一、DWDM技術的產生背景

　　1、光網絡復用技術的發展

　　通信網絡中，包括多種傳輸媒介，如雙絞線、同軸線、光纖、無線傳輸。其中，光纖傳輸的特點是傳輸容量大、質量好、損耗小、保密性好、中繼距離長等。

　　隨著信息時代寬帶高速業務的不斷發展，不但要求光傳輸系統向更大容量、更長距離發展，而且，要求其交互便捷。因此，在光傳輸系統中引入了復用技術。所謂復用技術是指利用光纖寬頻帶、大容量的特點，用一根光纖或光纜同時傳輸多路信號。在多路信號傳輸系統中，信號的復用方式對系統的性能和造價起著重要作用。

　　光纖傳輸網的復用技術經歷了空分復用（SDM）、時分復用（TDM）到波分復用（WDM）三個階段的發展。

　　SDM技術設計簡單、實用，但必須按信號復用的路數配置所需要的光纖傳輸芯數，投資效益較差；TDM技術的應用很廣泛，如PDH、SDH、ATM、IP都是基于TDM的傳輸技術，缺點是線路利用率較低；WDM技術在1根光纖上承載多個波長（信道），使之成為當前光纖通信網絡擴容的主要手段。

　　在過去20年里，光纖通信的發展超乎了人們的想象，光通信網絡也成為現代通信網的基礎平臺。光纖通信系統經歷了幾個發展階段，從70年代末的PDH系統，90年代中期的SDH系統，以及近來風起云涌的DWDM系統，乃至將來的智能光網絡技術，光纖通信系統自身正在快速地更新換代。

　　波分復用技術從光纖通信出現伊始就出現了，80年代末、90年代初，AT&T貝爾實驗室的厲鼎毅（T.Y.Lee）博士大力倡導波分復用（DWDM）技術，兩波長WDM（1310／1550nm）系統80年代就在美國AT&T網中使用，速率為2×1.7Gb／s。但是到90年代中期，WDM系統發展速度并不快，主要原因在于：

　　（1）TDM（時分復用）技術的發展，155Mb／s-622Mb／s-2.5Gb／s TDM技術相對簡單。據統計，在2.5Gb／s系統以下（含2.5Gb／s系統），系統每升級一次，每比特的傳輸成本下降30％左右。正由于此，在過去的系統升級中，人們首先想到并采用的是TDM技術。

　　（2）波分復用器件還沒有完全成熟，波分復用器／解復用器和光放大器在90年代初才開始商用化。

　　DWDM發展迅速的主要原因在于：

　　（1）TDM10Gb／s面臨著電子元器件的挑戰，利用TDM方式已日益接近硅和鎵砷技術的極限，TDM已沒有太多的潛力可挖，并且傳輸設備的價格也很高。

　　（2）已敷設G.652光纖1550nm窗口的高色散限制了TDM10Gb／s系統的傳輸，光纖色度色散和偏振模色散的影響日益加重。人們正越來越多地把興趣從電復用轉移到光復用，即從光域上用各種復用方式來改進傳輸效率，提高復用速率，而WDM技術是目前能夠商用化最簡單的光復用技術。

　　（3）光電器件的迅速發展。1985年英國南安普頓大學首先研制出摻餌光纖放大器。1990年，比瑞利(Pirelli)研制出第一臺商用光纖放大器（EDFA），EDFA的成熟和商用化，使WDM技術長距離傳輸成為可能。

　　從技術和經濟的角度，DWDM技術是目前最經濟可行的擴容技術手段。

　　2、光通信發展的三個階段

　　傳統的光纖傳輸技術，經歷了準同步數字體系（PDH）、同步數字體系（SDH），和波分復用（WDM）三個階段，如圖1所示。

　　圖1  光通信發展的三個階段

　　以下將簡要介紹PDH、SDH到DWDM的發展過程，以及各種技術的接口規范。

　　2.1 PDH

　　早期的光傳輸系統采用準同步數字體系PDH，是在原有模擬電話網的基礎上引入PCM（脈沖編碼調制）數字傳輸技術發展起來的，采用比特填充和碼位交織的方法將低速率等級的信號復合成高速信號。

　　PDH系統的基群信號采用同步時分復用方式，其他高次群的復用均采用準同步（或稱異步）的時分復用方式。

　　PDH系統包括歐洲、北美和日本3個地區性的速率等級標準，如表所示。

　　表 1.1 1 PDH碼速率

　　從20世紀70年代初期至80年代，PDH系統和設備在數字網中獲得大規模的推廣應用。但是隨著光纖通信技術的發展，以及用戶對通信業務需求的增加，PDH的弱點也越來越明顯。

