[转帖]DWDM技术的发展趋向以及DWDM器件市场预测

大骗子 · 发表于 2003-3-21 01:10:00

昂纳信息技术（深圳）有限公司

胡台光、温颖华

1、    前言

电信在改变我们的生活方式，但它自身也经历着巨大的变革。一方面，新的电信业务爆炸性地增长，使人们对电信传输容量的需求急剧增加，另一方面，经济全球化也促进全球化网络的发展，随着电信市场的开放，全球运营商应运而生。现在，社会大众比过去更了解数据技术的好处，越来越多的应用，譬如金融、购物、娱乐和电子商务等业务被搬到网上了。因此，近年来，IP数据网络带宽要求每6个月翻一翻，超过了著名的CPU摩尔定律。业务量在全世界的爆炸性增长，对网络带宽造成了巨大的需求。

九十年代初，掺铒光纤放大器（EDFA）实现实用化，使DWDM技术如虎添翼，能在多种扩容手段的激烈竞争中脱颖而出，现在，在一根光纤上可传输的速率增长很快，阿尔卡特使单根光纤DWDM传输容量突破10Tb/S，单向传输256个信道，每个信道的速率为10Tb/S，该试验在100公里的光纤上无误码。

2、DWDM技术的发展趋势

DWDM技术的诞生在很大的程度上是受到了多路通信技术启发的。为了提高光纤的传输速率，人们首先想到的是时分复用技术（TDM），但是，TDM的传输速率超过10Gb/S以后，其技术难度大了，费用也很高。迄今，这一传统的扩容技术的传输容量才达到40Gb/S。人们在此道的艰辛前进中，想到了怎样将多路技术应用于光纤线路，考虑每极光纤同时传输多个不同波长的光载波使多个不同的数字信号同时在一根光纤上传输，这就是光的波分多路技术（WDM）。WDM技术发展经历三个阶段。初期，WDM技术主要在电信干线网的点对点传输中应用。第二阶段是WDM技术开始大量应用于接入网、城域网，主要是传输IP业务。可以预见、WDM技术将在全光网中起关键的作用。

2．1 传输网中的WDM技术

WDM技术是在光纤传输线路上开始试验并获得成功，从面推广应用的。开始是在单模光纤1550mm的一个平坦的低损耗窗口，初期在这个波长窗口试验路数不多的WDM系统，随着“非零色散光纤”（NZDF）的研制成功，WDM系统可在1.55NM波长窗口的两个波段上传输,一是C波段，约从1530~1560nm，宽30nm，二是L波段，约1560~1610nm，宽50nm。两个波段总宽约80 nm，如果每路传输的波长间隔为0.8nm，那么在1550 nm窗口上WDM可传100路。有专家预测，在制造单模光纤（SMF）时可以消除1385nm出现的OH吸收损耗高峰，成为“无吸收峰光纤”，以致在1400nm附近形成一个平坦的中等损耗和中等色散的波长窗口，波宽不小于100nm，也适宜于WDM系统。显而易见，光的WDM比电的TDM的扩容能力大得多。当一对光纤能在双向提供高达10Tb/S的数字信号速率，表明光的WDM比电的TDM的10Tb/S提高传输容量1000倍，真是令人钦佩。

2．2 IP OVER WDM

IP OVER WDM简称POW，又称光因特网，其基本原理和工作方式是在发送端将不同波长的光信号进行组合（复用）送入一根光纤中传输，在接收端，又将组合光信号分解（解复用）并送入不同终端。IP OVER WDM是一个真正的链路层数据网。高性能路由器通过光ADM或WDM耦合器直接连至WDM光纤，由它控制波长接入、交换、选路和保护。IP OVER WDM的帧结构有两种形式：SDH帧格式和千以太网帧格式。IP OVER WDM能够充分利用光纤的带宽资源，极大地提高IP网络带宽和相对的传输速率，对传输码率、数据格式及调制方式透明，不仅可以与现有通信网络兼容，而且还可以支持未来的宽带业务及网络升级，并具有可推广性、高度生存性以及组网费用低等特点。但是，因为网络管理还不成熟，WDM系统的网络拓朴结构只是基于点对点的方式，还没有形成“光网”。

