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发信人: zjliu (秋天的萝卜), 信区: Physics
标  题: ( 17 )高速光网络
发信站: 哈工大紫丁香 (Sat May 10 13:58:21 2003) , 转信

高速光网络
〖编者按〗本文作者于1998年底参加了信息产业部组织的海外新技术培训团，前往日
本NEC公司接受了为期三个月的新技术培训，内容主要包括WDM、光纤接入网、第三代移
动通信等。本文主要介绍密集波分复用技术在全光网络中的应用。
一、网络发展趋势
二十一世纪将是一个多媒体的时代，未来的电信网也将是一个宽带、大容量的多媒
体网络。为了满足人类社会对大容量信息传输的需求，未来的网络应具备这样的能力：
提供Gb/s容量到商业区，提供Mb/s容量到个人和家庭，这将要求传输网中的骨干层达到
Tb/s容量。能实现这一目标的最佳手段将是光纤数字传输技术。
目前，光纤传输网上大量采用的是技术成熟、规范统一的SDH2.5Gb/s设备和G.652常
规光纤。这种网络容量已很快无法满足宽带业务对网络的容量要求。在线路不变，即不
增加线路投资的情况下，获得更大传输容量的方案有两种：一是采用更高速率的SDH设备
取代现有2.5Gb/s设备，如10Gb/s、40Gb/s等，其缺陷是这种速率的提高毕竟受到电子瓶
颈的限制，且在常规光纤上使用，系统的性能受到光纤色散的极大限制，扩展的容量也
有限；另一方案是采用DWDM技术，它将能充分利用现有光纤线路的带宽资源，实现单纤
上传送Tb/s(=1000Gb/s)信息的大容量。日本NEC公司于1996年在日本成功地进行了2.6T
b/s光传输试验系统，采用了132×20Gb/s DWDM技术。
我们把这一网络分为四层，见图1-1。第一层是光网络层，它具有提供Tb/s的能力，
网元的功能也逐步增强，直至实现全光网络层，它与上层的界面接口必须是SDH帧结构的
，通常会是2.5Gb/s等级。目前爆炸式增长的IP业务、基于ATM方式的宽带多媒体业务、
帧中继方式的高速数据业务等，将先经过第三、四层的业务节点汇集处理后，再经过SD
H网元映射到SDH帧结构中进入全光网络层。在不久的将来，上述几种业务节点将直接提
供SDH帧结构接口，无需SDH网元，可以直接进入光网络层传输。
二、全光网络之路
通向全光网络的道路大致可分三步进行。第一步是建立点对点的DWDM传输系统，见
图2-1。利用线路放大器，两点间的最大传输距离目前可达到600km，若采用3R中继传输
方式，则点到点业务传输的距离可超过6000km。这一阶段的特征是WDM端机和中继机的应
用，其优点是经济、线路不变而带宽急剧增加。
图2－1 点到点DWDM系统
第二步是实现单一的光环形网，见图2-2。利用OADM(光分插复用器)取代背靠背的W
DM端机设备，或在原中继站添加OADM而使之成为有业务上下的光节点。其特征是在WDM环
上实现基于波长的通道级保护倒换功能，从而使这一大容量的光网络具有极高的可靠性
。
图2－22 WDM环形网系统
第三步是实现多个光环形网的互连，即全光网络时代，见图2-3。其特征是采用光交叉连
接设备(OXC)把多个单一的光环形网络连接起来，形成一个动态的、可重新配置的、高效
适用的网络。且这一时期占主导地位的IP业务和ATM业务将以SDH接口界面直接进入光网
络，不必经过SDH设备的转换接入。
图2－3 全光网络层
三、DWDM线型系统介绍
1.点到点的密集波分复用系统
以16通道系统为例，其功能方框图见图3-1。
图3－1 16×2.5Gb/sDWDM系统功能图
16路2.5Gb/s光信号，每路的光波长取值范围可是1260nm～1580nm，其波长稳定度较
差，20dB谱宽约1nm，它们无法直接参与波分复用，需经过16路Tx转换盘，转换成16路光
波长取值固定的光信号，其波长稳定度高(小于±0.1nm)，20dB谱宽小于0.2nm。Tx转换
是一个光/电/光转换的过程，采用与DFB-LD集成一体的电吸收调制器来保证输出光达到
上述要求。
Tx转换盘的另一个功能是3R功能，即Regenerating(再生)、Reshaping(整形)和Ret
iming(再定时)，它使多个点-点DWDM光复用段可以级联使用(最多可达15次级联)，从而
使业务传输距离大于6000km。同时，Tx转换盘还可实现对输入STM-16信号中的B1和J0字
