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密集波分复用(DWDM)

2/14/2005来源:光纤通信人气:7698





  光 纤 系 统 的 基 本 组 成 部 分 传 统 地 为 光 源 (激 光 器 或 发 光 二 极 管), 传 送 信 号 的 光 纤 以 及 将 脉 冲 解 码 回 到 电 子 域 的 接 收 机。 过 去, 如 果 一 通 信 公 司 需 要 增 加 经 光 纤 传 送 的 信 息 数 量, 反 应 就 会 是 通 过 研 制 更 快 的 光 源 和 接 收 机 来 增 加 流 过 光 纤 的 脉 冲 数 量, 这 一 过 程 称 作 时 分 复 用 (TDM)。
由 于 经 光 缆 的 同 步 通 信 取 代 了 异 步 传 送, 较 快 的 TDM 已 变 成 较 高 速 率 的 同 步 数 字 系 列 (SDH) 或 同 步 光 纤 网 (SONET)。SDH 速 率 从 STM-4 增 加 到 STM-16 光 纤 网 (SONET 从 OC-12 扩 展 到 OC-48)。 一 些 厂 商 甚 至 已 开 始 提 供 SDH-64 (OC-192) 系 统, 可 传 输 的 最 高 容 量 达 10 Gbit/s。

  由 于 这 此 激 光 器 的 高 速 度, 在 较 老 的 光 纤 上 使 用 这 些 激 光 器 已 产 生 了 忧 虑, 尤 其 是 那 些 受 到 偏 振 模 色 散 (PMD) 影 响 的 光 纤 系 统。 十 年 前,PMD 基 本 上 被 忽 视, 而 如 今 它 已 成 为 10 Gbit/s 系 统 设 计 中 的 一 个 主 要 问 题。 在 一 些 较 老 的 光 纤 设 备 中, 会 是 主 要 问 题, 并 可 能 完 全 阻 止 长 距 离 OC-192 的 传 输。

  现 在, 每 信 道 使 用 更 高 数 据 速 率 的 建 议 要 求 系 统 设 计 者 必 须 详 细 地 研 究 每 个 光 纤 跨 段, 对 每 段 进 行 不 同 的 设 计 并 逐 段 单 独 设 计 设 备 的 运 行。

  随 着 10 Gbit/s TDM 系 统 的 出 现, 不 再 可 能 把 已 安 装 好 的 设 备 看 作 对 数 据 速 率 是 不 敏 感 的。 色 散 效 应 的 重 要 性 在 SDH-64 上 比 SDH-16 要 大 16 倍。 没 有 某 种 形 式 的 色 散 补 偿,SDH-64、SONET OC-192 系 统 通 常 限 于 50-75 公 里 的 距 离。 到 最 近 为 止,TDM 唯 一 可 选 择 的 办 法 是 安 装 新 的 光 缆, 这 种 方 法 以 往 通 常 是 而 且 目 前 仍 然 是 昂 贵 的。

 

  DWDM:一 种 扩 展 带 宽 的 新 方 式
  Internet 的 逢 勃 发 展 几 乎 令 每 个 人 大 吃 一 惊, 包 括 许 多 负 责 传 送 该 业 务 的 通 信 公 司。 其 结 果 是, 带 宽 容 量 要 求 的 增 长 迅 速 超 过 了 TDM 能 满 足 它 们 的 能 力。 这 就 导 致 了 厂 商 利 用 以 前 被 忽 视 的 一 个 光 纤 特 性。 因 为 光 以 光 子 的 形 式 通 过 光 纤 是 不 要 求 空 间 的, 所 以 工 程 师 们 能 够 在 不 同 的 波 长 传 送 多 个 信 息 流, 每 个 波 长 都 可 同 时 通 过 光 纤。 这 个 过 程 称 作 波 分 复 用 式 WDM。 这 种 技 术 现 已 提 高 得 可 以 传 送 多 个 波 长 的 激 光, 每 个 波 长 间 的 间 隔 不 到 1 纳 米 (nm), 这 种 技 术 称 作 密 集 波 分 复 用 (DWDM)。

  最 普 通 的 WDM 系 统 使 用 光 纤 对, 一 根 用 于 发 送, 一 根 用 于 接 收。 但 也 有 双 向 系 统, 使 用 一 根 光 纤 处 理 两 个 方 向 传 输 的 信 号。 尽 管 从 事 研 究 的 科 学 家 们 早 就 知 道, 光 纤 能 够 同 时 传 送 多 个 波 长 的 信 息 流, 而 且 事 实 上, 它 所 具 有 的 极 限 容 量 实 际 上 是 无 限 制 的, 但 是 DWDM 也 只 是 由 于 Internet 的 缘 故 才 使 带 宽 要 求 激 增 而 变 得 必 不 可 少。 随 着 该 技 术 的 商 用 化, 诸 如 光 纤 布 喇 格 光 栅 等 领 域 中 工 艺 技 术 的 改 进 已 经 能 使 系 统 从 2 和 4 信 道 提 高 到 16 和 40 信 道。

