波分復用

在模擬載波通信系統(tǒng)中，通常采用頻分復用方法提高系統(tǒng)的傳輸容量，充分利用電纜的帶寬資源，即在同一根電纜中同時傳輸若干個信道的信號，接收端根據(jù)各載波頻率的不同，利用帶通濾波器就可濾出每一個信道的信號。同樣，在光纖通信系統(tǒng)中也可以采用光的頻分復用的方法來提高系統(tǒng)的傳輸容量，在接收端采用解復用器（等效于光帶通濾波器）將各信號光載波分開。由于在光的頻域上信號頻率差別比較大，一般采用波長來定義頻率上的差別，該復用方法稱為波分復用。WDM技術(shù)就是為了充分利用單模光纖低損耗區(qū)帶來的巨大帶寬資源，根據(jù)每一信道光波的頻率（或波長）不同可以將光纖的低損耗窗口劃分成若干個信道，把光波作為信號的載波，在發(fā)送端采用波分復用器（合波器）將不同規(guī)定波長的信號光載波合并起來送入一根光纖進行傳輸。在接收端，再由一波分復用器（分波器）將這些不同波長承載不同信號的光載波分開的復用方式。由于不同波長的光載波信號可以看作互相獨立（不考慮光纖非線性時），從而在一根光纖中可實現(xiàn)多路光信號的復用傳輸。將兩個方向的信號分別安排在不同波長傳輸即可實現(xiàn)雙向傳輸。根據(jù)波分復用器的不同，可以復用的波長數(shù)也不同，從2個至幾十個不等，一般商用化是8波長和16波長系統(tǒng)，這取決于所允許的光載波波長的間隔大小。

WDM本質(zhì)上是光頻上的頻分復用（FDM）技術(shù)。從中國幾十年應用的傳輸技術(shù)來看，走的是FDM-TDM-TDM FDM的路線。開始的明線、同軸電纜采用的都是FDM模擬技術(shù)，即電域上的頻分復用技術(shù)，每路話音的帶寬為4KHz，每路話音占據(jù)傳輸媒質(zhì)（如同軸電纜）一段帶寬；PDH、SDH系統(tǒng)是在光纖上傳輸?shù)腡DM基帶數(shù)字信號，每路話音速率為64kb/s；而WDM技術(shù)是光纖上頻分復用技術(shù)，16（8）×2.5Gb/s的WDM系統(tǒng)則是光頻上的FDM模擬技術(shù)和電頻率上TDM數(shù)字技術(shù)的結(jié)合。

WDM本質(zhì)上是光頻上的頻分復用FDM技術(shù)，每個波長通路通過頻域的分割實現(xiàn)。每個波長通路占用一段光纖的帶寬，與過去同軸電纜FDM技術(shù)不同的是：（1）傳輸媒質(zhì)不同，WDM系統(tǒng)是光信號上的頻率分割，同軸系統(tǒng)是電信號上的頻率分割利用。（2）在每個通路上，同軸電纜系統(tǒng)傳輸?shù)氖悄M信號4KHz語音信號，而WDM系統(tǒng)目前每個波長通路上是數(shù)字信號SDH2.5Gb/s或更高速率的數(shù)字系統(tǒng)。

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(shù)，簡稱WDM。

波分復用復用類型

光波分復用包括頻分復用和波分復用

光頻分復用（FDM）技術(shù)和光波分復用（WDM）技術(shù)無明顯區(qū)別，因為光波是電磁波的一部分，光的頻率與波長具有單一對應關(guān)系。通常也可以這樣理解，光頻分復用指光頻率的細分，光信道非常密集。光波分復用指光頻率的粗分，光信道相隔較遠，甚至處于光纖不同窗口。

波分復用結(jié)構(gòu)

