1、DWDIW組網要素分析史藝遼寧鐵道職業技術學院摘要：本文主要介紹了 DWD憂傳送系統的基本概念、系統優越，f和組網方式，分析了影響DWDM.網的基本要素及減小影響的方法。關鍵詞：DWDM組網、色散、信噪比、非線性效應DWDM Dense Wavelength Division Multiplying )是一種先進的光纖通信技術，具有很大優越性和 發展潛力。隨著通信技術的發展，以DWD瞰術為核心的光傳送網已逐步成為通信網絡的主要傳送平臺，也將成為整個通信網絡向全光網絡演變的必然。本文就DWD陳統的基本概念、組網方式和應用問題進行探討。1 DWDM既述1.1 DWDM的定義DWDM文之意為密集波分

2、復用，由波分復用(WDM技術發展而來。所謂密集波分復用技術是一種光纖數據傳輸技術，該技術利用激光的波長按照比特位并行傳輸或字符串行傳輸方式在光纖內傳輸數據。1.2 DWDM基本原理DWDM1基本原理是：在發送端采用光復用裝置，將多個不同波長的光信號合并起來送入一根光纖進行 傳播；在接收端，利用光解復用裝置把不同波長的光信號分開，從而實現了在一根光纖中進行多路光信號 的復用傳輸。DWD腋術可以在一對光纖上提供數十個，及至上百個波長，大大地擴大了光纖容量，是一種 有效提高系統傳輸容量的方法。圖1 DWD幅統原理圖DWD陳統原理如圖1所示，其中 為加 處于1528.77nm1602.86nm的范圍之

3、內，頻率 間隔100GHz« 50GHz或更小，更加充分地利用 了光纖的巨大可用帶寬資源。1.3 DWDM系統類型DWD陳統有許多分類方式，常見的分類方 法有以下幾種： 按照信道傳輸速率可分為：5Gbit/s、10 Gbit/s、40Gbit/s、100Gbit/s 及混合速率。(2)按照信道承載業務可分為PDH SDH ATM IP或混合業務等。按照信道數可分為 4波、8波、16波、32波和40波、80波、160波等。(4)按照系統總容量可分為 10Gbit/s、20 Gbit/s 、40Gbit/s、80Gbit/s 等。(5)按照傳輸方向可分為單向DWD和雙向DWDM(6)按照

4、地理域可分為海底 DWD陳統、陸地DWD陳統等。(7)按照網絡層次可分為核心網、城域網、局域網等。(8)按照系統接口可分為集成式DWD或開放式DWDM2 DWDM1(統優越性2.1 容量巨大從圖1中不難看出，DWD曝直觀的優點就是充分利用了光纖的巨大帶寬資源，把已有光纖信道數目增大到最初的N倍，同時降低了傳輸成本。DWD隔具有相當大的容量擴充潛能，這為服務供應商滿足消費者 日益增長的帶寬需求提供了首選方案。常見DWD碌統有兩個系列：8波、16波、32波系列和40波、80波、160波系列，最高復用波長可達1022波。2.2 傳輸距離長按照ITU-T建議，DWD陳統配置分2X33db、5X30db

5、、8X22db三種，對應無電再生中繼距離為 321km、 475km和512km=在DWD腋術日趨成熟的今天， 各生產廠家的設備指標遠優于ITU-T的規定。如按8X22db規格配置光放大器，國內廠家無電再生距離為640km；而端對端無中繼最大傳輸距離一般都在140km以上。另外，EDFA技術、外調制、電吸收等方式使得DWD映繼段的允許損耗、色散更大，傳輸距離可達幾百公里或更長，大大減少 SDH中繼器的數量，同時大大節省了成本，簡化了設備，這是傳統SDH系統望塵莫及的。2.3 傳輸速率高單信道承載信號速率一般為2.5Gbit/s 或10Gbit/s。如果采用32 x 2.5G產品，在一根光纖內信

