一、DWDM技術(shù)的產(chǎn)生背景

　　1、光網(wǎng)絡(luò)復(fù)用技術(shù)的發(fā)展

　　通信網(wǎng)絡(luò)中，包括多種傳輸媒介，如雙絞線、同軸線、光纖、無線傳輸。其中，光纖傳輸?shù)奶攸c(diǎn)是傳輸容量大、質(zhì)量好、損耗小、保密性好、中繼距離長等。

　　隨著信息時(shí)代寬帶高速業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，不但要求光傳輸系統(tǒng)向更大容量、更長距離發(fā)展，而且，要求其交互便捷。因此，在光傳輸系統(tǒng)中引入了復(fù)用技術(shù)。所謂復(fù)用技術(shù)是指利用光纖寬頻帶、大容量的特點(diǎn)，用一根光纖或光纜同時(shí)傳輸多路信號(hào)。在多路信號(hào)傳輸系統(tǒng)中，信號(hào)的復(fù)用方式對(duì)系統(tǒng)的性能和造價(jià)起著重要作用。

　　光纖傳輸網(wǎng)的復(fù)用技術(shù)經(jīng)歷了空分復(fù)用（SDM）、時(shí)分復(fù)用（TDM）到波分復(fù)用（WDM）三個(gè)階段的發(fā)展。

　　SDM技術(shù)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、實(shí)用，但必須按信號(hào)復(fù)用的路數(shù)配置所需要的光纖傳輸芯數(shù)，投資效益較差；TDM技術(shù)的應(yīng)用很廣泛，如PDH、SDH、ATM、IP都是基于TDM的傳輸技術(shù)，缺點(diǎn)是線路利用率較低；WDM技術(shù)在1根光纖上承載多個(gè)波長（信道），使之成為當(dāng)前光纖通信網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容的主要手段。

　　在過去20年里，光纖通信的發(fā)展超乎了人們的想象，光通信網(wǎng)絡(luò)也成為現(xiàn)代通信網(wǎng)的基礎(chǔ)平臺(tái)。光纖通信系統(tǒng)經(jīng)歷了幾個(gè)發(fā)展階段，從70年代末的PDH系統(tǒng)，90年代中期的SDH系統(tǒng)，以及近來風(fēng)起云涌的DWDM系統(tǒng)，乃至將來的智能光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，光纖通信系統(tǒng)自身正在快速地更新?lián)Q代。

　　波分復(fù)用技術(shù)從光纖通信出現(xiàn)伊始就出現(xiàn)了，80年代末、90年代初，AT&T貝爾實(shí)驗(yàn)室的厲鼎毅（T.Y.Lee）博士大力倡導(dǎo)波分復(fù)用（DWDM）技術(shù)，兩波長WDM（1310／1550nm）系統(tǒng)80年代就在美國AT&T網(wǎng)中使用，速率為2×1.7Gb／s。但是到90年代中期，WDM系統(tǒng)發(fā)展速度并不快，主要原因在于：

　　（1）TDM（時(shí)分復(fù)用）技術(shù)的發(fā)展，155Mb／s-622Mb／s-2.5Gb／s TDM技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在2.5Gb／s系統(tǒng)以下（含2.5Gb／s系統(tǒng)），系統(tǒng)每升級(jí)一次，每比特的傳輸成本下降30％左右。正由于此，在過去的系統(tǒng)升級(jí)中，人們首先想到并采用的是TDM技術(shù)。

　　（2）波分復(fù)用器件還沒有完全成熟，波分復(fù)用器／解復(fù)用器和光放大器在90年代初才開始商用化。

　　DWDM發(fā)展迅速的主要原因在于：

　　（1）TDM10Gb／s面臨著電子元器件的挑戰(zhàn)，利用TDM方式已日益接近硅和鎵砷技術(shù)的極限，TDM已沒有太多的潛力可挖，并且傳輸設(shè)備的價(jià)格也很高。

