般要求DWDM系统与SDH设备同属一个厂家。目前一般不采用集成式DWDM系统。集成式系统结构如图2所示。

所谓开放式系统, 是指在同一个DWDM系统中, 可以接入不同厂家的SDH系统, 彻底实现SDH与DWDM分开。在开放式DWDM系统中, 采用了波长转换技术。OTU对输入端的信号没有要求, 可以兼容任意厂家的SDH信号, 它把SDH设备符合G.957接口的非标准波长转换为ITU-T所规范的G.692标准, 即具有标准的波长和满足长距离传输。由于它具有组网灵活、设备兼容性好, 能充分保护现有SDH系统设备投资等优点, 目前的DWDM系统一般采用开放式结构。开放式系统结构如图3所示。

光波分复用器分为合波器 (OMU) 与分波器 (ODU) 两种。合波器是将密集间隔的不同波长光信号复用至一根光纤;分波器是将经同一传输光纤送来的多波长信号分解为个别波长分别输出的器件。尽管合波器与分波器对器件的要求不同, 但由于光路可逆性, 合波器与分波器一般可以互换使用。

2.3 光分插复用器 (OADM)

OADM与SDH系统中的ADM设备类似, 主要功能是在传输线路的中间点提供有选择性地接入某些光通道业务, 而不影响其它的光通道信号的传输。采用分插/复用设备的根本原因就是与比全程的复用/解复用相比, 分插复用设备更经济、业务接入更灵活。如果该设备只能选择某些 (个) 固定的波长信号进行分插复用, 称之为固定波长的OADM;如果它能对分插复用的光信号进行自由选择, 则称为可配置的OADM。

2.4 光交叉连接设备 (OXC)

DWDM技术的广泛应用使传输带宽资源得到了极大丰富, 网络交换节点逐渐成为网络发展的瓶颈。因此人们提出下一代全光网将以OXC为核心, 实现信息在整个传输、交换过程中都以光的形式存在, 无需经过光/电、电/光变换。由于OXC的这种特性, 又有人把它称为光路由器。

OXC主要由光交叉连接矩阵、多波输入、输出接口、光监控和网络管理单元等组成。目前OXC主要是基于波长的交叉连接, 通过对波长通道的分插、配置功能实现业务汇接和网络光纤资源的优化。它能有效的管理整个网络、实现灵活的业务调度, 当网络出现故障时能迅速进行网络的保护、恢复。

3 DWDM组网设计

DWDM系统基本的组网方式有点对点、链型组网以及环型组网三种。通过这三种方式的组合以及配合SDH设备的运用, 可以得到多种形式的实际组网结构。实际应用中, 环型组网方式一般由SDH设备自行实现业务保护, 对DWDM设备而言无需提供额外的保护, 当然它也可以与另外两种组网方式一样, 实现波长保护。

在DWDM系统组网中主要考虑的因素有色散受限距离、功率、以及光信噪比 (OSNR) 。

3.1 色散受限距离

由于目前我国大部分光缆都是G.652光纤, 工程设计时一般采用20ps/nm .km色散系数, 按照设备再生段容许的总色散来计算再生中继段距离。

3.2 功率

G.652光纤在1550nm窗口衰耗系数一般在0.25dB/Km, 考虑到接头衰耗等因素, 工程中一般按0.28dB/Km计算。具体设计时, 对网络中相邻两站设备进行功率预算来确定光放段的距离。

3.3 光信噪比

光信噪比OSNR=每信道的信号光功率/每信道的噪声光功率。它是影响DWDM系统误码性能的重要因素。工程中可用下式进行简化计算:

OSNR=58+Pout-L-Nf-10lgN, 其中58为综合系数, Pout为每信道的输出光功率, L是跨距衰耗, Nf是光放噪声系数, N是光放段数。

光信噪比随光放段数量的增多和光放大器增益的提高而降低, 再生段的信噪比一般要求大于或等于20dB。

3.4 DWDM应用实例

在某公司骨干DWDM系统建设中, 兰州至乌鲁木齐干线采用的是Marconi公司16波×2.5G设备链型组网方案, 该DWDM系统波道总数16波, 通道间隔为100GHZ。传输线路利用原干线光缆中的1对G.652光纤, DWDM系统采用开放式结构, 涉及到的设备类型主要有OTM、OADM、OLA以及SDH2.5G设备。其中OADM每方向可以上下4个光波信道。现就兰州至武威南区段系统构成举例说明。该区段系统设备组网示意图见图4。

色散容限计算:

本系统设备的色散容限为12800ps/nm, 按照G.652光纤采用20ps/nm .km色散系数计算, 复用段距离可达640Km。可见该系统组网完全满足要求。

衰耗计算:

ITU建议中继距离一般在80Km、120Km和160Km。对于本设备来说有1×38dB、2×35dB、3×33dB等增益配置可选。河口南至永登间中继距离为71.18Km, 那么线路衰耗 大致为71.18Km×0.28dB/Km=20dB。考虑到本段有4个光纤活动连接器, 每活动连接器衰耗按0.5dB计算, 该段全程衰耗为22dB, 采用1×38dB配置即可。永登至古浪间全长133.34Km, 线路衰耗约为133.34Km×0.28dB/KM=37.34dB, 加上活接头衰耗后全程衰耗约为39.34dB, 因此该段需在打柴沟设光放大器, 采用2×35dB配置即能满足要求。

光信噪比OSNR计算:

河口南至永登间OSNR=58+Pout-L-Nf-10lgN, 其中每信道的输出光功率Pout取值5dBm;跨距衰耗L取值38dB;光放噪声系数Nf取值5.5dB, 光放段数N为1, 那么该段OSNR=58+5-38-5.5=19.5dB, 满足本工程中设备OSNR≥18dB的要求。

4结束语

DWDM的主要特点在于一方面可以充分利用现有光纤的巨大带宽资源, 使每根光纤的传输容量比单波长传输增加几倍至几十倍;另一方面由于波长的独立性和透明性, 利用波分技术可以完成不同业务的承载传输。波分复用技术有效的解决了传输宽带问题, 并为将来实现透明、灵活、具有高度生存性光网络打下了良好的基础, 逐渐成为目前干线传输甚至城域传送网建设的首选。

参考文献

[1]纪越峰.光波分复用系统[M].北京:北京邮电大学出版社, 2001.

