電力主干波分復用智能網的應用研究

田宇 焦杰 劉彥揚

1.華北電力大學電氣與電子工程學院,北京 102206；2.華北電網有限公司北京超高壓公司,北京 102488

電力主干波分復用智能網的應用研究

田宇1焦杰2劉彥揚2

1.華北電力大學電氣與電子工程學院,北京 102206；2.華北電網有限公司北京超高壓公司,北京 102488

隨著智能電網的不斷發展，其原有的電力通信系統的通信壓力日益加大。密集波分復用(DWDM)技術在智能電網中主干傳輸網上的應用也逐漸得到人們的重視。本文首先介紹了DWDM系統的概念、優點和關鍵技術。最后對DWDM在智能電網中主干傳輸網中的應用方案進行了研究。

智能電網；DWDM系統；主干傳輸網；應用研究

在社會發展巨大需求的帶動下，電力事業的發展一日千里，對整個社會生活和現代化進程產生了極大的推動作用，智能電網是當前電網的發展趨勢。智能電網對電力業務的實時性與可靠性傳輸要求提出了更高的要求，快速發展的電網也給電力通信系統帶來巨大的擴容壓力。而由于受器件自身特性的限制，原有電力通信系統光纖網的傳輸容量及擴容方式均無法滿足實際需求，而也沒有充分利用原有光纖的巨大帶寬資源。因此，對現有電力通信系統的光纖通信網進行擴容是非常必要的。隨著波分復用(Wavelength Division Multiplexing:WDM)和密集波分復用（Dense Wavelength Division Multiplexing:DWDM）的逐漸成熟，波分復用技術在電力通信系統中有著極為廣泛的應用前景。

1 WDM概述

1.1 WDM和DWDM

在同一根光纖中同時讓兩個或兩個以上的光波長信號通過不同光信道各自傳輸信息，稱為光波分復用技術。如圖1所示，在發送端，將兩個或多個波長不同的光載波信號，經合波器匯合后耦合到某一根光纖中進行傳輸；在接收端通過分波器對不同波長的光載波進行分離，之后再由光接收機做進一步處理和提取信號。波分復用不僅可以單向傳輸，而且可以雙向傳輸。

圖1 波分復用原理圖

WDM的實質是光域上的頻分復用(FDM)技術。WDM系統中，每個信道通過頻域的分割來實現，每個信道占用一段光纖的帶寬。

WDM系統中，根據光纖中傳送的相鄰光載波的波長大小，可以分為粗波分復用(CWDM)和密集波分復用(DWDM)。其中CWDM是指相鄰的光載波的波長間隔比較大，而DWDM是指相鄰的光載波的波長間隔比較小。與通用的單信道系統相比，DWDM不僅極大地提高了通信系統的容量，充分利用了光纖的帶寬，而且它具有擴容簡單和性能可靠等諸多優點，因此，密集波分復用技術的前景十分光明。

DWDM技術是利用單模光纖的帶寬以及低損耗的特性，采用多個波長作為載波，允許各載波信道在光纖內同時傳輸。當前，密集波分復用技術就是將1550nm窗口附近的承載不同業務信號的不同波長的光信號耦合到同一根光纖中進行傳輸，并在接收端對其解復用后再分別進行接收。近年來，光電器件的迅速發展，特別是EDFA的成熟和商用化，使在1550nm窗口區域采用DWDM技術逐漸成熟并走向商用化。

1.2 DWDM的優點：

DWDM技術之所以在近幾年得到迅猛發展，是因為它具有下述優點

1.2.1 能夠同時傳輸多種且類型不同的信號。DWDM技術使用的各波長的信道是相互獨立的。包括數字信號、模擬信號、PDH信號、SDH信號和多種業務的混合傳輸等。因此同時可以傳輸多種速率及特性完全不同的信號，可以便捷的做到綜合傳輸各種電信業務信號;

1.2.2 充分挖掘光纖的巨大帶寬資源。光線具有巨大的帶寬資源（低損耗波段），DWDM技術使一根光纖的傳輸容量比但波長傳輸增加幾倍至幾十倍甚至幾百倍，從而增加了光纖的傳輸容量，降低了通信成本，有很強的經濟實用價值;

1.2.3 大容量傳輸的同時降低了器件的超高速要求。許多光電器件的響應速度由于傳輸速率的快速提升而顯得吃力，而DWDM技術不僅可以大容量傳輸，還能夠降低對部分器件在性能上的極高要求;

1.2.4 具有高度的組網經濟性、可靠性和靈活性。DWDM技術有多路多址局域網、廣播分配網、長途干線網等多種應用形式。利用DWDM技術可以選擇路由，完成故障恢復和網絡交換，從而實現經濟實用、靈活的光網絡;

