第十三章 WDM网络

13.1. DWDM 概述13.2. DWDM 系统结构13.3. 波长计划

13.1 DWDM 技术

光纤通信经过 30 多年的发展，单信道实用 化 系 统 的 传 输 速 率 从 1976 年 的45Mbit/s 发展到了 10Gbit/s ，线路的利用率得到了很大提高 ( 但与光纤巨大的带宽潜力相比这点带宽还微不足道 ) 。

类似于传统频分复用的概念，在 1300~1600 nm 光谱范围内，以一定的间隔隔开的多个波长可以在同一根光纤中独立传播。 (200nm 窗口，带宽约 30THz ）

1270 1350 1480 1600

2

c

波长间隔和频率间隔之间的换算关系

例：在 1525~1565 nm 频带内，窄线宽激光器在 0.8 nm 谱带内(~100 GHz 间隔 ) 发射信号，则一根光纤可以同时承载 50路独立的信号。

80 nm 120 nm

WDM 40 Gb/s PSK

100 GHz

相比窗口带宽，每个波长信道上信号的调制带宽很窄相比窗口带宽，每个波长信道上信号的调制带宽很窄

电时分复用面临的问题：•“ 电子瓶颈”限制： 10Gb/s→40Gb/s…•光纤色散限制•单波长通信系统远不能有效利用光纤带宽

signal1

signal2

1 0 1 1

1 0 0 1

1 1 0 0 1 0 1 1

TDM signal

13.1.1 ． DWDM 技术产生背景 传统的传输网络扩容方法采用空分多路复用（ SDM ）和时分多路复用（ TDM ）两种方式。 （ 1 ） SDM 靠增加光纤数量的方式线性增加传输系统的容量，传输设备也线性增加。空分多路复用的扩容方式十分受限。 （ 2 ） TDM 是比较常用的扩容方式，从 PDH 的一次群至四次群的复用，到 SDH 的 STM-1 、 STM-4 、 STM-16 至 STM-

64 的复用。但达到一定的速率等级时，会受到器件和线路等特性的限制。 DWDM 技术不仅大幅度地增加了网络的容量，而且还充分利用了光纤的宽带资源，减少了网络资源的浪费。

光波分复用 (WDM) 技术是在一芯光纤中同时传输多波长光信号的一项技术。其基本原理是在发送端将不同波长的光信号组合起来，并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进行传输，在接收端将组合波长的光信号分开，并作进一步处理，恢复出原信号后送入不同的终端。

13.1.2 ． 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，允许各载波信道在一条光纤内同时传输。 通常把光信道间隔较大（甚至在光纤的不同窗口上）的复用称为光波分复用（ WDM ），而把在同一窗口中信道间隔较小的 WDM 称为密集波分复用（ DWDM ）。 DWDM 系统的构成及光谱示意如图 13-1 所示。

图 13.1 DWDM 系统的构成及频谱示意图

点到点的波分复用系统

波分复用器

100 GHz 间隔的 WDM 信道频谱

13.1.3 ． DWDM 工作方式 （ 1 ）双纤单向传输 双纤单向传输指一根光纤只完成一个方向光信号的传输，反向光信号的传输由另一根光纤来完成。如图 13.2 所示，

图 13.2 双纤单向传输的 DWDM 系统

（ 2 ）单纤双向传输 单纤双向传输指在一根光纤中实现两个方向光信号的同时传输，两个方向的光信号应安排在不同波长上。

图 13.3 单纤双向传输的 DWDM 系统

（ 3 ）光信号的分出和插入 通过光分插复用器（ OADM ）可以实现各波长的光信号在中间站的分出与插入，即完成上 / 下光路，利用这种方式可以完成 DWDM 系统的环形组网。

图 13.4 光信号的分出和插入传输

13.1.4 ． DWDM 的应用形式 有开放式 DWDM 和集成式 DWDM 。 开放式 DWDM 系统采用波长转换技术，将复用终端的光信号转换成符合 ITU-T 建议的波长，然后进行合波。 集成式 DWDM 系统没有采用波长转换技术，它要求复用终端的光信号符合 ITU-T 建议的波长，然后进行合波。

