DWDM光纤传输系统工程设计

光纤传输技术发展很快，经过了PDH、SDH现已进入了密集波分复用（DWDM）阶段。DWDM系统具有传输距离长、容量大、波道多，实施全透明传输，能组成全光层网络和相对工程造价较低等技术经济优势，在国内外得到了广泛应用。下面对DWDM光纤传输系统工程设计中的设备选型、网络结构与传输系统组织、站段配置、网管、公务及传输指标等主要问题的处理提供一些参考意见。一、设备选型DWDM光纤传输系统的组成如图1所示，线路传输部分由DWDM设备构成，终端部分由传统的SDH设备构成。DWDM设备的选型主要应从设备制式、波道数量、波道系统速率以及胜能技术指标等方面考虑。DWDM设备有开放式和集成式两种制式。开放式组成的系统如图之所示，终端接人符合ITU-TG.957接口的SDH终端设备（TM），通过波长转换器（OTU）接人合波器（OM）。合波器将接入N个波道的信息集合起来送人光纤，经过多个光线路放大器（LA）传输至电再生器站的分波器。分波器将始端输人的川个波道分开，各波道的信号通过具有3R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SDH设备；一是利用波长转换器替代了SDH的电再生器，使一条光纤通信链路的线路传输系统，全部由DWDM设备组成，只在链路的终端接人SDH设备，这对于网络的组织、扩容、管理、维护等均非常有利。集成式组成的系统如图3所示。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SDH的电再生器。因此它必须终接规定工作波长的SDH设备，在线路传输系统中因接人有SDH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。DWDM系统的波道基础速率，目前可商用的有2.5Gbit/s和10Gbit／s两种设备，开发实验成功的有20Gbit／s和40Gbit／s等更高速率的设备。工程中选定波道的基础速率，除与传输容量需求有关之外．尚与所使用的光纤种类密切相关。因为高速率的DWDM系统，除要求光纤需具有低的衰减之外，还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，基本上全力ITU-TG.652单模光纤，这种光纤在：550nm波长的衰减很低，工作波长区的色散也不为零，但它在1550nm波长的色度色散高达18ps／（m•km）一20ps／（nm•km），另外，偏振模色散没有指标要求，由于制造工艺的原因，有些光纤的偏振模色散值还相当高。因此，G.652光纤适合传输波道基础速率为2.5Gbit／s的DWDM系统。如欲用来传输10Gbit／s的DWDM系统，则需采取色度色散补偿措施，另外，还需测试光纤的偏振模色散是否满足系统的指标要求。关于偏振模色散，目前尚无商用的补偿措施。在我国的光缆网中，有极少量的6，653色散位移单模光纤，这种光纤可以传输单波道时分复用的2.5Gbit／s、10Gbit／s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G.653光纤不适合用于光波道较多的DWDM系统。新建的光缆线路工程，已改用G.655非零色散位移单模光纤。这种光纤既保持了G.652、G.653光纤的优点，又克服了两种光纤的上述缺点，所以G.655光纤既适合传输波道基础速率为2.5Gbit／s。10Gbit／s的DWDM系统也适合传输高速率的时分复用系统。DWDM系统已有8波、16波和32波的商用设备，开发实验成功的已高达132波。DWDM系统中的光放大器，采取了增益自动控制措施，当系统中波道数量增减变化时，对整个系统和对已开通业务的波道均不产生影响。例如工程中采用了16波的DWDM系统，其合波器、分波器和光放大器均按16波设备配置，初装的波道数可按工程初期需要配置SDH终端设备，以后根据业务量增长的需要，在空余的波道上进行扩容。