光放大技术功率均衡技术光合波与分波技术毕业论文.doc

摘 要本文从密集波分复用（）技术的概念入手，介绍光放大技术、功率均衡技术、光合波与分波技术,光纤技术，克服色散技术，节点技术，网络管理技术。增益均衡用的光纤光栅是一种长周期光纤光栅。其光栅周期一般为数百微米。其损耗峰值波长和半功率点宽度可以由紫外光照射量或光栅长度来控制。因此，通过多个长周期光栅组合，可以构成具有与EDFA增益波长特性相反的增益均衡器。使用该技术，在1528nm到1568nm的40nm带宽内，可以实现增益偏差在5%以内的带宽增益平坦的EDFA。光纤技术这里所说的“光纤技术”是指在进一步研究掺铒光纤特性的基础上，通过改变光纤材料或者利用不同光纤的组合来改变掺铒光纤的特性，从而改善掺铒光纤放大器（EDFA）的增益特性。光纤技术除了改善增益特性外，还可改善EDFA的噪声特性和扩宽增益带宽。（1） 掺铝的EDF，是在光纤中除了掺铒外还掺入一定的铝，改变玻璃的组成成份，迫使铒的放大能级分布改变，加宽可放大的频率范围。普通的以硅光纤为基础的掺铒光纤放大器EDFA的增益平坦区很窄，仅在1549nm至1561nm之间，大约12nm的范围，通过掺铝，可以将平坦区的范围扩展为1540nm到1560nm。（2）氟化物EDF，是在EDF中掺入一定比例的氟化物，使用这种光纤制作的光放大器，可以将增益的平坦区的波段扩展到15301560nm，在这30nm的区域内，增益的平坦度达到15dB。（3）掺铒碲化物光纤，是在EDF中掺入一定比例的碲化物。使用这种光纤制作的光放大器，可放大的频带特别宽，而且与石英系光纤的其他掺铒光放大器相比，频带向长波长一侧移动。（4）掺钇EDF，是在掺铒光纤中加入一定比例的钇（Y），由于钇（Y）可以作为铒的激活剂，以工作792nm附近的光源作为泵浦源，制成铒/钇光纤放大器在1544nm到1561nm波段的17nm带宽内，可以获得05dB以内的增益平坦度，输出功率大于+26dBm，噪声系数小于5dB。（5）混合型EDFA，是使用不同掺杂材料的光纤进行组合，制作混合型EDFA。这种组合方式，不仅可以提高设计的自由度，而且还可以使增益平坦度、噪声特性、放大效率均达到最佳。在DWDM光传送网络中，应根据系统使用的信道数、系统的要求来选择使用不同种类的光放大器，要求越高性能越好的EDFA成本也越高。一般对于8个信道600km长度的DWDM系统，使用掺铝EDFA的较多。克服色散的技术在1550nm波长附近，G652光纤的色散典型值为17ps/nmkm。当光纤的衰减问题得到解决以后，色散受限就变成了决定系统传输距离的一个主要问题。DA技术即色散容纳技术，就是通过一些技术手段减少或消除色散的影响。一般来说，主要使用以下的几种解决方法。压缩光源的谱线宽度光源的谱线越宽，光纤色散对光脉冲的展宽越大。因此通过选用频率啁啾系数小的激光器，可以减少传输线路色散的影响。频率啁啾是单纵模激光器才有的系统损伤。减少光源啁啾系数的一个有效的方法是，减少外调制的激光器，它是由一个恒定光源和一个光调制器构成的，通过使用恒定光源，避免了直接调制时激励电流的变化，从而减少了光源发出光波长的偏移，达到降低频率啁啾系数的目的。目前在WDM系统中，几乎所有的光源使用的均为外调制激光器，可以在不采用其他色散调节技术的情况下，在G652光纤上开通25Gbit/s系统无再生中继传输600km以上。色散补偿光纤的运用色散补偿光纤（DCF）是一种特制光纤，其色度色散为负值，恰好与G652光纤相反，可以抵消G652常规光纤色散的影响。通常这类光纤的典型色散系数为90ps/（nmkm），因而DCF只需在总线路长度上占G652光纤的长度的1/5，即可使总链路色散值接近于零。通常认为采用DCF来进行色散补偿是一种十分简单易行的无源补偿方法，特别是对于波分复用系统，其成本可以由多个波长的系统分担，更显其优越性。3选用新型的光纤由于G652光纤出现的比较早，铺设的较多，因此WDM技术比较多地考虑如何利用该光纤扩容的技术。现在新布放的光纤多为更加适合于WDM光传输的G655光纤或大有效面积（LEAF）光纤。G655光纤的零色散点在1550nm窗口中间，使该窗口的色散系数和衰减系数均更加适合于DWDM技术的应用。光合波与分波技术光合波与分波器在超高速、大容量波分复用系统中起着关键作用，其性能的优劣对系统的传输质量有决定性影响。