　　（2）已敷設(shè)G.652光纖1550nm窗口的高色散限制了TDM10Gb／s系統(tǒng)的傳輸，光纖色度色散和偏振模色散的影響日益加重。人們正越來越多地把興趣從電復(fù)用轉(zhuǎn)移到光復(fù)用，即從光域上用各種復(fù)用方式來改進(jìn)傳輸效率，提高復(fù)用速率，而WDM技術(shù)是目前能夠商用化最簡(jiǎn)單的光復(fù)用技術(shù)。

　　（3）光電器件的迅速發(fā)展。1985年英國南安普頓大學(xué)首先研制出摻餌光纖放大器。1990年，比瑞利(Pirelli)研制出第一臺(tái)商用光纖放大器（EDFA），EDFA的成熟和商用化，使WDM技術(shù)長距離傳輸成為可能。

　　從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的角度，DWDM技術(shù)是目前最經(jīng)濟(jì)可行的擴(kuò)容技術(shù)手段。

　　2、光通信發(fā)展的三個(gè)階段

　　傳統(tǒng)的光纖傳輸技術(shù)，經(jīng)歷了準(zhǔn)同步數(shù)字體系（PDH）、同步數(shù)字體系（SDH），和波分復(fù)用（WDM）三個(gè)階段，如圖1所示。

　　圖1  光通信發(fā)展的三個(gè)階段

　　以下將簡(jiǎn)要介紹PDH、SDH到DWDM的發(fā)展過程，以及各種技術(shù)的接口規(guī)范。

　　2.1 PDH

　　早期的光傳輸系統(tǒng)采用準(zhǔn)同步數(shù)字體系PDH，是在原有模擬電話網(wǎng)的基礎(chǔ)上引入PCM（脈沖編碼調(diào)制）數(shù)字傳輸技術(shù)發(fā)展起來的，采用比特填充和碼位交織的方法將低速率等級(jí)的信號(hào)復(fù)合成高速信號(hào)。

　　PDH系統(tǒng)的基群信號(hào)采用同步時(shí)分復(fù)用方式，其他高次群的復(fù)用均采用準(zhǔn)同步（或稱異步）的時(shí)分復(fù)用方式。

　　PDH系統(tǒng)包括歐洲、北美和日本3個(gè)地區(qū)性的速率等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，如表所示。

　　表 1.1 1 PDH碼速率

　　從20世紀(jì)70年代初期至80年代，PDH系統(tǒng)和設(shè)備在數(shù)字網(wǎng)中獲得大規(guī)模的推廣應(yīng)用。但是隨著光纖通信技術(shù)的發(fā)展，以及用戶對(duì)通信業(yè)務(wù)需求的增加，PDH的弱點(diǎn)也越來越明顯。

　　（1）3種速率標(biāo)準(zhǔn)互不兼容，不利于國際互通的發(fā)展。

　　（2）沒有世界性的標(biāo)準(zhǔn)光接口規(guī)范。各個(gè)廠家自行開發(fā)的專用光接口互不兼容，限制了聯(lián)網(wǎng)的靈活性，增加網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性和運(yùn)營成本。

　　（3）PDH是建立在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸基礎(chǔ)上的復(fù)用結(jié)構(gòu)。只支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸，無法滿足復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)。

　　（4）運(yùn)行、管理和維護(hù)必須依靠人工的數(shù)字信號(hào)交叉連接和停業(yè)務(wù)測(cè)試進(jìn)行，無法滿足現(xiàn)代通信網(wǎng)對(duì)監(jiān)控和網(wǎng)管的需求。

　　（5）隨著速率的增加，采用PDH技術(shù)實(shí)現(xiàn)高次群復(fù)用的難度明顯增大，不能適應(yīng)光纖數(shù)字通信大容量超高速率傳輸發(fā)展的需要。

　　2.2 SDH

　　20世紀(jì)80年代中期，由美國貝爾通信研究所提出了同步光網(wǎng)絡(luò)（SONET）的概念。1988年，原CCITT（ITU-T的前身）接受了SONET的概念，形成了世界統(tǒng)一的傳輸網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并重新命名為同步數(shù)字體系（SDH）。

