DWDM技术在京九铁路的应用

zjol

叶磊 铁道部第四勘测设计院通号处
　　摘要：先容了工程中DWDM技术的设计与计算分析方法，并具体分析了京九铁路DWDM光传输系统的构成和实现方法。

一、前言

　　在通信事业飞速发展的今天,各种新型的电信业务,如个人通信业务、商业数据、Cable-TV、视频点播及日益壮大的网络,对传输容量的需求与日俱增。在不久的将来,话音与数据的比例会从 1:0.4变为1:20,这需要数倍甚至数十倍地增加系统容量。面对这一需求,可以充分利用光纤的巨大带宽资源,使传输容量比单波长传输增加几倍至上百倍的DWDM技术应运而生,它解决了传输宽带紧张这一“瓶颈”问题,成为当今电信网发展的新热点。 为了扩展铁路通信生存空间,加速铁路通信走向市场,加快京、沪、穗的高速数字环的建设,中铁通信网络技术有限企业将在京九铁路(商丘-- 武汉段)铺设DWDM光传输系统,光缆线路长度为568.7km。

二、DWDM系统设计的主要考虑因素

2.1光纤参数

　　目前ITU-T已经标准化的单模光纤有4种类型,一种是常规使用的单模光纤,称G.652光纤；第二类是色散位移的单模光纤,又称G.653光纤；第三类是截止波长位移的单模光纤,又称G.654光纤；第四类光纤是非零色散位移单模光纤,即G.655光纤,主要用于密集波分复用系统。

　(1)光纤的衰减 光纤中信号的损耗是与信号的波长有关的,这两者之间的关系取决于光纤的衰减特性。光纤在1310nm窗口的衰减约为0.35~0.45dB/km,在1550nm窗口的衰减约为 0.20~0.25dB/km。

　(2)光纤的色散 所有系统都是对色散敏感的,其中有些系统甚至工作在色度色散极限之外。然而光信号能容许的最高色散是有一定限度的。色散容限这一参数规定了系统应能容忍的未补偿的主通路上的最大色度色散。 系统的色散容限值定为“目标距离”乘上相关的色散系数,如： 20ps/ (nm.km),对G.652光纤,1550nm窗口； 3.3ps/(nm.km),对G.653光纤,1550nm窗口,或G.652光纤,1310nm窗口。 这对相应的光纤来说都是最坏情况下的色散值。有关这个参数以最坏情况来考虑,目的是给敏感参数留一些余量,同时也使得在低损耗的光纤上延长传输距离成为可能。

2.2 DWDM系统的网络结构

　　DWDM系统可用于多种网络拓补结构,例如点对点和环形。 DWDM系统的总体结构,根据标准、应用方式的不同,分为开放式和封闭式两类。 开放式DWDM传输系统在发送与接收部分采用了波长转换器,将既有SDH、PDH的G.957、G.955标准转换成G.692标准,以达到利用既有设备的目的。这种系统组成方式价格较贵,但组网灵活性较大。开放式DWDM传输技术与设备的进展,使既有SDH、PDH 设备得以弃分利用,它们的结合成为迅速拓展光传输容量的有效手段。 封闭式DWDM传输系统,如图 2所示,该系统没有波长转换器,也就是说,整套系统采用G.692标准。这种系统组成方式比较经济, 但组网不太灵活,无法利用既有的SDH、PDH传输设备。

2.3 光纤段跨距和衰减

　　对于陆地DWDM系统,无电再生的最大传输距离一般由系统的色散容限所确定；系统对光信噪比的要求决定了最大跨距长度和最多跨距数。仅从光信噪比的要求来考虑,一般情况下,跨距多的链路不宜采用长跨距,因为长跨距会使光信噪比(OSNR)迅速恶化；而需要长跨距传输链路的无电再生最大传输距离不宜过长,至少比短跨距情况下的总传输距离要短。

2.4光接收信噪比

　　光接收信噪比(OSNR)的定义为光接收信号功率与光噪声功率之比。 光放大系统中,理想的 OSNR为22dB。通常,光信噪比取值≥20dB。

三、京九铁路DWDM系统的设计

3.1 京九铁路DWDM系统的构成

　　京九铁路DWDM系统是利用京九线既有20芯G.652光缆线路的两芯,在1550nm窗口新设的DWDM16 ×2.5Gb/s系统。采用开放型的波长配置,全线设2个复用段,共分为5个光放大段。图3为京九线(商丘--武汉段)DWDM光传输系统构成图。从图中可以看到京九铁路DWDM系统在商丘、武汉间设置 2.5Gb/s SDH复用设备,并配备相应的电接口,武汉--郑州设3×155M,武汉--北京设6×155M、63 ×2M直达电路、商丘ADM作转接。

3.2 各项指标的计算分析

(1)色散

　　G.652光纤的色散系数为20ps/(nm.km),参照技术规范的要求,本工程波分复用设备采用的色散容限为7200ps/nm、1200ps/nm、12800ps/nm,复用段距离可达360km、600km、640km。

(2)衰耗

　　商丘至通信站4复用段,采用4×35dB 配置,即光缆线路中继跨段最大容许衰耗AL取35dB。本复用段光路由总长432.5km,其中最大光中继跨段(通信站3--通信站4)的线路衰耗为28.55dB,加上该段中的4个光纤活动连接器损耗2dB（按每个活动连接器损耗0.5 dB计算）,考虑3dB维修余量,全程衰减33.55 dB,小于AL ;其余各段均能满足衰耗要求。 通信站4至武汉复用段,采用1×40dB配置, 即光缆线路中继跨段最大容许衰耗PL取40dB。本段光路由总长136.2km,光缆衰耗33.24dB,线路中间计有8个光纤活动连接器,按每个活动连接器损耗0.5dB计算,全程线路净衰耗为37.24dB,再考虑 3dB维修余量,通信站4至武汉跨段线路衰耗为40.24dB,超过PL值。本设计将该内的2个活动接头熔接成固定接头,可以减少1dB线路衰耗,使本复用段满足10dB配置要求。

(3)光信噪比(OSNR)的计算

　　当光放大器增益恰好补偿中继段光通道衰减时,OSNR按最恶劣情况表示如下：

OSNR=Plout-L-NF-10logN-10log (h×c2/λ3×△λ) 式中：Plout 为每路光输出功率； L为两个光线路放大器(EDFA)之间(跨距间)的光通道衰减； NF为光线路放大器的噪声系数, 本工程取5dB； N为跨距段数； h为布朗克常数6.626×10-34 J.S, c为光速,△λ为光波长宽度。 当△λ=0.1nm时,10log (h×c2/λ3×△λ=8(dB) 对于45 dB中继段衰耗配置,L=35 dB,N=4, 若Plout=9 dB, 则OSNR=21 dB； 对于10dB中继段衰减耗配置,L=40 dB,N=1,若 Plout=9 dB, 则OSNR=22 dB。 系统设备能满足实际工程关于OSNR≥20 dB的要求。

四、结束语

　　DWDM技术已开始在我国铁路通信网中大规模应用。目前,浙赣线DWDM系统已投入应用,武广、新长线也正在建设中。DWDM真正实现了数字传输体制的的世界标准,可在光纤上承载更多的信号； DWDM具有良好的兼容性,可完全兼容既有SDH、PDH；开放的DWDM采用了灵活的组网方式,使网络结构及设备简化,降低了联网成本。DWDM已不仅成为解决容量问题的手段,而且将加速各种新业务的发展。DWDM的应用将给通信事业带来新的飞跃。

摘自《光电产品世界》