　　（1）3種速率標準互不兼容，不利于國際互通的發展。

　　（2）沒有世界性的標準光接口規范。各個廠家自行開發的專用光接口互不兼容，限制了聯網的靈活性，增加網絡的復雜性和運營成本。

　　（3）PDH是建立在點對點傳輸基礎上的復用結構。只支持點對點傳輸，無法滿足復雜網絡組網。

　　（4）運行、管理和維護必須依靠人工的數字信號交叉連接和停業務測試進行，無法滿足現代通信網對監控和網管的需求。

　　（5）隨著速率的增加，采用PDH技術實現高次群復用的難度明顯增大，不能適應光纖數字通信大容量超高速率傳輸發展的需要。

　　2.2 SDH

　　20世紀80年代中期，由美國貝爾通信研究所提出了同步光網絡（SONET）的概念。1988年，原CCITT（ITU-T的前身）接受了SONET的概念，形成了世界統一的傳輸網技術標準，并重新命名為同步數字體系（SDH）。

　　SDH信號采用同步復用方式和靈活的復用映射結構。各種不同等級的碼流在幀結構凈負荷內規律排列，凈負荷與網絡同步，只需借助相應軟件，即可使高速信號一次直接分插出低速支路信號，也就是所謂的一步解復用特性。

　　SDH系統的速率規范如表所示。

　　表 1.1 2 SDH信號等級

　　SDH規范了數字信號的幀結構、復用方式、傳輸速率等級、接口碼型特性，提供了一個國際支持框架，在此基礎上發展并建成了一種靈活、可靠、便于管理的世界電信傳輸網。這種傳輸網易于擴展，適于新電信業務的開展，并且使不同廠家生產的設備互通成為可能。SDH設備的光接口符合ITU-T G.957和ITU-T G.691建議，該標準對工作中心波長沒有特別規定。

　　但是，當傳輸速率超過10Gbit/s后，系統色散等不良影響將加重長距傳輸的難度，同時，SDH系統是基于單波長的時分復用系統，單波長傳輸無法充分利用光纖的巨大帶寬，因此，在骨干網，引入了WDM技術，極大的擴大了光纖的傳輸容量。

　　2.3 WDM

　　WDM又叫波分復用技術，是新一代的超高速的光纜技術，所謂波分復用技術，就是在單一光纖內同步傳輸多個不同波長的光波，讓數據傳輸速度和容量獲得倍增，它充分利用單模光纖的低損耗區的巨大帶寬資源，采用合波器，在發送端將不同規定波長的光載波進行合并，然后傳入單模光纖。在接收部分將再由分波器將不同波長的光載分開的復用方式，由于不同波長的載波是相互獨立的，所以雙向傳輸問題，迎刃而解。根據不同的波分復用器（分波器，合波器X可以復用不同數量的波長。

　　通信系統的設計不同，每個波長之間的間隔寬度也有不同。按照通道間隔的不同，WDM可以細分為CWDM（稀疏波分復用）和DWDM（密集波分復用）。CWDM的信道間隔為20nm，而DWDM的信道間隔從0.4nm 到1.2nm，所以相對于DWDM，CWDM稱為稀疏波分復用技術。

　　3、DWDM在傳輸網中的定位

　　DWDM是一種能在一根光纖上同時傳送多個攜帶有信息（模擬或數字）的光載波，可以承載SDH業務、IP業務、ATM業務。只需通過增加波長（信道）實現系統擴容的光纖通信技術。它將幾種不同波長的光信號組合（復用）起來傳輸，傳輸后將光纖中組合的光信號再分離開（解復用），送入不同的通信終端，即在一根物理光纖上提供多個虛擬的光纖通道，我們也可以稱之為虛擬光纖。DWDM在系統中的位置如圖2所示。

　　圖2  DWDM在系統中的位置

　　二、WDM的相關定義

　　WDM 波分復用（WDM，Wavelength Division Multiplexing）是指，在1根光纖上承載多個波長（信道）系統，將1根光纖轉換為多條“虛擬”纖，每條虛擬纖獨立工作在不同波長上。由于WDM系統技術的經濟性與有效性，使之成為當前光纖通信網絡最廣泛使用的光波復用技術。

　　WDM通常有3種復用方式，即1310nm和1550nm波長的波分復用、粗波分復用（CWDM）和密集波分復用（DWDM）。

　　（1）1310 nm和1550 nm波長的波分復用

　　這種復用技術在20世紀70年代初時僅用兩個波長：1310nm窗口一個波長，1550nm窗口一個波長，利用WDM技術實現單纖雙窗口傳輸，這是最初的波分復用的使用情況。

