多层巴士——波分复用

对于波分复用技术，较少接触波分系统的童鞋会有点不明觉厉的感觉，觉得波分复用是传送网里面的高端技术，主要是由于波分网元数量少，可能一个有上万个MSTP网元的本地网，但其波分设备不过一两百端，波分不像SDH一样每个人在工作中都能够接触得到，实际上，与其说波分是高精尖，不如说它是传送网的大力士。

从今天开始我们介绍网络在什么情况下需要波分，什么是波分，波分的工作原理，为什么又有了OTN，其实OTN技术很多地方都能看到SDH的影子，OTN的交叉和复用这些概念借鉴了SDH宝贵的成功经验，我们下面就来了解一下这个神奇的技术。

我们在《网络大了问题多—容量不够怎么办》一文中讲过，MSTP网络如果容量不够，解决办法有新建系统、拆环、整体升级、部分节点升级（分层建设），同时也提到了，这些方法都有其条件限制。

一个技术的发展不是一朝一夕的事，从提出到讨论到标准制定成熟，再到经过产品研发、测试、试商用、商用，最终规模的应用需要几年至十几年的周期，有些技术都已经成熟，但是离大规模的应用还有一定的距离。另外，光器件本身的物理特性也决定了传输速率不可能无限的增长，到了一定的极限再去突破，其难度会成指数级提高，会遇到难以逾越的鸿沟，在无法解决一些技术壁垒的时候，就只能另寻出路。

再说环路拆分优化和新建，相当于依靠增加系统的数量来提高容量，貌似可以无限的复制，但是有一个无法回避的现实的问题，就是对光缆纤芯的使用成倍的增加，在光缆已经没有纤芯资源可利用的时候，新建光缆会遇到两个问题，一是建设的可行性，二是建设的成本，可能会有各种问题或矛盾导致建设不被批准，即便可以新建，建设的成本可能由于光缆的长度、建设的难度等因素而非常高昂，说白了就是有关部门不让建或者太贵建不起。

图1  容量优化遇到的问题

在上述方法都行不通而一筹莫展的时候，一个神奇的技术的横空出世，使这道难题迎刃而解，这就是波分复用。

——啊？这么快就到我波分出场了，好紧张！

——波分复用，你这么神奇，你妈妈知道么？

——我妈妈不但厉害，还很漂亮呢，我妈妈名字叫彩虹！

波分复用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）是在一根光纤中同时传输多个波长光信号的技术。波分复用可以大幅地提高单根光纤中的传输速率，当然设备价格也不菲，不过建设方会算这笔账，只要比新建光缆线路便宜，或者通过其他手段解决不了，就是值得的。

传送网的MSTP和分组网技术，都是在一根光纤中传送单个的波长，速率的提高是靠时分复用实现，缩短单比特信号的传送时间，越高的速率意味着比特信号之间就越拥挤，而波分复用在一根光纤中传送的多个波长之间是互不相干的，就像我们的广播电台在空中传送多个频道，频道多传递信息量就大。这样，我们不用费尽心思地在MSTP的车厢里尽量多塞一些乘客，只要引进多层巴士，容量问题解决了，大家也不用挤得那么辛苦。

波分复用这么牛，到底是什么原理呢？

我们大家都知道，利用三棱镜可以把一束白光分成红橙黄绿蓝靛紫七色光，相反的七色光按照一定的角度入射，通过三棱镜也可以合成一束白光。如果七色光各自代表着不同的信号源，那通过类似三棱镜的器件（合波器）就可以将多路信号合并到一起，这样就可以做到在一根光纤中传送多路信号，如果单路信号的最大速率是10 Gbit/s，合波器可以合路80个波长，那么一根光纤传送的速率就提高了80倍，达到80×10 Gbit/s=800 Gbit/s，波分复用的原理大致如此。

图2  波分复用的原理

那么接下来的问题是，我们到底可以传送多少个波长呢？我们知道，光谱中适用于光纤通信的波长范围是非常有限的，波道之间的间隔就决定了对于资源的使用效率，很显然，频率间隔越小，可以复用的波长就越多。

是就有了粗波和密波的概念。根据波长间隔的疏密，波分复用可以分为密集波分复用（Dense Wavelength Division Multiplexing，DWDM）和粗波分复用（Coarse Wavelength Division Multiplexing，CWDM），简称密波和粗波。

图3  密波和粗波

CWDM（粗波）的频率间隔为20nm，使用O、E、S、C、L共5个波段，波道数支持最大16个。

表1  CWDM的工作波段、波长

DWDM（密波）的波长间隔为0.4nm或0.8nm左右，使用C波段和L波段。一般我们用的40波系统就是采用C波段波道间隔0.8nm，而80波系统一般使用C波段波道间隔缩小一半变为0.4nm，可容纳波道数量就增加一倍。表2为ITU-T建议的C波段波道80波的频率对照表，将80波中的偶数波去掉，剩下的就是波道间隔0.8nm的40波系统，我们将40个奇数波道和40个偶数波道分别称为C和C+波段。

表2  C波段波道80波的频率对照表

在80波不能满足容量要求的时候可以使用L波段，原理同C波段相同。

ITU-T G.692建议，WDM中心波长的偏差不超过信道间隔±20%，也就是波长之间偏移多了，就会影响别的波长，要加以限制。密集波分的波长间隔小，而温度对于波长的稳定性影响较大，所以密集波分需要使用冷却激光器和温度控制功能；而对于粗波分来说，波长之间距离比较远，温度变化导致的波长漂移可以忽略不计，激光器无需温度控制功能，因此密集波分的成本要大于粗波分。另外密集波分的合分波器的工艺要求也高于粗波分，也是影响成本的因素。

从应用的范围来讲，粗波分由于波道容量较小，一般应用于传送网的接入层，而密集波分目前大规模应用于各大运营商的省际干线（一干）、省内干线（二干）和本地网核心汇聚层。

今后我们重点针对DWDM系统进行介绍，DWDM系统按照单波道的速率分为2.5G、10G、40G、100G，按照波道数可以分为40波、80波、160波等，早期建设的系统还有16波和32波。为了简化问题，对于波分系统的问题分析，我们都以40波×10 G的系统为例，其他系统的原理都相同。