单位文秘网 2021-10-07 08:10:03 点击: 次
摘要:文章介绍了光波分复用(DWDM)技术的概念,探讨了DWDM技术的优缺点,并对密集波分复用(DWDM)技术进行了研究,提出了波分复用技术的发展趋势及应用前景。
关键词:DWDM;波分复用;趋势
中图分类号:TP393文献标识码:A文章编号:1009-3044(2009)33-9387-02
近些年,随着多媒体通信业务的发展和计算机网络技术的广泛应用,信息交流的范围不断扩大,以IP为代表的数据业务大幅增长,通信网络的容量需求急剧增加,因此提高通信系统的带宽成为通信发展的首要问题。这样就要求承载这些业务的基础光传输网络不断提高容量。
传统的传输网络扩容方法采用空分复用(SDM)或时分复用(TDM)两种方式。空分复用和时分复用的扩容方式,其基本的传输网络均采用由单一波长光信号传输的PDH或SDH技术,由于光纤的带宽是无限大的,上述复用方式造成光纤带宽资源的巨大浪费。由此产生了密集波分复用技术(DWDM),它大幅增加了网络的容量并且充分利用了光纤的带宽资源。随着光电器件的迅速发展,特别是掺饵光纤放大器(EDFA)的成熟和商用化,使密集波分复用技术得到广泛应用。
1 波分复用(DWDM)技术的概念
波分复用(DWDM)就是将一系列载有信息的光载波,在光频域内以1至几百纳米的波长间隔,在发送端经复用器(Multiplexer)汇聚并耦合在一起沿单根光纤传输,在接收端再经解复用器(Demultiplexer)将各个不同波长的光载波分开的技术。由于每个不同波长信道的光信号在同一光纤中是独立传输的,因此在一根纤芯中可实现多种信息(如声音、数据和图像等)的传输。它能充分利用光纤宽带的传输特性,使一根光纤起到多根光纤的作用。
WDM其实质是光频域上的频分复用(FDM)技术,即每个波长通路占用一段光纤的带宽。按照波长通路间隔的不同,WDM可分为稀疏波分复用(CWDM)和密集波分复用(DWDM)。它们的信道间隔为纳米级别,例如:DWDM的信道间隔为0.2nm至1.2nm。CWDM成本较低,能够用很低的成本提供高的接入带宽,适用于点对点、以太网、SONET环等网络结构,特别适合短距离、高带宽、接入点密集的通信应用场合,如楼内或楼与楼之间的网络通信。由于CWDM技术上的局限性,它存在以下缺点:1) CWDM在单根光纤上支持的复用波长个数较少,造成系统扩容成本增加;2) CWDM城域网节点间距离较短,不适用于城域网。DWDM完美的解决了CWDM的不足,因此,DWDM无疑是当今光纤应用领域的首选技术。
2 DWDM技术分析及其优缺点
2.1 DWDM技术分析
DWDM系统有传输容量大、传输距离长、价格高等特点,因此在国家干线﹑省级干线﹑城域核心层的传输系统中有广泛应用。在长途传输中, DWDM系统采用了NZDSF光纤(非0色散位移光纤)、高波长稳定度的激光器、密集波分复用器和解复用器,在整个线路上进行光功率均衡。这些高性能的器件价格都很贵,从而使DWDM成本较高,但由于骨干传输网络传输距离很长,DWDM系统中多个波长通道可共用光纤和放大器,因此综合考虑,在成本上有很强的竞争力。另外,DWDM系统有比较完善的保护方式和网管,DWDM系统组网一般为环网拓扑,节点采用的都是有保护功能的光分插复用设备(OADM,Optical Add/Drop Multiplexer),并采用光复用段保护和光通道保护环系统,对所有业务都进行保护,大大提高了系统可靠性。一些大城市如上海、广州、西安运营商为解决带宽资源紧张问题及保证系统可靠性在城域核心层均倾向于选择可靠性高的DWDM系统。
对于超长距离传输,理想的光纤特性应该是具有很小的衰减、宽而平坦的光谱、适当的色散、较大的有效面积、理想的弯曲特性、存在可做色散补偿的色散互逆单元等等。实际中光纤很难同时满足这些要求,但总可以满足部分要求以期望能够改善信号传输质量。例如大有效面积光纤LAF、色散平坦光纤DFF、全波光纤AWF等,这些新型光纤均可用于DWDM系统,实现超长距离传输。
DWDM系统对工作波长有严格要求,如1.6Tbit/s系统中,规定最大中心频率偏移约为0.04nm,而在320Gbit/s系统中,约为0.1nm。由此看出,随着DWDM系统复用波长数量的增加,系统对激光器的稳定性要求更加严格。在DWDM系统中,采用DFB激光器作为光源,DFB激光器的温度漂移系数约为0.08nm/℃,它需要采用冷却技术来稳定波长,以防止由于温度变化使波长漂移到复用器和解复用器的滤波器通带之外。
为了确保大容量DWDM系统的性能,要求波分复用器件插入损耗小,间隔度大,带内平坦,带外插入损耗变化陡峭,温度稳定性好,尺寸小等。对于DWDM系统,随着复用通路数的增加即复用的波长数目增多,相邻通道间隔变小,这时对复用器件隔离度的要求就更加严格了。