　　（2）密集波分復用（DWDM）

　　簡單的說，DWDM技術是指相鄰波長間隔較小的WDM技術，工作波長位于1550nm窗口。可以在一個光纖上承載8~160個波長。主要應用于長距離傳輸系統。

　　圖3  DWDM系統示意圖

　　（3）粗波分復用（CWDM）

　　CWDM技術是指相鄰波長間隔較大的WDM技術，相鄰信道的間距一般大于等于20nm，波長數目一般為4波或8波，最多18波。CWDM使用1200nm ~1700nm窗口。

　　CWDM采用非制冷激光器、無光放大器件，成本較DWDM低；缺點是容量小、傳輸距離短。因此，CWDM技術適用于短距離、高帶寬、接入點密集的通信應用場合，如大樓內或大樓之間的網絡通信。

　　1、DWDM基本概念

　　DWDM（Dense Wavelength Division Multiplexing）密集波分復用技術是在波長1550nm窗口附近，在EDFA能提供增益的波長范圍內，選用密集的但相互又有一定波長間隔的多路光載波，這些光載波各自受不同數字信號的調制，復合在一根光纖上傳輸，提高了每根光纖的傳輸容量。這些光載波的波長間隔為0.4～2nm，如圖4所示。

　　圖4  DWDM載波波長間隔

　　DWDM設備通常由五部分組成，如圖5所示。

　　圖5  DWDM系統組成

　　2、DWDM的特點和優勢

　　（1）充分利用光纖的帶寬資源，傳輸容量巨大

　　DWDM系統中的各波長相互獨立，可透明傳輸不同的業務，如SDH、GbE、ATM等信號，實現多種信號的混合傳輸。如圖6所示，多個光信號通過采用不同的波長復用到一根光纖中傳輸，每個波長上承載不同信號，在一根光纖中傳輸，大大提高了光纖容量，極大的節約了光纖資源，降低線路建設成本。

　　圖6  DWDM傳輸容量巨大

　　（2）超長的傳輸距離

　　利用摻鉺光纖放大器（EDFA）等多種超長距傳輸技術，可以對DWDM系統中的各通路信號同時放大，實現系統的長距傳輸。

　　DWDM的超長距傳輸

　　（3）平滑升級擴容

　　由于DWDM系統中的每個波長通道透明傳輸數據，不對通道數據進行任何處理，因此，擴容時，只需增加復用光波長通路數即可，方便易行。

　　3、DWDM的發展趨勢

　　3.1 更高的通道速率

　　DWDM系統的通道速率由2.5Gbit/s發展到目前的10Gbit/s，基于40Gbit/s速率的系統已進入商用階段。

　　3.2 更多波長復用數量

　　早期DWDM系統多用于8/16/32個波長，通道間隔為100GHz，工作波長位于C波段。隨著技術的不斷發展，DWDM系統的工作波長可覆蓋C、L波段，間隔50GHz。如中興通訊的ZXWM M900設備，最高可提供160波的復用。

　　3.3 超長的全光傳輸距離

　　通過提高全光傳輸的距離，減少電再生點的數量，可降低建網的初始成本和運營成本。

　　傳統的DWDM系統采用EDFA延長無電中繼的傳輸距離，目前，通過分布式拉曼放大器、超強前向糾錯技術（FEC）、色散管理技術、光均衡技術以及高效的調制格式等，可從目前的600km左右擴展到2000km以上。

　　3.4 從點到點WDM走向全光網絡

　　普通的點到點DWDM系統，主要由光終端復用器（OTM）組成，盡管有巨大的傳輸容量，但只提供了原始的傳輸帶寬，組網能力不靈活。隨著電交叉系統的不斷發展，節點容量的不斷擴大，點到點組網顯然無法跟上網絡傳輸鏈路容量的增長速度。進一步擴容的希望轉向光節點，即光分插復用器（OADM）和光交叉連接器（OXC）。

　　通過OADM可構成鏈型、環型光網絡。OADM設備控制不同波長信道的光信號傳至適當的位置，并可實現光層業務的保護和恢復。

　　OXC是下一代光通迅的路由交換機。在全光網絡中的主要功能包括：提供以波長為基礎的連接功能，光通路的波長分插功能，對波長通路進行疏導以實現對光纖基礎設施的最大利用率，實現在波長、波長組和光纖級上的保護和恢復。OXC設置于網絡上重要的匯接點，匯集各方不同波長的輸入，再將各路信號以適當的波長輸出。通過OADM和OXC可組建更為復雜的環型網絡。在下一代IP Over DWDM的電信／網絡體系結構中，OXC將有望以光信號傳送取代現有的電交換/路由的地位。

　　3.5 IP over DWDM技術的發展

　　Internet骨干網的帶寬增長迅猛，如果不采用DWDM技術，那么僅Internet的數據流量就可以占滿整個單波光纖系統的容量（目前，商用化單波長光纖系統的最大傳輸速率為40Gbit/s）。因此，IP over DWDM將是未來網絡通信的主要技術。