　　SDH信號(hào)采用同步復(fù)用方式和靈活的復(fù)用映射結(jié)構(gòu)。各種不同等級(jí)的碼流在幀結(jié)構(gòu)凈負(fù)荷內(nèi)規(guī)律排列，凈負(fù)荷與網(wǎng)絡(luò)同步，只需借助相應(yīng)軟件，即可使高速信號(hào)一次直接分插出低速支路信號(hào)，也就是所謂的一步解復(fù)用特性。

　　SDH系統(tǒng)的速率規(guī)范如表所示。

　　表 1.1 2 SDH信號(hào)等級(jí)

　　SDH規(guī)范了數(shù)字信號(hào)的幀結(jié)構(gòu)、復(fù)用方式、傳輸速率等級(jí)、接口碼型特性，提供了一個(gè)國際支持框架，在此基礎(chǔ)上發(fā)展并建成了一種靈活、可靠、便于管理的世界電信傳輸網(wǎng)。這種傳輸網(wǎng)易于擴(kuò)展，適于新電信業(yè)務(wù)的開展，并且使不同廠家生產(chǎn)的設(shè)備互通成為可能。SDH設(shè)備的光接口符合ITU-T G.957和ITU-T G.691建議，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)工作中心波長沒有特別規(guī)定。

　　但是，當(dāng)傳輸速率超過10Gbit/s后，系統(tǒng)色散等不良影響將加重長距傳輸?shù)碾y度，同時(shí)，SDH系統(tǒng)是基于單波長的時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)，單波長傳輸無法充分利用光纖的巨大帶寬，因此，在骨干網(wǎng)，引入了WDM技術(shù)，極大的擴(kuò)大了光纖的傳輸容量。

　　2.3 WDM

　　WDM又叫波分復(fù)用技術(shù)，是新一代的超高速的光纜技術(shù)，所謂波分復(fù)用技術(shù)，就是在單一光纖內(nèi)同步傳輸多個(gè)不同波長的光波，讓數(shù)據(jù)傳輸速度和容量獲得倍增，它充分利用單模光纖的低損耗區(qū)的巨大帶寬資源，采用合波器，在發(fā)送端將不同規(guī)定波長的光載波進(jìn)行合并，然后傳入單模光纖。在接收部分將再由分波器將不同波長的光載分開的復(fù)用方式，由于不同波長的載波是相互獨(dú)立的，所以雙向傳輸問題，迎刃而解。根據(jù)不同的波分復(fù)用器（分波器，合波器X可以復(fù)用不同數(shù)量的波長。

　　通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不同，每個(gè)波長之間的間隔寬度也有不同。按照通道間隔的不同，WDM可以細(xì)分為CWDM（稀疏波分復(fù)用）和DWDM（密集波分復(fù)用）。CWDM的信道間隔為20nm，而DWDM的信道間隔從0.4nm 到1.2nm，所以相對(duì)于DWDM，CWDM稱為稀疏波分復(fù)用技術(shù)。

　　3、DWDM在傳輸網(wǎng)中的定位

　　DWDM是一種能在一根光纖上同時(shí)傳送多個(gè)攜帶有信息（模擬或數(shù)字）的光載波，可以承載SDH業(yè)務(wù)、IP業(yè)務(wù)、ATM業(yè)務(wù)。只需通過增加波長（信道）實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)容的光纖通信技術(shù)。它將幾種不同波長的光信號(hào)組合（復(fù)用）起來傳輸，傳輸后將光纖中組合的光信號(hào)再分離開（解復(fù)用），送入不同的通信終端，即在一根物理光纖上提供多個(gè)虛擬的光纖通道，我們也可以稱之為虛擬光纖。DWDM在系統(tǒng)中的位置如圖2所示。