2．3 WDM在全光网中的关键作用

传输系统容量的快速增长带来的是对交换系统发展的压力和动力，未来的太比特率通信网只有使用光子技术才能满足Internet业务增长对网络容量的要求。就目前的电信技术而言，光联网技术具有满足不断增长的带宽需求的能力，它归于WDM技术的成熟，合理成本下的可重构联网技术以及结构简单的用于复用和交换的光器件不断走向实用等因素。基于WDM技术的全光网（AON）成为人们研究的热点。AON是以光纤为基本传输媒介，采用WDM提高网络的传输容量，在光节点采用光分插复用器（OA/DM）和光交叉连接（OXC）技术，依靠光层面上的波长连接来提高吞吐量。我国在建设首条全光试验通信网，传输速率是同步数字传输技术的80信。采用AON技术可使用网络的运行费用节省70%，建设费用节省90%，不言而喻，AON必将迅速崛起。

随着WDM光联网、光放大和光交换技术的发展，产生了一个以WDM为核心的全光联网技术和基于波长路由的波长选路网等技术为代表，能通过复杂的网络传送波长信道和向上的客户层提供光路径的“光网络层”技术，通过可重构的选路节点建立端到端的“虚波长”通路，实现源与目的之网端到端的光网络联接，这将使通路之间的调配和转接变得简单方便。

WDM技术之所以能在全光网中受到如此重视，一是该技术直接通过光的互联，可以节省用于SONET/SDH系统升级的费用；二是使用户以波长接入/接出成为可能，这样能更好的对网络进行控制，使用光滤波器或光开关可以很容易构成OADM。

3、WDM网络的关键器件

研究或发明可用于WDM网络的新技术或新器件具有极其重要的意义，一种新技术或新器件可使整个系统的性能大大改善，有时甚至会推翻整个旧系统。因此有许多大大小小的新老公司都投入了较大力量开发WDM新技术和新的光器件。WDM/DWDM系统关键器件包括光源和探测器、WDM器件、光放大器、光开关等。

3、1 WDM器件

WDM技术的关键器件即WDM器件，按其复用波长的间隔大体可分为波分复用器（WDM）、松散型波分复用器（CWDM）和密集型波分复用器（DWDM）、WDM复用器一般只复用两个波长，CWDM复用波长的间隔一般为20nm，DWDM复用器波长的间隔一般小于2nm。对于WDM器件，一般采用熔融接锥技术制造，也有采用多层介质薄膜滤波器技术制造的。CWDM器件几乎都采用多属介质薄膜滤波器技术制造。对于DWDM器件，当其复用波长数不太多，譬如8波16波复用器，一般都采用多层介质薄膜滤波器技术，当DWDM器件复用较多波长时，譬如32个波长以上，大多数都采用阵列波导光栅（AWG）技术制造，少部分也有采用光纤光栅技术制造。

3、2 WDM光源

WDM光网络对光源的要求是高速率、低啁啾、工作波长稳定，因此，集成光源是首选方案，把光源和调制器集成，可兼顾了激光器波长稳定、调制器的高速率和低啁啾等功能。现在研发成功的DFB半导体激光器与电吸收调制器的单片集成、DFB半导体激光器与马赫——泽德型调制器的单片集成和布拉格反射器（DBR）激光器与调制器的单片集成以及半导体与光纤光栅构成的混合集成DBR激光器等均具有高速、低啁啾、工作波长可调且高度稳定等特点。

3．3 WDM探测器

波长可调的窄宽光探测器是WDM光网络中一种高效率、高信噪比的下载活路的光接收技术。每个探测器必须对应不同的信道，所以探测器必须是窄宽的，而且响应的峰值波长必须对准信道的中心波长，所以响应带宽必须在一定范围内可调谐。此外，需求探测器间的串扰要小。共振腔增强型（RCE）光探测器集窄带可调滤波器与探测器于一体，是WDM探测器的首先方案。

