齊 凱

（山信軟件股份有限公司 萊蕪自動(dòng)化分公司，山東 濟(jì)南 271104）

0 引 言

同步數(shù)字傳輸（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）是一種集復(fù)接、線路傳輸與交換功能為一體并由統(tǒng)一網(wǎng)管系統(tǒng)進(jìn)行信息傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)技術(shù)，而波分復(fù)用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）則是在一根光纖上使用不同波長(zhǎng)來(lái)同時(shí)傳送多路光波信號(hào)的一種傳輸技術(shù)。由于這兩種技術(shù)具有可靠性高、抗電磁干擾能力強(qiáng)、投入成本低以及傳輸質(zhì)量好等特點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于通信領(lǐng)域。

1 SDH與WDM光纖技術(shù)概述

1.1 SDH光纖技術(shù)

SDH的傳輸速率主要?jiǎng)澐譃?個(gè)等級(jí)。一是STM-1，傳輸速率為 155.21 Mb/s；二是 STM-4，傳輸速率為622.08 Mb/s；三是STM-16，傳輸速率為2 488.32 Mb/s ；四是 STM-64，傳輸速率為 9 953.28 Mb/s。利用SDH技術(shù)可以對(duì)傳輸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有效控制與管理，并可以實(shí)時(shí)監(jiān)控信號(hào)的傳輸動(dòng)態(tài)信息。在傳輸信號(hào)進(jìn)入到SDH幀之前，需要經(jīng)過(guò)3個(gè)步驟，即映射、定位與復(fù)用。映射是實(shí)現(xiàn)速率適配功能，可以在信程進(jìn)入到虛容器（Virtual Container，VC）時(shí)對(duì)信號(hào)速率進(jìn)行調(diào)整。定位是指示信息的第一個(gè)字節(jié)在相應(yīng)信息單元結(jié)構(gòu)中的位置，即指示VC在支路單元（Tributary Unit，TU）或者管理單元（Administrative Unit，AU）中的具體位置。復(fù)用則是實(shí)現(xiàn)低速支路信號(hào)合成高速信號(hào)，即把多個(gè)低速單元組合成一個(gè)高速單元組[1]。目前，我國(guó)規(guī)定的SDH復(fù)用映射結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 我國(guó)規(guī)定的SDH復(fù)用映射結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 WDM光纖技術(shù)

WDM主要是在一根光纖中傳輸多路光信號(hào)，其應(yīng)用原理類(lèi)似于頻分復(fù)用（Frequency Division Multiplexing，F(xiàn)DM）系統(tǒng)。兩者的不同之處在于，WDM技術(shù)應(yīng)用于光纖信道上的光波傳輸過(guò)程，而FDM則應(yīng)用于電模擬傳輸。WDM光纖系統(tǒng)主要由合/分波器、光放大器以及光源器件組成。合/分波器即光學(xué)濾波器，主要作用是對(duì)各復(fù)用光通路信號(hào)進(jìn)行復(fù)用與解復(fù)用，對(duì)其提出的基本要求是插入損耗低、帶通特性好、溫度穩(wěn)定性好、復(fù)用通路數(shù)多以及分辨率高等。光放大器的主要作用是對(duì)復(fù)用后的光信號(hào)進(jìn)行放大，以解決WDM光纖系統(tǒng)超長(zhǎng)距離傳輸問(wèn)題[2]。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，波長(zhǎng)在1 550 nm范圍之內(nèi)的傳輸信號(hào)均采用摻餌光纖放大器。而WDM光纖系統(tǒng)的光源器件則需要具有狹窄的譜寬與穩(wěn)定的發(fā)射波長(zhǎng)，這樣才能保證光波信號(hào)的順暢傳輸。WDM光纖系統(tǒng)工作原理如圖2所示。

圖2 WDM光纖系統(tǒng)工作原理

圖2中，M代表具有波長(zhǎng)選路功能的復(fù)用器，也稱(chēng)之為合波器；D代表具有波長(zhǎng)選路功能的解復(fù)用器，也稱(chēng)之為分波器。發(fā)射機(jī)T1發(fā)射波長(zhǎng)為λ1的光信號(hào)，發(fā)射機(jī)T2發(fā)射波長(zhǎng)為λ2的光信號(hào)，兩組光信號(hào)通過(guò)合波器復(fù)用后被傳輸至光纖中。在光纖接收端，經(jīng)過(guò)分波器的解復(fù)用后，將這兩種波長(zhǎng)的光信號(hào)分別送至接收機(jī)R1和R2中，即完成了光波信號(hào)的傳輸全過(guò)程。

