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Answer 1

密集光波分复用系统的波长测量技术

摘要：本文阐述密集光波分复用系统的概况、系统的测试要求，可调谐光滤器的结构，以及便携式光谱分析仪的应用方式与相关测量仪表的展望。

　　信息时代信息爆炸导致通信带宽需求或通信网络容量爆增。如近期北美骨干网的业务量约6-9个月翻一番，达到了所谓的“光速经济”的时期，它比微电子芯片性能发展的摩尔法则（约18个月翻一番）快2-3倍，而且迄今这种发展势头不减。面对这种发展趋势，各个通信发达国家都在积极研究设计新的宽带网络，如可持续发展网络CUN、下一代网络NGN、新公众网NPN、一体化网UN等，但其基础传输媒质的物理层都是密集光波分复用（DWDM）的光传送网OTN。不如此就不可能提供巨大的通信带宽，高度可靠的传输性能，足够的业务承载容量以及低廉的使用费用，确保网络的可持续发展，支持当前和未来的任何业务信号的传送要求。

　　1　密集光波分复用（DWDM）系统

　　DWDM系统主要由光合波器、光分波器和掺铒光纤放大器（EDFA）组成。其中EDFA的作用是由比信号波长低的高能量光泵源将能量辐射进一段掺铒光纤中，当载有净负荷的光波通过此段光纤一起传播时，完成光能量的转移，使在1530-1565m波长范围内各个光波承载的净负荷信号全都得到放大，弥补了光纤线路的能量损失。这样，当用EDFA代替传统的光通信链路中的中继段设备时，就能以最少的费用直接通过增加波长数增大传输容量，使整个光通信系统的结构和设计都大大简化，并便于施工维护。

　　EDFA在DWDM系统中实际应用时又分为功放或后置放大器（BA），预放或前置放大器（PA）和线路放大器（LA）3种，但有的公司为了简化，尽量减少设备品种，统一为OA，以便于维护。

　　目前商用的DWDM系统的每个波长的数据速率是2.5Gbps，或10Gbps，波长数为4、8、16、32等；40、80甚至132个波长的DWDM系统也已有产品。常用的有两类配置。一类是在光合波器前与在光分波器后设置波长转换器（Wavelength Transponder）OTU。这一类配置是开放式的，采用这种可以使用现有的1310nm和1550nm波长区的任一厂家的光发送与光接收机模块；波长转换器将这些非标准的光波长信号变换到1550nm窗口中规定的标准光波长信号，以便在DWDM系统中传输。美国的Ciena公司、欧洲的pirelli公司采用这类配置，他们是生产光器件的公司，通常，所生产的光分波合波器有较好的光学性能参数。如Ciena公司采用的信道波长间隔为0.8nm，对应100GHz的带宽，在1545.3-1557.4nm波长范围内提供16个光波信道或光路。但他们没有SDH传输设备，因此，在系统配置、网络管理方面不能统一考虑。此类配置的优点是应用灵活、通用性强，缺点是增加波长转换器、成本较高。另一类配置是不用波长转换器，将波分复用、解复用部分和传输系统产品集成在一起，这一类配置是一体的或集成的，这样简化了系统结构、降低了成本，而且便于将SDH传输设备和DWDM设备在同一网管平台上进行管理操作。这类配置的生产厂家如Lucent、Siemens、Nortel等，他们是SDH传输系统设备供应商，有条件这样做。他们在做4×2.5G32bpsDWDM系统设计时就考虑与4×10Gbps速率的兼容，考虑增加至8个波长、16个波长、基至40个波长、80个波长，以及2.5Gbps和10Gbps的混合应用，确保系统在线不断扩容，平滑过渡，不影响通信网的业务。当然，他们也提供开放式配置，或发送是开放式，接收为一体式的DWDM系统设备。