光波分復用一般應用波長分割復用器和解復用器（也稱合波/分波器）分別置于光纖兩端，實現(xiàn)不同光波的耦合與分離。這兩個器件的原理是相同的

波分復用發(fā)展階段

光纖通信飛速發(fā)展，光通信網(wǎng)絡(luò)成為現(xiàn)代通信網(wǎng)的基礎(chǔ)平臺。光纖通信系統(tǒng)經(jīng)歷了幾個發(fā)展階段，從80年代末的PDH系統(tǒng)，90年代中期的SDH系統(tǒng)，WDM系統(tǒng)，光纖通信系統(tǒng)快速地更新?lián)Q代。雙波長WDM（1310/1550nm）系統(tǒng)80年代在美國AT&T網(wǎng)中使用，速率為2×17Gb/s?！肳DM技術(shù)第一次把復用方式從電信號轉(zhuǎn)移到光信號，在光域上用波分復用（即頻率復用）的方式提高傳輸速率，光信號實現(xiàn)了直接復用和放大，并且各個波長彼此獨立，對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式透明。當前研究的熱點之一是DWDM，DWDM實驗室水平可達到100╳10Gbit/s，中繼距離400km；30╳40Gbit/s，中繼距離85km；64╳5Gbit/s，中繼距離720km。密集波分復用DWDM商用水平為320Gbit/s，即一對光纖可傳送400萬話路。目前商用系統(tǒng)的傳輸能力僅是單根光纖可能傳輸容量為數(shù)十Tbit/s的1/100。

中國開展WDM技術(shù)的研究起步比較晚，首先在長途干線上采用WDM技術(shù)進行點到點擴容，后在節(jié)點上采用OADM、OXC技術(shù)進行上/下話路。中國于1997年引進第一套8波長WDM系統(tǒng)，并安裝在西安至武漢的干線上。1998年中國開始大規(guī)模引進8×2.5Gb/sWDM系統(tǒng)，對總長達2萬多km的12條省際光纜干線進行擴容改造。同時各省內(nèi)干線也相繼采用WDM技術(shù)擴容，如在“南昌-九江”光纜擴容工程中，采用的就是AT&T公司的設(shè)備和雙窗口WDM系統(tǒng)，即在G.652光纖的1310nm、1550nm兩個低損耗工作窗口分別運行一個系統(tǒng)。這樣可在不拆除1310nm窗口原有PDH設(shè)備的情況下，利用未使用的1550nm窗口，加開SDH2.5Gb/s系統(tǒng)。為保證中國干線網(wǎng)的高速率、大容量并有足夠的余量確保網(wǎng)絡(luò)安全和未來發(fā)展的需要，采用WDM技術(shù)的工作已全面展開。

波分復用發(fā)展初期

90年代中期，WDM系統(tǒng)發(fā)展速度并不快

主要原因

TDM（時分復用）技術(shù)的發(fā)展，155Mb/s-622Mb/s-2.5Gb/sTDM技術(shù)相對簡單。據(jù)統(tǒng)計，在2.5Gb/s系統(tǒng)以下（含2.5Gb/s系統(tǒng)），系統(tǒng)每升級一次，每比特的傳輸成本下降30%左右。因此在系統(tǒng)升級中，人們首先想到并采用的是TDM技術(shù)

波分復用器件不成熟。波分復用器/解復用器和光放大器在90年代初才開始商用化，1995年開始WDM技術(shù)發(fā)展很快，特別是基于摻鉺光纖放大器EDFA的1550nm窗口密集波分復用（DWDM）系統(tǒng)。Ciena推出了16×2.5Gb/s系統(tǒng)，Lucent公司推出8×2.5Gb/s系統(tǒng)，目前試驗室已達Tb/s速率。

波分復用發(fā)展迅速的原因

光電器件的迅速發(fā)展，特別是EDFA的成熟和商用化，使在光放大器（1530～1565nm）區(qū)域采用WDM技術(shù)成為可能

利用TDM方式已接近硅和鎵砷技術(shù)的極限，TDM已無太多的潛力，且傳輸設(shè)備價格高

已敷設(shè)G.652光纖1550nm窗口的高色散限制了TDM10Gb/s系統(tǒng)的傳輸，光纖色散的影響日益嚴重。從電復用轉(zhuǎn)移到光復用，即從光頻上用各種復用方式來提高復用速率，WDM技術(shù)是能夠商用化最簡單的光復用技術(shù)。