6、號最高傳輸速率則可達到 1600Gbit/s 。2.4 網絡管理智能化在DWD陳統中，采用獨立的 1510nm波長（速率為2Mb/s）承載光監控信道（OSC,即在其發送端， 通過插入本節點產生的波長為1510nm的光監控（OSC信號，完成幀同步字節、公務字節和網管所用的開銷字節的傳輸。其幀結構符合G.704,實際用于監控信息傳送的速率為1920kb/s。OSC光監控彳t道是DWD源統工作狀態的信息載體，在 DWD陳統中，OSC是一個相對獨立的子系統， 傳送光信道層、光復用段層和光傳輸段層的維護和管理信息，提供公務聯絡及使用者通路，同時它還可以 提供其它附加功能。DWD閥管系統通過光監控信道傳輸

7、系統網管信息對系統進行管理，實現了配置管理、 故障管理、性能管理、安全管理等功能，并與上層管理系統相連。為防止某段光纖中光監控信道雙向都斷 路，網元管理系統無法獲取網元的監控信息，DWDM系統還具有監控通路的保護功能。2.5 承載能力強DWD陳統可以承載SDH PD用口其他不受限的數字信號或模擬信號，其網管系統應該與傳送的業務層 的網管分離，分別通過 Q3接口同時送給上層的網絡管理層，增加了DWD藤載業務的多樣性。DWD曝光纖網絡的重要組成部分，它可以讓IP協議、ATM同步光纖網絡/同步數字序列（SONET/SDH協議下承載的電子郵件、視頻、多媒體、數據和語音等數據都通過統一的光纖層傳輸。由于

8、同一光纖中傳 輸的光載波信號彼此獨立，可以傳送不同傳輸特性的不同信號，并且其通道對于數據格式是完全透明的， 與信號的速率和調制方式無關，從而多種格式的業務信號都可以在系統中得到高質量的傳輸，提高了業務 質量。2.6 組網方式靈活多樣DWD陳統利用光插分復用器 （OADM可組成各種各樣的網絡，如點對點組網、鏈狀組網、環形組網等。3 DWDMI.網方式3.1 點對點組網如圖2所示，兩地間沒有其他業務點，可采用點 對點組網方式。在進行短距離傳輸時，DWD概備可以 提供無線路放大器的點對點組網，當兩地距離太長（一般指超過了 150公里），可在中間設置光放（OA） 增加光傳輸距離。3.2 鏈狀組網如圖3

9、所示，該方式可視為點對點方式的拓展。當存在兩個以上的業務點時，可利用光插分復用器（OADM中間上下話路。鏈型組網，能夠提供光層線路保護和電層SDH備的通道或者復用段保護。而在長距離傳輸時，可以在終端設備之間增加光中繼放大器。3.3 環形組網如圖4所示，這種組網方式主要應用于城域網中。 環形組網在應用過程中，可以根據實際需要利用光分 插復用設備構成環形網，這其中必須要有一個站點用 背靠背光終端復用網元來組成光分插復用網元。3.4 其他方式通過前面三種方式的不同組合，即可構成十字交叉、核心環帶邊緣環、核心環帶鏈狀網等復雜的通信傳送網。 也可建立DWDM 和SDHff臺，充分利用DWDM；波道和光纖

10、混合的光路， 配置SDH 自愈環，采用 DWDM+SDH式靈活組網。4 DWDMa網要素分析開放式DWD陳統采用波長轉換技術，凡是滿足I-TUT建議要求的SDH系統STM-1/4/16設備均可通過波長轉換器接入DWDM光傳送系統。除了能對SDH言號進行透明傳輸外，還可根據需要接PDHATM IP 等，實現 ATM over DWDM IP over DWDM、GE （千兆 以太網）over DWDM等功能，節省用戶在接口設備上的投資。 以DWDM；核心的通信網結構如圖5所示。DWDMI 1995年開始商用，而且發展極其迅速。在北美和 歐洲I,骨干電信網、因特網都采用DWD腋術實現更大的帶寬、