　　由于初期商用的EDFA带宽平坦范围在1540-1560nm，故早期使用的DWDM系统的复用光波长多在1550nm附近。后来实际EDFA的增益谱宽为35nm，约4.2THz，其中增益起伏小于1dB的谱宽在1539-1565nm之间，若以1.6nm（对应200GHz）的波长间隔，则最少可实现8波长，乃至16波长的同步放大；若以0.8nm（对应100GHz）的波长间隔，则最少可实现16个波长，乃至32个波长的DWDM系统，再加上EDFA约40dB的高增益，大于100mW的高输出功率，以及4-5dB的低噪声值等优越性能，故极大地促进了DWDM系统的快速发展。

　　正如电放大器那样，光放大器在放大光信号的同时也要引入噪声。它由光子的自发幅射（Spontaneous Emission）产生。此种噪声和光信号在光放大器中一起放大，并逐级积累形成干扰信号，即熟知的放大自发辐射（Amplified Spontaneous Emission，简写为ASE）干扰信号。这种ASE干扰信号经多经光放积累的功率会大到1-2mW，其频谱分布与波长增益谱对应。

　　这就是为什么经过若干个OLA放大后必须经过光电变换，分别取出各波长光路的电信号进行定时、整形与再生（3R），完成光数字信号处理的主要原因，它决定了电中继段或复用段的最大距离或最大光中继段数。当然，其他因素例如允许的总的色散值也决定此电中继段的最大距离，这要由系统设计作光功率预算时，哪个因素要求最严格来确定。

　　2　DWDM系统的测试要求

　　以SDH终端设备为基础的多波长密集光波分复用系统和单波长SDH系统的测试要求差别很大。首先，单波长光通信系统的精确波长测试是不重要的，只需用普通的光功率计测量了光功率值就可判断光系统是否正常了。设置光功率计到一个特定的波长值，例如是1310nm还是1550nm，仅用作不同波长区光系统光源发光功率测试的较准与修正，因为对宽光谱的功率计而言，光源波长差几十nm时测出的光功率值的差别也不大。可是，对DWDM系统就完全不同了，系统有很多波长，很多光路，要分别测出系统中每个光路的波长值与光功率大小，才能共发判断出是哪个波长，哪个光路系统出了问题。由于各个光路的波长间隔通常是1.6nm（200GHz）、0.8nm（GHz），甚至0.4nm（50GHz），故必须有波长选择性的光功率计，即波长计或光谱分析仪才能测出系统的各个光路的波长值和光功率的大小，因此，用一般的光功率计测出系统的总光功率值是不解决问题。其次，为了平滑地增加波长、扩大DWDM系统容量，或为了灵活地调度、调整电路和网络的容量，需要减少某个DWDM系统的波长数，即要求DWDM系统在增加或减少波长数时，总的输出光功率基本稳定。这样，当有某个光路、某个净负荷载体，即光波长或光载频失效时，又用普通光功率计测量总光功率值是无法发现问题的，因为一两个光载频功率大大降低或失效，对总的光功率值影响很小。此时，必须对各个光载频的功率进行选择性测量，不仅测出光功率电平值，而且还准确地测出具体的波长数值后，才能确切知道是哪个波长哪条光路出了问题。这不仅在判断光路故障时非常必要，而且在系统安装、调测和日常维护时也很重要。

　　此外，为了测量光放大器增益光谱特性，尤其是增益平坦度，需找出各波长或各光路的功率电平差值时，也必须测量出各光路的波长值和光功率值。

Answer 2

浅谈数据通信及其应用前景

摘要：本文介绍数据通信的构成原理、交换方式及其适用范围；数据通信的分类，并展望未来美好的应用前景。

主题词 数据通信 构成原理 适用范围 应用前景

数据通信是通信技术和计算机技术相结合而产生的一种新的通信方式。要在崐两地间传输信息必须有传输信道，根据传输媒体的不同，有有线数据通信与无线崐数据通信之分。但它们都是通过传输信道将数据终端与计算机联结起来，而使不崐同地点的数据终端实现软、硬件和信息资源的共享。

