微波光子技术及工程应用的现代研究

摘 要 随着互联网的持续快速发展，各种新业务层出不穷，使人们对网络接入带宽的需求持续增加。DWDM技术具有传输容量大、传输距离长、信道多，多种类型的信号可同时传输等优点。简述了微波光子技术和DWDM技术，介绍其在实际工程中的应用，以及日常维护工作的注意事项。

关键词 接入带宽；DWDM技术；工程应用

1 DWDM技术概述

光波分复用技术的出现和掺铒光纤放大器的发明使光通信得到迅速发展。光纤通信具有损耗低，抗电磁干扰，超宽带，易于在波长、空间、偏振上复用等很多优点，目前已实现了单路40～160 Gb/s、单根光纤10 Tb/s 的传输。随着传输速率的不断提高，光纤系统需要在光发射和接收机中采用微波技术。光纤技术与微波技术相互融合成为一个重要新方向，微波光子学，主要研究集中在两方面：一是解决传统的光纤通信技术向微波频段发展中的问题，包括激光器、光调制器、放大器、探测器和光纤传输链路复用的研究；二是利用光电子器件解决微波信号的产生和控制问题，主要有光生微波源、光域微波放大器、微波光子滤波器、光致微波电信号的合成和控制等。波分复用（WDM）技术是在一根光纤中同时传输多路波长光信号的一项技术。其基本原理是在发送端将不同波长的光信号组合起来（复用），并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进行传输，在接收端又将组合波长的光信号分开（解复用），并作进一步处理，恢复出原始信号后送入不同的终端。DWDM系统可分为集成式和开放式。集成式DWDM系统要求SDH终端设备具有满足G.692的光接口：标准的光波长、满足长距离传输的光源。开放式DWDM系统就是在波分复用器（OMU）前加入光波长转换器（OTU），将SDH非规范的波长（G.957标准）转换为标准波长（G.692标准），如图1所示。OMU：光复用器。ODU：光解复用器。OLA：光线路放大器。OTU：光波长转换器。SDH：同步数字传输体系[1]。

2 工程应用案例分析

在工程应用中DWDM系统最基本的组网方式为点到点组网、链形组网和环形组网，本案例采用DWDM最常用组网方式，环形组网。有A、B、C、D、E五个局点组成环网。其中B、D局点上下业务较多，包括SDH、GE等业务。为了满足B、D局点多业务的上下，以及后期系统扩容的需要，在实际应用中采用2个OTM设备组合实现OADM网元的功能，同局内的2个OTM经内部尾纤相连。A、C局点为OADM（光分插复用）局点，均可同时上下业务。E局点设备采用OLA（光放大）设备。局点E为光放大局点。 该网络由5个局点机房的波分设备组成，覆盖该市5个县的多个传输网络节点的DWDM传输网络。网络拓扑结构为双纤双向环[2]。

该网络采用的是中兴通讯公司的ZXWM M900波分产品。选用基础速率为2.5Gb/s的C波段40波波分复用系统。SDH 业务通过各OADM局点来接入该DWDM网络。网络业务的保护主要靠SDH设备的复用段保护来实现。该系统工作在C波段即波长在1530～1560nm范围内。工作波长采用1550nm，频率间隔为100GHz，波长间隔是0.8nm，采用 G..655单模光纤。实测双纤双向平均衰减ar=0.25dB/km，光缆线路余量ac=0.04dB/km，as=0.005 dB。光纤连接器衰减按1个连接器AC=0.5dB计算。光线路放大器的增益为G=33dB。根據光纤线路衰减测试参数和光放大器的增益由公式（1）可计算出光放段长度。

（1）

将G、AC、ar、ac、as代入公式（1）计算出放大器的增益与所对的光放段的长度L=110km。A局点与D局点复用段距离为110 km。为使光信号由A局点发出经长距离传输在D局点能准确接收，因此在A、D之间的E局点设置光放站，即OLA设备。对A局点传送来的光信号进行放大后传送至D局点，反之亦然。OLA满足了光信号传输的功率需要，保证了光信号在通路中的正常传输。

3 日常维护

3.1 设备维护

检查机房电源的温度湿度、机柜指示灯、单板指示灯。检查设备声音告警。通过网管查看分波/合波单元的输入、输出光功率，光放大单元的输入、输出光功率及偏置电流，OTU单板的接收、发送光功率及B1误码，并进行详细记录。如果发现功率或偏置电流变化、误码产生等异常情况，需要及时进行处理，排除故障隐患。一般光功率放大器（OBA）和（OLA）的输出功率较大，其输出端接口的反射系数对光放的性能和寿命影响很大，要注意其输出口的反射系数的测试和记录。

3.2 网管维护

在网络运行维护中，应当定期对系统数据进行备份，以备在网络故障、网管数据丢失的情况下快速恢复网络数据，缩短故障时间，减少对业务的影响。熟悉设备硬件参数，准确把握信号流走向，这对分析判断故障原因和处理至关重要。关注当前性能数据和历史数据进行比较是否发生了明显的变化，尤其是关注光功率、制冷电流、偏置电流等性能的变化。

4 微波光子技术发展

微波光子学是一门新兴的交叉学科，引起了世界各国的重视，在理论、技术、器件各个方面都得到迅速发展，有着广泛的应用前景。微波光子在蜂窝电话、天线遥感、卫星通信、无线通信、有线系统、雷达、信息对抗、电子战等方面有着重要的应用。微波光子学未来可能的应用还包括广播、有线电视、无线多媒体业务、高清视频流、吉比特无线局域网、个域网、光探测与测量和射电天文学等，并可期待在太赫兹技术、高灵敏度传感和量子密钥分配等领域获得进一步研究与发展。

参考文献

[1] 杨祥林.光纤通信系统[M].北京：国防工业出版社，2000：230.

[2] 高珊.DWDM密集波分复用系统工程应用浅谈[J].铁道通信信号，2009，45（9）：60-62.

作者简介

张静（1983-），女，安徽淮南人，安徽大学光学硕士研究生，中国电子科技集团公司第三十八研究所光电系统设计师，主要从事光通信、微波光子系统设计工作。