3.1什么是波分復(fù)用不管是PDH還是SDH，都是在一根光纖上傳送一個波長的光信號，這是對光纖巨大帶寬資源的極大浪費?？刹豢梢栽谝桓饫w中同時傳送幾個波長的光信號呢，就像模擬載波通信系統(tǒng)中有幾個不同頻率的電信號在一根電纜中同時傳送一樣？實踐證明是可以的。在發(fā)送端，多路規(guī)定波長的光信號經(jīng)過合波器后從一根光纖中發(fā)送出去；在接收端，再通過分波器把不同波長的光信號從不同的端口分離出來，如圖3?1?1所示。在一根光纖中傳送的相臨信道的波長間隔比較大的時候（比如為兩個不同的傳輸窗口），稱其為波分復(fù)用（WDM）；而在同一傳輸窗口內(nèi)應(yīng)用較多的波長時，就稱其為密集波分復(fù)用（DWDM）；平常所說的或所聽到的“波分”一般指的就是密集波分復(fù)用（DWDM）。實際系統(tǒng)中有雙纖雙向系統(tǒng)和單纖雙向系統(tǒng)。單纖雙向系統(tǒng)雖然能減少一半光器件和一半光纜，但技術(shù)難度較大，目前應(yīng)用雙纖雙向系統(tǒng)居多。圖3?1?1所示系統(tǒng)就是雙纖雙向系統(tǒng)。返回3.2波分復(fù)用系統(tǒng)對光纖的要求常見單模光纖有G.652、G.653、G.654、G.655幾種。我國大量鋪設(shè)的是G.652光纖，在1550nm傳輸窗口，它的色散系數(shù)比較大：17～20ps/（nm·km），適合速率不高的TDM信號和多波信號傳輸；G.653光纖主要鋪設(shè)在日本，1550nm窗口處，色散為“零”，非常適合傳輸高速率的TDM信號，但是不適合傳輸多波長信號，因為會有比較嚴重的四波混頻效應(yīng)；G.654光纖主要用于海底光纜中，衰減很??；G.655光纖色散系數(shù)比較小：在1550nm窗口處色散系數(shù)為4～6ps/（nm·km），色散不為“零”，可以有效抑制四波混頻效應(yīng)；另外，色散又不大，可以滿足高速率TDM的傳輸要求。在光纖的性能中，主要的指標是衰減系數(shù)和色散系數(shù)，兩者都限制了電再生距離的長短。大家對衰減都比較熟悉。色散積累的結(jié)果是信號脈沖在時域上展寬，嚴重時會影響接收機的接收。示意圖如圖3?2?1

所示。下一頁返回3.2波分復(fù)用系統(tǒng)對光纖的要求可見，因為色散，脈沖展寬，使得傳輸距離受到限制，再繼續(xù)傳輸下去，將出現(xiàn)連“1”信號，接收端無法識別。同時可以看到，對速率越高的信號，這種受限越厲害；對速率低的信號，影響不是很大，因為速率低的信號脈沖之間本來就拉得比較開（時間間隔大）。一般來說，在G.652光纖上，傳輸STM-16信號的時候，還不需要補償色散的積累，但在傳輸STM-64甚至更高速率的TDM信號的時候，補償就非常有必要了。在DWDM系統(tǒng)中，一般是通過加入色散補償光纖來補償色散積累的，因為這種技術(shù)已經(jīng)非常成熟?？傊?，目前最適合傳輸DWDM系統(tǒng)的光纖是G.655光纖，但在我國因為大量鋪設(shè)的是G.652尾纖，所以，在上10G及以上速率的信號時，需要用色散補償。上一頁返回3.3波分復(fù)用系統(tǒng)關(guān)鍵器件3.3.1分波/合波器件分波/合波器是波分設(shè)備必需的核心器件。DWDM傳輸和SDH傳輸最根本的區(qū)別也在于此：DWDM的復(fù)用和解復(fù)用都是在光層上進行的，而SDH盡管在站點間使用了光纖傳輸，但復(fù)用和解復(fù)用是在節(jié)點處O/E轉(zhuǎn)換后在電層上進行的。分波/合波器件有較大的插入損耗（插損），嚴重限制了信號的傳輸距離。所謂插損，在這里指的是規(guī)定波長的光信號通過分波/合波器后光功率的丟失。