和DWDM網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的初期相比，光網(wǎng)絡(luò)工程師面對的DWDM網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)生了很大的變化。僅僅是三年前，DWDM系統(tǒng)還在使用較低數(shù)據(jù)速率的收發(fā)器和摻鉺光纖放大器（EDFA）。

    如今，DWDM系統(tǒng)生產(chǎn)商可以提供的技術(shù)包括：10Gbit/s/信道（可能升級到40Gbit/s/信道）的超密集系統(tǒng)，可調(diào)諧激光器，前向糾錯(cuò)技術(shù)，拉曼放大器，以及動(dòng)態(tài)光分插復(fù)用器（OADM）。另外，雖然L波段（1570到1620nm）和S波段（1480到1520nm）通信取得了巨大的進(jìn)步，但是DWDM系統(tǒng)生產(chǎn)商還是在不斷增加C波段（1525到1565nm）的信道數(shù)。總之，新技術(shù)的應(yīng)用使光網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)新的特點(diǎn)。　

    四因素網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)模型

    建造一個(gè)DWDM網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)工程師必須考慮許多問題。這些問題有些像一個(gè)填字游戲的不同詞條，每一個(gè)詞條只包含有限的信息。然而，假如把所有的詞條放在一起，謎底就會(huì)清楚顯現(xiàn)。建造DWDM網(wǎng)絡(luò)時(shí)，四因素網(wǎng)絡(luò)模型可以幫助網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)工程師更清楚地熟悉相互作用著的各個(gè)因素。

    在設(shè)計(jì)光網(wǎng)絡(luò)時(shí)，工程師必須考慮的四個(gè)因素是：資本預(yù)算、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、傳輸容量和業(yè)務(wù)模式、升級思路。

    圖1

    資本預(yù)算。資本預(yù)算包括兩個(gè)部分：初期預(yù)算和遠(yuǎn)期預(yù)算。毫無疑問，運(yùn)營商應(yīng)該提供初期預(yù)算的綱要。綱要中包括所要建造的網(wǎng)絡(luò)的基本要求和限制條件。很多時(shí)候，運(yùn)營商并不真正知道網(wǎng)絡(luò)將如何升級，或者隨著時(shí)間的發(fā)展，業(yè)務(wù)模式會(huì)有怎樣的變化。出于這些原因，本質(zhì)上遠(yuǎn)期預(yù)算更難以猜測。

    網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方面要非凡注重運(yùn)營商采用的光纖類型以及再生、分插、終端間的距離。例如，運(yùn)營商將采用何種光纖，是非色散位移光纖、非零色散位移光纖、還是色散位移光纖？還有，運(yùn)營商要求網(wǎng)絡(luò)能帶來多大的利潤。此類問題的答案決定了DWDM網(wǎng)絡(luò)的傳輸能力。

    傳輸能力和業(yè)務(wù)模式。在很大程度上傳輸能力決定終端和上／下路的位置。總的傳輸能力可能由單一速率的多信道提供（例如：10Gbit/s×160信道）或者是由2.5Gbit/s、10Gbit/s甚至40Gbit/s信道混合實(shí)現(xiàn)的。

    圖2

    圖3

    圖4

    網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)工程師需要知道網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的初期以及接下來的幾年中，運(yùn)營商打算傳輸什么樣的業(yè)務(wù)，傳輸多少業(yè)務(wù)。例如，運(yùn)營商是否要提供千兆以太網(wǎng)或10G以太網(wǎng)服務(wù)，需要有保護(hù)的業(yè)務(wù)還是無保護(hù)的業(yè)務(wù)，是否提供虛波長業(yè)務(wù)。另外，運(yùn)營商是否要建立一個(gè)真正的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)。也就是說，OADM是否可以支持信道交換或帶寬交換。這些問題的答案會(huì)幫助網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)工程師設(shè)計(jì)建造一個(gè)合適的DWDM網(wǎng)絡(luò)。

    升級思路。對于運(yùn)營商來說，有兩種傳統(tǒng)的升級思路：一是在有高密度收發(fā)器的系統(tǒng)中，進(jìn)一步使用C波段（或L波段）的空閑信道，或者在已有的系統(tǒng)（C波段+L波段）上開發(fā)新的波段。

    在這兩種升級方案中，運(yùn)營商們更傾向于填充原有的空閑信道。其主要原因還在于成本。例如，假如運(yùn)營商想在DWDM網(wǎng)絡(luò)中開發(fā)新的波段，他們需要購買光線路放大器（OLA）和OADM來支持新的波段。然而，填充空閑信道可以繼續(xù)利用已有的設(shè)備。高密度收發(fā)器的應(yīng)用使這種升級方案更具吸引力。

