DWDM技术原理及发展趋势

2014-08-25 23:20

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一、DWDM技术的产生背景

1、光网络复用技术的发展

通信网络中，包括多种传输媒介，如双绞线、同轴线、光纤、无线传输。其中，光纤传输的特点是传输容量大、质量好、损耗小、保密性好、中继距离长等。

数字视频光端机采用国际最先进的数字视频及千兆光纤高速传输技术，将多路视频及多路音频、数据、以太网、电话等信号在单芯或双芯光纤上无失真、高质量传输。基带容量可实现共享，bbu和rru之间传输的是基带数字信号、地下室等场所，其室内分布系统也有所不同，而bbu+rru方案则采用光纤传输的分布方式、奥运体育场馆等重要建筑物：光纤从bbu直接连到rru，bbu与rru之间采用光纤传输，信号穿透能力比2g频段弱，主要应用在话务量较高的写字楼、覆盖区域大j具备机房条件的高档写字楼j大型商场，这样可以大大降低对本小区其他通道上用户的干扰。直接插进电脑usb接口就可以使用，有了它你上网再也不用付钱了，只要在你周围方圆4公里到19公里范围内有人使用宽带网络，它就能接收到网络信号，并且多路信号同时接收，多通道传输，上网速度远超普通宽带。

光纤传输网的复用技术经历了空分复用（SDM）、时分复用（TDM）到波分复用（WDM）三个阶段的发展。

传输介质是决定传输损耗的重要因素，决定了传输信号所需中继的距离，光纤作为光信号的传输介质具有低损耗的特点，光纤的频带可达到1．oghz以上，一般图像的带宽只有8mhz，一个通道的图象用一芯光纤传输绰绰有余，在传输语音、控制信号或接点信号方面更具优势。近年来,不断增长的ip数据、话音、图像等多种业务需求促使运营商的传送网络环境发生了巨大变化,原先以承载话音为主要目的的城域网和接入网在容量以及接口种类上都已经无法满足多业务传输与汇聚的要求.于是,在城域网和接入网上提供多业务传送的技术迅速发展起来.mstp(多业务传输平台)和pon(无源光网络)是其中的代表,它们都是基于光纤传送技术、在城域网或接入网上提供多种业务承载的解决方案.谁将主导下一代光纤接入网的发展成为业界探讨的热点话题.。光在光纤的芯层部分以“全内反射”方式进行传输，也就是指光线 进入光纤的一端后，在芯层和包层界面之间来回反射，进而传输到光纤另一端。

在过去20年里，光纤通信的发展超乎了人们的想象，光通信网络也成为现代通信网的基础平台。光纤通信系统经历了几个发展阶段，从70年代末的PDH系统，90年代中期的SDH系统，以及近来风起云涌的DWDM系统，乃至将来的智能光网络技术，光纤通信系统自身正在快速地更新换代。

下图是光纤转换器实现单工-双工转换的常见连接解决方案：波长转换光纤转换器的波长转换功能可以进一步增加光纤的传输容量，例如，在使用了波分复用技术的应用中，波分复用器将不同波长的光信号复用到一根光纤上进行传输然后在接收端再解复用成不同波长的光信号，但是，波分复用器解复用出来的光信号的波长可能与目标连接设备可接收的波长不同，这时就需要利用光纤转换器进行波长转换，具体如下图：总结光纤转换器是实现单模-多模、单工-双工以及不同波长间转换等扩展网络和增加光纤容量应用的节省成本的解决方案，在光网络中具有广泛应用。网络核心设备是放置于小区机房或大厦机房的onaccess2224s三网合一视频复用光纤交换机，该三网合一视频复用光纤交换机通过光纤以1000m/100m速率与internet边缘路由器或汇集交换机相联，实现小区网络接入internet，通过光纤与catv光纤网相联。odm板的功能： odm光解复用板的核心部分是一个光波分复用的分波器，将含有多个波长的光信号的光纤输入到odm的分波器后，解复用出来1 ~ 8个波长的信号。

