密集波分复用技术的应用及发展

由于市场需求和技术的牵引作用，密集波分复用技术从９０年代中期商用化以来取得了惊人的飞速发展。到目前为止，商用密集波分复用系统的最大传输容量已达４００Ｇｂｉｔ／ｓ，而实验室水平的最大传输容量达６．４Ｔｂｉｔ／ｓ，最大波长数已超过１ ０００个。并且这些世界纪录正在以惊人的速率更新着，揭示了ＤＷＤＭ技术的巨大发展潜力。

１ ＤＷＤＭ技术的应用、发展及要解决的技术问题

    ＤＷＤＭ技术目前已成为骨干网建设的主要技术手段。ＤＷＤＭ技术在骨干网上的应用有以下特点和发展趋势：

（１）超大容量

   目前国内电信一级骨干网的建设一般已开始采用３２×２．５Ｇｂｉｔ／ｓ和３２×１０Ｇｂｉｔ／ｓ系统，而二级骨干网的建设一般也至少是１６×２．５Ｇｂｉｔ／ｓ以上的容量。在不久的将来每秒太比特级容量的ＤＷＤＭ系统将在网上实际应用。

（２）超长距离

    随着色散管理技术的逐步成熟和拉曼放大器等新技术的应用，ＤＷＤＭ系统无电中继传输距离可大大延伸，达到几千公里。将来有可能出现国家级的全光网，进一步简化业务调度和降低网络建设成本。

    ＤＷＤＭ技术在骨干网应用时主要需要解决的技术问题包括：

（１）超宽带光放大问题

    一般的掺铒光纤放大器（ＥＤＦＡ）在内插增益平坦滤波器后，增益带宽能达到３５ｎｍ左右，覆盖整个Ｃ波段频段（１ ５３０ｎｍ～１ ５６０ｎｍ），基本能满足４０个左右波长的放大需求。随着光纤和光电子技术的进步，Ｌ波段（１ ５７０ｎｍ～１ ６１０ｎｍ）即将商用，使光纤线路的容量再次倍增。为了减少非线性，采用拉曼分布放大技术与ＥＤＦＡ相结合是优选方案。因为拉曼放大器采用分布放大方式，可降低输入功率以减少非线性，并与ＥＤＦＡ互补而获得平坦的增益／波长特性。拉曼放大器具有宽带、极低噪声系数等优点，将在未来的ＤＷＤＭ传输技术中占据重要的地位。拉曼分布放大技术商用化的主要障碍是大功率泵浦源的获得，可喜的是目前１Ｗ左右的大功率半导体激光器已逐步实用化。

（２）色散管理问题

    对于２．５Ｇｂｉｔ／ｓ及其以下速率的应用，光纤及光器件的色散和偏振模色散影响较小，色散受限距离在几百公里以上。但是对１０Ｇｂｉｔ／ｓ及其以上速率应用，色散与偏振模色散的影响变得越来越严重，如在常规单模光纤中，１０Ｇｂｉｔ／ｓ系统的色散受限距离在几十公里，必须采用一定的色散补偿和管理技术。目前主要的色散补偿技术包括采用色散补偿光纤、长啁啾光纤光栅色散补偿模块、利用频谱反转技术等。采用新型的Ｇ．６５５光纤可大大减轻色散补偿的压力。宽带色散补偿问题和偏振模色散补偿问题是目前仍然需要研究解决的重大问题，尤其是偏振模色散补偿问题目前尚无较理想的解决方案。

（３）非线性效应的抑制

    由于非线性效应造成的信号失真是不可恢复性的，因此在ＤＷＤＭ系统中必须有效抑制非线性效应。目前抑制光纤非线性效应的办法有：采用大孔径光纤（如ＬＥＡＦ光纤），减小单位有效截面积内的平均光功率；采用非零色散光纤，抑制四波混频；进行网络优化设计，控制光纤中的总功率；优化波长通道配置，减小四波混频效应的影响；对信道进行扰码，减小互相位调制；优化码元波形和调制技术，减小自相位调制和频谱重叠等。ＤＷＤＭ系统仿真技术对于优化色散管理和非线性效应抑制问题具有重要的理论指导意义。

