通信中同步数字传输与波分复用光纤技术的应用研究

齐 凯

（山信软件股份有限公司 莱芜自动化分公司，山东 济南 271104）

0 引 言

同步数字传输（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）是一种集复接、线路传输与交换功能为一体并由统一网管系统进行信息传输的网络技术，而波分复用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）则是在一根光纤上使用不同波长来同时传送多路光波信号的一种传输技术。由于这两种技术具有可靠性高、抗电磁干扰能力强、投入成本低以及传输质量好等特点，因此被广泛应用于通信领域。

1 SDH与WDM光纤技术概述

1.1 SDH光纤技术

SDH的传输速率主要划分为4个等级。一是STM-1，传输速率为 155.21 Mb/s；二是 STM-4，传输速率为622.08 Mb/s；三是STM-16，传输速率为2 488.32 Mb/s ；四是 STM-64，传输速率为 9 953.28 Mb/s。利用SDH技术可以对传输网络进行有效控制与管理，并可以实时监控信号的传输动态信息。在传输信号进入到SDH帧之前，需要经过3个步骤，即映射、定位与复用。映射是实现速率适配功能，可以在信程进入到虚容器（Virtual Container，VC）时对信号速率进行调整。定位是指示信息的第一个字节在相应信息单元结构中的位置，即指示VC在支路单元（Tributary Unit，TU）或者管理单元（Administrative Unit，AU）中的具体位置。复用则是实现低速支路信号合成高速信号，即把多个低速单元组合成一个高速单元组[1]。目前，我国规定的SDH复用映射结构如图1所示。

图1 我国规定的SDH复用映射结构示意图

1.2 WDM光纤技术

WDM主要是在一根光纤中传输多路光信号，其应用原理类似于频分复用（Frequency Division Multiplexing，FDM）系统。两者的不同之处在于，WDM技术应用于光纤信道上的光波传输过程，而FDM则应用于电模拟传输。WDM光纤系统主要由合/分波器、光放大器以及光源器件组成。合/分波器即光学滤波器，主要作用是对各复用光通路信号进行复用与解复用，对其提出的基本要求是插入损耗低、带通特性好、温度稳定性好、复用通路数多以及分辨率高等。光放大器的主要作用是对复用后的光信号进行放大，以解决WDM光纤系统超长距离传输问题[2]。在实际应用过程中，波长在1 550 nm范围之内的传输信号均采用掺饵光纤放大器。而WDM光纤系统的光源器件则需要具有狭窄的谱宽与稳定的发射波长，这样才能保证光波信号的顺畅传输。WDM光纤系统工作原理如图2所示。

图2 WDM光纤系统工作原理

图2中，M代表具有波长选路功能的复用器，也称之为合波器；D代表具有波长选路功能的解复用器，也称之为分波器。发射机T1发射波长为λ1的光信号，发射机T2发射波长为λ2的光信号，两组光信号通过合波器复用后被传输至光纤中。在光纤接收端，经过分波器的解复用后，将这两种波长的光信号分别送至接收机R1和R2中，即完成了光波信号的传输全过程。

2 SDH与WDM光纤技术的优势分析

2.1 SDH技术的优势

在实际应用过程中，SDH技术具有以下应用优势。第一，具有较高的可靠性与稳定性。尤其在电力系统中的应用，对于一些站点密度较大的区域来说，应用SDH技术能够满足频繁的活动需求。第二，传输信道多。基于这一特点，利用SDH技术可以保证数据传输网络全天候不间断运行。第三，强大的自愈功能。一旦系统出现运行故障，在无需人为干预的情况下，系统可以自行恢复到正常运行状态。第四，减少投入成本。由于SDH技术可以一次性提取出低速支路信号，因此可以节省大量的信号转换设备，这就大大减少了硬件设备的投入成本[3]。

2.2 WDM光纤技术的优势

在实际应用过程中，WDM光纤技术具有以下优势。第一，传输容量大。WDM光纤系统的复用光通路速率能够达到10 Gb/s，并且复用光通路数量众多，系统传输的最大值可以达到400 Gb/s。第二，节约光纤资源。相较于SDH系统，WDM系统无论有多少分系统，整个复用系统只需要一对光纤便可以完成信号传输任务。以16个2.5 Gb/s系统为例，如果采用单波长系统，至少需要32根光纤，但是利用WDM系统只需要两根光纤。第三，对光纤色散无硬性要求。在信号传输过程中，无论传输速率再高、传输容量再大，WDM系统对光纤色散系数的要求依然是单个复用通路速率信号对光纤色度色散系数的要求[4]。

