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DWDN技术的进展

2/14/2005来源:光纤通信人气:13865

DWDN技术的进展(吴德明) 1波分复用(WDM)技术 波分复用技术指在一芯光纤中同时传输多个不同光波波长信道的技术。一芯光纤传 输一个光波波长信道的系统,由于“电子瓶颈”的限制,系统的通信容量不可能有很大 的增长。采用波分复用技术,不同的波长信道可以同时在一芯光纤中传输,使通信容量 成倍或数十倍、数百倍地增长,以满足日益增长的信息传输需求。在波分复用技术研究 初期,人们将1.3 μm和1.55μm的波长信道复用到一芯光纤中传输,这是最简单的波分 复用,或称作粗波分复用。此复用方案中,一芯光纤只能传输两个波长信道,即通信容 量增长一倍。 为了更充分利用光纤低损耗带宽,并利用光纤放大器(EDFA)同时放大所有波长信 道,人们又提出了密集波分复用技术(DWDM)。DWDM技术指在当前1.55μm波段密集放置 更多信道,同时在一芯光纤中传输。在ITU-T建议标准中,规定信道间隔为100GHz的整 数倍(100、200、300和400GHz等,即波长间隔为0.8、1.6、2.4和3.2nm)。现在,人们 已不满意这样的密集度,试验采用50和33.3GHz的信道间隔,甚至更窄,力求更充分地利 用光纤的可用带宽。DWDM的发展趋势将是波段的进一步扩展(现在是C波段,将来会发展 到L和S波段),信道间隔进一步减小,即传输容量进一步加大。 2 DWDM技术发展迅速. 当前,全球通信业务量迅速增长,因特网发展尤其迅猛,对通信系统传输容量的要 求越来越高。据报道,全世界因特网和数据业务每年增长1000以上。1999年,我国因特 网用户每半年翻一番。 增加光纤通信系统传输容量的途径有:(1)提高单个信道的比特率;(2)增加单 芯光纤的信道数;(3)增加光缆中光纤芯数。第一种方法受“电子瓶颈”的限制,且光 时分复用(OTDM)技术还不成熟,色散问题也不易解决;第三种方法成本较高;第二种 方法(DWDM技术)则是当前增加通信系统传输容量的最好办法。同时,单个信道的比特 率也在逐步增加。 3 DWDM技术的进展 1995年之前,人们对DWDM技术的看法并不一致,甚至认为用提高单路比特率的办法 (包括OTDM技术)就可满足提高通信容量的要求。但电复用技术遇到“电子瓶颈”限制, 而OTDM不易实用化,才使DWDM技术得以发展。 1996年3月,美国AT&T的8信道DWDM系统首次投入运营。1996~1998年,DWDM系统数 量迅猛增加,成本(包括器件价格)迅速下降。1998年, DWDM系统市场的全球增长率为 32%,系统数量增长98%,达4000套。预计未来 5年中, DWDM系统市场全球增长率为每 年23%。在许多实验室,通信容量达Tb/s的系统已研制成功。 下面仅以OFC’2000会议报道的Tb/s系统.举例介绍: (1)朗讯Bell实验室报道的系统1: 总传输容量:3.28Gb/s(82×40Gb/s) 传输距离: 3×100km 波长范围:C波段(530.7~1561.8nm),4Och. L波段 (157.42~1604.88nm),42ch. 信道间隔:100GHz 光纤:TrueWave fibe(TW),低色散斜率 光放大:混合的喇曼放大器 EDFA放大器几波段和C波段) 色散补偿:高色散斜率DCF(HS-DCF) (2) N EC报道的系统: 总传输容量:3.2Tb/s(160×20Gb/ s) 传输距离:1500km(环路实验) 波长范围:1.55μm带80ch(1529.0~1562.0nm) 1.58μm带80ch.(157.4~1602.0nm) 信道间隔:1.4nn。 光纤: SMF(常规单模光纤)十负色散光纤 光放大:混合的1.55/1.58μm EDFA放大器 色散补偿:很平坦的色散管理传输 (3)Tyco报道的系统: 总传输容量:1.8Tb/s(180×10Gb/s),FEC 传输距离:7000km(135×38km环路实验) 信道间隔:头22ch.0.4nm 后158ch.0.21nm(0.4(bit/s)/Hz) 光纤:增益平坦光纤 光放大:EDFA(43nmC波段) 色散补偿:±17ps/nm/km@1550nm补偿 (4)NTT报道的系统: 总传输容量:1.2Tb/s (30×42.7Gb/sETDM),FEC, CS-RZ 传输距离:375km(~3×125km) 波长范围: 1560.6~1609.19nm 信道间隔:200GHz 光纤:零色散平坦光纤(ZDF) 