11、更高的速率，降低了傳輸系統的建設成本和維護成本。我國 1999年在濟南青島間開通了第一個國產DWD陳統。2000年國內鐵路通信系統首條采用密集波分復用技術的滬杭一一浙贛 鐵路通信干線采用華為 40G （16波）DWD陳統。2002年京九圖4環狀組網方式圖5以DWDM核心的傳輸系統示意圖鐵路（商丘-武漢段）輔設 DWDMM專輸系統，光纜長度為 568.7km。2008年，華為開發出了 100G DWDMDWDM:傳送系統在國家一級干線網和城域網、本地網、互聯樣機。原有骨干傳輸線路大規模地更新改造, 網、電視網及軍網中陸續獲得了較好的應用。4.1 適應DWD陳統的光纖DWDMI密集的多波長光信道復

12、用技術，光纖的非線性效應是影響DWD蛾輸系統性能的主要因素。因此，DWD腋術的應用與發展與光纖技術發展息息相關。隨著DWD腋術的不斷發展，光纖中傳輸的信道數越來越多，信道間距越來越小，傳輸功率越來越大， 從而使光纖的非線性效應對DWDM輸系統性能的影響也越來越嚴重。光纖的非線性效應主要與光功率密度、信道間隔和光纖的色散等因素密切相關：光功率密度越大、信道間隔越小，光纖的非線性效應就越嚴 重；色散與各種非線性效應之間的關系比較復雜，其中四波混頻隨色散接近零而顯著增加?？朔蔷€性效 應的主要方法是改進光纖的性能，如增加光纖的有效傳光面積，以減小光功率密度；在工作波段保留一定 量的色散，以減小四波混

13、頻效應；減小光纖的色散斜率，以擴大DWDM（統的工作波長范圍，增加波長間隔；同時，還應盡量減小光纖的偏振模色散，以及在減小四波混頻效應的基礎上盡量減小光纖工作波段上 的色散，以適應單信道速率的不斷提高。按國際電信聯盟（ITU-T）分類方法，通信光纖分為G.651、G.652、G.653、G.654、G.655和G.656六個大類和若干子類。用于光傳輸系統的單模光纖主要有G.652、G.653、G.654、G.655等4種類型。4.1.1 G.652 光纖G.652標準單模光纖是指零色散波長在1.3 m窗口的單模光纖。G.652光纖在1.55科m波段的損耗較小，約為0.2dB/km0.25dB/

14、km ;特別是在1.55nm處，損耗低于0.2dB/km,對長距離傳輸非常有利。當工作波長在1.3 m時，光纖色散很小，為 3.5ps/nm?km,系統的傳輸距離只受光纖衰減所限制，有利于克服光纖的非線性效應。然而它在 1.55 m波段的色散卻較大，約為20ps/nm?kmo在1.3科m波段的損耗也較大，約為0.3dB/km0.4dB/km。這種光纖色散這種光纖可支持用于在1.55 m波段的2.5Gb/s的干線系統，但由于在該波段的色散較大，若傳輸10Gb/s的信號，傳輸距離超過 50公里時，就要求使用價格昂貴的色散補償模塊，因此這種光纖不能滿足信道速率高速化的要求。4.1.2 G.653 光

15、纖G.653光纖是色散位移單模光纖，它在 1.55 m窗口同時具有最小色散和最低損耗，能滿足信道速率 高速化的要求，是單波長系統的最佳選擇。然而，色散位移光纖在1.55 m色散為零，不利于多信道的WDM 傳輸，用戶信道數較多時，信道間距較小，這時就會發生四波混頻(FWM導致信道間發生串擾，在 DWDM應用中存在嚴重的四波混頻效應。由于高速傳輸的串擾現象使DWD陳統很難開通，現已不提倡使用G.653光纖。4.1.3 G.654 光纖G.654光纖是截止波長位移單模光纖，也稱為 1.55科m性能最佳光纖，是人們為了滿足海底纜長距離 通信的需求，而開發的一種應用于 1.55科m波長的純石英芯單模光纖