1.2.5 減少線路的成本。采用DWDM技術 可使N個波長復用起來在單根光纖中傳輸，同時單根光纖也可以進行雙向傳輸，在相隔距離較遠且信號傳輸量大時可以減少大量光線的使用，另外，對已經建成的光纖通信系統擴容方便，只要原系統的功率余量較大，就可以進一步增容而不必對原系統做大的改動。

2 DWDM的關鍵技術

DWDM技術的特點有：大容量的信息傳遞、網絡平滑擴容、兼容性好、節約光纖資源、超長中繼距離等。DWDM技術的特征正式有了以下幾個方面技術的支撐才得以實現。

2.1 光合波與分波技術。光合波技術通過光復用器來實現，光復用器將不同波長的發送信號混合在一條單獨的光纖上；分波技術由是光分解器來實現，分解器將混合信號分解為接收器的分支波長。光復用器和光分解器的性能的優劣決定著系統的傳輸質量，在超高速、大容量波分復用系統中起著關鍵作用。DWDM系統對其要求是：

2.1.1 低的偏差相關性；

2.1.2 損耗及其偏差小；

2.1.3 信道間的串擾小。

2.2 光放大技術。光放大技術是目前DWDM系統在大容量長距離的傳輸技術領域不可或缺的技術手段。在相距較遠的距離中，光功率受限往往成為決定傳輸距離的主要障礙，而光放大器（OA）的出現和發展使得光功率受限不再是長距離傳輸的主要問題。在摻鉺光纖放大器（EDFA）的實用化，有效地節省了大量的再生中繼器，并且實現了直接光放大，簡化了系統，擴大了傳輸容量，使得在傳輸過程中的光纖損耗不再成為主要問題；在光纖通信領域上是一次重大飛躍。促進了真正意義上的密集波分復用技術的飛速發展。

2.3 節點技術。DWDM光傳送網中的節點分為光交叉連接（OXC）節點、光分插復用（OADM）節點和混合節點（同時具有OXC和OADM功能的節點）。當業務發展需要對網絡結構進行調整時，OXC能夠簡單迅速地完成網絡的調度和升級。當出現光纜中斷或節點失效時，OXC能自動完成故障隔離、重選路由、重新配置網絡節點等功能，OXC節點無需進行光/電轉換和電信號處理。OADM節點的功能類似于SDH網絡中的數字分插復用設備（ADM），它可以直接以光波信號為操作對象，利用光波分復用技術在光域上實現波長信道的上下。

2.4 功率均衡技術。在光網絡中，從本地節點上路的光信號與其它由于傳輸了不同距離、從而光功率不同的一些信號復用在一起傳輸，由于光濾波器、EDFA和光開關等器件對各波長的信號響應略有不同，即使是復用在一起傳輸的光信號，在傳輸一段距離后，它們的功率也可能不同。在經過級聯EDFA系統后，不同功率的波長信號中的一些波長的功率將可能進一步降低，導致該信道性能惡化。另外，因為光網絡的網絡恢復、上下話路或重新配置等原因，導致進入節點的各個波長通道的光功率也存在差異，由于光信號要經過多個節點和鏈路，各個波長通道之間的光功率差異不斷累積，這使得各個光信道的信噪比不一致，直接影響到系統的服務質量。因此要保障通信質量，非常有必要在光網絡中的節點處對每個波長的光功率進行均衡。

3 密集波分復用技術在智能電網主干傳輸網中的應用研究

在智能電網主干傳輸網中引入DWDM技術，不僅要考慮當前電網的整體運營狀況，還要充分考慮未來電網業務發展對電力通信系統的需求、現有資源的利用和整合以及經濟效益等諸多因素。

3.1 DWDM系統建設方案

DWDM系統是一種適合多業務、大容量的傳輸系統，具有低成本、易擴展、穩定性高的特點。隨著我國電力通信網所要承載的系統寬帶、業務類型和服務質量面臨著巨大的壓力，以語音和窄帶數據為主的業務模式逐漸向寬帶化、數字化、智能化和綜合化的網絡化模式發展。智能電網中主干DWDM系統的建設就變得越來越急迫。建設DWDM的方案如下。

3.1.1 電力主干DWDM系統不僅要滿足當前電力數據通信業務寬帶的快速發展，同時要成為電力生命線運行的基本保障。

3.1.2 采用通用多協議標記交換技術。若有某條干線光纜突發中斷時，仍能快速自動地恢復光路，真正實現自動光交換。

3.1.3 DWDM系統的建設，要滿足社會生產和經營管理信息化應用的需要。因此該系統不僅要滿足日常大顆粒業務的高寬帶傳輸的要求，同時還必須在各類災害發生時滿足調度中心EMS系統、營銷和財務、生產MIS以及各分公司數據中心等各類數據業務的異地災備需求。