3．4 EDFA

EDFA+DWDM被业内人士称为光纤通信的一场革命，一是DWDM损耗比较大，如果没有EDFA，DWDM就很难获得推广应用，二是EDFA能使DWDM系统的传输距离更远。通信系统的大容量和长距离传输是人们不断追求的两大目标，EDFA+DWDM正是能够十分有效地达到这样的目的，从此奠定了WDM技术在光通信领域的主导地位。

DWDM系统应用的EDFA，要求其增益在DWDM的带宽内有很好的平坦特性。目前，已有基于掺铒光纤的双带光纤放大器，其带宽可覆盖1528-1610nm，它由常规的EDFA和扩展带光纤放大器组成。Bell Lab的超宽带放大器有80 nm的可用带宽可对单根光纤中多达100个信道进行放大，它覆盖了C波段和L波段。

宽带拉曼放大器已研制成功，单泵拉曼放大器的增益带宽还是比较窄的，然而，采用波长为1420 nm和1450 nm两个光泵的拉曼放大器就可获得很宽的带宽（1480~1620 nm），拉曼放大器的增益可达30dB，噪声系数小于6dB，光泵功率860mw。

扩展EDFA的增益带宽主要技术有以下几种：

基于新材料带增益均衡光滤波器的EDFA；采用平行配置使用EDFA的两个增益波段；将局部增益平坦的EDFA与拉曼放大器结合使用；

采用拉曼放大器；

将掺稀土光线放大器与拉曼放大器进行组合。

4、WDM市场预测

1999年，DWDM系统还仅限制在长距离的骨干网络上应，而该年的DWDM市场收入就达到40亿美元。根据Cahners In-stat Group公司预测，到2004年，DWDM市场收入将达到214.9亿元。而年综合增长率将达到29%，详见图1。表1给出世界上一些提供DWDM产品的著名光通信公司以及他们所提供的DWDM产品的主要使用领域。

1999

2000

2001

2002

2003

2004

0

5

10

15

20

25

单位：10亿美元

1999
2000
2001
2002
2003
2004

市场年收入
$3.99
$7.82
$12.67
$16.71
$19.55
$21.49

年增长百分比

96%
62%
32%
17%
10%

图1、从1999年至2004年全球DWDM产品总的市场发展和预测。

表一、世界上一些提供DWDM产品的著名光通信公司以及他们所提供的DWDM产品的主要使用领域。

长距离骨干
超长距离
城域接入

Sycamore
√

√

Tellabs


√

Adva


√

Alcatal
√



Ciena
√

√

Cisco/pirelli
√

√

Corvis

√


Ericsson
√

√

Fujitsu
√

√

Hatachi
√



Lucent
√

√

Nortel
√
√
√

ONI


√

Siemens
√

√

Sorrento


√

5、结论

DWDM系统自90年代中期商用以来，发展极为迅速，320Gb/s 的DWDM系统已大规模商用，Tb/s 的DWDM系统也早已在各大实验室实现，投入实用指日可待。现阶段DWDM主要用在点对点的长途传输，非常经济地解决了长途光纤资源耗尽的问题。DWDM技术正从点对点的传输应用向光联网的方向发展，而光网络的另一个发展趋势是DWDM技术正从长途传输领域向城域应用推进。对于长途的DWDM应用，容量是第一位的因素，而对于城域应用，业务的灵活性和设备的廉价性比简单节省光纤更重要，城域的DWDM网络的特点是必须能在同一平台上支持可能在城域出现的任意种类业务，要求对速率以及对协议透明，而且设备价格要低廉，还要有良好的扩张性以适应城域业务需求的多变性，要有强大的波长管理能力以便能快速灵活地开放波长出租业务，要有能与SDH媲美的网络自愈能力且能根据不同业务需要提供不同级别的保护手段，要有很强的环境适应能力。可能预见，城域IP业务网与城域DWDM光网络的完美结合是城域宽带网的未来。DWDM技术正如一朵绽开的蓓蕾，芬芳迷人。

ic5 · 发表于 2003-4-5 19:23:00

看到DWDM通讯系统的无限好处，但身在此中，才知道其中的艰难啊，现在大陆纷纷关门了啊！苦啊！活着的，也是苟且偷生啊！

coolice · 发表于 2003-4-5 20:54:00

这篇文章好像是很早以前的了吧

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