16、。它在該波長附近上的衰減最小，G.654 是衰減最小光纖，僅為0.185dB/km。G.654光纖在1.3 m m波長區域的色散為零，但在1.55科m波長區域色散較大，約為(1720) ps/ (nm?km)。該光纖主要用于傳輸距離很長且不能插入有源器件對衰減要求 特別高的無中繼海底光纜通信系統。4.1.4 G.655 光纖G.655非零色散位移單模光纖是一種復雜折射率剖面光纖，優化了 1.55 m區色散值，在1.55 m波 長附近不再是零色散而是維持一定量的低色散。其零色散點為1.57 m或1.511.52 m附近，使光纖的工作波段具有少量的色散，成功地克服了G.652的色散受限和G.653

17、四波混頻無法開通 DWDM1缺點。G.655光纖適用于光放大、高速率(10Gb/s以上)、大容量、密集波分復用傳輸系統，是適應DWDM:先進的光纖，已得到廣泛應用。4.2 色散4.2.1 色散光纖的色散是在光纖中傳輸的光信號，隨傳輸距離增加，由于不同萬分的光傳輸時延不同引起的脈沖 展寬的物理效應。色散主要影響系統的傳輸容量和中繼距離。影響DWD陳統的常見色散有兩種，一種是線性的彩色色散，另一種是非線性的偏振模色散(PMD)。(1)彩色色散彩色色散的產生是由于不同的波長以不同的速度傳輸。在單模光纖中，彩色色散有兩個組成部分：材 料色散和波導色散。材料色散在光波以不同的速度穿過材料時發生。一個光源

18、無論它有多窄，實際都包含著好幾個波長。 這樣，當這一系列的波長穿越介質的時候，每個波長到達的時間都不相同。波導色散是由于光纖核心和覆層折射率系數的不同引起的。有效折射率系數與波長的變化關系是：在 短波長，光被很好地限制在核心中。這樣有效折射率系數與核心材料的折射率系數很接近。在中波長，光 稍微地發散到覆層中。這減少了有效折射率系數。在長波長，大部分的光發散到覆層中。這導致有效折射 率系數與覆層的非常接近。波導色散現象的結果是一個或多個波長相互的傳輸延遲。(2)偏振模色散(PMD)偏振模色散(PMD)是由于制造過程或外部應力使光纖形狀為橢圓型所造成的。由于應力隨時間變化， PM的彩色色散不一樣，

19、會隨著時間而改變。PMDB低于OC-192的速度時影響很小。4.2.2 色散對DWD陳統的影響隨著光纖通信系統中傳輸速率的不斷提高和由于光放大器極大地延長了無電中繼的光傳輸距離，因而 整個傳輸鏈路的總色散及其相應色散代價將可能變得很大。當光纖通信系統單信道速率升級到40 Gbit/ s及以上時，色度色散(CD)和偏振模色散(PMD)已經成為嚴重影響系統性能的主要因素，色散使DWD陳統傳輸受限。4.2.3 減少色散影響的方法(1)選擇理想光纖 G.655光纖。(2)色散補償色散完全補償在入纖功率較小時，色散對系統的性能優劣起主要作用，可采用色散完全補償。隨著WD碌統中復用的波道數越來越多，入纖功

20、率會越來越大，非線性作用隨之增強。在不能選取最佳進行色散完全補償的情 況下，相對來說色散的欠補償比過補償好，剩余反常色散可對非線性作用產生一定的抑制作用，改善系統 性能。采用無源補償裝置對于EDFA聯造成的色度色散可采用無源色散補償裝置與EDFAfi合在一起，構成一個放大子系統。該子系統的色散系數與系統光纖相反，從而有效減小系統的彩色色散。(3)插入偏振控制器就偏振模色散情況而言，重要的是盡量減少組件的偏振模相關損耗。應當指出偏振模相關損耗對系統 的影響是隨放大器數量的增加而增大的。在系統輸入、輸出端插入偏振控制器。一個偏振分束器接在輸出 偏振控制器之后，用來產生誤差信號。輸出偏振控制器搜索該