一、数据通信的构成原理、交换方式及适用范围

１．数据通信的构成原理

数据通信的构成原理如框图１所示。图中ＤＴＥ是数据终端。数据终端有分崐组型终端（ＰＴ）和非分组型终端（ＮＰＴ）两大类。分组型终端有计算机、数崐字传真机、智能用户电报终端（ＴｅＬｅｔｅｘ）、用户分组装拆设备（ＰＡＤ）崐、用户分组交换机、专用电话交换机（ＰＡＢＸ）、可视图文接入设备（ＶＡＰ）崐、局域网（ＬＡＮ）等各种专用终端设备；非分组型终端有个人计算机终端、可崐视图文终端、用户电报终端等各种专用终端。数据电路由传输信道和数据电路终崐端设备（ＤＣＥ）组成，如果传输信道为模拟信道，ＤＣＥ通常就是调制解调器崐（ＭＯＤＥＭ），它的作用是进行模拟信号和数字信号的转换；如果传输信道为崐数字信道，ＤＣＥ的作用是实现信号码型与电平的转换，以及线路接续控制等。崐传输信道除有模拟和数字的区分外，还有有线信道与无线信道、专用线路与交换崐网线路之分。交换网线路要通过呼叫过程建立连接，通信结束后再拆除；专线连崐接由于是固定连接就无需上述的呼叫建立与拆线过程。计算机系统中的通信控制崐器用于管理与数据终端相连接的所有通信线路。中央处理器用来处理由数据终端崐设备输入的数据。

２．数据通信的交换方式

通常数据通信有三种交换方式：

（１）电路交换

电路交换是指两台计算机或终端在相互通信时，使用同一条实际的物理链路，崐通信中自始至终使用该链路进行信息传输，且不允许其它计算机或终端同时共亨崐该电路。

（２）报文交换

报文交换是将用户的报文存储在交换机的存储器中（内存或外存），当所需崐输出电路空闲时，再将该报文发往需接收的交换机或终端。这种存储＿转发的方崐式可以提高中继线和电路的利用率。

（３）分组交换

分组交换是将用户发来的整份报文分割成若于个定长的数据块（称为分组或崐打包），将这些分组以存储＿转发的方式在网内传输。第一个分组信息都连有接崐收地址和发送地址的标识。在分组交换网中，不同用户的分组数据均采用动态复崐用的技术传送，即网络具有路由选择，同一条路由可以有不同用户的分组在传送，崐所以线路利用率较高。

３．各种交换方式的适用范围

（１）电路交换方式通常应用于公用电话网、公用电报网及电路交换的公用数据崐网（ＣＳＰＤＮ）等通信网络中。前两种电路交换方式系传统方式；后一种方式崐与公用电话网基本相似，但它是用四线或二线方式连接用户，适用于较高速率的崐数据交换。正由于它是专用的公用数据网，其接通率、工作速率、用户线距离、崐线路均衡条件等均优于公用电话网。其优点是实时性强、延迟很小、交换成本较崐低；其缺点是线路利用率低。电路交换适用于一次接续后，长报文的通信。

（２）报文交换方式适用于实现不同速率、不同协议、不同代码终端的终端间或崐一点对多点的同文为单位进行存储转发的数据通信。由于这种方式，网络传输时崐延大，并且占用了大量的内存与外存空间，因而不适用于要求系统安全性高、网崐络时延较小的数据通信。

（３）分组交换是在存储＿转发方式的基础上发展起来的，但它兼有电路交换及崐报文交换的优点。它适用于对话式的计算机通信，如数据库检索、图文信息存取、崐电子邮件传递和计算机间通信等各方面，传输质量高、成本较低，并可在不同速崐率终端间通信。其缺点是不适宜于实时性要求高、信息量很大的业务使用。