合波与分波器性能指标主要插入损耗和串扰，WDM系统对其要求是：（1）损耗及其偏差小；（2）信道间的串扰小；（3）低的偏差相关性。DWDM系统中常用的光合波分波器主要有介质薄膜干涉型、释放光栅型、星型耦合器及光照射光栅、阵列波导光栅等。节点技术WDM光传送网中的节点分为光交叉连接（OXC）节点、光分插（OADM）节点和混合节点（同时具有OXC和OADM功能的节点）。OXC节点的功能类似于SDH网络中的数字交叉连接设备（DXC），只不过是以光波信号为操作对象在光域上实现的，无需进行光电/电光转换和电信号处理。OXC主要由交叉连接矩阵、波长转换接口以及管理控制单元等模块组成。OXC在未来的全光通信网络中，起着十分重要的作用，甚至可以说，它是真正意义的网络节点。当光缆中断或节点失效时，OXC能自动完成故障隔离、重选路由、重新配置网络节点。当业务发展需要对网络结构进行调整时，OXC可以简单迅速地完成网络的调度和升级。同样地，OADM节点的功能类似于SDH网络中的数字分插复用设备（ADM），它可以直接以光波信号为操作对象，利用光波分复用技术在光域上实现波长信道的上下。网络管理技术1网络及其各组成系统的电气特性的监测，包括对光信号功率变化与波长的稳准度、系统噪声与非线形效应、系统的传输色散与衰减、系统各单元部件的接口状态等的监测，还包括对网络的部件单元工作状态的控制等。2网络的故障监测与保护自愈管理，包括局部或全局的故障诊断和故障节点或路由隔离、自适应时保护倒换和网络自愈、重构的实现控制等。3网络传输结构管理，包括波长路由管理、波长变换的控制管理等，这是光域内实现网络无阻塞连接和重构的关键。关键词：密集波分复用关键技术 光放大技术、功率均衡技术、光合波与分波技术 节点技术 铁路工程设计 目 录第一章 前 言1第二章 铁路DWDM的关键技术22.1光放大技术22.2功率均衡技术3 2.3光合波与分波技术32.4节点技术32.5光纤技术2.6克服色散技术2.7网络管理技术第三章 铁路DWDM系统设计的主要考虑因素43.1设备选择43.1.1 光纤43.1.2 终端设备43.1.3 DWDM设备43.2 DWDM系统的网络结构63.3光纤段跨距和衰减73.4 光接收信噪比7第四章 京九铁路DWDM系统的设计84.1铁路DWDM系统的构成84.2各项指标的计算分析84.2.1 色散84.2.2 衰耗94.2.3 光信噪比(OSNR)的计算9第五章 结论10参考文献10第一章 前 言 在通信事业飞速发展的今天,各种新型的电信业务,如个人通信业务、商业数据、Cable-TV、视频点播及日益壮大的网络,对传输容量的需求与日俱增。在不久的将来,话音与数据的比例会从1:0.4变为1:20,这需要数倍甚至数十倍地增加系统容量。面对这一需求,可以充分利用光纤的巨大带宽资源,使传输容量比单波长传输增加几倍至上百倍的DWDM技术应运而生,它解决了传输宽带紧张这一“瓶颈”问题,成为当今电信网发展的新热点。所谓技术就是为了充分利用单模光纤低损耗区带来的巨大带宽资源，根据每一信道光波的频率（或波长）不同将光纤的低损耗窗口划分成若干个信道，把光波作为信号的载波，在发送端采用波分复用器（合波器）将不同特定波长的信号光载波合并起来送入一根光纤进行传输，在接收端，再由一波分复用器（分波器）将这些不同波长承载不同信号的光载波分开的复用方式。由于不同波长的光载波信号可以看作互相独立（不考虑光纤非线性时），从而在一根光纤中可实现多路光信号的复用传输。为了区别于传统的系统，人们称波长间隔更紧密的系统为密集波分复用系统（）。目前，技术已成为通信网络带宽高速增长的最佳解决方案，今后无论是广域网、城域网还是接入网，都将以系统为传输平台，基于的光传送网将构成整个通信网的基础物理层，因此了解和掌握技术，把它更好地应用到传输网络的建设中就变得更为迫切。 DWDM技术是利用单模光纤的带宽以及低损耗的特性，采用多个波长作为载波，允许各载波信道在光纤内同时传输。与通用的单信道系统相比，DWDM不仅极大地提高了网络系统的通信容量，充分利用了光纤的带宽，而且它具有扩容简单和性能可靠等诸多优点，特别是它可以直接接人多种业务。通常把光信道间隔较大的复用称为光波分复用(WDM)，再把在同一窗口中信道问隔较小的复用称为密集波分复用(DWDM)。随着科技的进步，现代的技术甚至可以实现波长间隔为零点几个纳米级的复用，因此把波长间隔较小的8个波、16个波、32乃至更多个波长的复用称为DwDM。