由于DWDM系统的扩容非常简便，在工程中选定波道数量时，满足业务增长的年限可适当放长一点，即系统的波道数量可适当取多一点，当然需通过技术经济比较后确定。DWDM系统的每个波道都有一个中心波长或中心频率。8波、16波和32波各波的中心波长、中心波长间隔与中心波长偏差，ITU-T建议中均有统一的规定。设备制造厂商由于技术开发方面的原因，相同波道数量的DWDM设备所用的中心波长位置并不一致，在工程设计时应按我国的技术体制，选用体制所规定的中心波长，为实现在光波道层面上进行互通，组建光交叉连接的光网络创造条件。二、网络结构与传输累统组织由于光分插复用器（OADM）和光交叉连接设备（OXC）尚未达到商用，还不能用DWDM组成全光网层面。目前只能将DWDM系统用作线路传输设备，与SDH终端设备结合起来，在SDH层面上组织传输网。DWDM系统可以在线形、格形。树干形和环形等网络结构中应用，因为DWDM系统中的波道数量很多，在工程设计中可以使用不同的波道，同时分别组织不同的网络结构。例如用其中的3个波道组织线形网，用其中的另外2个波道组织环形网，还可以用其中的另4个波道与别的SDH系统组织格形网。用DWDM系统组织点到点的线形网络如图4(a)所示，以波道为单元可以组成终端。转接和直通，配上SDH终端及复用设备，可以在SDH复用结构层面上，安排各种速率的通路组织。DWDM系统的传输容量巨大，一个系统能承载几十万条话路，提高传输系统的可靠性应是工程设计中的首要问题。当前光纤通信设备的故障率很低，通信故障多来自光缆线路。统计资料表明，光缆线路故障约每100km每年0.1次，每次故障历时平均6h。光缆线路故障多为外部机械损伤所致，并且多为整条光缆的纤芯全部阻断，利用光缆自身光纤组成的传输系统作为保护措施很难有效地提高传输网的可靠性。最近在儿个DWDM系统的工程设计中，在点到点间采用了双光缆、双路由（l＋l）的组网方式，如图4（b）所示。因为两条不同物理路由上的光缆同时阻断的概率很小，所以这种传输网的可靠性非常高，受到建设与维护部门的欢迎。如在多节点之间组织高可靠性的传输通道，可采用图4（c）环形自愈网方式，利用DWDM系统的光波道，在传输节点上安装SDH分插复用设备（ADM），组成通道或复用段保护环。光缆干线工程设计中，常设置省际干线和省内干线两种传输系统，在SDH工程中是利用光缆中不同的光纤对，分别组成不同用途的传输系统。在DWDM工程中可利用DWDM系统中不同的光波道，分别组成省际干线、省内干线和其他专业网的传输系统。DWDM系统的再生段距离可长达600km，复用段的距离一般比再生段还长。省内干线传输系统主要组织省会到地（市）、地（市）到地（市）城市的通信，其间的距离多在100km左右，DWDM系统若按此距离设置再生段或复用段，势必提高DWDM工程的造价。所以在具体工程中，如用干线的DWDM波道组织省内传输系统感到不经济时，也可单设SDH系统组织短程的省内或其他专业传输系统。三、站段配置DWDM传输系统设有终端站、转接站、再生站和光放站，由此组成了复用段、再生段与光放段，如图1所示。终端站和转接站根据网络结构和通路组织的安排配置。在该两种站内配置DWDM的合波器、分波器、波长转换器以及SDH的终端复用器或分插复用器等设备。再生站和光放站根据DWDM设备的传输技术要求与所用光纤的技术性能配置。在再生站内配置合波器、分波器、具有3R功能的波长转换器（开放式系统）或SDH的再生器（集成式系统）。在光放站内配置符合增益要求的光放大器。DWDM系统的光放段配置，多数厂商均按等增益进行设计。以再生段为单元，再生段内各个光线路放大器均设计为等增益工作方式，各光线路放大器的输出功率电平及其接收灵敏度均相同，如某光放段的光纤衰减小于放大器的增益数值，则用光衰减器进行补齐，一个再生段内光放段的传输电平如图5所示。光放段的长度按光线路放大器设定的增益种类配置。