21、誤差信號，再調整輸入偏振控制器，使誤差 信號最小。在無誤差信號點，輸入偏振狀態是系統的主狀態。這種技術已經用于一個5Gbit/s 系統的補償。相干頻分復用系統也采用了類似的技術。(4) 40G DWD陳統減小色散的主要技術：40G技術的應用也大大減少了色散的影響，其主要技術有動態色散補償和偏振模色散補償兩種技術。動態色散補償(TD。技術TDC技術是40G較成熟的光調制格式，色散容限都在土200ps/nm之內，考慮到色散補償模塊補償精度及色散斜率補償與光纖的失配、環境溫度變化對色散的影響以及線路維護可能造成色散變化等，40G長距離傳輸系統動態色散補償是必配的。 動態色散補償技術長遠來說，我們看好

22、電色散補償 (EDO方法。但目前光的色散補償技術較成熟，主要有光纖喟啾 Bragg光柵(FBG技術、GT Etlon標準具技術、虛成像相移陣列技術等實現方式，光纖 光柵(FBG相比較而言最成熟。動態色散補償應自動優化色散補償量，而整個鏈路的殘余色散量無法在線監測，目前基本依據接 收點糾錯前的誤碼率來閉環調整，而誤碼引起的原因很多，所以必須采用有效的優化控制算法。偏振模色散補償(PMD技術光纖鏈路PMDi要影響因素是光纖、色散補償模塊和光放大器，其他器件數量少，對鏈路PMD教響較小。較成熟的40G光調制格式，如按器件/模塊廠商提供的典型參數設計， 無PM仔卜償時傳輸距離500km 可能就是一個坎

23、。目前關于PMD#償系統的研究在光域、電域和光電域結合等多個方面同時展開。主要依賴測得的 偏振度(DOP、電域特定信號譜功率、電域全部信號譜功率、誤碼率(BER、眼圖監控信號以及電域中的橫向濾波器和閾值電流技術等來調節PM仔卜償量。但目前能應用于實際工程的PMH卜償器極少，而且效果需要工程檢驗。4.3光信噪比OSNR4.3.1 光信噪OSNR匕光信噪比OSN裾光纖信號與噪聲 ASE的比值，OSNR=每信道的信號光功率/每信道的噪聲光功率。 光信噪比OSNR!影響DWD陳統誤碼性能的最重要因素之一，OSNR勺大小決定傳輸信號質量。4.3.2 光信噪比OSNR寸DWD陳統的影響光放大器會在幾十納米

24、寬的光譜區內產生所謂放大的自發輻射ASE對于10Gbit/s信號接收端要求在25dB以上。光信噪比在 DWD陳統發送端一般有 35-40dB左右，但是經過第1個光放大器后，信號OSNFW 有比較明顯的下降。以后每經過一個光放大器 EDFA OSNRTB將繼續下降，但下降的速度會逐漸放慢。OSNR 降低的主要原因在于光放大器在放大信號、噪聲的同時，還引入了新的ASE噪聲，也就是本放大器的噪聲，使總噪聲水平提高，OSNR降。下降速度逐步放慢的原因在于隨著線路中級聯的放大器數目增加，“基底”噪聲水平提高，僅增加一個光放大器 ASE對總噪聲水平的影響不大，但在具有若干級聯放大器的傳輸系統中光放大器的A