发送端的光发射机发出波长不同而精度和稳定度满足一定要求的光信号，经过光波长复用器复用在一起送入掺铒光纤功率放大器(掺铒光纤放大器主要用来弥补合波器引起的功率损失和提高光信号的发送功率)，再将放大后的多路光信号送入光纤传输，中间可以根据情况决定有或没有光线路放大器，到达接收端经光前置放大器(主要用于提高接收灵敏度，以便延长传输距离)放大以后，送入光波长分波器分解出原来的各路光信号。DWDM 原理概述DWDM 技术是利用单模光纤的带宽以及低损耗的特性，采用多个波长作为载波，允许各载波信道在光纤内同时传输。与通用的单信道系统相比，密集 WDM （ DWDM ）不仅极大地提高了网络系统的通信容量，充分利用了光纤的带宽，而且它具有扩容简单和性能可靠等诸多优点，特别是它可以直接接入多种业务更使得它的应用前景十分光明。在模拟载波通信系统中，为了充分利用电缆的带宽资源，提高系统的传输容量，通常利用频分复用的方法。即在同一根电缆中同时传输若干个信道的信号，接收端根据各载波频率的不同利用带通滤波器滤出每一个信道的信号。同样，在光纤通信系统中也可以采用光的频分复用的方法来提高系统的传输容量。事实上，这样的复用方法在光纤通信系统中是非常有效的。与模拟的载波通信系统中的频分复用不同的是，在光纤通信系统中是用光波作为信号的载波，根据每一个信道光波的频率（或波长）不同将光纤的低损耗窗口划分成若干个信道，从而在一根光纤中实现多路光信号的复用传输。由于目前一些光器件（如带宽很窄的滤光器、相干光源等）还不很成熟，因此，要实现光信道非常密集的光频分复用（相干光通信技术）是很困难的，但基于目前的器件水平，已可以实现相隔光信道的频分复用。人们通常把光信道间隔较大（甚至在光纤不同窗口上）的复用称为光波分复用（ WDM ），再把在同一窗口中信道间隔较小的 DWDM 称为密集波分复用（ DWDM ）。 随着科技的进步，现代的技术已经能够实现波长间隔为纳米级的复用，甚至可以实现波长间隔为零点几个纳米级的复用，只是在器件的技术要求上更加严格而已，因此把波长间隔较小的 8 个波、 16 个波、 32 乃至更多个波长的复用称为 粗波分复用（CWDM ）。发送端的光发射机发出波长不同而精度和稳定度满足一定要求的光信号，经过光波长复用器复用在一起送入掺铒光纤功率放大器（掺铒光纤放大器主要用来弥补合波器引起的功率损失和提高光信号的发送功率），再将放大后的多路光信号送入光纤传输，中间可以根据情况决定有或没有光线路放大器，到达接收端经光前置放大器（主要用于提高接收灵敏度，以便延长传输距离）放大以后，送入光波长分波器分解出原来的各路光信号。第二章 铁路DWDM的关键技术 技术与技术相比，具有超大容量信息传递、节约日益匮乏的光纤资源、网络平滑扩容、超长中继距离和上下兼容性好的特点，这些特点能够得以实现需由以下技术来支持：2.1 光放大技术 对于长距离的光传输来说，光功率受限往往成为决定传输距离的主要因素，而光放大器（）的出现和发展克服了光功率受限这一高速长距离传输的最大障碍，这是光通信史上的重要里程碑，是目前大容量长距离的系统在传输技术领域必不可少的技术手段。光放大器的开发成功及其产业化是光纤通信技术中的一个非常重要的成果，它大大地促进了光复用技术、光孤子通信以及全光网络的发展。顾名思义，光放大器就是放大光信号。在此之前，传送信号的放大都是要实现光电变换及电光变换，即O/E/O变换。有了光放大器后就可直接实现光信号放大。光放大器主要有3种: 光纤放大器、拉曼放大器以及半导体光放大器。光纤放大器就是在光纤中掺杂稀土离子(如铒、镨、铥等)作为激光活性物质。每一种掺杂剂的增益带宽是不同的(如图4所示)。掺铒光纤放大器的增益带较宽，覆盖S、C、L频带; 掺铥光纤放大器的增益带是S波段; 掺镨光纤放大器的增益带在1310nm附近。而喇曼光放大器则是利用喇曼散射效应制作成的光放大器，即大功率的激光注入光纤后，会发生非线性效应喇曼散射。在不断发生散射的过程中， 把能量转交给信号光，从而使信号光得到放大。由此不难理解，喇曼放大是一个分布式的放大过程，即沿整个线路逐渐放大的。其工作带宽可以说是很宽的，几乎不受限制。这种光放大器已开始商品化了，不过相当昂贵。半导体光放大器(S0A)一般是指行波光放大器，工作原理与半导体激光器相类似。