二、数据通信的分类

１．有线数据通信

（1） 数字数据网（ＤＤＮ）

数字数据网由用户环路、ＤＤＮ节点、数字信道和网络控制管理中心组成，崐其网络组成结构如框图２所示。ＤＤＮ是利用光纤或数字微波、卫星等数字信道崐和数字交叉复用设备组成的数字数据传输网。也可以说ＤＤＮ是把数据通信技术、崐数字通信技术、光迁通信技术以及数字交叉连接技术结合在一起的数字通信网络。崐数字信道应包括用户到网络的连接线路，即用户环路的传输也应该是数字的，但崐实际上也有普通电缆和双绞线，但传输质量不如前。ＤＤＮ的主要特点是：

①传输质量高、误码率低：传输信道的误码率要求小。

②信道利用率高。

③要求全网的时钟系统保持同步，才能保证ＤＤＮ电路的传输质量。

④ＤＤＮ的租用专线业务的速率可分为2.4-19.2kbit/s， Ｎ×６４ｋbit/s崐（Ｎ=1-32）；用户入网速率最高不超过２Ｍbit/s。

⑤ＤＤＮ时延较小。

（2）分组交换网

分组交换网（ＰＳＰＤＮ）是以ＣＣＩＴＴＸ．２５建议为基础的，所以崐又称为Ｘ.25网。它是采用存储＿转发方式，将用户送来的报文分成具用一定长崐度的数据段，并在每个数据段上加上控制信息，构成一个带有地址的分组组合群崐体，在网上传输。分组交换网最突出的优点是在一条电路上同时可开放多条虚通崐路，为多个用户同时使用，网络具有动态路由选择功能和先进的误码检错功能，崐但网络性能较差。

（3） 帧中继网

 帧中继网络通常由帧中继存取设备、帧中继交换设备和公共帧中继服务网3崐部分组成，如框图３所示。帧中继网是从分组交换技术发展起来的。帧中继技术崐是把不同长度的用户数据组均包封在较大的帧中继帧内，加上寻址和控制信息后崐在网上传输。其功能特点为：

①使用统计复用技术，按需分配带宽，向用户提供共亨的的网络资源，每一条崐线路和网络端口都可由多个终点按信息流共亨，大大提高了网络资源的利用率。

②采用虚电路技术，只有当用户准备好数据时，才把所需的带宽分配给指定的虚崐电路，而且带宽在网络里是按照分组动态分配，因而适合于突发性业务的使用。

③帧中继只使用了物理层和链路层的一部分来执行其交换功能，利用用户信息和崐控制信息分离的Ｄ信道连接来实施以帧为单位的信息传送，简化了中间节点的处崐理。帧中继采用了可靠的ＩＳＤＮ Ｄ信道的链路层（ＬＡＰＤ）协议，将流量崐控制、纠错等功能留给智能终端去完成，从而大大简化了处理过程，提高了效率。崐当然，帧中继传输线路质量要求很高，其误码率应小于１０的负８次方。

④帧中继通常的帧长度比分组交换长，达到1024-4096字节/帧，因而其吞吐量崐非常高，其所提供的速率为2048Ｍbit/s。用户速率一般为9.6、4.4、19.2、Ｎ崐×64kbist/s（Ｎ＝1-31），以及2Ｍbit/s。

⑤）帧中继没有采用存储＿转发功能，因而具有与快速分组交换相同的一些优崐点。其时延小于15ms。

２．无线数据通信

无线数据通信也称移动数据通信，它是在有线数据通信的基础上发展起来的。崐有线数据通信依赖于有线传输，因此只适合于固定终端与计算机或计算机之间的崐通信。而移动数据通信是通过无线电波的传播来传送数据的，因而有可能实现移崐动状态下的移动通信。狭义地说，移动数据通信就是计算机间或计算机与人之间崐的无线通信。它通过与有线数据网互联，把有线数据网路的应用扩展到移动和便崐携用户。