    擴(kuò)容技術(shù)

    密集波分復(fù)用系統(tǒng)生產(chǎn)商提供一套增強(qiáng)技術(shù)來支持更多的信道數(shù)以及更長的終端和線路放大器間距。這些技術(shù)已經(jīng)為運(yùn)營商描繪了DWDM的新圖景。

    超高密度。超高密度系統(tǒng)是將10Gbit/s的收發(fā)器用于間隔為25或12.5GHz的信道上。類似的，使用了高密度集成技術(shù)的40Gbit/s的信道的間隔可為100或50GHz。這些高密度收發(fā)器的應(yīng)用使C波段和L波段能夠支持更多的信道數(shù)。

    在高密度系統(tǒng)出現(xiàn)之前，C波段最多能夠支持96個(gè)10Gbit/s的信道，信道間隔為50GHz。然而，隨著高密度10Gbit/s收發(fā)器的應(yīng)用，DWDM系統(tǒng)生產(chǎn)商能夠在C波段或者L波段實(shí)現(xiàn)320個(gè)信道。換句話說，高密度技術(shù)使運(yùn)營商在一個(gè)單一波段中使用10Gbit/s信道實(shí)現(xiàn)3.2Tbit/s的傳輸容量。由于可以利用已有的OLA和OADM，因此節(jié)省了運(yùn)營商的成本。高密度系統(tǒng)不僅延緩了采用新波段升級的方案（需要新的OLA和OADM），而且也會(huì)推遲40G信道的應(yīng)用，除非其成本進(jìn)一步降低。

    可調(diào)諧激光器。DWDM產(chǎn)業(yè)人士預(yù)計(jì)可調(diào)諧激光器作為一個(gè)新興技術(shù)將會(huì)使運(yùn)營商降低光網(wǎng)絡(luò)成本。成本的節(jié)約最初主要有三點(diǎn)：減少備用設(shè)備，系統(tǒng)器件的標(biāo)準(zhǔn)化，節(jié)約運(yùn)營成本。

    假如收發(fā)器的頻帶是可調(diào)諧的，那么12個(gè)10Gbit/s的收發(fā)器就可以覆蓋整個(gè)C波段（否則，10Gbit/s的收發(fā)器以25GHz的間隔需要160個(gè)）。由于購買和治理較少的備用設(shè)備，運(yùn)營商能夠減少資金和運(yùn)營支出。從運(yùn)營角度出發(fā)，可調(diào)諧激光器可以減少不同信道配置的數(shù)目。

    除了能夠節(jié)約成本，可調(diào)諧激光器還可以使運(yùn)營商增加網(wǎng)絡(luò)的靈活性和可擴(kuò)展性，并且支持動(dòng)態(tài)帶寬分配。例如，假如用戶需要更多帶寬，由于使用了可調(diào)諧激光器運(yùn)營商可以很輕易的打開額外的信道。這個(gè)例子說明了可調(diào)諧激光器是如何快速按需提供帶寬并同時(shí)使網(wǎng)絡(luò)更加靈活的。假如使用動(dòng)態(tài)OADM或者下一代光交叉連接設(shè)備，可調(diào)諧激光器可以根據(jù)波長重新為光信號選路，從而可以實(shí)時(shí)重新配置DWDM網(wǎng)絡(luò)。

    前向糾錯(cuò)技術(shù)。前向糾錯(cuò)技術(shù)就是利用一些統(tǒng)計(jì)算法來減少DWDM系統(tǒng)的比特錯(cuò)誤。也就是說，這個(gè)技術(shù)使DWDM信道能夠容忍更低的光信噪比（OSNR），于是信號可以傳得更遠(yuǎn)了。因此，DWDM系統(tǒng)生產(chǎn)商利用FEC技術(shù)來增加系統(tǒng)的信道數(shù)和電再生器的間距。

    動(dòng)態(tài)OADM。光分插復(fù)用器（OADM）使運(yùn)營商在終端間的特定節(jié)點(diǎn)上/下光信道。因此使DWDM的靈活性提高了。

    總的來說，OADM分為兩種類型：靜態(tài)和動(dòng)態(tài)。靜態(tài)OADM在改變上/下路的配置時(shí)，需要物理地改變它的硬件。動(dòng)態(tài)OADM可以遠(yuǎn)程交換光信道來確定信號是直通還是在該節(jié)點(diǎn)上/下路。