波分复用技术方案可与时分复用（tdm）和频分复用（fdm）结合使用，即将在电域已复用的tdm和 fdm复用比特流调制多个光载波，然后通过同一根光纤传输，实现多层复用。 第4章信道编码k比特块 mk信息比特 n , k 分组 编码输出 1 复用 系统编码器 m n －k 校验比特块 1 长度n＝mk n , k 分组 2 块交织器 系统编码器 m n －k 2 校验比特块 图4-14 并行级联分组码编码方框图 第4章信道编码4.6.2 串行与并行的级联卷积码 1. turbo码 带交织的并行级联卷积码pccc parallelly concatenatedconvolutional codes 也叫turbo码，turbo编码器的基本结构如图4-15所示， 它由两个并联的递归系统卷积码rsc recursivesystematic convolutional ）编码器组成，并在第二个编码器前面串接了一个交织器。 物理层功能：传输信道的fec编码/解码、向上层提供测量及指示、传输信道的错误检测、传输信道复用、编码复用窜数信道的解复用、速率匹配 编码复合传输信道到物理信道的映射、物理信道的调制/扩频与解调/解扩、频率和时间的同步（码片、比特、时隙、帧）、 闭环功率控制、物理信道的功率加权与组合、射频处理等 步骤1：时隙同步（p-sch） 用户设备（如匹配滤波器）使用p-sch信道的主同步码（psc）获得小区的时隙同步，此主同步码对所有小区均相同。

（2）波分复用器件还没有完全成熟，波分复用器／解复用器和光放大器在90年代初才开始商用化。

DWDM发展迅速的主要原因在于：

目前主流的光电转换器件是硅系太阳能电池，虽然硅太阳能电池具有光电转换效率高，性能稳定等优点，但是在硅太阳能电池（p-n 结电池）中，光生电子和电子的传输都要依靠硅基来完成，容易导致电子的复合。在针对不同用途选择器件时，要避免使器件工作在其设计参数极限附近，还应根据被保护回路的特征及可能承受esd 冲击的特征选用反应速度足够快、敏感度足够高的器件，这对于有效发挥保护器件的作用十分关键，另外集成了其它功能的器件也应当首先考虑。vc是二极管在截止状态的电压，也就是在esd冲击状态时通过tvs的电压，它不能大于被保护回路的可承受极限电压，否则器件面临被损坏的危险。

波分复用技术方案可与时分复用（tdm）和频分复用（fdm）结合使用，即将在电域已复用的tdm和 fdm复用比特流调制多个光载波，然后通过同一根光纤传输，实现多层复用。ofdm可有效对抗光纤中的色散和偏振模色散等，并展现了灵活高效的频谱利用和调制，成为100 gbps及以上速率的高速光传输极具潜力的调制编码和复用技术。因为在1310nm波长下光纤的材料色散与结构色散相互抵消总的色散为0在1310nm波长上有微小振幅的光信号能够实现宽频带传输1550nm波长的光在g.652光纤上传输时衰减因数很小单纯从衰减因数考虑。

（3）光电器件的迅速发展。1985年英国南安普顿大学首先研制出掺饵光纤放大器。1990年，比瑞利(Pirelli)研制出第一台商用光纤放大器（EDFA），EDFA的成熟和商用化，使WDM技术长距离传输成为可能。

从技术和经济的角度，DWDM技术是目前最经济可行的扩容技术手段。

2、光通信发展的三个阶段

a.准同步系列 b.同步系列 c.同步数字系列 d.同步复用数字系列【答案】c。其工艺是先将两根光纤的侧面按前述工艺磨掉一半，即研磨的深度达到光纤直径的一半，然后将研磨面熔融在一起，熔融前的截面如图9a所示，熔融后如图9b所示，整体类似于图6所示，再用光纤切割刀将熔融区腰部切成二个如图10右侧所示的y型光纤，最后取一根相同的多模光纤并按图10所示进行熔接(对接)。下图是光纤转换器实现单工-双工转换的常见连接解决方案：波长转换光纤转换器的波长转换功能可以进一步增加光纤的传输容量，例如，在使用了波分复用技术的应用中，波分复用器将不同波长的光信号复用到一根光纤上进行传输然后在接收端再解复用成不同波长的光信号，但是，波分复用器解复用出来的光信号的波长可能与目标连接设备可接收的波长不同，这时就需要利用光纤转换器进行波长转换，具体如下图：总结光纤转换器是实现单模-多模、单工-双工以及不同波长间转换等扩展网络和增加光纤容量应用的节省成本的解决方案，在光网络中具有广泛应用。

图1 光通信发展的三个阶段

以下将简要介绍PDH、SDH到DWDM的发展过程，以及各种技术的接口规范。

2.1 PDH

早期的光传输系统采用准同步数字体系PDH，是在原有模拟电话网的基础上引入PCM（脉冲编码调制）数字传输技术发展起来的，采用比特填充和码位交织的方法将低速率等级的信号复合成高速信号。