　　圖2  DWDM在系統(tǒng)中的位置

　　二、WDM的相關(guān)定義

　　WDM 波分復(fù)用（WDM，Wavelength Division Multiplexing）是指，在1根光纖上承載多個(gè)波長（信道）系統(tǒng)，將1根光纖轉(zhuǎn)換為多條“虛擬”纖，每條虛擬纖獨(dú)立工作在不同波長上。由于WDM系統(tǒng)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性與有效性，使之成為當(dāng)前光纖通信網(wǎng)絡(luò)最廣泛使用的光波復(fù)用技術(shù)。

　　WDM通常有3種復(fù)用方式，即1310nm和1550nm波長的波分復(fù)用、粗波分復(fù)用（CWDM）和密集波分復(fù)用（DWDM）。

　　（1）1310 nm和1550 nm波長的波分復(fù)用

　　這種復(fù)用技術(shù)在20世紀(jì)70年代初時(shí)僅用兩個(gè)波長：1310nm窗口一個(gè)波長，1550nm窗口一個(gè)波長，利用WDM技術(shù)實(shí)現(xiàn)單纖雙窗口傳輸，這是最初的波分復(fù)用的使用情況。

　　（2）密集波分復(fù)用（DWDM）

　　簡(jiǎn)單的說，DWDM技術(shù)是指相鄰波長間隔較小的WDM技術(shù)，工作波長位于1550nm窗口。可以在一個(gè)光纖上承載8~160個(gè)波長。主要應(yīng)用于長距離傳輸系統(tǒng)。

　　圖3  DWDM系統(tǒng)示意圖

　　（3）粗波分復(fù)用（CWDM）

　　CWDM技術(shù)是指相鄰波長間隔較大的WDM技術(shù)，相鄰信道的間距一般大于等于20nm，波長數(shù)目一般為4波或8波，最多18波。CWDM使用1200nm ~1700nm窗口。

　　CWDM采用非制冷激光器、無光放大器件，成本較DWDM低；缺點(diǎn)是容量小、傳輸距離短。因此，CWDM技術(shù)適用于短距離、高帶寬、接入點(diǎn)密集的通信應(yīng)用場(chǎng)合，如大樓內(nèi)或大樓之間的網(wǎng)絡(luò)通信。

　　1、DWDM基本概念

　　DWDM（Dense Wavelength Division Multiplexing）密集波分復(fù)用技術(shù)是在波長1550nm窗口附近，在EDFA能提供增益的波長范圍內(nèi)，選用密集的但相互又有一定波長間隔的多路光載波，這些光載波各自受不同數(shù)字信號(hào)的調(diào)制，復(fù)合在一根光纖上傳輸，提高了每根光纖的傳輸容量。這些光載波的波長間隔為0.4～2nm，如圖4所示。

　　圖4  DWDM載波波長間隔

　　DWDM設(shè)備通常由五部分組成，如圖5所示。

　　圖5  DWDM系統(tǒng)組成

　　2、DWDM的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)

　　（1）充分利用光纖的帶寬資源，傳輸容量巨大

　　DWDM系統(tǒng)中的各波長相互獨(dú)立，可透明傳輸不同的業(yè)務(wù)，如SDH、GbE、ATM等信號(hào)，實(shí)現(xiàn)多種信號(hào)的混合傳輸。如圖6所示，多個(gè)光信號(hào)通過采用不同的波長復(fù)用到一根光纖中傳輸，每個(gè)波長上承載不同信號(hào)，在一根光纖中傳輸，大大提高了光纖容量，極大的節(jié)約了光纖資源，降低線路建設(shè)成本。

　　圖6  DWDM傳輸容量巨大

　　（2）超長的傳輸距離

　　利用摻鉺光纖放大器（EDFA）等多種超長距傳輸技術(shù)，可以對(duì)DWDM系統(tǒng)中的各通路信號(hào)同時(shí)放大，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的長距傳輸。

　　DWDM的超長距傳輸

　　（3）平滑升級(jí)擴(kuò)容

　　由于DWDM系統(tǒng)中的每個(gè)波長通道透明傳輸數(shù)據(jù)，不對(duì)通道數(shù)據(jù)進(jìn)行任何處理，因此，擴(kuò)容時(shí)，只需增加復(fù)用光波長通路數(shù)即可，方便易行。