  总 部 设 在 美 国 的 CIENA 公 司 已 成 为 DWDM 设 备 的 主 要 供 应 商, 它 第 一 个 推 出 16 信 道 系 统 (16 束 激 光 通 在 一 根 光 纤 中)。CIENA 公 司 的 多 波 1600 型 产 品 能 够 提 供 40 Gbit/s 系 统 (16 乘 2.5 Gbit/s 流)。 传 送 一 标 准 单 激 光 束 的 光 纤 可 在 普 通 的 STM-16 结 构 上 发 送 32,000 路 话 音 或 数 据 传 输, 但 是 使 用 16 信 道 DWDM 产 品 配 一 STM-16 接 口, 它 可 传 送 512,000 路。

 

  设 计 关 键 问 题
  最 初 的 设 计 关 键 问 题 是 要 将 16 部 不 同 波 长 发 射 机 的 信 号 合 并 并 放 大 而 进 入 一 根 光 纤 中。 最 佳 波 段 的 范 围 是 1530-1580nm。 然 而, 大 部 分 光 纤 是 为 1310nm 信 号 而 设 计 的, 但 可 以 将 多 个 信 号 变 到 1530-1580nm 范 围, 然 后 再 变 回 到 1310nm 范 围。CIENA 的 工 程 师 们 必 须 确 定 如 何 在 传 输 结 束 时 分 离 这 些 信 号, 将 它 们 送 到 各 个 检 测 器, 因 为 早 期 的 滤 波 技 术 在 这 方 面 碰 到 了 问 题。

  CIENA 公 司 的 回 答 是 研 制 一 种 称 作 光 纤 布 喇 格 光 栅 的 新 的 滤 波 元 件, 它 由 一 段 光 纤 组 成, 这 段 光 纤 的 折 射 率 通 常 通 过 紫 外 干 涉 图 的 照 射 而 被 永 久 性 地 改 变 了。 光 纤 光 栅 可 形 成 选 择 性 高 的 窄 带 滤 波 器, 它 的 作 用 类 似 一 面 镜 子。 比 任 何 其 它 光 技 术 所 提 供 的 波 长 选 择 性 都 要 好 得 多。 结 果 是 有 了 一 种 畅 通 的 方 法 把 信 号 从 光 纤 引 出 而 进 入 接 收 机。 掺 铒 光 纤 放 大 器 (EDFA) 的 研 制 对 这 一 过 程 同 样 也 是 至 关 重 要 的, 该 放 大 器 可 通 过 沿 线 路 串 接 新 的 光 子 而 在 光 纤 上 放 大 信 号。 这 使 信 号 无 需 昂 贵 的 再 生 器 (在 将 信 号 放 大 回 光 子 前 先 把 它 变 回 电 子) 就 能 放 大。 如 果 必 须 用 昂 贵 的 再 生 器 在 较 短 距 离 放 大 每 条 信 道 的 话,DWDM 就 远 不 能 适 用。

  英 国 大 东 电 报 局 曾 为 其 在 英 国 波 思 柯 诺 和 伦 敦 之 间 的 链 路 进 行 招 标, 这 条 链 路 是 WorldCom 公 司 所 承 建 的 GEMINI 横 跨 大 西 洋 光 纤 系 统 的 一 部 分。 当 CIENA 公 司 投 标 提 供 其 系 统 时,CIENA 公 司 又 作 了 进 一 步 的 改 进。 以 前,CIENA 公 司 总 是 使 用 30dB 放 大 器 覆 盖 有 4 个 跨 段 的 120 公 里 的 距 离, 但 这 不 能 符 合 大 东 电 报 局 关 于 DWDM 设 备 的 规 范, 这 个 规 范 规 定 应 不 使 用 再 生 器 就 能 达 到 整 个 从 波 思 柯 诺 到 伦 敦 550 公 里 距 离。 结 果 是 使 用 一 种 25dB 的 放 大 器, 最 多 能 将 9 个 这 种 放 大 器 连 成 一 串。

 

  为 DWDM 带 来 互 用 性
  25dB 放 大 器 将 成 为 CIENA 公 司 第 二 代 DWDM 系 统 — MultiWave Sentry (多 波 哨 兵) 的 一 个 重 要 特 点, 它 使 跨 段 有 可 能 增 加 到 1,000 公 里 而 无 需 再 生 器。