其工作带宽是很宽的但增益幅度稍小一些，制造难度较大。这种光放大器虽然已实用了，但产量很小。光放大器主要有2种，半导体放大器及光纤放大器。半导体放大器分为谐振式和行波式；光纤放大器分为掺稀土元素光纤放大器和非线性光学放大器。非线性光学放大器分为拉曼（SRA）和布里渊（SBA）光纤放大器。对于长距离的光传输来说，随着传输距离的增长，光功率逐渐减弱，激光器的光源输出不超过3dBm，为了保证一定的误码率，接受端的接受光功率必须维持在一定的值上，例如28dBm，因此光功率受限往往成为决定传输距离的主要因素。光放大器（OA）的出现和发展克服了高速长距离传输的最大障碍光功率受限，这是光通信史上的重要里程碑。OA的主要形式有半导体光放大器（SOA）和掺铒光纤放大器（EDFA）两种，前者近来发展速度很快，已经逐步开始商用，并显示了良好的应用前景；后者较为成熟，已经大量应用，成为目前大容量长距离的DWDM系统在传输技术领域必不可少的技术手段。WDM系统对EDFA有一个特殊的要求增益平坦，因为通常情况下，EDFA在155um波长窗口的工作带宽为3040nm，将它用于WDM系统时，因各信道的波长不同而有增益偏差，经过多级放大后，增益偏差累积，低电平信道信号的SNR恶化，高电平信道信号也因光纤非线形效应而使信号特性恶化，最终造成整个系统不能正常工作。因此，要使各个信道上的增益偏差处在允许的范围内，放大器的增益必须平坦。掺铒光纤放大器（）等光子技术的发展和实用化，为密集波分复用（）设备迅速走向实用并蓬勃发展提供了条件。在掺铒光纤放大器（）实用化以前，为了克服光纤传输中的损耗，每传输一段距离，都要进行“再生”，即把传输后的弱光信号转换成电信号，经过放大、整形后，再去调制激光器，生成强度放大的光信号再进行传输。随着传输码率的提高，“再生”的难度也越来越大，成了信息传输容量扩大的“瓶颈”。掺铒光纤放大器的实用化，不仅实现了直接光放大，节省了大量的再生中继器，使得传输中的光纤损耗不再成为主要问题；同时使传输链路“透明化”，简化了系统，成几倍或几十倍地扩大了传输容量，促进了真正意义上的密集波分复用技术的飞速发展，是光纤通信领域上的一次重大革命。如下图，是一种典型的双泵浦源的掺饵光纤放大器： 2.2 功率均衡技术在光网络中，从本地节点上路的光信号与其它由于传输了不同距离、从而光功率不同的一些信号复用在一起传输，即使是复用在一起传输的光信号，传输一段距离后，由于、光滤波器和光开关等器件对各波长的响应略有不同，它们的功率也可能不同，不同功率的波长信号经过级联系统后，某些波长的功率将可能进一步降低，使该信道性能恶化。此外由于光网络的上下话路、重新配置或网络恢复等原因，使进入节点的各个波长通道的光功率也存在差异，由于光信号要经历多个节点和链路，各个波长通道之间的光功率差异产生累积，导致各个光信道的信噪比不一致，使得系统服务质量受到影响，甚至使某些信道劣化到不可接受的程度，因此在光网络中有必要在节点处对每个波长的光功率进行均衡，以保证通信质量，光网络中光功率均衡是光网络一个重要研究内容。利用损耗特性和放大器的增益波长特性相反的增益均衡器来抵消增益的不均匀性称为增益均匀技术。这种技术的关键在于放大器的增益曲线和均衡器的损耗特性准确吻合，使综合特性平坦。现在用的增益均衡器主要有标准光滤波器、介质多层模滤波器、光纤光栅及平面光波导等。增益均衡用的光纤光栅是一种长周期光纤光栅。其光栅周期一般为数百微米。其损耗峰值波长和半功率点宽度可以由紫外光照射量或光栅长度来控制。因此，通过多个长周期光栅组合，可以构成具有与EDFA增益波长特性相反的增益均衡器。使用该技术，在1528nm到1568nm的40nm带宽内，可以实现增益偏差在5%以内的带宽增益平坦的EDFA。2.3光合波与分波技术光合波技术和分波技术分别是通过光复用器和光分解器来完成。光复用器将不同波长的发送信号混合在一条单独的光纤上，而分解器则将混合信号分解为接收器的分支波长。 光复用器和光分解器在超高速、大容量波分复用系统中起着关键作用，其性能的优劣对系统的传输质量有决定性影响。系统对其要求是：（）损耗及其偏差小；（）信道间的串扰小；（）低的偏差相关性。DWDM系统中常用的光合波分波器主要有介质薄膜干涉型、释放光栅型、星型耦合器及光照射光栅、阵列波导光栅等。2.4节点技术光传送网中的节点分为光交叉连接（）节点、光分插复用（）节点和混合节点（同时具有和功能的节点）。