13.1.5 ． DWDM 的优越性

(1) 可以充分利用光纤的巨大带宽潜力，使一根光纤上的传输容量比单波长传输增加几十至上万倍。 (2) N 个波长复用以后在一根光纤中传输，在大容量长途传输时可以节约大量的光纤。

(3) 波分复用通道对传输信号是完全透明的，即对传输码率、数据格式及调制方式均具有透明性，可同时提供多种协议的业务，不受限制地提供端到端业务。

(4) 可扩展性好。

(5) 降低器件的超高速要求。

13. 2 DWDM 系统结构 1 ．DWDM 器件 DWDM 器件分为合波器和分波器两种，如图 13-5 所示。 合波器的主要作用是将多个信号波长合在一根光纤中传输。 分波器的主要作用是将在一根光纤中传输的多个波长信号分离。

图 13-5 DWDM 器件

2 ． DWDM 的几种网络单元类型 DWDM 设备可分为光终端复用器（ OTM ）、光线路放大器（ OLA ）、光分插复用器（ OADM ）和电中继器（ REG ）几种类型。以华为公司的波分 320G 设备为例讲述各种网单元的作用。 （ 1 ）光终端复用器（ OTM ） 在发送方向， OTM 把波长为 λ1 ～ λ16 （或 λ32 ）的 STM-16

信号经合波器复用成 DWDM 主信道，然后对其进行光放大，并附加上波长为 λs 的光监控信道。 在接收方向， OTM 先把光监控信道取出，然后对 DWDM 主信道进行光放大，经分波器解复用成 16 （或 32 ）个波长的STM-16 信号。 OTM 的信号流向如图 13-6 所示。

图 13-6 OTM 信号流向图

（ 2 ）光放大器（ OLA ） 每个传输方向的 OLA 先取出光监控信道（ OSC ）并进行处理，再将主信道进行放大，然后将主信道与 OSC 合路并送入光纤。如图 13-7 所示。

图 13-7 OLA 信号流向图

（ 3 ）光分插复用器（ OADM ） OADM 设备接收线路的光信号后，先提取监控信道，再用 WPA 将主光通道预放大，通过 MR2 单元把含有 16 或32 路 STM-16 的光信号按波长取下一定数量后送出设备，要插入的波长经 MR2 单元直接插入主信道，再经功率放大后插入本地光监控信道，向远端传输。以 MR2 为例，其信号流向如图 13-8 所示。

图 12-8 静态 OADM （ 32/2 ）信号流向图

（ 4 ）两个 OTM 背靠背组成的光分插复用器 用两个 OTM 背靠背的方式组成一个可上 / 下波长的 OADM ，如图 13-9 所示。

图 13-9 两个 OTM 背靠背组成的 OADM 信号流向图

（ 5 ）电中继器（ REG ） 以 STM-16 信号的中继为例，其的信号流向如图 13-10 所示。

图 13-10 电中继器（ REG ）的信号流向图

3 ． DWDM 网络的一般组成 （ 1 ）点到点组网 DWDM 的点到点组网示意图如图 13-11 所示。 （ 2 ）链形组网 DWDM 的链形组网示意图如图 13-12 所示。 （ 3 ）环形组网 DWDM 环形组网示意图如图 13-13 所示。

图 13-11 DWDM 的点到点组网示意图

图 13-13 DWDM 的环形组网示意图

图 13-12 DWDM 的链形组网示意图

4 ． DWDM 网络的保护 点到点线路保护主要有两种保护方式 一种是基于单个波长、在 SDH 层实施的 1+1 或 1 ︰ N的保护； 另一种是基于光复用段上的保护，在光路上同时对合路信号进行保护，这种保护也称光复用段保护（ OMSP ）。 另外还有基于环网的保护。