[2]张劲松, 陶智勇, 韵湘.光波分复用技术[M].北京:北京邮电大学出版社, 2002.

[3]孙学军, 张树军.DWDM传输系统原理与测试[M].北京:人民邮电出版社, 2000.

[4]邓忠礼.光同步传送网和波分复用系统[M].北京:北京交通大学出版社, 2003.

[5]原荣.光纤通信[M].北京:电子工业出版社, 2003.

[6]严晓华.现代通信技术基础[M].北京:清华大学出版社, 2006.

[7]胡先志.光纤与光缆技术[M].北京:电子工业出版社, 2007.

DWDM系统组网技术应用研究 篇4

DWDM是利用单模光纤的带宽及低损耗特点, 采用多波长为载波, 使各载波信道在光纤内同时传输。与通用单信道系统相比, 密集WDM (DWDM) 极大地提高网络系统的通信容量, 充分利用光纤带宽, 且具有扩容简单和性能可靠等优点, 特别是能直接接入多业务, 使得它的应用前景十分光明。在模拟载波通信中, 为了利用电缆的带宽资源, 提高传输容量, 通常用频分复用的办法。在同一根电缆中同时传输多个信道信号, 接收端依据各载波频率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能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有效的。相比模拟的载波通信系统中的频分复用, 不同的是, 在光纤通信中用光波作为载波, 根据每个信道光波频率的不同将光纤窗口划分成多个信道, 这样就可以在一根光纤中实现多路光信号的复用传输。

2 DWDM的关键技术

2.1 光源

能产生激光的光源组成是DWDM系统的重要器件。当前广泛应用于DWDM系统的光源是半导体激光器LD (Laserdiode) 。

DWDM系统工作波长密集, 一般波长间隔为几个纳米到零点几个纳米, 所以激光器必须工作在一个标准波长上, 且应具有很好的稳定性;另一方面, DWDM系统中继长度从单个SDH系统传输50~60km增加到500~600km, 延长了传输系统的色散的受限距离, 为了克服光纤的非线性效应 (受激布里渊散射效应、受激拉曼散射效应、自相位调制效应及交叉相位调制效应) , 要求DWDM系统光源使用先进和性能优越得激光器。所以DWDM系统的光源两个突出的特点是:1) 较大的色散容纳值;2) 标准、稳定的波长。

2.2 掺饵光纤光放大器 (EDFA)

EDFA (Erbium Dope d Fibe r Am plifie r) 掺饵光纤放大器是新一代光通信系统的关键部件, 增益高、输出功率大、光学带宽较宽、与偏振无关、噪声指数低、放大特性与系统比特率和数据格式无关等优点, 是大容量DWDM系统中必不可少的关键部件。

2.3 DWDM器件

DWDM器件可以分为合波器和分波器两种。合波器是将多个信号波长合在一根光纤中传输;分波器是将在一根光纤中传输的多个波长信号分离。DWDM系统性能好坏主要看DWDM器件, 复用信道数量足够、插入损耗小、串音衰耗大、通带范围宽的DWDM器件性能较好。原理来说合波器与分波器是相同的, 仅仅需要改变输入、输出的方向。

3 DWDM技术在城域网上的应用

城域光网络成为目前研究的热门。城域光网络将光网络在成本上与网络效率方面的最优效果呈现给了用户。DWDM最初多用于长途干线传输网, 为了实现长距离、无电再生传输, 为此采用了许多相应技术, 如EDFA技术、激光器技术等。然而随着局域网业务容量的迅速发展, DWDM在局域网中也获得很多的应用。一般把城域光网络定义为跨距为几百公里的光网络, 通常服务于大城市和地区。当城域网需要更多的带宽时, DWDM与敷设新光纤相比是较廉价的替代方案。

3.1 城域网上IP业务的传输方式

为满足Internet大发展而带来的大容量需求, 改善通信网络的拥挤状况、提高网络的灵活性, DWDM技术逐渐在城域网中使用。我国己经开始进行这方面的研究试验, 在城域网中传送的业务主要是IP业务。目前, 常用的IP传送技术主要是IPover ATM, IPover SDH, IP ove r DWDM。

3.2 城域网中DWDM应用一些特点

与干线传输网的应用相比, DWDM应用于城域网时有一些特殊之处, 主要体现在以下方面:

3.2.1 再生节点间距离一般较短

长途干线传输网上的再生节点间的距离一般为几百公里, 甚至上千公里, 要求DWDM设备具有较强的长距离传输能力, 必须在DWDM设备采用一些特殊的技术才能实现, 比如要增加中继站, 并且对光放大器、波分复用器件、激光器、光接收器等关键器件的性能要求也相应提高。

但是在城域网的情况下, 传输距离相对较短, 对于一些核心器件的某些性能指标的要求相对较宽, 例如放大器的增益、噪声系数、波分复用器的插入损耗以及各通路插损的最大差异:激光器功率、色散容限、光接收器的灵敏度等, 有可能不采用放大器。

3.2.2 网络拓扑结构复杂

DWDM在城域网应用中, 主要是实现众多业务汇接点的数据传送, 这样的汇接点在一个城域网中一般有很多, 而且汇接点上, 往往要求波长的上下。为了能够故障时快速恢复, 常采用OADM设备环网, 用双纤单向/双向复用段保护实现业务保护。多个链路、环路可能会交叉, 最终形成比较复杂的组网。

3.3 目前城域DWDM技术存在的主要问题

1) 设备成本:虽然城域网络传输距离较短, 但城域网中有大量的光分插复用器 (OADM) , 每个分插复用器有有一定的损耗, 这样城域网中往往要使用光放大器, 整体的费用大大增加。若用DWDM对城域网进行升级, 价格比铺设新光纤的还高, 这些会限制DWDM在城域网的应用。设备制造商正在改进设备, 使应用于城域网中DWDM设备的价格小于长途DWDM设备价格。

2) 技术:DWDM城域网中要采用大量的OADM进行灵活的控制, OADM必须是可编程的, 要软件进行控制。而目前DWDM分插复用还不成熟, 没有大量商用, 特别是对波长很多的系统。并且光交叉连接设备也是很不成熟。

3) 设备的兼容性:目前DWDM网络没有相关的标准, 所以各个厂家设备间的通信存在问题。造成一个城域网只能采用一个厂家的设备, 或者需要加入一些相应的转换设备去实现不同厂家设备之间的互连。

4) 网管技术不成熟:相关标准没有制定, DWDM网管系统存在技术滞后的问题。比如大多数厂家的DWDM系统配置的EMS网元管理系统的向上接口不统一, 有CORBA接口等, 系统间不能兼容互通;另外, 各厂家的DWDM系统很多都不支持系统误码性能检测等重要功能。所以DWDM网管系统功能需要进一步加强完善。

参考文献

[1]胡庆.光纤通信系统与网络[M].北京:电子工业出版社, 2006.