除了插損，還有個指標是我們比較關(guān)心的，就是最大插損差。對16/32波系統(tǒng)而言，針對每一波，有一個插入損耗，這16/32個插入損耗中的最大值與最小值之差即為最大插損差。對該指標的規(guī)范，主要從多波長系統(tǒng)光功率平坦來考慮，并且對合波器的要求要比對分波器的要求高，因為合波后的信號還需要長距離的傳輸，而分波后的信號會被馬上終結(jié)掉。對分波器，還有兩個指標非常重要：中心波長和隔離度。下一頁返回3.3波分復(fù)用系統(tǒng)關(guān)鍵器件合波器一般有耦合型、多層介質(zhì)模型和陣列波導(dǎo)型；16波系統(tǒng)中，一般是耦合型，它對波長不敏感。分波器一般為多層介質(zhì)模型和陣列波導(dǎo)型。陣列波導(dǎo)型分波/合波器件對溫度比較敏感，一般都要有溫控措施，保證分波中心不發(fā)生較大的偏移。3.3.2光源對用于波分系統(tǒng)的光源的兩個基本要求是：①光源有標準的、穩(wěn)定的光波長。波分復(fù)用系統(tǒng)使用的波長比較密集，要求標準，不僅是考慮橫向兼容性，也考慮到光纖的非線性效應(yīng)。ITU-T對波長有指標規(guī)范，目前的16波、32波系統(tǒng)的相鄰波之間的頻率差是100GHz（約0.8nm）。穩(wěn)定也是必需的，系統(tǒng)運行時，一個信道波長的偏移大到一定程度時，分波器將無法在接收端正確分離該信道，并且其相鄰信道的信號也會因為該信道的加入而受到損傷。上一頁下一頁返回3.3波分復(fù)用系統(tǒng)關(guān)鍵器件②光源需要滿足長距離傳輸要求。DWDM系統(tǒng)因為使用EDFA技術(shù)，使傳輸距離由SDH的50～60km變成500～600km。3.3.3摻鉺光纖放大器（EDFA）將放大器引入波分系統(tǒng)幾乎是必需的，目前用得最多的是EDFA。先來說說引入光放大器的必要性。以最常見的G.652光纖為例，其在1550nm窗口的典型衰減系數(shù)值是0.275dB/km，也就是說，在其上傳送的光信號幾乎每11km就要衰減一半，所以，再生距離比較大的時候，不僅需要放大，還可能需要多級放大。那么距離比較近的時候是否就不需要光放大器了呢？一般來說還是需要的，除非再生距離非常近并且接收機的接收靈敏度非常高。因為波分系統(tǒng)引入分波器、合波器的同時也引入了很大的插入損耗。上一頁下一頁返回3.3波分復(fù)用系統(tǒng)關(guān)鍵器件根據(jù)使用的場合和本身的特點，光放大器有功率放大器（BA，簡稱功放）、線路放大器（LA，簡稱線放）、預(yù)放大器（PA，簡稱預(yù)放）之分。BA也叫后置放大器，用在發(fā)送端，其作用主要是彌補合波器引入的插入損耗和提高信號的入纖光功率，它的特點是大光功率輸出，所以對它也有功率助推器的叫法；PA也叫后置放大器，用在接收端，作用是提高系統(tǒng)的接收靈敏度，它可以接收和識別較小功率的光信號；LA則多用在線路放大設(shè)備上，作用是彌補光信號在長距離線路上傳送引起的線路損耗，它的特點是增益比較大。實際DWDM系統(tǒng)中，可以用PA+BA的方式代替LA使用。進行功率放大的原理圖如圖3?3?1所示。上一頁下一頁返回3.3波分復(fù)用系統(tǒng)關(guān)鍵器件波分系統(tǒng)中的EDFA一般都是固定增益輸出，而不是固定功率輸出。需要注意的是，波分系統(tǒng)中的EDFA需對多個波長信號同時放大，為此，對其增益提出了兩個要求：①增益平坦，就是對一定波長范圍的光信號有幾乎相同的增益。如果幾個波長的光信號通過EDFA后，有些波長的光獲得比較大的增益，有些波長的光獲得比較小增益，就說這個EDFA對這幾個波長的光信號的增益是不平坦的。