节进行监视，达到对WDM传输段的误码性能分析和路径跟踪的目的。
OMUX将16个不同值的固定的波长复用到一根光纤上输出，每路信号复接插入的功率
损耗小于12dB。OMUX有两种类型，一种是简单的耦合器(Coupler)，它对输入信号不具备
波长过滤功能。在维护过程中，如果误插入一块完全相同的Tx转换盘，将造成正在使用
中的另一路业务中断，对网络而言，这是相当危险的；另一种OMUX是阵列波导光栅(AWG
)，它是光耦合功能和光波长过滤功能的混合应用，可有效地避免上述维护中存在的危险
。
图中LA为功率放大器，16路光信号复用后放大输出功率为+18.5dBm～+20.0dBm，每
路光功率平均值+6.5dBm～+8.0dBm。
LA为线路放大器。LA可以有三种规格，对应三种中继段跨距：73km/22dB、100km/3
0dB、110km/33dB。三种规格放大器的输出功率均为+18.5dBm～+20.0dBm/16路，输入功
率分别是-15.5dBm～-10dBm/1～16路、-23.5dBm～-18dBm/1～16路、-26.5dBm～-21dBm
/1～16路。
PA为预放大器，其输出功率为+7.0dBm～+8.5dBm/16路，其余特征与LA相同。
ODMUX完成光的分路，采用AWG，通道插入损耗小于12dB。它要求输入光信号的信噪
比大于17dB，这一指标也同时限制了一个WDM传输段上LA使用的个数和总的传输距离。其
滤波器的3dB带宽为0.35nm±0.1nm，中心频率稳定度为ln±0.05nm。
Rx转换盘，16路相同，执行光/电/光的转换过程。主要功能是完成SDH信号中B1和J
0字节的监视和计算，配合发端的Tx转换盘中的监视功能，完成对WDM传输系统的误码性
能分析，从而有效地确定某些故障或性能劣化是因为SDH设备，还是WDM设备或线路所引
起的。这一特点非常有利于系统和网络的维护。
为了安全，所有的功率放大器均设计成具有在光纤线路中断时自动关断的功能，而
在线路恢复后又可自动延时启动或人工立即启动。从图3-1可知，监控信道OSC，不经过
任何一个放大器，所以当任意数量的放大器关断时，监控信道仍处于正常使用状态。
2. 多点的线性系统
线性系统是在点-点系统中的中继站处增加OADM设备而来的，如图3-2。
图3－22 光分插节点功能图
典型的OADM设备可从16波道的线路中任意选择其中的8个波道上/下。对于二纤系统
，OADM站可对东、西方向各开通8个2.5Gb/s容量的业务信道。
3. 系统的自动功率控制和信道监视分析
在终端机上的OMUX盘可对输入的多路光信号进行中断检测，这一消息被监控系统处
理后，将通过监控信道通知到全线各站点，控制各站的光放大器的输出功率。使用的光
通道少，则放大器输出光功率小，反之则输出功率大。
各种光放大器盘，均设计有输入、输出光信号监视点，通过监控子架，实现对线路
信号中各波长通道的集中监视和分析，即从光放大器盘的光监视点引入光信号，进行在
线分析，可获知任一波长通道的工作状态，如光功率大小、光波长值、光通路的信噪比
等重要参数。一个监视系统可监视8个光信号，分析8×16=128个光波长通道，一个子架
可容纳三套监视系统。
系统监控信道使用1510nm光信号，数据速率为基群率，完成监控和公务联络，各网
元均提供R8-232C接口到本地维护终端，提供标准的Q3接口到综合网管。
四、WDM环形网介绍
环形网主要由OADM组成，也可是OADM、TM和IR的混合应用形式。如图4-1，是一个二
纤的WDM环网，实际工程可是二纤或四纤环网。
图4－1 WDM环形网
环网上的各种网元前面已经介绍，下面主要讨论一下环形网的几种保护倒换方式。
通常WDM环可采用下列三种保护方式：
(1)UWPSR，单向波长通道保护自愈环，采用1+1方式，易于实现。类似于SDH环网中的保
护方式USP Ring或SNC/P。
(2)BFLSR，双向光纤线路保护自愈环，1∶1方式，类似SDH环网中的BLSR。
(3)BWPSR，双向波长通道保护自愈环，1∶1方式。
五、结束语
本文主要是对密集波分复用技术应用于全光网络的情况作了简单介绍，全光网的实
现已是大容量的骨干网络必然的选择。至于光交叉连接技术，世界各大公司尚处于研究
开发之中，因获取的资料有限，在此不作介绍。
(刘艾 高级工程师)



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