高速DWDM通信技术及进展 篇5

随着IPTV(网络电视)、HDTV(高清电视)和移动带宽服务的发展,带宽需求呈现急剧增长的趋势。从以太网用户接入、企业到主干在内的每一级网络都在逼近着当前的速度极限。自1990年以来,人们在DWDM(密集波分复用)系统中使用EDFA(掺铒光纤放大器),采用简单的OOK(开关键控)调制格式和直接探测的方法来增大10Gbit/s信道的容量。随后,为了进一步增大传输容量,降低成本,人们又使用了单波或多波的多级调制格式、新的检测方案、新型光纤和拉曼放大技术等。而随着这些技术的发展,人们可以在传输系统中运用多层次、多维度的调制格式进一步提高频谱效率。

本文综述了高速DWDM通信系统中新型调制格式、超低损耗光纤和新型光集成器件等关键技术,分析并总结了在此基础上完成的DWDM大容量传输试验,最后得出 结论:这些关键 技术对高 速DWDM系统产生了深远影响,具有广阔的应用 前景。

1高速DWDM通信技术

1.1相干光通信技术

随着信息的爆炸式增长,传统的调制格式和直接检测的方法已经不能满足人们的需求。如何在现有设备的基础上提高光通信系统的性能成为需要解决的首要问题。在这样的背景下,二十多年前曾被寄予厚望的相干光通信技术再一次被提出。由于相干检测能提供全光场的信息,它不仅提升了接收机灵敏度,而且也使非线性光学损伤,如CD(色度色散)和PMD(偏振模色散)在电域得到补偿。与传统的直接检测相比,相干光检测有如下几个显著的优势:(1)更高的接收机灵敏度;(2)可轻松分离WDM(波分复用)信道中的中频信号分量和基带信号分量,频率分辨率非常高;(3)能探测信号的相位信息,进一步提高了灵敏度;(4)可同时得到信号的幅度与相位信息,故可将多 种高级调 制格式,如DQPSK(差分四相相移键控)、MQPSK(M进制四相相移键控)和MQAM(M进制正交幅度调制)引入光通信系统,极大地提高频谱利用率,增加系统容量[1]。

典型的数字相干接收机架构如图1所示,主要包括以下几部分:光输入组件、TIA(跨阻放大器)、ADC(模/数转换器)以及DSP(数字信号处理器)。其中,光输入组件包括PBS(偏振分束器)、BS(分束器)、两个90°光学混频器以及光电转换部分的8个PD(光电探测器)和4个TIA。信号在接收机中被分为正交偏振分量(以X/Y为偏振态)和正交相位分量(I为同相分量,Q为正交分量),最后转换为4个高速差分电信号并输出[1]。

1.2高速DWDM通信关键技术

1.2.1新型调制格式

在100Gbit/s传输中,若使用传统的OOK调制格式,其理论带宽高达70GHz,满足此带宽需求的电子元件过于昂贵,难于商用。而随着数字相干检测和新型调制格式的产生,这种带宽“瓶颈”迎刃而解。在相干检测中,PDM(偏振复用)-QPSK是很好的一种16进制调制格式。传统的QPSK调制器如图2所示。尽管它提供了数字基带滤波和脉冲整形的灵活性,但也导致了高速数据传输时的高功率消耗。另外,同向(I)和正交(Q)相位的不匹配也会极大地限制调制信号的质量。

为了对PDM-QPSK信号进行编码,需将连续波激光器分为两个正交偏振的激光源,并将它们输出的信号分别送入独立的QPSK调制器中,最后,用两个PBS将被调制的信号重新合并。这种PDM编码方式适用于所有的M进制QAM信号,例如本文所讨论的8QAM、16QAM和64QAM等。

目前人们一 般采用任 意波形发 生器来产 生8QAM信号。2010年,JianjunYu等人提出了利用纯光学方法来产生8QAM信号。8QAM调制器如图3所示[2],它由一个平行的同向/正交(I/Q)调制器和一个(0,π/2)的PM (相位调制器)组成,其中平行I/Q调制器的上下支路相位差为π/4。8QAM调制格式具有良好的应用前景,理论上,它的噪声容限比8PSK(8相相移键控)调制格式高1.6dB,比16QAM高2dB。

近年来,人们利用16QAM调制格式完成了许多研究。2012年,PortelaT.F.等人完成了基于相位恢复算法的16QAM传输;2013年,YingGao等人用超低损耗光纤产生了224Gbit/sDP(双极性)16QAM信号并成 功传输2718km;2014年,S.Chandrasekhar等人分析 了在利用 紧凑型磷 化铟(InP)基发射组件传输200Gbit/sPDM-16QAM时距离对性能的影响。高速矩形16QAM调制器的原理如图4所示[3],它由一个 并列式MZM(MZM1,MZM2)、一个普通型MZM以及一个PM组成。

1.2.2新型光纤和拉曼放大

在光传输系统中,若非线性效应可以忽略不计,则限制传输距离的最大因素是OSNR(光信噪比)。一般可以通过减小光纤损耗和增加输入光功率的方法来提升OSNR。目前已研发出新一代ULL(超低损耗)光纤,并在一些大容量传输实验中投入了使用。实验中通过增加光纤发射功率来提高接收端的OSNR,但是这种方法会导致更高的非线性效应,从而显著降低系统性能,此外,信道间的非线性效应,例如,XPM(交叉相位调制)和FWM(四波混频)是很难通过数字补偿方法来改善的。为了减少光纤的非线性效应,常用的方法是增加 光纤的有效面积。现如今,大多数超长距离或海底传输的大容量传输实验都会选用有效面积大的光纤来改善输入光功率的容差。这些新型光纤的特征参数如表1所示。