25、SE將同信號光一樣生復一個周期性的衰減和放大，ASE是隨放大器增益幅度的增大而以指5數形式積累的。在具有若干個級聯光放大器的傳輸系統中，噪聲 的光功率主要由放大的自發輻射噪聲所支配。自發輻 射放大噪聲頻譜分布也是沿系統長度展開的，產生于 光放大器的自發輻射放大噪聲將同信號光一樣重復 一個衰減和放大周期。當來自第一個光放大器的自發 輻射放大噪聲被送入第二個光放大器時，第二個光放 大器的增益分布就會因增益飽和效應導致自發輻射 放大噪聲而發生變化。同樣，第三個光放大器的有效增益分布會被第二個光放大器修改。這種效應會向下 傳遞給下一個光放大器。所以總自發輻射放大噪聲功率就隨光放大器數目的增多而大致按比

26、例增大，而信 號功率則隨之減小，噪聲功率可能會超過信號功率。單個放大器EDFA在單位頻率間隔內產生的放大的自發輻射噪聲功率PasePas=2Nsp (G-1) hv式中NSp是EDFA的自發噪聲系數，G是EDFA的內部增益，h是普朗克常數，是 v光頻率。多級聯線路EDFA自發輻射噪聲積累白數學模型如圖6所示，總的自發輻射噪聲功率 SP:NP=R + (Pn-i XLn-iXG) +BXL2XGXLn-iXG) +(PiXLiXGX Ln-iXGi)式中R、R-i、P2、Pi為各級EDFA產生的自發輻射噪聲功率，Ln為第N中繼段光纖衰耗， G為第N級EDFA的增益。放大器的外部噪聲系數NF:NF

27、=10Log2NsP-(2N sp-1)/G+ 打 in式中刀in是EDFA俞入衰耗(以dB為單位)。假設中繼段內所有 EDFA勺特性及衰耗相同，累積的ASE功率相等，且 G>>1, G=L則：OSNR=Pt-L-N F-10LogN-10Loghv v。式中Pou隹每信道輸出功率(以 dB為單位)，L是放大器間的衰耗(以 dB為單位)，NF是外部噪聲系數 (以dB為單位)，N是鏈路間隔數， v。是光帶寬。噪聲ASE隨EDFA的增益幅度以指數形式積累，ASE積累對系統的接收信號 SNR的影響主要與差拍噪聲 有關。這種差拍噪聲隨EDFA數目的增加而線性增加，即使在每個光放大器處使用窄

28、帶濾波器，自發輻射放大噪聲也會積累起來，這是因為噪聲存在于包含著信號的頻段之內的緣故。4.3.3 減少噪聲提高 OSNR勺方法(1)選用噪聲指數小的 EDFA采用獨特的色散管理技術和信噪比處理技術，選用噪聲指數小的EDFAJ率放大器，使得 DWD陳統在長途傳輸后，光信噪比依然滿足要求。(2)自濾波方法ASE噪聲積累可能因光放大器間隔的縮小而減小(當保持總增益等于總傳輸通道損耗時)，因為ASE是隨放大器增益幅度的增大而以指數形式積累的。對于裝設幾十或更 多個光放大器的系統，可采用 ASE噪聲濾波器或利用自濾波效應。這種方法是把信號波長調整到自濾波 波長上，從而使檢測器接收到的 ASE噪聲減小，如

29、同使用窄帶濾波器一樣。當采取縮短光放大器間隔和 低增益光放大器的手段來減小初始 ASE噪聲時，這是最有效的。(3) ASE濾波法對于裝有很少幾個光放大器白系統，自濾波法不如ASE濾波法有效。ASE濾波法可靈活地選擇信號波長，并具有其它的優點。但必須謹慎地選擇濾波器的特性，因為除矩形頻帶外，級聯濾波器的通帶比信號 濾波器的通帶窄。對于全光DWDM閉合環路網，則不適合采用自濾波方法。因為在光放大器整個增益頻譜中形成的峰值 可能對系統性能造成嚴重影響，在這種情況下，采用ASE濾波法可最大限度減小 ASE噪聲的積累。這是通過對未送往網絡節點的 DWDMF道在倒換出節點之前進行濾波的手段達到的。1G 1GG l.2N-1GLn-1EDFA EDFA