2 SDH與WDM光纖技術(shù)的優(yōu)勢(shì)分析

2.1 SDH技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，SDH技術(shù)具有以下應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。第一，具有較高的可靠性與穩(wěn)定性。尤其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，對(duì)于一些站點(diǎn)密度較大的區(qū)域來(lái)說(shuō)，應(yīng)用SDH技術(shù)能夠滿足頻繁的活動(dòng)需求。第二，傳輸信道多?；谶@一特點(diǎn)，利用SDH技術(shù)可以保證數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)全天候不間斷運(yùn)行。第三，強(qiáng)大的自愈功能。一旦系統(tǒng)出現(xiàn)運(yùn)行故障，在無(wú)需人為干預(yù)的情況下，系統(tǒng)可以自行恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)。第四，減少投入成本。由于SDH技術(shù)可以一次性提取出低速支路信號(hào)，因此可以節(jié)省大量的信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備，這就大大減少了硬件設(shè)備的投入成本[3]。

2.2 WDM光纖技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，WDM光纖技術(shù)具有以下優(yōu)勢(shì)。第一，傳輸容量大。WDM光纖系統(tǒng)的復(fù)用光通路速率能夠達(dá)到10 Gb/s，并且復(fù)用光通路數(shù)量眾多，系統(tǒng)傳輸?shù)淖畲笾悼梢赃_(dá)到400 Gb/s。第二，節(jié)約光纖資源。相較于SDH系統(tǒng)，WDM系統(tǒng)無(wú)論有多少分系統(tǒng)，整個(gè)復(fù)用系統(tǒng)只需要一對(duì)光纖便可以完成信號(hào)傳輸任務(wù)。以16個(gè)2.5 Gb/s系統(tǒng)為例，如果采用單波長(zhǎng)系統(tǒng)，至少需要32根光纖，但是利用WDM系統(tǒng)只需要兩根光纖。第三，對(duì)光纖色散無(wú)硬性要求。在信號(hào)傳輸過(guò)程中，無(wú)論傳輸速率再高、傳輸容量再大，WDM系統(tǒng)對(duì)光纖色散系數(shù)的要求依然是單個(gè)復(fù)用通路速率信號(hào)對(duì)光纖色度色散系數(shù)的要求[4]。

3 SDH與WDM光纖技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效果

3.1 SDH光纖技術(shù)在220 kV變電站通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

以220 kV變電站通信網(wǎng)絡(luò)為例，在該通信傳輸網(wǎng)絡(luò)中分別配置兩套SDH系統(tǒng)，其中一套的接入設(shè)備在本通信站接入地級(jí)干級(jí)傳輸網(wǎng)，另外一套接入設(shè)備則通過(guò)地調(diào)接入地級(jí)干級(jí)傳輸網(wǎng)。兩套設(shè)備分別置于不同的機(jī)柜內(nèi)，由于信號(hào)傳輸業(yè)務(wù)不同，因此對(duì)于同一臺(tái)SDH系統(tǒng)用戶的接入設(shè)備需要實(shí)現(xiàn)支路到線路、線路到線路、支路到支路、線路到用戶以及支路到用戶的64 kb/s通路交叉連接，并通過(guò)網(wǎng)管系統(tǒng)完成連接過(guò)程。由于每一條線路在SDH系統(tǒng)用戶接入設(shè)備側(cè)均使用同一塊接口板，因此兩套設(shè)備的保護(hù)信號(hào)分別在每一套設(shè)備中進(jìn)行傳輸。此外，線路保護(hù)信號(hào)傳輸屬于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸，為了提高信號(hào)傳輸?shù)陌踩耘c穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)人員采用了保護(hù)倒換的方法，這樣既可以縮短信號(hào)傳輸時(shí)間，同時(shí)也能夠避免產(chǎn)生信號(hào)傳輸盲區(qū)。通過(guò)SDH技術(shù)在220 kV變電站通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用可以看出，該技術(shù)對(duì)提高信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性具有積極的促進(jìn)作用，并且終端用戶也能夠接收到完整的光波信號(hào)，進(jìn)而使電力通信系統(tǒng)的安全性能得到大幅提升[5]。

