基本介紹
- 中文名：密集型光波復用
- 外文名：Dense Wavelength Division Multiplexing
- 縮寫：DWDM
- 所屬技術類型：雷射技術
DWDM簡介,產生背景,原理,系統結構,優點,系統原理,功能相關,DWDM系統的光監控信道（OSC）,光纖放大器,DWDM系統的OADM、OXC功能,DWDM技術在電力系統的套用,
DWDM簡介
DWDM能夠在同一根光纖中，把不同的波長同時進行組合和傳輸。為了保證有效，一根光纖轉換為多個虛擬光纖。所以，如果你打算復用8個光纖載波（OC），即一根光纖中傳輸8路信號，這樣傳輸容量就將從2.5Gb/s提高到20Gb/s。2013年3月採集數據，由於採用了DWDM技術，單根光纖可以傳輸150多束不同波長的光波同時傳輸，每束光波最高速度可達10Gb/s的傳輸速率。隨著廠商在每根光纖中加入更多信道，每秒兆兆位的傳輸速度指日可待。
DWDM的一個關鍵優點是它的協定和傳輸速度是不相關的。基於DWDM的網路可以採用IP協定、ATM、SONET/SDH、乙太網協定來傳輸數據，處理的數據流量在100Mb/s和2.5Gb/s之間。這樣，基於DWDM的網路可以在一個雷射信道上以不同的速度傳輸不同類型的數據流量。從QoS（質量服務）的觀點看，基於DWDM的網路以低成本的方式來快速回響客戶的頻寬需求和協定改變。
產生背景
通信傳輸網路與業務的關係在大幅度上漲的業務量形勢下變得日趨複雜。原有的 TDM（光纖單波傳輸和時分復用）無法適應新技術的需求。光纖單波傳輸商業套用的最高速率為 40Gbits/s，並且價格不菲。TDM 技術在複雜的網路和業務關係下難以適從。而採用純光器件進行長波調度的光纖多波傳輸技術突破了電子器件處理速度的極限，在 SDH技術的基礎之上，光纖傳播容量得以大幅度提升。當前密集光波復用（DWDM）技術（DWDM）技術（又稱為 OTN 技術） 的商業套用速率已經達到 3.2 Tbits/s，這就意味著通信網路可以平滑升級和演進。
DWDM 技術的第一提出方就是Lucent 公司， 其中文翻譯是密集型光波復用 DWDM技術是在 1991年提出的 。具體是指能組合一組光波長用一根光纖進行傳送， 這是一項用來在現有的光纖骨幹網上提高頻寬的雷射技術 。也可以指在一根特定的光纖中 ，多路復用單個光纖載波的緊密光譜間距， 以便於達到傳輸過程中所需要的性能。 並且可以在一定的信息傳輸下 ，也可以試著減少所需要的光纖的數量 。近幾年來 DWDM技術的發展受到了廣泛關注 ，在以後的時間裡 DWDM技術在通信中的套用將更加廣泛。
原理
系統結構
DWDM從結構上分，目前有集成系統和開放系統。集成式系統：要求接入的單光傳輸設備終端的光信號是滿足G．692標準的光源。開放系統，是在合波器前端及分波器的後端，加波長轉換單元OTU，將當前通常使用的G．957接口波長轉換為G．692標準的波長光接口。這樣，開放式系統採用波長轉換技術？使任意滿足G．957建議要求的光信號能運用光－電－光的方法，通過波長變換之後轉換至滿足G．692要求的規範波長光信號，再通過波分復用，從而在DWDM系統上傳輸。
目前的DWDM系統可提供16/20波或32/40波的單纖傳輸容量，最大可到160波，具有靈活的擴展能力。用戶初期可建16/20波的系統，之後根據需要再升級到32/40波，這樣可以節省初期投資。其升級方案原理：一種是在C波段紅帶16波加藍帶16波升級為32波的方案；另一種是採用interleaver，在C波段由200GHz間隔16/32波升級為100GHz間隔20/40波。進一步的擴容求，可提供C+L波段的擴容方案，使系統傳輸容量進一步擴充為160波。
優點
國內各大運營商現在網運行的DWDM？大量使用的幾乎都是開放式DWDM系統，而實際上，集成式密集波分復用系統，有其自身的眾多優點：
1、集成式DWDM系統的合波器和分波器在發端和收端是分別使用的，即：在發端只有合波器，在收端只有分波器，同時在收端和發端均去掉了OTU轉換設備（此部分費用較大）？因此DWDM系統設備的投資可節省60%以上。
2、集成式DWDM系統在收端和發端僅使用無源器件(如：合波器或分波器)，電信運營單位可向器件廠家直接訂貨，減少供應環節，費用更低，從而節省設備成本。