目前8波、16波DWDM的光放大器的增益有22dB、30dB、33dB、44dB等多种。一个再生段内只选用一种增益类型的光放大器，这样有利于系统的调测和维护。结合工程的具体条件，在一个再生段内也可选用不同增益类型的放大器混合配置，这种混合配置的再生段，光波道信噪比的计算比较复杂，系统调测也比较困难，所以目前工程中，多按一个再生段内选用一种增益的放大器进行设计。放大器的增益类型可通过下式计算确定：G=L（αr＋αc＋αs）＋Ac（1）式中：G棗光放段放大器增益（dB）L棗光放段光缆长度（km）αr一一光缆的光纤衰减系数（dB／km）αc棗光缆维修余量（dB／km）αs棗光纤接头平均衰减（dB／km）Ac棗光纤连接器衰减（dB）工程中如使用G.652单模光纤，工作波长为1550nm时，式（1）中的各项参数可取定为：αr=0.22dB／km、αc=0.04dB／km、αs=0.04dB／km、Ac按1个连接器为0.5dB。若为利用已建光缆进行扩容时，上述参数可用实测数值。按所设定的参数数值，不同增益放大器所对应的光放段长度见表1。工程设计中再生段的长度及其光放段数量需按再生段容许的总色散和信噪比指标要求配置。再生段容许的总色散，对于波道基础速率为2.5Gbit／s的DWDM系统，分为6400ps／（nm•km）和12800ps／（nm•km）两档。工程设计中如用G.652单模光纤，1550nm波长的色散系数可取定为20ps／（nm•km），上述两档总色散所容许的再生段长度分别为320km和640km。再生段的长度需符合总色散的要求，再生段内容许的光放段数量及光放大器的增益，需满足光波道信噪比的要求。光波道信噪比随光放段数量的增多和光放大器增益的提高而降低，即短距离的光放段容许的段数可多一些；长距离的光放段容许的段数就少一些。再生段单波光波道的信噪比一般要求大于或等于20dB。信噪比的计算与模拟载波通信系统类似，工程设计中可用下式计算：OSNR=58+P0-Nf-G-10lgN（2）式中：OSNR棗光波道信噪比（dB）58棗综合系数P0－－单波道光功率（dBm）Nf一一光线路放大器噪声系数（dB）G棗光放段增益（dB）N一一光放段数为了简化工程设计，DWDM8波、16波的2.5Gbit／s系统，再生段内光放段的数量其增益设计为：8×22dB、5×30dB、3×33dB和l×44dB等典型配置。这是等增益的配置方法，按此配置一般可不再进行信噪比计算。加工程中受客观条件限制，也可不用此典型配置方法，但需在设备招标技术规范书写清楚，波道信噪比按非等增益配置计算。四、网管、公务与传输指标DWDM系统中设置了许多光放站，SDH的业务信号不在光放站上下，它只对光信号放大，没有电接口接人，在SDH的业务信号开销中，也未设对光放大器进行监控的字节，故目前的DWDM系统均设有用于监控光放大器的专用监控通道（OSC）。光监控通道的工作波长设在DWDM系统波道工作波长之外，目前多为1510nm或1480nm，传输速率为2Mbit／s。光监控通道传输的监控信息不通过光放大器，在光放大器输入端静面将信息取出，在光放大器输出端后面将信息加入，在光放站。再生站和终端站均可从网管接口取出网管信息。DWDM系统中包括DWDM设备和SDH设备，DWDM的信号处于光网络层，SDH的信号处于业务层，故DWDM和SDH宜分别单设各自的网管系统。尤其是省际光缆干线，将来要形成一个以DWDM为基础光网络层，要建立全国的DWDM网管系统，当前建设的DWDM光缆干线就宜将DWDM和SDH的网管系统分别设置。但对于不会纳入全国网的局部DWDM传输系统工程，DWDM与SDH的设备为同一厂商供货，SDH的网管能力又容许时，为了节省工程投资和简化维护环节，也可将DWDM系统的设备作为网元纳入SDH的网管系统。光监控通道能够提供64kbit／s的公务通信支路，工程设计中可利用此通信支路组织光放站、再生站和终端站间的公务