    由于動(dòng)態(tài)OADM是靈活的，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)工程師必須在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的初期階段考慮到這一特點(diǎn)。例如，動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)的色散補(bǔ)償方案和靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)的是不同的。另外，上/下路的信道數(shù)和直通的信道數(shù)可能是不同的。

    對于動(dòng)態(tài)OADM，DWDM系統(tǒng)生產(chǎn)商為了獲得更多的上/下路的信道數(shù)可能以降低OSNR為代價(jià)，因?yàn)樵诮K端間上/下路的信號要比直通信號傳得短。因此，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)工程師必須保證每個(gè)信道有足夠高的OSNR可以支持直通模式。

    總之，當(dāng)信號傳輸經(jīng)過的距離越長，經(jīng)過的OLA/OADM越多，OSNR損失越大。因此假如信號可以支持上/下路模式，卻不一定能夠支持直通模式。所以，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)工程師從一開始就要好好規(guī)劃動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)。

    高性能放大器。在很大程度上，光線路放大器及它們之間的距離決定了DWDM網(wǎng)絡(luò)所支持的總傳輸容量。現(xiàn)在，DWDM系統(tǒng)生產(chǎn)商提供的兩種放大器是EDFA和拉曼放大器。很多DWDM系統(tǒng)生產(chǎn)商在高損耗段或超長應(yīng)用中，將拉曼放大器和EDFA組合在一起進(jìn)行EDFA-拉曼的混合放大。

    圖5

    最普遍的光放大器是EDFA。泵浦激光器將EDFA中的鉺摻雜電子激發(fā)到更高的能級（或軌道）。當(dāng)微弱的入射信號進(jìn)入放大器時(shí)，電子躍遷到較低的能級（軌道），同時(shí)，釋放光子。就這樣，EDFA　增強(qiáng)了DWDM信道的信號能量。在1550nm窗口，EDFA是寬帶放大器。

    對于多數(shù)長距離的放大器來說，光增益對于所有波長是不均衡的。這種不均衡的增益現(xiàn)象被稱為增益傾斜。增益傾斜是超長傳輸面對的一個(gè)問題，在多個(gè)放大器級聯(lián)時(shí)問題尤其突出。當(dāng)光信道經(jīng)過更多的放大器時(shí)，增益傾斜惡化。

    為了克服增益傾斜現(xiàn)象，很多EDFA采用了增益平坦濾波器，DWDM系統(tǒng)生產(chǎn)商也使用動(dòng)態(tài)增益均衡器來減小增益傾斜（和增益傾斜積累）。這種增益傾斜減小技術(shù)使DWDM系統(tǒng)生產(chǎn)商可以實(shí)現(xiàn)高信道數(shù)的長距離和超長距離傳輸。

    拉曼放大器。拉曼放大器是當(dāng)今的熱點(diǎn)之一，它利用拉曼散射放大微弱的光信號，現(xiàn)有的光纖可以用做增益介質(zhì)。拉曼放大器用泵浦激光器激發(fā)光纖中原子的振動(dòng)模式。在特定的波長窗口，處于激發(fā)態(tài)的光纖原子在入射的微弱信號光的激發(fā)下釋放光子。就這樣，拉曼放大器增強(qiáng)了信道的光功率。

    拉曼放大器的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它的放大帶寬比EDFA要大。另外，DWDM系統(tǒng)制造商在超長和/或高損段（30dBm）使用拉曼放大和EDFA放大相結(jié)合的放大方案。

    色散補(bǔ)償。光信號在傳輸過程中會(huì)引起色散。色散導(dǎo)致光脈沖的展寬，使信號間產(chǎn)生相互干擾。在高速率和/或較長距離（在終端和OLA之間）應(yīng)用中，色散成為比較重要的一個(gè)問題。

    由于色散限制了DWDM系統(tǒng)的信息傳輸能力，系統(tǒng)制造商使用色散補(bǔ)償設(shè)備來減少色散的影響。群速度色散補(bǔ)償器和偏振模色散補(bǔ)償器是兩種常見的補(bǔ)償器。

    核心網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展非常快，非凡是當(dāng)光纖系統(tǒng)制造商不斷使用新的擴(kuò)容技術(shù)來降低傳輸成本時(shí)。有一點(diǎn)是可以確定的，那就是新的技術(shù)使信道數(shù)量的增加以及再生間距的加長成為可能。隨著新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，運(yùn)營商將收獲光傳輸成本降低帶來的收益。

    圖6

    作者：GabrielOdeh