②增益鎖定，增益鎖定指的是上波和掉波不會影響正常通道的增益。如果系統(tǒng)中有兩個波長在使用，現(xiàn)在其中一波掉波，由于增益競爭，剩下一波的功率會突然變成原來的兩倍；假如現(xiàn)在再上一波，原來那波的光信號能量又降了下來。這種增益突變的情況是不允許出現(xiàn)的，因為不允許因為升級（上波）去影響原來已有的業(yè)務(wù)，也不允許因為其中的一波斷業(yè)務(wù)（掉波）而影響其他波長的業(yè)務(wù)，即使這種影響是短暫的。所以增益鎖定同樣是必需的。上一頁下一頁返回3.3波分復(fù)用系統(tǒng)關(guān)鍵器件增益平坦和增益鎖定示意圖如圖3?3?2所示。光監(jiān)控信道的引入也是必需的，至少有兩個理由：①如果利用SDH的開銷字節(jié)，那么利用哪一路SDH信號呢？況且如果上波分的業(yè)務(wù)不是SDH信號，而是其他類型的業(yè)務(wù)呢？可見還是單獨利用一個信道來管理DWDM設(shè)備方便。②在線路放大設(shè)備（接下來的內(nèi)容有對此設(shè)備的介紹）上對業(yè)務(wù)信號進行光放大，信號只有O/O的過程，沒有電的接入，根本無法監(jiān)控。從這點來看，也可以說明引入監(jiān)控信道的必要性。ITU-T建議中還規(guī)定了光監(jiān)控信道的速率——2Mb/s，碼型——CMI（于是線路速率是4Mb/s），有這樣低速率的光信號，接收端的接收靈敏度可以做得很高，ITU-T規(guī)范其需要小于-48dBm。這樣就不會因為OSC的功率問題而限制站點距離。上一頁返回3.4光監(jiān)控信道（OSC）在SDH系統(tǒng)中，對系統(tǒng)的管理和監(jiān)控可以通過SDH幀結(jié)構(gòu)中的開銷字節(jié)來處理。在波分系統(tǒng)中怎樣來管理和監(jiān)控系統(tǒng)中的每個網(wǎng)元呢？波分系統(tǒng)有很多波長在系統(tǒng)中傳送，可以再加上一波專用于對系統(tǒng)的管理，這個信道就是所謂的光監(jiān)控信道（OSC）。光監(jiān)控信道的引入也是必需的，至少有兩個理由：①如果利用SDH的開銷字節(jié)，那么利用哪一路SDH信號呢？況且如果上波分的業(yè)務(wù)不是SDH信號，而是其他類型的業(yè)務(wù)呢？可見還是單獨利用一個信道來管理DWDM設(shè)備方便。②在線路放大設(shè)備（接下來的內(nèi)容有對此設(shè)備的介紹）上對業(yè)務(wù)信號進行光放大，信號只有O/O的過程，沒有電的接入，根本無法監(jiān)控。從這點來看，也可以說明引入監(jiān)控信道的必要性。下一頁返回3.4光監(jiān)控信道（OSC）按照ITU-T的建議，DWDM系統(tǒng)的光監(jiān)控信道應(yīng)該與主信道完全獨立，于是建議中的三個監(jiān)控信道波長—1310nm、1480nm和1510nm都在EDFA的工作范圍之外。主信道與監(jiān)控信道的獨立在信號流向上表現(xiàn)得也比較充分。需要指出的是，光監(jiān)控信道并不是DWDM系統(tǒng)本身所必需的，可實際應(yīng)用中，它卻是必需的，因為引入DWDM系統(tǒng)這樣的高速率傳輸設(shè)備卻不去監(jiān)控和管理它幾乎是不可能的。加入光監(jiān)控信道的DWDM系統(tǒng)如圖3?4?1所示。上一頁返回3.5DWDM的應(yīng)用方式前面說到傳統(tǒng)的2.5G的SDH信號是滿足G.957規(guī)范的光信號，而應(yīng)用于DWDM系統(tǒng)的光信號需滿足G.692規(guī)范。