3.2 智能電網主干傳輸網中DWDM系統設計

3.2.1 網絡結構

DWDM系統的網絡結構設計要綜合考慮業務需求和分布、光纖鋪設、技術能力以及實際網絡的兼容性等諸多因素。由于DWDM系統中波道的數量較多，在實際工程設計中要因地制宜，根據不同的波道分別組織線形、樹干形、格形和環形等不網絡結構。另外，光纜干線工程設計中，省際干線和省內干線兩種傳輸系統需要分別進行設計，在DWDM系統工程中可有效利用不同的光波道，分別組成省際干線、省內干線和其他專業網的傳輸系統。

3.2.2 設備選型

DWDM設備選型是一項非常重要的工作，需要考慮設備的性能、網絡結構、設備上下兼容性、網管性能等諸多方面的因素。智能電力主干DWDM系統的終端部分由現有的SDH設備構成，線路傳輸部分由DWDM設備和光纖等構成。因此，設備選型的工作主要包括DWDM設備、光纖和終端設備和三方面內容。

3.2.2.1 光纖。DWDM系統要求對光纖的要求較高，要求光纖小的偏振模色散和小的色度色散，同時工作波長區的色度色散不能為零。當前，我國已建的近百萬公里光纜線路采用的光纖，基本上全是ITU-TG G.652單模光纖，該光纖適合傳輸波道基礎速率為2.5Gbit/s的DWDM系統。新建的光纜線路工程，已改用G.655非零色散位移單模光纖，G.655光纖既適合傳輸波道基礎速率為2.5Gbit/s、10Gbit/s的DWDM系統也適合傳輸高速率的時分復用系統。

3.2.2.2 DWDM設備。DWDM設備的技術指標主要包括設備制式、波道數量、波道系統速率、技術性能指標和網管性能等。DWDM設備主要分為集成式和開放式兩種。相比于集成式DWDM設備，開放式DWDM設備為了可以兼容不同的工作波長和不同廠家生產的SDH設備，在系統中采用了波長轉換器，使得僅僅使用DWDM設備就可以構成光纖通信鏈路的傳輸系統，而只在鏈路的終端接入SDH設備。這使得網絡的組織、管理、維護、擴容等均非常有利。因此，在工程設計中選用開放式DWDM設備。目前，可商用的DWDM系統的波道基礎速率有2.5Gbit/s和10Gbit/s兩種設備，根據選定系統傳輸容量和所使用的光纖種類進行選用。

3.2.3 站段配置

DWDM傳輸系統設有光放站、再生站、轉接站和終端站。光放段一般按照等增益原則設計，并確保再生段內全部的光線路放大器的輸出功率電平及其接收靈敏度完全相同。再生段的主要參數是長度及可接受的總色散和信噪比指標要求。同時為了系統的維護和調測，一般只選用相同增益類型的光放大器。再生段單波光波道的信噪比一般要求不小于20dB。轉接站和終端站主要根據通路組織和網絡結構進行設計，在該兩種站內配置DWDM的合波器、波長轉換器、分波器和SDH的終端復用器等。

3.2.4 系統網絡管理要求

DWDM系統的網絡管理系統是維護網絡及設備穩定工作的重要途徑，是DWDM系統發展的最重要問題，DWDM系統應用能否取得成功很大程度上取決于網絡管理。DWDM系統的網絡管理系統能夠實現DWDM系統的配置管理、安全管理、故障管理和性能管理等。網絡管理系統主要由網絡網絡管理和網元網絡管理兩大部分構成。其中網絡網管的級別比網元網管要高一級，前者主要負責對整個DWDM系統的網絡進行管理和監控，能夠及時地反映網絡的工作狀況，并對網絡拓撲結構進行參數配置和維護管理。而網元網管的主要工作是完成對網元設備的管理和監控，對網元設備進行配置并實時反應網元設備的運行狀況。

4 結語

在智能電網的通信系統中利用DWDM技術構建的是一個光網絡層，可以搭建在現有電力通信系統的SDH網絡之上，來對現有電力通信系統網絡進行整合、優化。DWDM技術以其眾多的優點必然逐漸在只能電網中得到越來越廣泛的應用。智能電網中主干光纖DWDM系統的建成，可以大大提高目前電力通信系統的速率和帶寬容量，能充分適應未來一段時間內電力通信業務對大容量和高速率的需求。DWDM系統自身具有健壯的自愈能力，這使得DWDM系統在出現設備檢修或光纜中斷等情況時，依然可以確保所有電網重要業務傳輸的高可靠性和安全性。另外，DWDM系統還大大減少了電網的重要生產調度、經營管理信息中斷次數，大大減少了人工倒接電路的工作，同時也保證了電網生產、經營、管理工作的正常運行，有效地解決了電力通信業務IP化需求。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2012.03.007