  SENTRY 还 给 DWDM 带 来 了 另 一 个 重 要 特 性。 它 使 DWDM 系 统 能 直 接 连 接 到 ATM 交 换 机 和 Internet 协 议 路 由 器/交 换 机, 而 不 需 要 SDH 或 SONET 多 路 复 用 器。 这 种 直 接 连 接 各 种 协 议 的 能 力 是 DWDM 的 明 显 优 势, 它 所 提 供 的 附 加 灵 活 性 使 该 技 术 更 能 为 大 家 所 接 受。 对 DWDM 系 统 同 样 重 要 的 是 CIENA 公 司 率 先 研 制 了 光 插 分 复 用 器 (OADM)。 由 于 插 分 复 用 器 能 使 信 号 在 光 纤 路 由 上 插 入 或 分 支, 为 网 络 结 构 增 加 了 重 要 的 灵 活 性, 因 此 它 们 十 分 重 要。OADM 也 可 用 来 取 代 掺 铒 光 纤 放 大 器 (EDFA)。

  OADM 允 许 在 任 何 光 放 大 器 处 最 多 可 在 光 路 上 插 入 或 分 支 4 条 STM-16 (OC-48) 信 道, 而 不 阻 断 其 它 信 道。 它 们 有 三 种 类 型 的 光 信 道: 通 过 OADM 没 有 插 入 或 分 支 的 特 快 信 道。 在 OADM 处 分 支 所 选 信 道 的 分 支 信 道; 在 OADM 处 插 入 的 插 入 信 道。

  SENTRY 以 基 于 电 信 管 理 网 (TMN) 的 网 络 单 元 管 理 系 统 为 特 点。 除 16 条 业 务 信 道 外, 还 有 第 17 条 信 道, 提 供 路 由 上 网 络 单 元 间 的 通 信。 它 还 能 通 过 SONET/SDH 开 销 比 特 (B1 字 节) 找 出 误 码 和 传 输 故 障 的 位 置, 并 将 此 信 息 报 告 给 网 络 管 理 系 统。SENTRY 还 能 使 用 SONET/SDH 开 销 比 特 中 的 J0 段 跟 踪 字 节 来 检 测 信 号 选 路 中 的 差 错。

 

  市 话 局 中 的 DWDM
  到 目 前 为 止,DWDM 产 品 的 目 标 一 直 是 满 足 不 断 增 长 的 中 继 容 量 要 求, 然 而, 最 近 市 话 局 也 在 抱 怨, 他 们 的 带 宽 也 快 用 光 了; 他 们 面 临 着 与 长 途 局 同 样 的 一 些 问 题, 包 括 安 装 新 光 纤 (这 意 味 着 土 建 工 程) 的 成 本 极 为 昂 贵 这 样 一 个 事 实。 高 速 TDM 在 本 地 应 用 中 还 有 插 入 和 分 支 的 业 务 量 较 少 的 问 题。

  难 题 是 要 降 低 DWDM 的 成 本, 只 有 这 样, 短 途 应 用 才 能 承 受 得 起。 CIENA 公 司 以 两 种 产 品 来 应 战: 多 波 萤 火 虫 (MultiWave Firefly) 和 多 波 地 铁 (MultiWave Metro)。 这 些 系 统 中 应 用 了 多 种 降 低 成 本 的 技 术, 最 重 要 的 是 系 统 不 需 要 光 放 大 器。

  Firefly 产 品 本 年 度 可 供 商 用, 为 经 营 公 司 提 供 在 最 长 为 65 公 里 的 一 条 光 纤 上 传 送 24 个 信 道 的 能 力。 通 过 扩 展 信 道 数, 其 能 力 可 提 高 到 60 Gbit/s (24×2.5 Gbit/s)。Firefly 像 SENTRY 一 样, 能 与 传 统 的 SDH/SONET 接 口, 或 者 直 接 与 载 送 ATM 或 快 速 ip 业 务 的 设 备 接 口。Metro 产 品 目 前 正 在 研 制 之 中, 它 将 提 供 局 间 环 和 宽 带 本 地 环 路 业 务 用 的 系 统。

 

  以 DWDM 为 中 心 的 网 络 结 构
美 国 和 其 它 地 方 的 主 要 DWDM 厂 商 都 认 识 到,DWDM 将 在 网 络 结 构 的 发 展 中 起 中 坚 作 用;CIENA 公 司 产 品 将 以 多 波 核 心 结 构 为 基 础, 这 是 一 种 基 于 分 组 和 信 元 交 换 并 带 有 SONET、ATM 和 IP 短 距 离 接 口 的 以 DWDM 为 中 心 的 结 构。 它 用 Firefly 和 Metro 连 接 SENTRY 而 形 成 一 个 无 缝 隙 网 络, 这 种 网 络 将 克 服 既 有 网 络 中 长 途 和 短 途 瓶 颈 的 烦 恼。 有 了 这 种 结 构, 各 大 型 商 业 机 构 可 以 有 他 们 自 己 的 波 长, 他 们 可 以 使 用 这 些 波 长 在 不 同 的 场 址 间 安 全 可 靠 地 发 送 业 务。 结 果 将 是, 明 天 的 网 络 远 比 今 日 的 网 络 安 全 可 靠 和 经 济 高 效。

史 黛 芬·亚 历 山 大,传 送 产 品 业 务 副 总 经 理,Ciena 公 司,美 国 马 里 兰 州

摘自《中国通讯网》