节点的功能类似于网络中的数字交叉连接设备（），只不过是以光波信号为操作对象在光域上实现的，无需进行光电转换和电信号处理。在未来的全光通信网络中，起着十分重要的作用，当光缆中断或节点失效时，能自动完成故障隔离、重选路由、重新配置网络节点等功能，当业务发展需要对网络结构进行调整时，可以简单迅速地完成网络的调度和升级。节点的功能类似于网络中的数字分插复用设备（），它可以直接以光波信号为操作对象，利用光波分复用技术在光域上实现波长信道的上下。 2.5光纤技术这里所说的“光纤技术”是指在进一步研究掺铒光纤特性的基础上，通过改变光纤材料或者利用不同光纤的组合来改变掺铒光纤的特性，从而改善掺铒光纤放大器（EDFA）的增益特性。光纤技术除了改善增益特性外，还可改善EDFA的噪声特性和扩宽增益带宽。（1） 掺铝的EDF，是在光纤中除了掺铒外还掺入一定的铝，改变玻璃的组成成份，迫使铒的放大能级分布改变，加宽可放大的频率范围。普通的以硅光纤为基础的掺铒光纤放大器EDFA的增益平坦区很窄，仅在1549nm至1561nm之间，大约12nm的范围，通过掺铝，可以将平坦区的范围扩展为1540nm到1560nm。（2）氟化物EDF，是在EDF中掺入一定比例的氟化物，使用这种光纤制作的光放大器，可以将增益的平坦区的波段扩展到15301560nm，在这30nm的区域内，增益的平坦度达到15dB。（3）掺铒碲化物光纤，是在EDF中掺入一定比例的碲化物。使用这种光纤制作的光放大器，可放大的频带特别宽，而且与石英系光纤的其他掺铒光放大器相比，频带向长波长一侧移动。（4）掺钇EDF，是在掺铒光纤中加入一定比例的钇（Y），由于钇（Y）可以作为铒的激活剂，以工作792nm附近的光源作为泵浦源，制成铒/钇光纤放大器在1544nm到1561nm波段的17nm带宽内，可以获得05dB以内的增益平坦度，输出功率大于+26dBm，噪声系数小于5dB。（5）混合型EDFA，是使用不同掺杂材料的光纤进行组合，制作混合型EDFA。这种组合方式，不仅可以提高设计的自由度，而且还可以使增益平坦度、噪声特性、放大效率均达到最佳。在DWDM光传送网络中，应根据系统使用的信道数、系统的要求来选择使用不同种类的光放大器，要求越高性能越好的EDFA成本也越高。一般对于8个信道600km长度的DWDM系统，使用掺铝EDFA的较多。2.6克服色散技术在1550nm波长附近，G652光纤的色散典型值为17ps/nmkm。当光纤的衰减问题得到解决以后，色散受限就变成了决定系统传输距离的一个主要问题。DA技术即色散容纳技术，就是通过一些技术手段减少或消除色散的影响。一般来说，主要使用以下的几种解决方法。压缩光源的谱线宽度光源的谱线越宽，光纤色散对光脉冲的展宽越大。因此通过选用频率啁啾系数小的激光器，可以减少传输线路色散的影响。频率啁啾是单纵模激光器才有的系统损伤。减少光源啁啾系数的一个有效的方法是，减少外调制的激光器，它是由一个恒定光源和一个光调制器构成的，通过使用恒定光源，避免了直接调制时激励电流的变化，从而减少了光源发出光波长的偏移，达到降低频率啁啾系数的目的。目前在WDM系统中，几乎所有的光源使用的均为外调制激光器，可以在不采用其他色散调节技术的情况下，在G652光纤上开通25Gbit/s系统无再生中继传输600km以上。色散补偿光纤的运用色散补偿光纤（DCF）是一种特制光纤，其色度色散为负值，恰好与G652光纤相反，可以抵消G652常规光纤色散的影响。通常这类光纤的典型色散系数为90ps/（nmkm），因而DCF只需在总线路长度上占G652光纤的长度的1/5，即可使总链路色散值接近于零。通常认为采用DCF来进行色散补偿是一种十分简单易行的无源补偿方法，特别是对于波分复用系统，其成本可以由多个波长的系统分担，更显其优越性。3选用新型的光纤由于G652光纤出现的比较早，铺设的较多，因此WDM技术比较多地考虑如何利用该光纤扩容的技术。现在新布放的光纤多为更加适合于WDM光传输的G655光纤或大有效面积（LEAF）光纤。G655光纤的零色散点在1550nm窗口中间，使该窗口的色散系数和衰减系数均更加适合于DWDM技术的应用。2.7网络管理系统 1网络及其各组成系统的电气特性的监测，包括对光信号功率变化与波长的稳准度、系统噪声与非线形效应、系统的传输色散与衰减、系统各单元部件的接口状态等的监测，还包括对网络的部件单元工作状态的控制等。 