DWDM网中通常采用光分插复用设备(OADM)来上下波长信道,供本地通信或转接,OADM内含有光开关(OS)或光交叉连接器(OXC),以实现复用段保护和调度。同时,DWDM的光通道保护也保证了DWDM系统线路的可靠性。光通道保护即指某一设备的故障保护,区别于整段线路的故障保护。只有多方向、线路迂回的环状网,才能保证通信不间断。这里介绍两种光通道保护方式:专用保护环(DPR,Dedicated Protection Ring)和分享保护环(SPR,Shared Protection Ring)。DRP即1+1保护环,使用专用的备用资源。SPR分享资源作为备用,即从其他正在工作的线路通道中调配备用资源。速率较高的保护倒换要采用光开关(OS)或光交叉连接器(OXC)。
2.2 DWDM系统的特点
2.2.1 DWDM系统的优点
DWDM系统之所以在近些年有很大的发展,是因为具有其他系统不具备的优点:DWDM系统的传输容量很大,复用的速率可以是2.5 Gbit/s、10 Gbit/s等,复用的通路数量可以是4、8、16、32或更多,因此系统的容量可以达到几百Gbit/s;充分利用光纤的带宽资源,多波长复用在单模光纤中传输,使一根光纤的传输容量比单波长传输增加几倍至几十倍;由于同一光纤中传输的信号波长彼此单独,因而能够传输特性完全不同的信号,完成各种业务信号的综合和分离,包括数字信号和模拟信号、PDH信号和SDH信号的综合和分离;波分复用通道对数据格式透明,即和信号速率及电调制方式无关;利用带宽很宽的掺饵光纤放大器就可以对系统各复用光通路信号同时进行放大,实现系统的超长距离传输,避免了每个光传输通路都需要一个光放大器的情況;在DWDM技术下,系统能够组成全光网络,各种业务的上下、交叉连接等都是在光路上通过对光信号进行调度来实现的,从而消除了电光转换中电子器件的瓶颈。
2.2.2 DWDM系统面临的问题
DWDM系统采用了较多的光器件,由此造成了系统成本过高,这是当前制约DWDM系统大规模应用的主要因素;DWDM技术相关标准的制定还不完善,国内各运营商相关方面的试验以及应用先于标准的制定,相信随着技术的成熟,这个领域的标准工作会更加完善;作为信息的骨干传输平台,DWDM系统还有很多问题需要解决,比如低成本的波分复用光源阵列问题、提高频谱效率和性能优良的信号调制格式问题、理想性能的光纤设计与制造问题、系统性能的在线监测与评估问题等等,这些问题的解决给现有的器件生产、设备制造、系统开发都带来了机遇和挑战。
3 波分复用技术的发展趋势
3.1 将广泛采用更先进的技术和器件
目前,DWDM系统的应用在个别方面还面临着很大的技术困难,例如色散补偿、非线性效应积累、长距离传输以及OADM引入带来的滤波效应累计,等等,在相关技术方面还需要进一步研究,但总的发展趋势是:DWDM系统将广泛采用更先进的技术和器件,使系统性能不断得到提升。以光放大器为例,其作用是补偿光纤和其他无源器件对光功率的损耗,但在提升信号功率的同时也引入了噪声干扰,降低了信噪比。为解决这一矛盾,放大器的发展将由集中式放大器向分布式放大器转变,因此分布式光纤喇曼放大器(DFRA)已经逐渐成为DWDM系统必选设备,作为传统的掺铒光纤放大器(EDFA)的前置放大器或者完全选用EDFA放大器以减小放大器引入的噪声功率。
再例如,新的信号调制与接收处理技术的研究和应用使信号调制向着频谱效率更高的多进制调制和编码调制方向发展,这提高了DWDM系统线路信噪比,并且可以增加DWDM系统的传输距离;简单高效的纠错编码方案的研究,可以提升DWDM系统的传输质量。
3.2 波分复用技术的发展前景
波分复用技术自从九十年代中期进入中国以来,从骨干网应用的DWDM系统到城域WDM环网技术,均得到很大发展。随着光网络向面向连接波长交换光网络演进再向无连接光分组交换网络演进,新的技术将有广阔的发展前景。
波分复用是一种在光域上的复用技术,形成一个光层的网络既全光网,将是光通讯的最高阶段。 建立一个以WDM和OXC(光交叉连接器)为基础的光网络层,实现用户端到端的全光网连接,建立智能化的网络对等模型,将是未来的趋势。
IP业务的爆炸式增长以及流量的指数级增加对通信网的承载能力提出了越来越高的要求.因此,利用波分复用系统承载IP业务的IP over WDM光网络也将成为一种必然选择而获得发展。
4 结束语
DWDM系统的广泛应用提高了通信系统的性能,增加了系统带宽,满足了信息社会不断增长的业务需求。从长远来看,以波分复用技术为基础的光纤通信网络将覆盖整个国家或几个国家,最终实现一个高速、大容量、能满足未来通信业务需求的全光网络。
参考文献:
[1] 樊昌信.通信原理[M].北京:国防工业出版社,2006,9.
[2] 徐宁榕.WDM技术与应用[M].北京:人民邮电出版社,2002,12.
(责任编辑:单位文秘网) )地址:https://www.kgf8887.com/show-124-94395-1.html
版权声明:
本站由单位文秘网原创策划制作,欢迎订阅或转载,但请注明出处。违者必究。单位文秘网独家运营 版权所有 未经许可不得转载使用