3、開放式DWDM的網管系統負責：OTM（主要是OTU）、OADM、OXC、EDFA的監測，其設備投資約占DWDM系統總投資的20%；而集成式的DWDM系統由於無需OTM設備，其網管僅負責OADM、OXC、EDFA的監測，可引入更多的廠家進行競爭，其網管費用能比開放式DWDM的網管節省一半左右。
4、由於集成式的DWDM系統的合波波/分波設備為無源器件，便於提供多種業務、多速率的接口，只要業務端設備光端機的波長符合滿足G．692的標準，即可以PDH、SDH、POS（IP）、ATM等任何業務接入，支持8M、10M、34M、100M、155M、622M、1G、2．5G、10G等各種速率的PDH、SDH、ATM及IP乙太網？避免了開放式DWDM系統由於OTU的原因，而只能使用所購DWDM系統已確定光波長（1310nm、1550nm）及傳輸速率的SDH、ATM或IP乙太網設備？而根本不可能使用其他接口。
5、若將SDH、IP路由器等光傳輸設備的雷射器件模組統一設計為標準幾何尺寸的管腳，規範接口，便於維護插拔，且連線可靠。這樣，維護人員就可根據集成式DWDM系統波長需要，自由更換特定彩色波長的雷射頭，為雷射頭的故障維護，提供了便利條件，避免了以前必須由廠家整板更換這一弊端所帶來的高維護費用。
6、彩色波長的光源目前僅比普通1310nm、1550nm波長的光源價格稍貴，如2．5G速率的彩色波長光源目前要貴3000多元，但當接入到集成式DWDM系統上使用時，能使造價系統造價降低近10倍，並且隨著彩色波長光源的大量套用，其價格將接近於普通光源。
7、集成式DWDM設備結構簡單，體積更小，大約只有開放式DWDM所占空間的五分之一，節省機房資源。
綜上所述，集成式DWDM系統應大量套用於DWDM傳輸系統中大量中，並逐步替代開放式DWDM系統的主導地位。考慮到目前已有大量普通光源的光傳輸設備在網使用，建議可採用集成式與開放式兼容的混合式DWDM，已保護前期投資。
系統原理
DWDM 技術是利用單模光纖的頻寬以及低損耗的特性，採用多個波長作為載波，允許各載波信道在光纖內同時傳輸如圖。
與通用的單信道系統相比，密集 WDM （ DWDM ）不僅極大地提高了網路系統的通信容量，充分利用了光纖的頻寬，而且它具有擴容簡單和性能可靠等諸多優點，特別是它可以直接接入多種業務更使得它的套用前景十分光明。
在模擬載波通信系統中，為了充分利用電纜的頻寬資源，提高系統的傳輸容量，通常利用頻分復用的方法。即在同一根電纜中同時傳輸若干個信道的信號，接收端根據各載波頻率的不同利用帶通濾波器濾出每一個信道的信號。
同樣，在光纖通信系統中也可以採用光的頻分復用的方法來提高系統的傳輸容量。事實上，這樣的復用方法在光纖通信系統中是非常有效的。與模擬的載波通信系統中的頻分復用不同的是，在光纖通信系統中是用光波作為信號的載波，根據每一個信道光波的頻率（或波長）不同將光纖的低損耗視窗劃分成若干個信道，從而在一根光纖中實現多路光信號的復用傳輸。
由於目前一些光器件（如頻寬很窄的濾光器、相干光源等）還不很成熟，因此，要實現光信道非常密集的光頻分復用（相干光通信技術）是很困難的，但基於目前的器件水平，已可以實現相隔光信道的頻分復用。人們通常把光信道間隔較大（甚至在光纖不同視窗上）的復用稱為光波分復用（ WDM ），再把在同一視窗中信道間隔較小的 DWDM 稱為密集波分復用（ DWDM ）。 隨著科技的進步，現代的技術已經能夠實現波長間隔為納米級的復用，甚至可以實現波長間隔為零點幾個納米級的復用，只是在器件的技術要求上更加嚴格而已，因此把1270nm至1610nm波長間隔20nm的波段稱為 粗波分復用（CWDM）。
DWDM 系統的構成及光譜示意圖如 圖所示。傳送端的光發射機發出波長不同而精度和穩定度滿足一定要求的光信號，經過光波長復用器復用在一起送入摻鉺光纖功率放大器（摻鉺光纖放大器主要用來彌補合波器引起的功率損失和提高光信號的傳送功率），再將放大後的多路光信號送入光纖傳輸，中間可以根據情況決定有或沒有光線路放大器，到達接收端經光前置放大器（主要用於提高接收靈敏度，以便延長傳輸距離）放大以後，送入光波長分波器分解出原來的各路光信號。