13.3 波长计划分类

简单 WDM （简称 WDM ）： 1310nm/1550nm ，用于 PON 接入网络 CWDM （ Coarse WDM ）：

传统的 CWDM: 850nm 窗口，主要用于多模光纤的接入网中WWDM (Wide WDM): 10GE WAN城域 CWDM: 主要用于城域网

DWDM (Dense WDM ）主要用于长距离传输系统

简单 WDM ：主要用于采用单纤双向传输方式的光纤接入网中（如 PON ），在上下行方向采用不同的波长， 1310nm 为上行波长（用户到中心局）； 1550nm 为下行波长 ( 用户到中心局 ) 。

采用熔融光纤波分复用器实现波长的复用 / 解复用

Downstream 1550nm

Upstream 1310nm

CWDM- 传统 CWDM 20 世纪 80 年代提出，用于 850nm 传输窗口的多模

光纤局域网（如：视频分配网，双向单纤网络等） 波长间隔 25nm 20 世纪 90 年代后期，随着 10G 以太网技术的兴起，

采用 850 窗口的 4 波长传送 10GE 被列入 10GE LAN的标准之一（ IEEE802.3)

CWDM-WWDM ： IEEE802.3 10GE WAN 标准之一：

多模光纤，1310nm 窗口，间隔为 25nm的 4 个光波长信道，单信道速率 3.125Gb/s ，传输距离 10km.

CWDM- 城域 CWDM 随着 DWDM 技术在长距离通信中的应用。宽带城域

网络问题逐渐成为通信网络的瓶颈。宽带、灵活及低成本是城域网追求的主要目标。采用 CWDM 技术是实现这一目标的有效手段。

ITU-T G.694.2 规定了城域 CWDM 的波长分配方案

CWDM 优越性： 降低对激光器波长漂移的限制，无制冷激光器（如 VCSEL ）

成为其首选器件 降低滤波器件的制作难度及成本

DWDM ITU-T G.694.1规定了 DWDM的波长分配方案

波长间隔包括200GHz,100GHz,50GHz

目前长距离系统主要使用 C-band(1530nm~1565mn) 和L-band(1565nm~1625nm) 的波长

WDM 系统的优点1. 系统容量可以很容易升级 如果每个波长可以承载 40 Gb/s 的信息，那么一根光纤若同时 传输 100 个波长就能实现 4 Tb/s 的传输

2. 可以保持数据的透明性 WDM 的信道都可以独立地携带任意的传输格式，它们之间 可以不同步，数据速率可以不同，可以是模拟的或者数字的

3. 可以用于构造波长路由光网络 光网络交换节点除了可以执行时间和空间两个维度的交换之 外还可以利用波长进行交换，多维的交换让光网络具有更高 的灵活性

WDM 实验记录

单位单位 总容量总容量 波长数波长数 单波速率单波速率 宣称时间宣称时间

1 Alcatel 5.12T 128 40G 2000.09

2 NEC 6.4T 160 40G 2000.10

3 Siemens 7.04T 176 40G 2000.10

4 Alcatel 10.2T 256 40G 2001.03

5 NEC 10.9T 273 40G 2001.03

WDM+TDM

会议 传输距离 容量 信号 研究机构

OFC03 32x100km 160x42.7G CSRZ-DPSK OFS

OFC03 100x100km 40x42.7G CSRZ-DPSK Mintera

ECOC03 8200km 64x42.7G CSRZ-DPSK KDDI

OFC04 6120km 149x42.7 G DPSK Alcatel

ECOC06 160km 140x111G CSRZ-DQPSK NTT

ECOC06 2000km 10x107G RZ-DQPSK Lucent

OFC 1700km 40x85.6G RZ-DQPSK Eindhoven Univ. of Tech.

近年来报道的传输记录

WDM 网络存在问题？ 点到点的 WDM 系统解决了突然出现的“宽带饥渴”和“光纤饥渴”问题，但带宽的利用率不高。

运营网络前几年的建设积累了相当的容量，短时间内传输链路的带宽将不再是光传送网发展的主要矛盾。但组网的灵活性、稳定性与网络的智能性成为关注的焦点。