光放大:蹄基质EDFA(EDTFA) 色散补偿:SMF(常规单模光纤)+ RDF(色散相反光纤) (5)朗讯Bell实验室报道的系统2: 总传输容量:10×100Gb/s 传输距离:125、132和140km(-400km) 波长范围:1570.9~1591.6nm 信道间隔:25GHz 光纤:NZDSF(非零色散位移光纤) 光放大:RA(喇曼放大)+ L波段 EDFA 色散补偿:NFDSF+DCF(色散补偿光纤,-347ps/nm@1550nm) (6)FuJitsu报道的系统: 总传输容量:128×10.66Gb/S,FEC 传输距离:840km(6×140km) 波长范围:1535.82~1561.01nm 1573.30~1599.75nm 信道间隔:50GHz 光纤: SMF 光放大:EDFA+ DCF+ EDFA(线路放大器) 色散补偿:SMF+DCF 从总体上说,DWDM技术的发展还表现在:(1)1996~1998年发展的DWDM系统主 要用于长途传输,目标是增加信道数(通信容量)和传输距离;(2)1999年开始, DWDM技术的应用向城域网发展,今后还将向接入网发展。DWDM技术越来越接近最终用 户;(3)当前DWDM技术发展的主要目标仍是增加系统的通信容量,但DWDM光传送网 (OTN)的研究越来越受到重视。 4DWDM技术的关键问题 (1)光纤技术的研究: 在过去标准单模光纤(G.652)、色散位移光纤(G.653)和非零色散位移光纤 (G.655)的基础上,朗讯推出了新型的全波光纤(all-wave fiber)。它消除了常 规光纤在1385nm附近由OH根离子造成的损耗峰,将损耗从原来的2dB/km降到0.3dB/km, 这使光纤的损耗在1310~1600nm都趋于平坦,极大拓宽了光纤的可用带宽。 (2)光纤放大器的研究 主要研究目标是增加光放大器的带宽: ·掺饵氟化物光纤放大器(EDFFA)可实现75nm的放大带宽,增益为18dB,增益 差别为±1.8dB; ·接约硫化物光纤放大器(EDTFA)带宽可达76nm,增益差别为±1dB; ·增益平移掺银光纤放大器(GS-EDFA)可控制掺饵光纤的粒子数反转程度,放 大1570~1600nm(L波段); ·EDFA研究的另一个问题是稳定可靠地工作,研究范围有:增益平坦、增益控制、 增益锁定以及EDFA的监控管理; ·最近比较引人注目的是光纤喇曼放大器的研究。石英光纤的喇曼增益谱宽达 40THz,主峰在13THz附近。利用这一特性,普通的石英光纤就可以用作宽带光放大器。 但受激喇曼效应的泵浦阈值较高,实现喇曼放大器的关键是高功率泵浦,如400mW。光 纤喇曼放大器的优点是:只要能得到所需的泵浦波长,就可以在任何波长处提供增益; 增益介质是传输光纤,可以制成分布式的放大器:噪声低。将喇曼放大器与EDFA组合起 来,可得到高于100nm以上带宽的光放大器。 (3)色散补偿和色散斜率补偿问题 色散问题本身并非波分复用所独有,目前已开发出多种色散补偿技术。在波分复用 系统中,由于光纤的色散斜率不为零,导致色散特性与波长有关,不同波长信道的色散 大小不一,这就给色散补偿技术带来新问题。好的色散补偿技术应同时补偿波分复用所 有波长信道不同大小的色散,即可以补偿色激斜率,或称高阶色散补偿。 (4)放大器的监测与控制技术的进展 由于实际通信系统各种参数会随时间、环境等外界因素的变动而变动,这就要求放 大器的工作点也相应改变,以达到最佳状态。这在超大容量系统中尤为重要。这些控制 内容包括输出功率控制、不同波长通道的增益均衡、增益动态控制。 (5)波分复用器和解复用器的进展 随着波分复用数不断增加和波长通道间隔不断减小,对DWDM复用、解复用器的要求 越来越高。它要求中心波长的稳定性高、带通特性平坦、对其它通道的抑制能力高和滚 降特性陡峭等。实现DWDM复用、解复用的技术通常有阵列波导光栅(AWG)、光纤光栅 (FBG)、体光栅和其它干涉型滤光器件(多层介质膜滤波器)。 5 DWDM技术的发展趋势 (1)提高单路比特率和增加信道数并重,最终目标是实现1~10Tb/ S的DWDM系统; (2)实现Tb/s系统的方案之一是OTDM与DWDM相结合; (3)双向DWDM系统已经出现,并将得到一定的发展; (4)DWDM技术正在向城域网发展,在不远的将来还可能向接入网发展; (5)利用DWDM技术可以建设更大容量的光传送网(OTN)。 当前DWDM技术是光纤通信系统扩容的最佳方案,扩容潜力巨大,将来可与OTDM结合, 满足日益增长的通信系统扩容需求。DWDM技术在光网络上的应用同样具有很大潜力。 摘自《电信快报》