（４）光信噪比问题

    为了保证一定的误码率，在系统接收端必须保证一定的光信噪比。信道速率越高，对光信噪比的要求也越高。但由于非线性等的限制，放大器的输出功率不能无限制地增大以满足光信噪比的需求。拉曼分布放大技术和掺铒光纤放大技术结合可有效地提高系统的光信噪比指标。另外，采用前向纠错码技术（ＦＥＣ）可在保证同样误码率的同时，有效降低对光信噪比的要求。一般情况下，采用带内前向纠错码技术可等效提高光信噪比约２～３ｄＢ，而采用带外前向纠错码可等效提高光信噪比约５～６ｄＢ。

２ 密集波分复用技术在城域网的应用

    随着数据业务的迅速膨胀，ＤＷＤＭ技术在城域网中也获得越来越多的应用。当城域网需要更多的带宽时，ＤＷＤＭ已被证明是较铺设新光纤更廉价的替代方案。相对于骨干传输网，城域网在应用上有很多不同的特点，因此对于ＤＷＤＭ设备的要求也不同，主要表现在对组网能力、传输业务能力等要求的差异。

２．１ 城域网上ＩＰ业务的传输方式

    在不久的将来，在城域网上传送的业务将主要是ＩＰ业务。目前，常用的ＩＰ传送技术有３种，分别是ＩＰ ｏｖｅｒ ＡＴＭ、ＩＰ ｏｖｅｒ ＳＤＨ和ＩＰ ｏｖｅｒ ＤＷＤＭ。

    相对而言，ＩＰ ｏｖｅｒ ＡＴＭ方式的优点是可以综合利用ＡＴＭ的速率快、容量大、多业务支持能力等优点以及ＩＰ的简单灵活、易扩充和统一性的特点，达到优势互补的目的。但其网络结构复杂、重复，且ＡＴＭ和ＩＰ都具有寻址、选路和流量控制功能，开销损失达２５％。在网络扩展性方面，ＡＴＭ的分段与组装（ＳＡＲ）功能将随着接口速率的增加而变得十分复杂，因而其速率不易提高。而ＩＰ ｏｖｅｒ ＳＤＨ方式省掉了ＡＴＭ层，保留了Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的无连接特征，简化了网络体系结构，提高了传输效率，降低了成本，易于兼容不同技术体系，是一种现实而高效的ＩＰ传送方式。但目前尚不适用于多业务平台，可扩展性不理想，只有业务分组，无优先级业务质量，尚不支持虚拟专用网（ＶＰＮ）和电路仿真。ＩＰ ｏｖｅｒ ＤＷＤＭ方式是一种最简单直接的体系，这种方案减少了网络设备；减少了功能重叠，简化了网管、特别是减少了网络配置的复杂性；把额外的开销降到最低限度，提高传输效率；通过业务量工程设计，可以与ＩＰ不对称业务量特性相匹配；还可利用光纤环路的保护光纤吸收突发业务，尽量避免缓存、减少延时。但对这种方案，ＩＰ层和ＷＤＭ层之间的适配、传输链路管理、如何保证业务质量等问题均有待进一步研究。

    目前ＩＴＵ－Ｔ正在讨论的数字包封（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｗｒａｐｐｅｒ）技术标准主要就是为了解决各种业务在波分复用（ＷＤＭ）层的适配、传输链路管理、业务质量保证等问题。