PDH系统的基群信号采用同步时分复用方式，其他高次群的复用均采用准同步（或称异步）的时分复用方式。

PDH系统包括欧洲、北美和日本3个地区性的速率等级标准，如表所示。

表 1.1 1 PDH码速率

从20世纪70年代初期至80年代，PDH系统和设备在数字网中获得的推广应用。但是随着光纤通信技术的发展，以及用户对通信业务需求的增加，PDH的弱点也越来越明显。

（1）3种速率标准互不兼容，不利于国际互通的发展。

虽然很多应用同时兼容 ipad，但由于 ipad 的大屏幕和非即时网络性限制，也有很多应用提供了 ipad 专用版本，而作为一款型的助手应用，提供 ipad 专版是十分必要的。再次，raspberry pi 3还保留了二代产品的常规接口，四个usb接口，microsd卡槽，一个hdmi接口和以太网接口，但略有遗憾的是，raspberry pi 3依然没有提供对zigbee的支持，这让raspberry pi 3在物联网领域的应用受到了一些限制。从光的领域来看，超长距离传输的技术逐步成熟，并走向商用化，roadm技术经过几年的发展，采用的核心技术有波长阻塞器(wb)、平面波导(plc)和波长选择开关(wss)等，目前普遍认为wss技术较有前途，支持50/100ghz间隔的dwdm系统，同时具有很强的方向扩展性，但它也面临着在初期下路波长较少的情况下成本较高的问题，从应用的角度来看，roadm是一种增加网络灵活性的技术，在目前的省际和省内干线网上，受多厂家环境影响和现有网络业务相对较稳定等因素的影响，roadm通常与长距系统结合，灵活上下波长，下一步的发展目标才是网状组网，同时还需要克服光传输系统网状组网后对于光层物理传输限制，如衰耗、色散等的自适应补偿等问题，在城域传送网范围内，通常为单厂家环境，更加容易灵活组网和实现，有一定的应用空间。

（3）PDH是建立在点对点传输基础上的复用结构。只支持点对点传输，无法满足复杂网络组网。

这种情况下，对于业务监控人工维护阈值就比较复杂，需要有丰富的经验来拍定阈值，需要人工持续的维护不同监控项的监控阈值。其使用领域和部门十分广阔，已涉及到国民经济建设和人民生活的方方面面，如电力调度和电力负荷的监控，电网配变站的监控、水文的水情监测、水库的水量数据收集、城市供水系统监测、污水处理系统监测监控、城市路灯及交通信号灯的监控、防空警报器控制、油田油井网管监控、输油输气网管监控、工业智能仪表的无线抄表（近、远程的水、电、气表）、高速公路交通网的监测监控、城市公交车辆的调度、铁路信号应急通信系统、铁路供水集中控制、gps定位和gis数据信息传输、地震专网的数据传输、大气环境的监测、专用行动数据通信系统、金融证券交易通信系统、实时彩票交易系统、邮政系统pos联网、车辆物流仓库的监管、矿山测绘、勘探及生产的监测、冶金化工系统的工业自动化控制、安防消防监控等。dwdm业务间的调度主要是在odf上物理调度，网管只有对光层的性能进行监控（网管字节少、网管信息简单），排查故障手段较少，维护难度较高。

ut-2377的rs-485方式支持数据（txd或sd）发送控制，从而提高了适应各类软件的能力，也简化了控制方式，光纤modem支持异步串行口之间的多种光纤连接方式，它支持两个异步串行口的设备通过光纤进行全双工或半双工通信，通信距离最远可达单模60公里，rs-232信号的传输速率最高为115.2kbps，rs-485/rs-422的信号传输速率最高可达460kbps，不同电气标准的接口可以混合使用，可以用rs-232的设备去连接rs-485/rs-422的设备，可以代替rs-232到rs-485/422接口转换器或光电隔离器，并提供了优良的emi/rft特性。它利用快速的光脉冲、无线传输、二进制编码而达到通信的目的，这种用led可见光取代电磁波传输数据的新技术，就叫做lifi，它具有wifi所不具备的超高速率、安全通信、精准定位等特点。军事信息系统需要高速率、大容量传输及处理的能力，量子通信的超大信息容量和超高通信速率正好能满足军事系统的特殊需求。

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