2网络的故障监测与保护自愈管理，包括局部或全局的故障诊断和故障节点或路由隔离、自适应时保护倒换和网络自愈、重构的实现控制等。3网络传输结构管理，包括波长路由管理、波长变换的控制管理等，这是光域内实现网络无阻塞连接和重构的关键。第三章 DWDM系统设计的主要考虑因素 3.1设备选择3.1.1光纤：高速率的系统要求光纤具有小的色度色散、小的偏振模色散和工作波长区的色度色散不能为零。我国已建的近百万公里光缆线路采用的光纤，基本上全是单模光纤，这种光纤在波长的衰减很低，工作波长区的色散也不为零，但它在波长的色度色散高达（）（），因此，光纤适合传输波道基础速率为的系统。在我国的光缆网中，有极少量的色散位移单模光纤，这种光纤可以传输单波道时分复用的、系统。当用来传输多波道的波分复用系统时，由于光纤工作波长区的色度色散为零，会产生四波混频非线性影响，所以光纤不适合用于光波道较多的系统。3.1.2终端设备：由于光分插复用器（）和光交叉连接设备（）尚未达到商用，还不能用组成全光网层面，目前只能将系统用作线路传输设备，与终端设备结合起来，在层面上组织传输网，因此，要涉及到设备即终端设备的选型问题。终端设备一方面需要与现有的传输平台或电信业务连接，另一方面需要与设备连接，这就要求设备的上下兼容性要好，同时还要考虑到网管等方面的因素。3.1.3 设备：设备的选型主要应从设备制式、波道数量、波道系统速率、技术性能指标和网管性能等方面考虑。设备有开放式和集成式两种制式，开放式组成的系统终端接入符合接口的终端设备，通过波长转换器接入合波器。合波器将接入个波道的信息集合起来送入光纤，经过多个光线路放大器传输至电再生器站的分波器。分波器将始端输入的个波道分开，各波道的信号通过具有功能的波长转换器进行再生、定时和整形后，再输入到下一个电再生段，以此过程一直传输到复用段或链路的终端，按始端的波道序号接至所对应的终端设备。开放式系统有两个主要特点：一是在系统中采用了波长转换器，使之能够兼容不同工作波长、不同厂商生产的设备；一是利用波长转换器替代了的电再生器，使一条光纤通信链路的线路传输系统，全部由设备组成，只在链路的终端接入设备，这对于网络的组织、扩容、管理、维护等均非常有利。集成式系统也有两个主要特点，一是不采用波长转换器；二是仍使用的电再生器。因此它必须终接规定工作波长的设备，在线路传输系统中因接入有的再生器，所以这种系统就不具备上述开放式系统的优点，故在工程设计中宜选用开放式系统的设备。另外还有几点需特别考虑：.系统是一个频域上的模拟系统，每段都引入一些噪声，中继段距离不同时，引入的噪声就会不同，只有合理设计光中继段的距离和电再生段中级联的数目，才能确保满足系统要求，因此，要特别重视光路设计。.由于系统采用的是光复用解复用，在传输过程中没有经过任何的电光转换，因此，对网络传输性能要求大大提高。. 网络应优先选用具有兼容性能的开放式设备。当用光纤传输时，波道基础速率宜为；用光纤传输时，波道基础速率可为或及以上系统。.系统的波长分配及其每个波长的功率分配，如果设计不合理，在以后的扩容过程中就会导致新增波长的功率配置困难，甚至影响到整个网络的扩容。3.2 DWDM系统的网络结构DWDM系统可用于多种网络拓补结构,例如点对点和环形。 DWDM系统的总体结构,根据标准、应用方式的不同,分为开放式和封闭式两类。 开放式DWDM传输系统在发送与接收部分采用了波长转换器,将既有SDH、PDH的G.957、G.955标准转换成G.692标准,以达到利用既有设备的目的。这种系统组成方式价格较贵,但组网灵活性较大。开放式DWDM传输技术与设备的进展,使既有SDH、PDH设备得以弃分利用,它们的结合成为迅速拓展光传输容量的有效手段。 封闭式DWDM传输系统没有波长转换器,也就是说,整套系统采用G.692标准。这种系统组成方式比较经济,但组网不太灵活,无法利用既有的SDH、PDH传输设备。开放式系统如下图所示：开放式DWDM系统图光波长转换单元OTU(OpficM Transponder Unit)的主要功能是将接入路或多路客户侧信号经过汇聚或转换后，输出符合rrUT G6941建议的DWDM标准波长或符合ITuT G6942建议的CWDM 标准波长，以便于合波单元对不同波长的光信号进行波分复用。光合波和分波单元的要功能是将不同波长的光信号进行合波或分波处理。