功能相關
DWDM系統的光監控信道（OSC）
在DWDM系統中，採用獨立的1510nm波長（速率為2Mb/s）承載光監控信道（OSC），傳送網管、公務和監控信息，幀結構符合G．704，實際用於監控信息傳送的速率為1920kb/s。OSC光監控信道是DWDM系統工作狀態的信息載體。在DWDM系統中，OSC是一個相對獨立的子系統，傳送光信道層、光復用段層和光傳輸段層的維護和管理信息，提供公務聯絡及使用者通路，同時它還可以提供其它附加功能。OSC主要包括的子系統功能為：OSC信道接收和傳送、時鐘恢復和再生、接收外部時鐘信號、OSC信道故障檢測和處理及性能監測、CMI編解碼、OSC幀定位和組幀處理、監控信息處理。性能的監測（B1、J0、OPM、光放監測），可由業務接入終端完成。模擬量監測功能和B1誤碼監測功能，提供不中斷業務的多路光通道性能監測（包括各信道波長、光功率、光信噪比），適時監測光傳送段和光通道性能質量，提供故障定位的有效手段。具有監測放大器的輸入光功率、輸出光功率、PUMP驅動電流、PUMP製冷電流、PUMP溫度和PUMP背向光功率的功能。具有監測多方向的波數、各信道的波長、光功率和光信噪比等性能，監測的波長精度可大於0．05nm、光功率精度可大於0．5dBm、信噪比精度可大於0．5dB。
光纖放大器
按光纖放大器所線上路傳輸中的位置不同，可分為三種：
（1）放在光發射機後面的，稱為功率放大器；
（2）放在光纖線路之間起中繼作用的，稱為線路放大器；
（3）放在光接收機前面的，稱為前置放大器。
按光放大實現的功能，可分為兩種：
（1）摻鉺光纖放大器：具有增益平坦、增益鎖定、輸出功率鉗制和放大器瞬態控制等功能，同時為了消除由於突發事故產生的光放大器的“浪涌”現象，光放大器還具有光功率自動關斷(APSD)和功率自動減弱(APR)功能。
（2）RPM喇曼光纖放大器：專為遠距離光傳輸系統設計，採用高性能14XXnm泵浦雷射器和無源器件，結構緊湊，能直接放大C-Band、L-Band、C+L-Band的光信號，改善線路光信噪比（OSNR），很好地提升系統的傳輸性能，符合TelcordiaGR-1312-CORE的標準要求。
DWDM系統的OADM、OXC功能
OADM可根據需要在任何光中繼站點提供波長的光信號上下（目前可做到8波），該功能與OXC配合，可以將任何上路連線埠來的某一光信號都可以上到系統的任一波長，這樣即使兩個上路連線埠的上路光信號波長相同，也不會造成阻塞。同樣下路也可以通過連線埠指配功能將某一下路波長根據需要下到任一連線埠，從而極大地擴展了OADM套用的靈活性。此外，通過OADM與OXC地組合套用，可以提供二纖單向復用段保護、二纖雙向復用段保護、通道保護等保護方式，從而可以實現自愈環型組網，使系統性能安全、可靠。（後衛編輯）
DWDM技術在電力系統的套用
新型通信設備的問世並不表明對原有設備和技術的否定，而應該是繼承、發展與創新。64k 子速率—PDH—SDH—DWDM 都體現和遵循了這一原則。從目前在電力系統的套用現狀分析，波分復用 DWDM 技術水平還不能完全取代SDH，卻能與 SDH 技術分工合作、取長補短，使電力通信網路得以最佳化，全面提高通信頻寬，確保網路系統的安全與穩定。
從現在密集光波復用（DWDM）設備和技術來看，設備內部不僅需要使用光放、分波器、合波器、色散補償等部件，也還需要較多的跳纖，理論上講 DWDM比 SDH 設備存在更高的故障機率，因此全部採用 DWDM傳輸調度數據是不科學的。
從另一個角度來看，DWDM作為 SDH 的完善和補充，是完全可以提供調度數據傳輸的保護通道的。除此之外，SDH 的網管數據是基於包傳輸的，大部分是乙太網，所以波分復用 DWDM 技術可以為SDH 網管提供保護通道，而 SDH 也能夠穩 DWDM 網管提供保護通道的作用。
我們可以預測，推廣和實施密集光波復用（DWDM）技術將在高清會議電視、遠程視頻監控以及 NGN 等方面提供強大的支持，以提升電力通信頻寬，其最大的優勢就是高性能好，價格低。科學合理地劃分 DWDM 與 SDH 業務，可以充分發揮它們各自的優勢，減輕網管的壓力，提高通信運行管理水平。