为了补偿光纤损耗,可以采用两种光放大器,一种是EDFA,这种放大器在发送端功率大,非线性效应也强,传输一段距离后,由于损耗,光功率会下降;另一种是DRA(分布式拉曼放大器),DRA的工作原理是基于光纤中的SRS(受激拉曼散射)效应,当弱信号光与强泵浦光同时在光纤中传输,且信号光波长在泵浦光的拉曼增益谱内时,光能量将会从泵浦光转移到信号光,从而实现光放大。这个全波段的放大特性使DRA可以工作在整个低损耗区,以提高信号的OSNR及光纤的非线性容差,从而极大地提高频谱利用率。

1.2.3100Gbit/s及以上速率光集成器件

为了满足传输容量日益增长的需求和降低系统成本,Finisar公司在2013年9月展示了业界首款100GECFP4光收发模块[4],该模块采用WDM技术实现了4路不同波长的25Gbit/s载波信号在同一根光纤中传输。它主要由发射、接收和控制单元3大部分组成。其功能框图如图5所示[5]。

据光纤在线报道,2014年3月,SourcePhotonics在OFC上发布了业界第一款100Gbit/sLR(激光器)可插拔的 小形封装 (QSFP28)光收发模 块。基于IEEE-100G BASE-LR4规范,该产品典型功耗只有3.5 W,比当前业界最好的100GECFP4模块功耗低40%。与此同 时,Mellanox公司在该OFC上提出了基于大尺寸光波导、依据传输距离选择激光器、非气密封装且无 光复用/解复用的QSFP28光模块方案,该方案已试验成功。

2近年来的大容量传输试验

近年来,通过采用前文提到的这些先进技术及调制格式,人们做了 很多大容 量传输试 验,并在ECOC和OFC这些顶级会议上发表了论文[1,2,3,4,5,6]。近期的大容 量传输试 验研究总 结如表2所示。X.Zhou等人利用单根光纤完成了32Tbit/s的超大容量传 输[2],Gnauck等人实现 了每信道100Gbit/s、最高频谱效率为6.2bit/Hz/s的传输试验[3]。由于QPSK调制格式OSNR需求较低,适合长距离 传输,ChengliangZhang等人采用112Gbit/sPDM-QPSK调制格式,利用相干探测技术进行光 放大,最终实现了信号传输距离超过3000km[6]。Masuda等人采用111 Gbit/sOFDM(正交频分复用)技术和二阶分布式拉曼放大,最终将13.5Tbit/s信号传输了6248km,将1Tbit/s信号传输了9612km。

众所周知,在100Gbit/s之后,400Gbit/s将成为长途光传输系统的主流速率。文献[7]首次报道了在不使用时分 复用技术 的条件下 的400 Gbit/s传输系统。在不考虑FEC (前向纠错)开销的条件下,J.Yu等人即使使用PDM-16QAM的调制格式来产生单载波400Gbit/s光信号,每个载波的波特率仍然上升到了50Gbaud/s。而符合此条件的模/数转换芯片 在短时间 内不会出 现。400 Gbit/sPDM-QPSK信号的产生和检测如图6所示。

为了应对不断增长的带宽和日渐丰富的互联网资源,1Tbit/s传输成为继400Gbit/s之后的又一热门话题。由于其具有管理简单、易连接ROADM(可重构光分插 复用器)节点这两 大优点,单载波1Tbit/s是一个优质的解决方案。但是,目前的光学和电子元件精度不能满 足单载波 携带1Tbit/s信号的条件,因此必须使用多级子信道来降低每个子信道的比特率,同时,OFDM技术的出现可以克服相邻子信道间的串扰,提高信号质量。

3结束语

本文总结了高速DWDM传输系统中的关键技术,分析、比较了这些关键技术对DWDM传输系统产生的不同影响。其具体表现为高级调制格式可以降低波特率,提高频谱效率;超低损耗光纤可以在接收端提升OSNR,从而增加 传输距离。 此外,以Finisar为首的器件公司推出了新型100Gbit/s及以上速率的光电集成器件来满足光网络的需求。与此同时,也有人实现了一些高频谱、大容量和长距离DWDM传输实验,这些实验使用了多级调制格式、新型光纤、混合EDFA/拉曼放大 以及数字 相干探测。综上所述,新型调制格式、超低损耗光纤/拉曼放大和新型光集成器件对高速DWDM系统产生了深远影响,还需更多的研究来充分认识这些关键技术的可行性和潜力,以满足长距离传输的应用需求。

参考文献

[1]Zhou Xiang,Yu Jianjun,Huang Mingfang,et al.32Tb/s(320×114 Gb/s)PDM-RZ-8QAM Transmission over 580km of SMF-28Ultra-low-loss Fiber[C]//OFC 2009.San Diego,CA:IEEE,2009:1-3.

[2]Murata K,Saida T,Ogawa I,et al.100-Gbit/s PDMQPSK Integrated Coherent Receiver Front-End for Optical Communications[C]//CSICS 2011.Waikoloa,HI:IEEE,2011:1-4.

[3]Zhou X,Yu J.200Gb/s PDM 16QAM Generation using a New Synthesizing Method[C]//ECOC 2009.Vienna:IEEE,2009:1-2.

[4]Fujisawa T,Kanazawa S,Ueda Y,et al.Low-Loss Cascaded Mach!Zehnder Multiplexer Integrated25Gbit/s×4-Lane EADFB Laser Array for Future CFP4 100GE Transmitter[J].Quantum Electronics,IEEE,2013,49(12):1001-1007.

[5]CFP MSA Revision 0.1-2014,CFP4 Hardware Specification[S].

[6]Zhang Chengliang,Li Junjie,Huo Xiaoli,et al.112Gb/s PDM-QPSK transmission over 3 000km of G.652ultra-low-loss fiber with 125km EDFA amplified spans and coherent detection[C]//ECOC 2011.Kaohsiung:IEEE,2011:210-211.