光分插复用单元的主要功能是从合波光信号中分插出单波光信号，送入光波长转换单元；同时将从光波长转换单元接收的单波光信号复用进合波光信号。光纤放大器单元的主要功能是对合波光信号进行功率放大，以延长光信号的传输距离。光监控信道单元的主要功能是传送并处理系统的开销信息，部分光监控信道单元还可以完成时钟信号的传送功能。系统控制与通信单元主要功能是协同网络管理系统对设备的各单板进行管理，并实现设备之间的相互通信。系统控制与通信单元是设备的控制中心。光保护单元的主要功能是实现DWDM 系统的网络自愈保护，保护方式包括：光线路保护和光通道保护。辅助功能单元包括可调光衰减、多通道光谱分析单元、电源环境监测单元。3.3 光纤段跨距和衰减 对于陆地DWDM系统,无电再生的最大传输距离一般由系统的色散容限所确定；系统对光信噪比的要求决定了最大跨距长度和最多跨距数。仅从光信噪比的要求来考虑,一般情况下,跨距多的链路不宜采用长跨距,因为长跨距会使光信噪比(OSNR)迅速恶化；而需要长跨距传输链路的无电再生最大传输距离不宜过长,至少比短跨距情况下的总传输距离要短。 3.4光接收信噪比 光接收信噪比(OSNR)的定义为光接收信号功率与光噪声功率之比。 光放大系统中,理想的OSNR为22dB。通常,光信噪比取值20dB。 第四章 京九铁路DWDM系统的设计 系统的工程设计不仅要考虑网络合理因素，还要考虑到电信业务发展对网络带宽和传输速率的未来需求、现有资源的利用、与现有网络的连接以及经济效益等因素。4.1 京九铁路DWDM系统的构成 京九铁路DWDM系统是利用京九线既有20芯G.652光缆线路的两芯,在1550nm窗口新设的DWDM162.5Gb/s系统。采用开放型的波长配置,全线设2个复用段,共分为5个光放大段。图3为京九线(商丘-武汉段)DWDM光传输系统构成图。从图中可以看到京九铁路DWDM系统在商丘、武汉间设置2.5Gb/s SDH复用设备,并配备相应的电接口,武汉-郑州设3155M,武汉-北京设6155M、632M直达电路、商丘ADM作转接。 4.2 各项指标的计算分析 4.2.1色散 G.652光纤的色散系数为20ps/(nm.km),参照技术规范的要求,本工程波分复用设备采用的色散容限为7200ps/nm、1200ps/nm、12800ps/nm,复用段距离可达360km、600km、640km。4.2.2衰耗 商丘至通信站4复用段,采用435dB 配置,即光缆线路中继跨段最大容许衰耗AL取35dB。本复用段光路由总长432.5km,其中最大光中继跨段(通信站3-通信站4)的线路衰耗为28.55dB,加上该段中的4个光纤活动连接器损耗2dB（按每个活动连接器损耗0.5 dB计算）,考虑3dB维修余量,全程衰减33.55 dB,小于AL ;其余各段均能满足衰耗要求。 通信站4至武汉复用段,采用140dB配置,即光缆线路中继跨段最大容许衰耗PL取40dB。本段光路由总长136.2km,光缆衰耗33.24dB,线路中间计有8个光纤活动连接器,按每个活动连接器损耗0.5dB计算,全程线路净衰耗为37.24dB,再考虑3dB维修余量,通信站4至武汉跨段线路衰耗为40.24dB,超过PL值。本设计将该内的2个活动接头熔接成固定接头,可以减少1dB线路衰耗,使本复用段满足10dB配置要求。 4.2.3光信噪比(OSNR)的计算 当光放大器增益恰好补偿中继段光通道衰减时,OSNR按最恶劣情况表示如下： OSNR=Plout-L-NF-10logN-10log (hc2/3) 式中：Plout 为每路光输出功率； L为两个光线路放大器(EDFA)之间(跨距间)的光通道衰减； NF为光线路放大器的噪声系数,本工程取5dB； N为跨距段数； h为布朗克常数6.62610-34 J.S, c为光速,为光波长宽度。 当=0.1nm时,10log (hc2/3=8(dB) 对于45 dB中继段衰耗配置,L=35dB,N=4, 若Plout=9 dB, 则OSNR=21 dB； 对于10dB中继段衰减耗配置,L=40 dB,N=1,若Plout=9 dB, 则OSNR=22 dB。 系统设备能满足实际工程关于OSNR20 dB的要求。 第五章 结论DWDM技术已开始在我国铁路通信网中大规模应用。目前,浙赣线DWDM系统已投入应用,武广、新长线也正在建设中。