WDM技術(shù)問世時間不長，但由于具有許多顯著的優(yōu)點迅速得到推廣應用。建立一個以它和OXC（光交叉連接）為基礎(chǔ)的光網(wǎng)絡(luò)層，實現(xiàn)用戶端到端的全光網(wǎng)連接，用一個純粹的“全光網(wǎng)”消除光電轉(zhuǎn)換的瓶頸將是未來的趨勢?，F(xiàn)在WDM技術(shù)還是基于點到點的方式，但點到點的WDM技術(shù)作為全光網(wǎng)通訊的第一步，也是最重要的一步，它的應用和實踐對于全光網(wǎng)的發(fā)展起到?jīng)Q定性的作用。形成一個光層的網(wǎng)絡(luò)既全光網(wǎng)，將是光通訊的最高階段。全光技術(shù)的發(fā)展表現(xiàn)在以下幾個方面：

波分復用可變波長激光器

光纖通信用的光源即半導體激光器只能發(fā)出固定波長的光波。將來會出現(xiàn)激光器光源的發(fā)射波長可按需要進行調(diào)諧發(fā)送，其光譜性能將更加優(yōu)越，而且具有更高的輸出功率、穩(wěn)定性和可靠性。不僅如此，可變波長的激光器更有利于大批量生產(chǎn)，降低成本。

波分復用全光中繼器

中繼器需要經(jīng)過光-電-光的轉(zhuǎn)換過程，即通過對電信號的處理來實現(xiàn)再生（整形、定時、數(shù)據(jù)再生）。電再生器體積大、耗電多、成本高。摻鉺光纖放大器雖然可以用來作再生器使用，但它只是解決了系統(tǒng)損耗受限的難題，而無法解決色散的影響，這就對光源的光譜性能提出了極高的要求。未來的全光中繼器不需要光-電-光的處理過程，可以對光信號直接進行再定時、再整形和再放大，而且與系統(tǒng)的工作波長、比特率、協(xié)議等無關(guān)。由于它具有光放大功能，所以解決了損耗受限的難題，又因為它可以對光脈沖波形直接進行再整形，所以也解決了色散受限方面的難題。

波分復用光交叉連接設(shè)備

未來的OXC（光交叉連接）可以利用軟件對各路光信號靈活的交叉連接。OXC對全光網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度、業(yè)務(wù)的集中與疏導、全光網(wǎng)絡(luò)的保護與恢復等都將發(fā)揮作用。

波分復用光分插復用器

采用的OADM只能在中間局站上、下固定波長的光信號，使用起來比較僵化。未來的OADM對上、下光信號將完全可控，通過網(wǎng)管系統(tǒng)就可以在中間局站有選擇地上、下一個或幾個波長的光信號，使用起來非常方便，組網(wǎng)（光網(wǎng)絡(luò)）十分靈活。

以WDM技術(shù)為基礎(chǔ)的具有分插復用和交叉連接功能的光傳輸網(wǎng)具有易于重構(gòu)、良好的擴展性等優(yōu)勢，已成為未來高速傳輸網(wǎng)的發(fā)展方向，很好的解決下列技術(shù)問題有利于其實用化。

WDM是一項新的技術(shù)，其行業(yè)標準制定較粗，因此不同商家的WDM產(chǎn)品互通性極差，特別是在上層的網(wǎng)絡(luò)管理方面。為了保證WDM系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)中大規(guī)模實施，需保證WDM系統(tǒng)間的互操作性以及WDM系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)間互連、互通，因此應加強光接口設(shè)備的研究。

WDM系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理，特別是具有復雜上/下通路需求的WDM網(wǎng)絡(luò)管理不是很成熟。在網(wǎng)絡(luò)中大規(guī)模采用需要對WDM系統(tǒng)進行有效網(wǎng)絡(luò)管理。例如在故障管理方面，由于WDM系統(tǒng)可以在光通道上支持不同類型的業(yè)務(wù)信號，一旦WDM系統(tǒng)發(fā)生故障，操作系統(tǒng)應能及時自動發(fā)現(xiàn)，并找出故障原因；目前為止相關(guān)的運行維護軟件仍不成熟；在性能管理方面，WDM系統(tǒng)使用模擬方式復用及放大光信號，因此常用的比特誤碼率并不適用于衡量WDM的業(yè)務(wù)質(zhì)量，必須尋找一個新的參數(shù)來準確衡量網(wǎng)絡(luò)向用戶提供的服務(wù)質(zhì)量等。