DWDM 篇6

目前, 骨干传送网和城域网主要是10Gbit/s和40Gbit/s速率基准的光密集波分复用系统(DWDM)。随着数据流量需求的不断增长,各运营商正在加紧建设新一代的传送网,当前技术最先进的100Gbit/s速率的波分系统已成为网络建设的主流。

光信噪比(OSNR)是衡量DWDM传输质量的关键参数,是工程建设验收和网络运营维护中评估传输性能的主要指标。OSNR(Optical Signal Noise Ratio)是指光通道有效带宽内信号功率和噪声功率的比值,可间接提供系统误码率的有关信息,OSNR的大小决定了信号质量的优劣。因此,准确测量波分系统的OSNR具有非常重要的意义。

2 带外插值法(IEC法)

2.1 IEC-61280-2-9 关于OSNR的定义

其中:Pi是第i个通道的信号功率;Br是参考光带宽,通常取0.1nm;Bm是噪声等效带宽;Ni是等效噪声带宽Bm范围内的噪声功率,如图1 所示。

2.2 带外插值法基本原理

IEC-61280-2-9 中定义的插值法, 是一种传统的OSNR测试方法,该方法通过测量信道间噪声等效为信道内噪声从而计算出OSNR。具体而言,该方法要求在两个相邻信道波峰的中间点测量噪声水平,并进行线性插值,从而估算波峰下方的噪声。如图1 所示,中心波长处的峰值功率是信号功率Pi与噪声功率Ni之和,中心波长左右△ λ 处的平均功率等效为信道内噪声功率Ni。

由峰值功率(Pi+Ni)和噪声功率Ni可得到信号功率Pi,进而计算出通道OSNR。

2.3 带外插值法的局限性

这种以信道间噪声等效信道内噪声的测试方法得到了广泛应用,多数仪表厂商的光谱分析仪都将此法作为标准测试方法。不过,传统的带外插值法隐含了两个假设,其一是假设噪声在整个分析波段内是平坦的,其二是假设通道间的信号光谱降低到噪声水平。对于传统波分系统的10G及以下速率而言,大多采用NRZ编码方式,信号光谱较窄,噪声主要来源于自发辐射噪声(ASE),因此这种假设是成立的。

然而,在新一代的DWDM系统中,采用了可重构光分插复用器(ROADM) 来提高传输效率和灵活性,使得网络能够远程改变快速路径上分/ 插的波长数量来优化带宽。ROADM的核心是波长可选的交换机(WSS),用于选择在任意给定时间各个波长的去向。经过WSS的自发辐射噪声会被过滤,取代它的则是滤波器本身的噪声。图2是ROADM系统10G信号光谱图,通道12~15 信号经过ROADM滤波处理后的通道间噪声明显低于处理前ASE噪声的级别,即带外插值法测得的OSNR将被严重高估。

由于大多数长距离和城域网均已采用50 GHz的通道间隔,出于兼容的考虑,在应对更高速率时需要保留该间隔。但是,当信号速率越高时,其光谱就越宽,使得光通道间的间隔越小。对于40 G及更高速率系统而言,信号光谱的展宽将使相邻通道部分重叠甚至重合,从而掩藏了信号之间的噪声。图3 中C_011~ C_016 的多个40G通道信号光谱重叠使通道间按带外插值法(IEC法)测得的噪声明显高于真实的ASE噪声的级别,即带外插值法测得的OSNR将被严重低估。

3 偏振带内法

上述分析可见,在ROADM系统或40G及更高速率系统中使用带外插值法无法得到真实的噪声水平,因此,必须采用测量带内噪声的方法。目前测量带内OSNR的典型方法是基于信号和噪声偏振特性差异的检测方法。该方法根据信号光基本是偏振光而噪声光基本是非偏振光的特征,把具有偏振态的信号光从无偏振的噪声光中分离出来,通过光学和算法手段来实现OSNR测量。

3.1 偏振归零法

运用偏振技术测量带内OSNR的基础方法是偏振归零法。假设信号为完全偏振光,而噪声为无偏信号,并假设整个信号带宽中PMD(偏振膜色散)的消偏振效应可以忽略不计。如图4,在光路中安装一个偏振控制器(PC),其输出单一偏振态的信号光(对应某一通道)。经过偏振分束器(PS)后,偏振传输信号分离成两个正交偏振状态(SOP-1 和SOP-2),而噪声平均分配到两个正交的偏振方向上。首先,对PC进行调整,直到检测到的光功率达到最小值Pmin,该功率与0.5PN(PN是噪声功率)成比例。接着再对PC进行调整,直到检测到的光功率达到最大值Pmax,该功率与(Psig + 0.5 PN)成比例。则通道内信噪比可按如下公式计算:

3.2 偏振归零法的改进方案

偏振归零法的假设条件较为理想化,实际的光网络环境往往并不完全满足。该方法最大的缺陷就是它对PMD敏感,如果链路上的PMD不能足够小,将导致信号的偏振态(SOP)会因其光谱宽度不同而存在较大的差异,使得被测通道内的光信号部分产生明显局部消偏振现象。由于该方法假设噪声功率与检测到的非偏振光成比例,因此可能会对噪声功率值估计过高,从而造成OSNR结果过低。此外,当传输速率很高(如大于20 Gbaud)时,二阶PMD可能是其它消偏振的主要来源。如果光学噪声并非完全非偏振的(比如光链路的偏振相关损耗很高),测量的结果也可能不正确。

为了准确而可靠测量带内OSNR,针对上述缺陷,业界提出了一些很好的改进方案。

EXFO公司提出一种差分光谱响应(DSR)法,它假设噪声N(λ) 与实际信号S(λ) 的偏振特性不同,但是不要求噪声是完全非偏振或信号是完全偏振。假定S(λ)拥有较大的偏振度(DOP),比如大于50%。假设噪声是明显消偏振的,即DOP低于S(λ),并假设在S(λ) 曲线下方,它不会因波长不同而存在显著差异。这种差分光谱响应方法结合了差分偏振响应(D-Pol)以及差分RBW响应(D-RBW)两种方案,前者是根据通道内的信号和噪声在偏振方面的表现有所不同,后者是根据通道内的信号和噪声在光谱测量的分辨率带宽方面的表现有所不同。

JDSU公司也提出了一种新的光偏振分束(OPS) 法等,它克服了偏振归零法的缺点,即偏振传输信号的抑制取决于传输信号和偏振分束器之间偏振状态的匹配。该方案使用一个集成可变偏振控制器,将输入信号的偏振调整到与偏振分束器相匹配。

3.3 偏振带内法测试实例(与IEC法对比分析)

图5 是一个取自ROADM输出的(10G+40G)15 通道光谱,表1 分别给出了用带内法和IEC法测试OSNR的数据。通过分析对比发现,由于ROADM滤波效应的影响,有些通道IEC法测得的OSNR值与带内法相比明显偏大。

