如何优化长距离DWDM系统的信号链

互联网流量的迅速增加要求运营商继续扩展网络的数据传输容量。密集波分复用(DWDM)技术是实现带宽扩张的一种快捷、灵活且低成本的手段，它可以利用已有的光纤基础设施将网络容量提高到原来的160倍。

然而，DWDM系统十分复杂，如果设计工程师需要对长距离DWDM的功耗、体积、成本和可靠性进行优化，那么必须清楚地了解当前的设计技术以及器件，只有这样才能实现DWDM的全部潜能。

DWDM概述

在 传统的长距离光纤传输系统中，数据按某个特定的速率传输。为获得低色散特性，一般采用第二光学窗口(1,300纳米范围)的单波长传输信号；如果要获得低 衰减特性，就采用第三光学窗口(1,500或1,600纳米范围)的单波长传输信号。采用时分多路复用(TDM)技术提高速率或者在已有光缆基础上添加更 多的并行光纤都可以提高传输容量，但由于后一种方法成本太高，因此增大速率是最合理的途径。

由于缺乏成熟且低成本的高速IC 开发工艺，再加上物理光纤介质的局限性，这使得超过40Gbps的商业传输系统至今还不能实现。通过把单波长光纤链路的传输速率从2.5Gbps升级到 10Gbps，DWDM可以将网络容量提高160倍，这是通过在不同波长上同时传输多个高速信号来实现的。WDM传输相对于TDM长距离中继网络的另一大 优势在于它的"速率透明性"，这是因为在这些系统中强制采用了纯光学功能。这些功能包括光多路复用和解复用、光路放大(OLA)，以及未来用于超长距离链 路的光3R再生。因此，原则上链路中不包含为获得更高速率而要求改变光路元件的因素。

DWDM传输系统的基本元件包括光多路复用器、光解复用器以及OLA，或者所谓的掺铒光纤放大器(EDFA)。这些器件用于放大光信号，以补偿由于材料不纯和光解复用器滤波损失造成的光纤衰减(图1)。

光 多路复用器将接收到的所有L波段(1,530至1,565纳米)和C波段(1,570至1,620 纳米)的波长合并成一个波长复用光信号。今天的系统已经实现小于0.4纳米的波长间隔，这最多允许约160个可用波长。L和C波段的范围由OLA决定，该 器件只能放大来自L和C波段的输入光信号。用于1,300纳米光学窗口的放大器仍在开发之中。

EDFA包括一个工作在980或1,480纳米的激光泵，它可以将电子提高到更高的能量级。如果接收到的光信号波长在L或C波段，那么在发射与输入光信号相同波长的光子后，这些电子将降入低能量级。最终的光放大结果与速率无关。

EDFA 的缺点是一些高能量级的电子在降入低能量带时将产生不相干的光噪声。因为DWDM链路通常包含一串OLA，所以这种光噪声会在后面的EDFA中放大，与不 带OLA的系统相比，这种累计的噪声将降低接收器的信噪比。此外，这种光学噪声是不对称的，因为它对"高"逻辑电平的影响比对"低"电平的影响大。

根 据光多路复用器与解复用器之间的距离，可以将几个EDFA级联，相互之间的典型间距约为100公里。这种方法无需再生电信号就可以构建几百公里的光传输链 路。在接收端，光解复用器将输入的波长复用信号转化成与发射端相应的独立波长。这种解复用功能包含非常窄的光滤波器，所以波长间隔越小，设计工作就越大。

除了这些基本的系统元件，DWDM系统可能还包括其它功能，如在光复用之后的光功率放大、色散补偿，或者在光解复用之前的光预放大，以提高系统的性能和扩展链路的长度。

除了透明的DWDM点对点连接外，速率透明网络还需要诸如光分插复用器和光交叉连接器等元件。现有的系统原型能证明这种纯光学功能的可行性，但当今网络设备包含更多的是电子功能，而不是光核心功能。

此 外，根据线路长度的不同，在缺乏成熟的纯光学代器件条件下，超长距离点对点连接可能还需要3R再生功能。因此，全光学网络还需要若干年时间才能实现。无论 是完整的全光网络还是部分全光网络，网络的线路终端都必须将光信号转换成电信号，因为光领域之外的设备仍依赖于电子通信。

网络终端

用专门的线路终端卡或波长转发器可以实现DWDM长距离点对点传输系统的网络终端，线路终端卡用于新部署的设备。另一方面，如果DWDM必须连接到包含旧光网络接口的现有中央局设备，那么波长转发器是必不可少的。

对DWDM系统而言，有两个特性非常重要：首先，为降低系统成本，不需要电信号再生过程的链路必须尽可能长；其次，系统应该提供高可靠度的数据传输。为提高服务质量和扩展线路距离，可以引入前向纠错(FEC)功能(图2)。

对于纯SDH/Sonet数据，信号帧结构里的备用字节可以实现"带内"FEC功能。FEC功能所