3 SDH与WDM光纤技术的实际应用效果

3.1 SDH光纤技术在220 kV变电站通信网络中的应用

以220 kV变电站通信网络为例，在该通信传输网络中分别配置两套SDH系统，其中一套的接入设备在本通信站接入地级干级传输网，另外一套接入设备则通过地调接入地级干级传输网。两套设备分别置于不同的机柜内，由于信号传输业务不同，因此对于同一台SDH系统用户的接入设备需要实现支路到线路、线路到线路、支路到支路、线路到用户以及支路到用户的64 kb/s通路交叉连接，并通过网管系统完成连接过程。由于每一条线路在SDH系统用户接入设备侧均使用同一块接口板，因此两套设备的保护信号分别在每一套设备中进行传输。此外，线路保护信号传输属于点对点的传输，为了提高信号传输的安全性与稳定性，设计人员采用了保护倒换的方法，这样既可以缩短信号传输时间，同时也能够避免产生信号传输盲区。通过SDH技术在220 kV变电站通信网络的应用可以看出，该技术对提高信号传输的稳定性具有积极的促进作用，并且终端用户也能够接收到完整的光波信号，进而使电力通信系统的安全性能得到大幅提升[5]。

3.2 SDH与WDM技术在长途干线传输网中的应用

长途干线传输网络建设进程逐年推进，应用WDM技术后，长途干线网中的中断设备数量大量减少，这就使得网管系统的投资成本大幅降低，同时也减少了大量的系统维护工作量。由于长途干线中的设备节点距离相隔较远，如果检修人员对设备故障进行现场维修，则需要投入大量的人力资源成本，而且维修效果也差强人意[6]。而应用WDM技术后，系统本身具有定时扫描功能，可以通过内置的光谱单元进行精确扫描与分析。系统维护人员只需要在网管中心便可以实时了解每一个波长的光功率、中心波长、光信噪比等光谱特性，这种实时在线监控的方法为系统的远程维护提供了诸多便利。此外，由于SDH和WDM技术具有系统误码率监测与连接完整性确认功能，因此在实际应用过程中可以利用SDH帧结构中的B1字节提取出波长信息再进行校验，这样可以对系统完成在线监测，并且能够在最短的时间内确定故障位置与类型[7]。长途干线的再定时、再整形与再放大功能相对较差，在光波信号远距离传输时，受到这些功能局限性的影响，光信噪比将大幅下降，甚至会出现突破阈值、超出色散容限的情况。基于此，可以利用SDH技术来管理，这样既可以得到较为稳定的光信噪比，而且投资成本也大幅减少[8]。

3.3 WDM技术在城域网中的应用

城域网主要是在一个城市范围内所建立的计算机通信网，城域网通信质量的优劣与城市的综合竞争实力有着直接关联。近年来，随着各大城市城域网建设步伐的加快，WDM光纤技术的应用效果也逐步凸显出来。

该技术在城域网中的应用特点主要体现在以下几个方面。第一，应用WDM技术可以减少城域网的建设成本。与长途干网系统相比，利用WDM技术每波长所耗费的成本远远低于长途干网系统。由于城域网的光波信号传输距离一般在100 km以下，因此在应用WDM技术时无需使用光放大器与外调制器也能够完成光信号的传输任务。第二，由于系统中未涉及光放大器，因此无需任何形式的通路均衡。分波器与合波器的工作机理简单易懂，而且便于操作。第三，在没有光放大器的情况下，波长数的增加与扩展也不再受光放大器频带的影响和限制，这就降低了对波长间隔宽度、波长精度以及稳定性的要求。在这种情况下，系统所使用的合波器、分波器以及系统其他组件的成本也大大降低[9]。

在城域网中应用WDM技术能够灵活支持各种速率传输信号，系统的光接口可以自动接收和适应速率10Mb/s～2.5 Gb/s的所有光信号。随着WDM光纤技术的日渐成熟，对于传输速率在10 Gb/s以上的SDH信号和10 Gb/s以上的以太网信号，WDM技术也能够适应和支持[10]。此外，城域网中的WDM系统还具有波长可扩展性，即便有新的波长累加，也不会影响原有的工作波长。在这种情况下，系统依托于新加增的波长可以扩展更多新的业务，这就使城域网运营商的市场综合竞争力得到大幅提升。

4 结 论

通过对通信中SDH与WDM光纤技术的优势及实际应用效果的分析可以看出，随着信息技术的迅猛发展，未来SDH与WDM技术也将在电力调度、办公自动化、数据传输等领域得到普遍推广和应用。广大技术人员应当在熟练掌握SDH与WDM光纤技术工作原理的基础上，不断提升自身的专业技术水平，在实际应用过程中及时查找出SDH与WDM技术的应用缺陷，并及时通过各种先进的技术手段来弥补缺陷，确保光波信号安全稳定传输的同时，为社会各领域提供更加便捷高效的通信服务。