4 关断积分法

4.1 100G波分传输信号

波分传输系统通过光放大器来延长中继传输距离,但光放大器在放大信号功率的同时也引入了噪声。随着传输速率提升,光接收带宽和噪声功率随之增加,从而使OSNR容限提升。相比现有的10G和40G速率波分系统,由于单信道速率的提升,在不改变传输码型的前提下,100G波分系统对OSNR的要求分别提高了10d B和4d B。为了降低对OSNR的要求,在100G波分系统中引入了偏振复用正交相位调制方式(PDM-QPSK)、高效FEC、相干检测等关键技术。

偏振复用格式的PDM-QPSK信号如图6,信源自身包含两个正交的偏振信号,不是线偏振光,所以,对偏振复用信号不能采用偏振带内法进行OSNR测试。关于带内方法,ITU-T G.697 建议标准做出了如下说明:“对于偏振复用信号来说,每个正交偏振上都有一个独立的信号,所以不能使用偏振射束分裂器来消除该信号。同样,不能使用这种OSNR测量方法来测量这些信号。”

4.2 CCSA关于偏振复用OSNR定义

CCSA在YD/T 2147-2010 中对偏振复用系统光信噪比定义如下:

4.3 带外关闭激光器积分计算法

目前,偏振复用系统OSNR的成熟测试方法是关断激光器积分法。按CCSA定义中的变量分别测量相应的功率,通过积分运算得出光信噪比的测试结果。其测试步骤如下:

(1)连接好光谱分析仪,设置分辨率带宽小于0.1nm;

(2)调整波长测试范围,将测试目标锁定到测试通道(图7 中第3 波)脉冲的峰值处,设置当前测试通道的光功率积分带宽为0.4nm,选择该波长光功率积分带宽为当前通道间隔,测试并记录中心波长±0.2nm区间的功率(0.4nm带宽内信号和噪声)值P1(mw);

(3)关闭当前测试通道的光源(图8),在相同光功率积分带宽下测试并记录中心波长 ±0.2nm区间的功率(0.4nm带宽内噪声)值P2(mw);

(4)设置当前测试通道的光功率积分带宽为0.2nm,测试并记录中心波长 ±0.1nm区间的功率(0.2nm带宽内噪声)值Pa(mw);

则该通道光信号的OSNR(d B) 计算值为:

说明:取0.2nm带宽内噪声比取0.1nm带宽内噪声计算出的OSNR更精确,因为其把信号峰值左右更宽范围的噪声平均化了,0.2 nm带宽被认为比0.1 nm带宽更能代表噪声水平。比较常见的做法是按照0.1 nm的参考噪声带宽来报告OSNR值,因此公式中的噪声功率被归一化到0.1 nm。

(5)打开当前测试通道的光源,依次选择下一通道,重复上述步骤。

4.4 关断积分法特点

关断积分法不考虑测试信号是否偏振信号,对所有调制码型的信号都适用,而且测试结果准确。但这种方法过程相对复杂,而且需要反复关断被测通道的信号光源,所以仅适用于网络开通、验收、排查故障,不适用于在网运行通道的在线维护测试。

4.5 按IEC 61282-12 标准定义OSNR的关断积分测试方法

IEC 61282-12 将OSNR定义为:信号的时间平均功率谱密度和自发辐射噪声(ASE)的功率谱密度的频谱积分比,然后将其归一化到选定的参考带宽,以d B为单位的OSNR为10log(R)。

其中,R值计算公式如下:

EXFO光谱仪设计了一种方案和算法可方便实现这一过程。

首先,打开所有光通道进行数据采集并保存测试曲线。然后,一次关闭一个通道,逐一进行数据采集,保存m条有关通道关闭的曲线(m = 通道数)。可以非常容易地从通道关闭的曲线上计算 ρ(λ),而s(λ) 则可以通过从给定波长的信号和噪声和(通道打开的曲线)减去将相同波长的脉冲噪声(通道关闭的曲线)得到。接下来,计算每个无限小的频谱范围的局部OSNR。最后,计算整个通道带宽范围(从 λ1到 λ2,在50 GHz栅格时为0.4nm)上的积分,并将其归一化到0.1 nm。

5 结束语

DWDM技术在通信系统中的应用 篇7

DWDM技术(Dense Wavelength Division Multiplexing),即人们经常说的密集型光波复用技术,它能够利用光纤的宽带资源,提供大容量、长距离传输,有效缓解传输宽带供需紧张的矛盾。它是将组合一组光波长之后,再用一根光纤来传输。总的来说,该技术就是在用开始认定的那根光纤,多路复用单个光纤载波的紧密光谱间距,节约其宽带资源,多重利用初始的光纤,扩充其使用容量。

DWDM系统在实际工作中,主要是结合光发射机、光波长复用器以及分波器来对传输信号进行发射、传输和接收。其主要流程如下:首先,发送端利用光发射机发出信号,当然,发送出去的光信号的精度和稳定度都符合相应光信号的要求;然后,通过光波长复用器和光纤功率放大器,将原来发射出来的信号进行放大,再送入到光缆中进行传输;最后,接收端对传输过来的信号进行接收处理。

2 DWDM技术在通信系统中的基本应用及发展趋势

2.1 DWDM技术在通信系统的基本运用

2.1.1 改善信号质量

在通信系统中,DWDM的光合波与分波技术相结合,能够有效地改善传输信号的质量,更好地处理传输系统传递过来的信息。在通信系统中,信号的传输质量是非常重要的,它决定信号传递是否有意义,影响着其基本的使用功能。影响信号质量的主要因素要2 个:一个是光合波器,另一个是分波器。这:2 个因素的性能优劣直接关系到信号的质量,若是要提高信号质量,则要改进这合波器和分波器的性能指标,不仅要降低插入损耗,还要尽可能地提高信道之间的隔离度。

2.1.2 调制光源强度

在现行的通信系统中,主要是靠DWDM中的激光调制技术来影响光源强度,而调制技术也分为两种,一种是外调制,它是利用一种外在的媒介,利用其特殊的物理特性来改善激光信号特性,间接地建立起通信信号与激光之间的联系;另一种则是直接调制,它不像外调制那样依靠中间媒介来建立通信信号和激光信号之间的关系,而是直接对激光中的光源进行调制,通过改变电流的大小来影响光源的强度。