    由于Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的发展，这３种ＩＰ传送方式都会在网上应用并进一步发展。但由于ＩＰ ｏｖｅｒ ＤＷＤＭ方式无可比拟的体系简单、网络设备少、网管较简单、传输效率高等优点，ＩＰ ｏｖｅｒ ＡＴＭ、ＩＰ ｏｖｅｒ ＳＤＨ方式最终都将发展成为ＩＰ ｏｖｅｒ ＤＷＤＭ方式，并对现有电信网络体系带来深远的影响。

２．２ 城域网中ＤＷＤＭ应用的特点

    相对于骨干网上的应用，ＤＷＤＭ应用于城域网时有一些不同的特点，主要体现在以下几个方面：

（１）再生节点之间的距离较短

   再生节点间的距离一般为几十公里，甚至只有几公里。在实际的城域环境下，９０％以上的网络节点之间距离都在几十公里以内。为了降低系统成本，许多核心器件的某些性能指标的要求可以相对放宽，比如光放大器的增益平坦度、噪声系数；波分复用器的各通路插损的最大差异；激光器的色散容限等。距离很短时，甚至可以不用放大器。

（２）网络拓扑结构相对复杂

    相对于骨干网而言，城域网的网络结构将会复杂得多，多环相交、环套环等复杂网络拓扑结构会大量出现。为了实现灵活配置及基于光网络层的保护，应大量采用光分插复用（ＯＡＤＭ）设备。光网络层的保护方式包括光复用段保护和光通道保护等多种形式。

（３）承载业务类型多种多样

    城域网业务种类很多，而且不同的业务要求的速率和带宽也不相同，因此要求应用于城域网中的ＤＷＤＭ设备具有真正的开放性，可以直接传输不同格式和不同速率的业务信号，特别是ＩＰ业务。

目前ＤＷＤＭ技术在城域网上的应用尚属起步阶段，大规模应用尚需大力降低设备成本、研制成熟的ＯＡＤＭ设备。

３ 中兴通讯ＺＸＷＭ－３２ 系列ＤＷＤＭ系统简介

     深圳市中兴通讯股份有限公司在１９９５年即开始光传输设备的研发工作，早已正式推出了具有自主知识产权的ＺＸＷＭ－３２密集波分复用系列产品。

     ＺＸＷＭ－３２系统最大传输容量达３２×１０Ｇｂｉｔ／ｓ，可根据用户需要分别提供１０Ｇｂｉｔ／ｓ、２０Ｇｂｉｔ／ｓ、４０Ｇｂｉｔ／ｓ、８０Ｇｂｉｔ／ｓ、１６０Ｇｂｉｔ／ｓ直至３２０Ｇｂｉｔ／ｓ的传输设备。

     ＺＸＷＭ－３２系列产品包括光终端设备（ＯＴＭ），光线路放大设备（ＯＬＡ），固定波长上下和可配置上下的光分插复用设备（ＯＡＤＭ）等类型。系统采用自主研制的光收发模块、掺铒光纤放大器等核心器件，具有良好的平滑升级能力和多业务接入能力，并在系统设计中采用了先进的全程功率管理技术（光收发单元的发送功率、掺铒光纤放大器的增益均可根据实际网络情况自动调整）和一系列的可靠性措施，具有功能强大、使用灵活等优点，可适应各种用户的需求。

    ＺＸＷＭ－３２系列产品已在各种通信网络上应用，并承建了军网、铁网等国家一级干线网的建设，受到用户的广泛好评。

（收稿日期：２０００－１０－１８）

[摘要] 文章回顾了密集波分复用技术的发展情况，介绍了密集波分复用技术在骨干网和城域网应用上的技术发展趋势，并讨论了相关的主要技术问题。最后简单介绍了中兴通讯在密集波分复用技术方面的进展情况。

[关键词] 密集波分复用 骨干网 城域网

[Abstract] The development of DWDM technology is reviewed, and applications of DWDM in backbone networks and MAN are prospected with discussion of related technologies. Advances made by the Zhongxing Telecom on the research of DWDM are also briefed in the paper.

[Keywords] DWDM Backbone network MAN