DWDM真正实现了数字传输体制的的世界标准,可在光纤上承载更多的信号；DWDM具有良好的兼容性,可完全兼容既有SDH、PDH；开放的DWDM采用了灵活的组网方式,使网络结构及设备大大简化,降低了联网成本。DWDM已不仅成为解决容量问题的手段,而且将加速各种新业务的发展。DWDM的应用将给通信事业带来新的飞跃DWDM系统结构分析DWDM从结构上分，目前有集成系统和开放系统。集成式系统：要求接入的单光传输设备终端的光信号是满足G692标准的光源。开放系统，是在合波器前端及分波器的后端，加波长转移单元OTU，将当前通常使用的G957接口波长转换为G692标准的波长光接口。这样，开放式系统采用波长转换技术？使任意满足G957建议要求的光信号能运用光电光的方法，通过波长变换之后转换至满足G692要求的规范波长光信号，再通过波分复用，从而在DWDM系统上传输。目前的DWDM系统可提供16/20波或32/40波的单纤传输容量，最大可到160波，具有灵活的扩展能力。用户初期可建16/20波的系统，之后根据需要再升级到32/40波，这样可以节省初期投资。其升级方案原理：一种是在C波段红带16波加蓝带16波升级为32波的方案；另一种是采用interleaver，在C波段由200GHz间隔16/32波升级为100GHz间隔20/40波。进一步的扩容求，可提供C+L波段的扩容方案，使系统传输容量进一步扩充为160波。优点国内各大运营商现在网运行的DWDM？大量使用的几乎都是开放式DWDM系统，而实际上，集成式密集波分复用系统，有其自身的众多优点：1集成式DWDM系统的合波器和分波器在发端和收端是分别使用的，即：在发端只有合波器，在收端只有分波器，同时在收端和发端均去掉了OTU转换设备（此部分费用较大）？因此DWDM系统设备的投资可节省60%以上。2集成式DWDM系统在收端和发端仅使用无源器件(如：合波器或分波器)，电信运营单位可向器件厂家直接订货，减少供应环节，费用更低，从而节省设备成本。3开放式DWDM的网管系统负责：OTM（主要是OTU）、OADM、OXC、EDFA的监测，其设备投资约占DWDM系统总投资的20%；而集成式的DWDM系统由于无需OTM设备，其网管仅负责OADM、OXC、EDFA的监测，可引入更多的厂家进行竞争，其网管费用能比开放式DWDM的网管节省一半左右。4由于集成式的DWDM系统的合波波/分波设备为无源器件，便于提供多种业务、多速率的接口，只要业务端设备光端机的波长符合满足G692的标准，即可以PDH、SDH、POS（IP）、ATM等任何业务接入，支持8M、10M、34M、100M、155M、622M、1G、25G、10G等各种速率的PDH、SDH、ATM及IP以太网？避免了开放式DWDM系统由于OTU的原因，而只能使用所购DWDM系统已确定光波长（1310nm、1550nm）及传输速率的SDH、ATM或IP以太网设备？而根本不可能使用其他接口。5若将SDH、IP路由器等光传输设备的激光器件模块统一设计为标准几何尺寸的管脚，规范接口，便于维护插拔，且连接可靠。这样，维护人员就可根据集成式DWDM系统波长需要，自由更换特定彩色波长的激光头，为激光头的故障维护，提供了便利条件，避免了以前必须由厂家整板更换这一弊端所带来的高维护费用。6彩色波长的光源目前仅比普通1310nm、1550nm波长的光源价格稍贵，如25G速率的彩色波长光源目前要贵3000多元，但当接入到集成式DWDM系统上使用时，能使造价系统造价降低近10倍，并且随着彩色波长光源的大量应用，其价格将接近于普通光源。7集成式DWDM设备结构简单，体积更小，大约只有开放式DWDM所占空间的五分之一，节省机房资源。综上所述，集成式DWDM系统应大量应用于DWDM传输系统中大量中，并逐步替代开放式DWDM系统的主导地位。考虑到目前已有大量普通光源的光传输设备在网使用，建议可采用集成式与开放式兼容的混合式DWDM，已保护前期投资。参考文献1 叶磊 铁道部第四勘测设计院通号处 摘自光电产品世界2 徐荣等，“密集波分复用光网络关键技术”，通信标准与质量3 田瑞然，“光纤传输系统工程设计”，邮电设计技术，第九期期刊精华4林秋菊、王洪国，“密集波分复用关键技术”，通信标准与质量信息网袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