2.2 DWDM技术的发展趋势

2.2.1 更高的通道速率

由于现有的很多光器件的设计还不够成熟,因而在实际使用过程中还存在着很多的问题,所以要实现光信道密集的相干光通信技术还是有难度的;同时,基于目前较低的起见水平的技术水平,提高通信系统的通道速率也面临着很多的技术难关。但随着技术革命的不断推进,DWDM系统的通道速率也正在不断地更新之中,已经2.5 Gbit/s发展到了10Gbit/s,而且众多的科学家也还在积极地探寻更新速率的方法,满足更多通信领域对通道速率的要求。

2.2.2 超长的全光传输距离

随着贸易的不断发展,各地之间的经济往来也更加地频繁。无论是个人还是企业,或者是其他的经济主体,都对通信系统的光纤传输距离提出了更高层次的要求。其中,传统的DWDM技术中采用的是EDFA延长无电中继,这种技术下的传输距离有自身的局限性,其传输距离较短,建网的成本也较高,因而不符合现代通信技术中要求的提高全光传输的距离的要求,所以,在未来的技术创新研发中,也要注重提升全光传输距离。

2.2.3 应用范围更加宽泛,将走向全光网络

在现代社会生活中,通信系统的应用范围在不断扩大,DWDM技术的应用范围也随之更加的宽泛,逐渐走向全光网络。传统的DWDM系统在运用时,关注是在点上的应用,而光节点在网络信号的传递过程中,其传输容量和速度、还有其组网能力都是十分有限的,因而在不断的改进DWDM技术的过程中,要不断扩大光节点的节点容量,提高组网的能力,跟上现代网络传输链路容量增长的速度,充分利用好光分插复用器和光交叉连接器,实现全光网络。

3 结论

当前,社会在飞速发展,社会分工日益细化,国际贸易也在不断发展,这些经济现象的出现,也对现代通信技术提出了更高的要求,而目前要想跟上时代发展的节奏,推动整个互联网产业的发展,就必须要重视DWDM技术在通信系统中的运用。DWDM技术有其自身独特的发展优势,它也将成为未来传输网的主体,因而要促进未来网络行业的发展,创造全球经济新的突破点,一定要十分重视将DWDM技术应用到通信系统甚至是更多的信息领域中去。

摘要：随着现代科学网络设备和通信技术的发展,传统的通信传输技术已不符合信息时代发展的需要,传输速度快、传输容量大的新型的DWDM传输技术也随之产生。据当今现实情况可以看出,在原有的传输线路基础上增添新的光缆线路也已经不适应市场经济新的发展需要,因而世界各地的网络运营商也将目光更多地放在了DWDM技术上,因而本文在简单分析DWDM技术原理的基础上,着重分析其在通信系统中的运用,并结合其优势和弱点,研究DWDM技术在未来信息领域中的发展趋势。

关键词：DWDM技术,通信系统,光纤传输

参考文献

[1]高世新.浅谈DWDM技术在通信传输系统的应用[J].中国电子商情:科技创新,2014(1).

[2]王潇;曹锐.浅谈DWDM技术在通信系统中的应用[J].中国科技纵横,2012(20).

[3]张倩.浅谈DWDM技术在长途传输网络中的应用[J].中国科技博览,2012(24).

[4]潘正媛.浅谈密集波分复用(DWDM)通信传输技术的实际应用与发展[J].房地产导刊,2013(11).

DWDM 篇8

关键词：DWDM,OTN,光传送网,技术,对比,应用

1 概念的对比

DWDM是波分复用 (Wavelength Division Multiplexing) , 把不同波长的光信号复用进同一根光纤中进行传输。相对传统的光纤传输系统SDH/PDH而言, SDH/PDH采用的是一根光纤传输一波的方式, 由于受器件自身的限制, 其扩容方式和扩容需求无法满足, 光纤的带宽没有得到充利用。DWDM成了光纤传输对光纤扩容的最有效、最经济的手段。DWDM在发送端将几种不同波长的光信号组合 (复用) 起来进行传输, 经光纤传输后在另一端将组合信号再分开 (解复用) , 送入不同的系统。其传输原理如图1所示。

DWDM系统主要由OTM、OLA、OTU、OMU/ODU、OPA、OBA部分组成。OTM完成终端站业务的上下;OLA完成为光线路放大站, 完成合波信号在纯中继站信号的放大处理;OTU完成非标准波长光信号到标准波长光信号的转换;OPA (前置功率放大器) 完成合波信号功率的提升, 从而提升各波长光信号的输出功率;OBA (后置功率放大器) 通过提高合波信号的输入功率来提升各波长信号的接收灵敏度。

OTN是光传送网络 (Optical Transport Netwok) , 是由一组通过光纤链路连接在一起的光网元组成的网络。是在DWDM和SDH的基础上发展起来的, 采用了DWDM光域与SDH电层的理念, 在SDH电复用层和物理层之间增加光层, 借鉴了传统的WDM技术并有所发展, 可以进行大颗粒业务的处理, 而在电层中对原有的映射技术、复用技术、交叉连接、嵌入式开销进行了改进。OTN在包括帧结构、功能模型、网络管理、信息模型、性能要求、物理层结构、开销安排、分层结构等方面都与SDH有相似之处。

2 信号结构的区别

最初的DWDM在信号结构上没有统一标准, 仅仅是各种业务直接通过O-E-O实现非特定波长到特定波长的转换。后来在发布的G.872草案已在光传送网中加入了光层, 包括:OTS (光传输段层) 、OMS (光复用段层) 、OCh (光通道层) 。

OTN具有规范的分层结构, 包括光层和电层, 其中光层分为OTS (光传输段层) 、OMS (光复用段层) 、OCh (光通道层) , 电层分为OTUk (光通路传送单元) 、ODUk (光通路数据单元) 、OPUk (光通道净荷单元) 、客户层。

3 组网方式及保护机制方面

传统的DWDM组网能力较差, DWDM组网方式以链型、星型、环型组网为主, 其保护方式主要以光复用段保护为主, 在光路上进行1+1的保护, 不对终端设备进行保护, 这种方式需要独立路由的两条光缆才有意义。

目前铁通骨干承载网采用的主要是DWDM+SDH分别独立组网方式, 提供点对点的大容量传输, 用DWDM的波道来承载SDH环网, DWDM对业务的自愈保护往往是在SDH环网中进行。