所以，SDH信號上波分之前需要進行光信號的轉(zhuǎn)換，在下DWDM系統(tǒng)時再轉(zhuǎn)換成G.957信號，如圖3?5?1所示。非G.692信號上波分需要一個波長轉(zhuǎn)換單元（OTU），將非G.692信號轉(zhuǎn)換為G.692信號后再去合波，它的主要功能是“波長轉(zhuǎn)換”。在接收端，一般也需要一個OTU將信號還原，不過這種還原倒不是必需的，收端的這個OTU的主要功能是“再生”，而不是“波長轉(zhuǎn)換”。下一頁返回3.5DWDM的應(yīng)用方式需要再生是因為波分系統(tǒng)中的光信號一般都經(jīng)過了EDFA的多級放大，累積了大量噪聲，光信噪比（OSNR）比較低，一般的SDH對這種噪聲比較敏感。在發(fā)端收端都使用了OTU的應(yīng)用形式，稱為“開放式應(yīng)用”；有些SDH設(shè)備（或路由器等）輸出光口提供G.692信號，這個時候沒有必要再加上OTU，這種應(yīng)用形式稱為“集成式應(yīng)用”；在EDFA使用個數(shù)不多，信噪比下降不是太厲害的情況下，發(fā)端使用了OTU，收端不需要OTU，這種使用形式稱為“半開放式應(yīng)用”。開放式系統(tǒng)的突出特點是橫向兼容性好，缺點是較大幅度地增加了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的成本。不過網(wǎng)絡(luò)運營商一般還是更傾向于采用開放式的DWDM系統(tǒng)，因為開放式應(yīng)用能夠做到SDH與DWDM這兩個不同網(wǎng)絡(luò)層次的設(shè)備在網(wǎng)管系統(tǒng)上徹底分開。（注：OTU需要納入波分系統(tǒng)的網(wǎng)管系統(tǒng)中管理。）上一頁返回3.6DWDM網(wǎng)絡(luò)單元按照在網(wǎng)絡(luò)中的作用，并參照SDH網(wǎng)絡(luò)單元的概念，DWDM系統(tǒng)網(wǎng)元可以分為光終端復(fù)用器（OTM）、光分插復(fù)用器（OADM）、光線路放大器（OLA）和再生中繼器（REG）等多種。其邏輯功能如圖3?6?1所示。OTM設(shè)備把SDH等業(yè)務(wù)信號通過合波單元插入DWDM的線路上去，同時經(jīng)過分波單元從DWDM線路上分下來；OADM和OTM的差別是在線路上還有通道的穿通；需要說明的是，因為價格和集成度因素，OTM和OADM在目前一般都還只能做到靜態(tài)波長上下，不像SDH網(wǎng)元的TM和ADM能夠做到對線路中各通道的任意選擇上下。OLA設(shè)備對線路上的光信號的功率進行放大；REG的主要功能是對每個通道信號的再生。一般來說，光信號通過OLA后信號質(zhì)量變差了，而通過REG后信號質(zhì)量變好了。返回3.7DWDM的組網(wǎng)形式DWDM的常見組網(wǎng)形式是鏈形和環(huán)形，如圖3?7?1所示。環(huán)形組網(wǎng)的情況相對比較少，點對點的鏈形組網(wǎng)是最主要的組網(wǎng)方式。實際網(wǎng)絡(luò)中的組網(wǎng)看上去會很復(fù)雜，特別是DWDM和SDH聯(lián)合組網(wǎng)時，可以組成非常靈活的網(wǎng)絡(luò)。但最基本的網(wǎng)絡(luò)拓撲還是鏈形結(jié)構(gòu)的，許多的長鏈或者環(huán)都是由這個最基本的拓撲構(gòu)建成的，如圖3?7?2所示。返回3.8DWDM的優(yōu)點DWDM系統(tǒng)是“全光”傳輸?shù)牡谝徊剑兄篮玫陌l(fā)展前景。和SDH相比較，不難發(fā)現(xiàn)DWDA有如下