3.2 SDH與WDM技術(shù)在長(zhǎng)途干線傳輸網(wǎng)中的應(yīng)用

長(zhǎng)途干線傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)進(jìn)程逐年推進(jìn)，應(yīng)用WDM技術(shù)后，長(zhǎng)途干線網(wǎng)中的中斷設(shè)備數(shù)量大量減少，這就使得網(wǎng)管系統(tǒng)的投資成本大幅降低，同時(shí)也減少了大量的系統(tǒng)維護(hù)工作量。由于長(zhǎng)途干線中的設(shè)備節(jié)點(diǎn)距離相隔較遠(yuǎn)，如果檢修人員對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)維修，則需要投入大量的人力資源成本，而且維修效果也差強(qiáng)人意[6]。而應(yīng)用WDM技術(shù)后，系統(tǒng)本身具有定時(shí)掃描功能，可以通過(guò)內(nèi)置的光譜單元進(jìn)行精確掃描與分析。系統(tǒng)維護(hù)人員只需要在網(wǎng)管中心便可以實(shí)時(shí)了解每一個(gè)波長(zhǎng)的光功率、中心波長(zhǎng)、光信噪比等光譜特性，這種實(shí)時(shí)在線監(jiān)控的方法為系統(tǒng)的遠(yuǎn)程維護(hù)提供了諸多便利。此外，由于SDH和WDM技術(shù)具有系統(tǒng)誤碼率監(jiān)測(cè)與連接完整性確認(rèn)功能，因此在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中可以利用SDH幀結(jié)構(gòu)中的B1字節(jié)提取出波長(zhǎng)信息再進(jìn)行校驗(yàn)，這樣可以對(duì)系統(tǒng)完成在線監(jiān)測(cè)，并且能夠在最短的時(shí)間內(nèi)確定故障位置與類(lèi)型[7]。長(zhǎng)途干線的再定時(shí)、再整形與再放大功能相對(duì)較差，在光波信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)，受到這些功能局限性的影響，光信噪比將大幅下降，甚至?xí)霈F(xiàn)突破閾值、超出色散容限的情況?；诖耍梢岳肧DH技術(shù)來(lái)管理，這樣既可以得到較為穩(wěn)定的光信噪比，而且投資成本也大幅減少[8]。

3.3 WDM技術(shù)在城域網(wǎng)中的應(yīng)用

城域網(wǎng)主要是在一個(gè)城市范圍內(nèi)所建立的計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)，城域網(wǎng)通信質(zhì)量的優(yōu)劣與城市的綜合競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力有著直接關(guān)聯(lián)。近年來(lái)，隨著各大城市城域網(wǎng)建設(shè)步伐的加快，WDM光纖技術(shù)的應(yīng)用效果也逐步凸顯出來(lái)。

該技術(shù)在城域網(wǎng)中的應(yīng)用特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。第一，應(yīng)用WDM技術(shù)可以減少城域網(wǎng)的建設(shè)成本。與長(zhǎng)途干網(wǎng)系統(tǒng)相比，利用WDM技術(shù)每波長(zhǎng)所耗費(fèi)的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于長(zhǎng)途干網(wǎng)系統(tǒng)。由于城域網(wǎng)的光波信號(hào)傳輸距離一般在100 km以下，因此在應(yīng)用WDM技術(shù)時(shí)無(wú)需使用光放大器與外調(diào)制器也能夠完成光信號(hào)的傳輸任務(wù)。第二，由于系統(tǒng)中未涉及光放大器，因此無(wú)需任何形式的通路均衡。分波器與合波器的工作機(jī)理簡(jiǎn)單易懂，而且便于操作。第三，在沒(méi)有光放大器的情況下，波長(zhǎng)數(shù)的增加與擴(kuò)展也不再受光放大器頻帶的影響和限制，這就降低了對(duì)波長(zhǎng)間隔寬度、波長(zhǎng)精度以及穩(wěn)定性的要求。在這種情況下，系統(tǒng)所使用的合波器、分波器以及系統(tǒng)其他組件的成本也大大降低[9]。

在城域網(wǎng)中應(yīng)用WDM技術(shù)能夠靈活支持各種速率傳輸信號(hào)，系統(tǒng)的光接口可以自動(dòng)接收和適應(yīng)速率10Mb/s～2.5 Gb/s的所有光信號(hào)。隨著WDM光纖技術(shù)的日漸成熟，對(duì)于傳輸速率在10 Gb/s以上的SDH信號(hào)和10 Gb/s以上的以太網(wǎng)信號(hào)，WDM技術(shù)也能夠適應(yīng)和支持[10]。此外，城域網(wǎng)中的WDM系統(tǒng)還具有波長(zhǎng)可擴(kuò)展性，即便有新的波長(zhǎng)累加，也不會(huì)影響原有的工作波長(zhǎng)。在這種情況下，系統(tǒng)依托于新加增的波長(zhǎng)可以擴(kuò)展更多新的業(yè)務(wù)，這就使城域網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商的市場(chǎng)綜合競(jìng)爭(zhēng)力得到大幅提升。

4 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)通信中SDH與WDM光纖技術(shù)的優(yōu)勢(shì)及實(shí)際應(yīng)用效果的分析可以看出，隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，未來(lái)SDH與WDM技術(shù)也將在電力調(diào)度、辦公自動(dòng)化、數(shù)據(jù)傳輸?shù)阮I(lǐng)域得到普遍推廣和應(yīng)用。廣大技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)在熟練掌握SDH與WDM光纖技術(shù)工作原理的基礎(chǔ)上，不斷提升自身的專(zhuān)業(yè)技術(shù)水平，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中及時(shí)查找出SDH與WDM技術(shù)的應(yīng)用缺陷，并及時(shí)通過(guò)各種先進(jìn)的技術(shù)手段來(lái)彌補(bǔ)缺陷，確保光波信號(hào)安全穩(wěn)定傳輸?shù)耐瑫r(shí)，為社會(huì)各領(lǐng)域提供更加便捷高效的通信服務(wù)。