OTN在网络保护方面, 通过G.801.1规范了通用保护倒换的技术要求, G.873.1和G.873.2又定义了ODUk线性保护技术要求和共享保护技术要求。

OTN组网通常是环形组网, 可提供线路的1+1保护、波长的1+1保护、客户侧1+1保护、ODUk保护等保护方式, 包括光层和电层的保护。

线路的1+1保护:是对OTN组网中的线路进行保护, 是对OTN合波或放大后合波信号进行保护, 这种保护是对完全波道进行保护。

波长的1+1保护:是对单波道进行保护。其实现方式是单波道信号经过波长转换单元OTU后到OTN设备的OP单元完成单波信号的双发, 再经两个方向 (不同线路) 的合波单元, 到达收端OTN设备的分波单元, 两路信号进入OTN设备的OP单元, 选择一路信号进入OUT波长转换单元。实现波长的1+1保护, 这种方式只是对单波道的保护。

ODUk保护:分为两种方式, 一种为ODUk SNCP保护, 另一种为ODUk SPRing保护。ODUk SNCP的实现方式业务信号从支路板输入, 经过交叉单板进行交叉后分为工作信号和保护信号, 分别送往工作线路板和保护线路板, 然后工作信号和保护信号分别在工作通道和保护通道进行传输。在收端, 正常情况下, 仅接受工作线路板的信号, 保护线路板的信号断开。当工作通道故障时, 保护线路板的交叉连接生效。ODUk SPRing保护只需配主用业务, 不需要配保护业务, 倒换时需要协议支持。保护颗粒为ODUk。

客户侧1+1保护:客户侧业务经过OTN设备的OP单元后实现双发, 经两条线路后到达收端, 收端OP进行选收, 送入客户侧设备, 实现客户侧的1+1保护

4 业务调度能力方面

在OTN中可以运用数据配置做交叉连接 (类似SDH的业务配置) , 可同时接入多种类型业务, 可以实现业务的智能调度。

OTN系统光层的颗粒为波长, 厂家提出的WSS (波长选择开关) 技术, 增加了光波道的同波道硬交叉, 即所谓的ROADM, 但是其交叉能实现的也只是不同线路信号里同波道波长的交互, 还无法实现不同波长波道的交互, 技术上讲进步不是很大。

电层的带宽颗粒为光通路数据单元 (ODUk, k, =0, 1, 2, 3) 。ODU0为GE速率, ODU1为2.5G速率, ODU2为10G速率, ODU3为40G速率。OTN继承了SDH业务交叉的功能, OTN的交叉功能包括光交叉和电交叉, 电交叉处理电信号的调度, 与所承载的业务类型密切相关。交叉级别和交叉颗粒包括GE、10GE、any、ODUk等。可使多个低速率业务共享一个10Gb/s波长。例如8个GE业务或4个2.5G业务可以共享一个10Gb/s波长。

5 承载业务能力方面

传统的DWDM对业务承载目前现有产品以传送STM-16及STM-64为主, 低于2.5Gb/s需通过其他方式承载。

OTN定义了多种映射方式, 使不同类型的客户信号比如SDH、ATM、以太网信号等均由合适的路径可以适配进OTN网络。对于SDH和ATM可实现标准封装和透明传送, 但对于不同速率以太网的支持有所差异。OTN定义了虚级联帧, 用来传送超过ODUk的大颗粒业务;G.709协议支持基于客户数据的封装, 可以直接通过GFP封装以太网帧等。G.7041定义的封装协议是一种可以把任意包信号封装到固定速率信号如OPUk上的一种通用方法。

6 OAM能力方面

目前DWDM系统中, 采用独立波长1510nm作为光监控通道OSC (Optical Supervisory Channel) , 速率为2Mb/s, 用来传送网管、公务、监控信息, 主要用于检测帧结构中B1字节和J0字节等开销字节来监测网络的传输性能。帧结构符合G.704, 实际用于监控信息的速率为1.92kb/s。OSC是一个相对独立的子系统, 传送光信道层、光复用段层和光传输段层的维护和管理信息, 提供公务联络及使用者通路, 同时它还可以提供其它附加功能。对于信号在大型DWDM网络传输中的性能和告警等监测功能较弱。

OTN拥有规范的映射、复用, 多层次的嵌入式光电开销, 开销丰富, 可用于OAM、段监控 (SM) 、通道监控 (PM) 、多级级联监控 (TCM) 等各种监控信号以及前向纠错信号FEC, 具有丰富的维护信号。光域的开销有OTS OH、OTM OH、OCH OH, 电域的开销有OTUk OH、ODUk OH等。例如帧结构ODUK开销的第2行的第5-13列、第3行的1-9列定义了6个字段的串联连接监视开销TCM, OTN还在电层和光层定义了其它维护开销, 共同提供丰富的OAM管理功能。

7 应用场景方面

DWDM主要应用在省际干线网和省内骨干网, 采用的主要是点到点组网方式, 只能实现线路保护的方式。若采用线路的保护方式, 需要敷设更多线路, 成本高, 因此没有普遍采用。因而对业务的保护是结合SDH网络进行的。

OTN网络为大宽带颗粒业务提高了非常理想的解决方案, 在电信运营企业的省际骨干网、省内骨干网、城域核心层进行了OTN网络部署, 提供Gb/s以上业务颗粒的调度。省际骨干网承载PSTN/2G/3G/4G/internet等长途业务, 采用OTN网络可实现多种形式的保护方式, 保护能力强。省内骨干网承载着骨干路由器之间NGW/3G/4G/IPTV/大客户专线等业务, 城域核心网承载着本地网核心路由器到汇聚路由器之间的大颗粒业务, 通过建设省内骨干网OTN和城域网核心层OTN网络, 可提供GE/10GE、2.5G/10G POS业务的传送。

8 结论

本文通过对DWDM与OTN在概念、信号机构、组网结构、保护机制、承载能力、OAM能力等方面的对比, 说明了OTN网络相对于DWDM网络在技术上的进步, 因而OTN网络在电信企业得到大规模的部署。随着大数据时代的到来, 承载网的技术也在不断进步, 不断满足业务承载的需求。

参考文献

[1]张海懿.OTN技术标准进展.电信技术, 2009, 3 (5) :45-48.