　　3、DWDM的發(fā)展趨勢(shì)

　　3.1 更高的通道速率

　　DWDM系統(tǒng)的通道速率由2.5Gbit/s發(fā)展到目前的10Gbit/s，基于40Gbit/s速率的系統(tǒng)已進(jìn)入商用階段。

　　3.2 更多波長復(fù)用數(shù)量

　　早期DWDM系統(tǒng)多用于8/16/32個(gè)波長，通道間隔為100GHz，工作波長位于C波段。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，DWDM系統(tǒng)的工作波長可覆蓋C、L波段，間隔50GHz。如中興通訊的ZXWM M900設(shè)備，最高可提供160波的復(fù)用。

　　3.3 超長的全光傳輸距離

　　通過提高全光傳輸?shù)木嚯x，減少電再生點(diǎn)的數(shù)量，可降低建網(wǎng)的初始成本和運(yùn)營成本。

　　傳統(tǒng)的DWDM系統(tǒng)采用EDFA延長無電中繼的傳輸距離，目前，通過分布式拉曼放大器、超強(qiáng)前向糾錯(cuò)技術(shù)（FEC）、色散管理技術(shù)、光均衡技術(shù)以及高效的調(diào)制格式等，可從目前的600km左右擴(kuò)展到2000km以上。

　　3.4 從點(diǎn)到點(diǎn)WDM走向全光網(wǎng)絡(luò)

　　普通的點(diǎn)到點(diǎn)DWDM系統(tǒng)，主要由光終端復(fù)用器（OTM）組成，盡管有巨大的傳輸容量，但只提供了原始的傳輸帶寬，組網(wǎng)能力不靈活。隨著電交叉系統(tǒng)的不斷發(fā)展，節(jié)點(diǎn)容量的不斷擴(kuò)大，點(diǎn)到點(diǎn)組網(wǎng)顯然無法跟上網(wǎng)絡(luò)傳輸鏈路容量的增長速度。進(jìn)一步擴(kuò)容的希望轉(zhuǎn)向光節(jié)點(diǎn)，即光分插復(fù)用器（OADM）和光交叉連接器（OXC）。

　　通過OADM可構(gòu)成鏈型、環(huán)型光網(wǎng)絡(luò)。OADM設(shè)備控制不同波長信道的光信號(hào)傳至適當(dāng)?shù)奈恢茫⒖蓪?shí)現(xiàn)光層業(yè)務(wù)的保護(hù)和恢復(fù)。

　　OXC是下一代光通迅的路由交換機(jī)。在全光網(wǎng)絡(luò)中的主要功能包括：提供以波長為基礎(chǔ)的連接功能，光通路的波長分插功能，對(duì)波長通路進(jìn)行疏導(dǎo)以實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖基礎(chǔ)設(shè)施的最大利用率，實(shí)現(xiàn)在波長、波長組和光纖級(jí)上的保護(hù)和恢復(fù)。OXC設(shè)置于網(wǎng)絡(luò)上重要的匯接點(diǎn)，匯集各方不同波長的輸入，再將各路信號(hào)以適當(dāng)?shù)牟ㄩL輸出。通過OADM和OXC可組建更為復(fù)雜的環(huán)型網(wǎng)絡(luò)。在下一代IP Over DWDM的電信／網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中，OXC將有望以光信號(hào)傳送取代現(xiàn)有的電交換/路由的地位。

　　3.5 IP over DWDM技術(shù)的發(fā)展

　　Internet骨干網(wǎng)的帶寬增長迅猛，如果不采用DWDM技術(shù)，那么僅Internet的數(shù)據(jù)流量就可以占滿整個(gè)單波光纖系統(tǒng)的容量（目前，商用化單波長光纖系統(tǒng)的最大傳輸速率為40Gbit/s）。因此，IP over DWDM將是未來網(wǎng)絡(luò)通信的主要技術(shù)。