一些重要光器件的不成熟將直接限制光傳輸網(wǎng)的發(fā)展，如可調(diào)諧激光器等。通常光網(wǎng)絡(luò)中需要采用4～6個能在整個網(wǎng)絡(luò)中進行調(diào)諧的激光器，但目前這種可調(diào)諧激光器還很難商用化。

光波分復用器的主要類型有熔融拉錐型，介質(zhì)膜型，光柵型和平面型四種

波分復用性能指標

其主要特性指標為插入損耗和隔離度

由于光鏈路中使用波分復用設(shè)備后，光鏈路損耗的增加量稱為波分復用的插入損耗。當波長λ₁,λ₂通過同一光纖傳送時，在與分波器中輸入端λ₂的功率與λ₁輸出端光纖中混入的功率之間的差值稱為隔離度。

波分復用光波分復用器特點&優(yōu)勢

充分利用光纖的低損耗波段，增加光纖的傳輸容量，使一根光纖傳送信息的物理限度增加一倍至數(shù)倍。目前我們只是利用了光纖低損耗譜（1310nm-1550nm）極少一部分，波分復用可以充分利用單模光纖的巨大帶寬約25THz，傳輸帶寬充足。

具有在同一根光纖中，傳送2個或數(shù)個非同步信號的能力，有利于數(shù)字信號和模擬信號的兼容，與數(shù)據(jù)速率和調(diào)制方式無關(guān)，在線路中間可以靈活取出或加入信道。

對已建光纖系統(tǒng)，尤其早期鋪設(shè)的芯數(shù)不多的光纜，只要原系統(tǒng)有功率余量，可進一步增容，實現(xiàn)多個單向信號或雙向信號的傳送而不用對原系統(tǒng)作大改動，具有較強的靈活性。

由于大量減少了光纖的使用量，大大降低了建設(shè)成本、由于光纖數(shù)量少,當出現(xiàn)故障時，恢復起來也迅速方便。

有源光設(shè)備的共享性，對多個信號的傳送或新業(yè)務(wù)的增加降低了成本。

系統(tǒng)中有源設(shè)備得到大幅減少，這樣就提高了系統(tǒng)的可靠性

波分復用現(xiàn)狀

由于多路載波的光波分復用對光發(fā)射機、光接收機等設(shè)備要求較高，技術(shù)實施有一定難度，同時多纖芯光纜的應用對于傳統(tǒng)廣播電視傳輸業(yè)務(wù)未出現(xiàn)特別緊缺的局面，因而WDM的實際應用還不多。但是，隨著有線電視綜合業(yè)務(wù)的開展，對網(wǎng)絡(luò)帶寬需求的日益增長，各類選擇性服務(wù)的實施、網(wǎng)絡(luò)升級改造經(jīng)濟費用的考慮等等，WDM的特點和優(yōu)勢在CATV傳輸系統(tǒng)中逐漸顯現(xiàn)出來，表現(xiàn)出廣闊的應用前景，甚至將影響CATV網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展格局。

WDM技術(shù)具有很多優(yōu)勢，得到快速發(fā)展。可利用光纖的帶寬資源，使一根光纖的傳輸容量比單波長傳輸增加幾倍至幾十倍；多波長復用在單模光纖中傳輸，在大容量長途傳輸時可大量節(jié)約光纖；對于早期安裝的電纜，芯數(shù)較少，利用波分復用無需對原有系統(tǒng)作較大的改動即可進行擴容操作；由于同一光纖中傳輸?shù)男盘柌ㄩL彼此獨立，因而可以傳輸特性完全不同的信號，完成各種電信業(yè)務(wù)信號的綜合與分離，包括數(shù)字信號和模擬信號，以及PDH信號和SDH信號的綜合與分離；波分復用通道對數(shù)據(jù)格式透明，即與信號速率及電調(diào)制方式無關(guān)。

一個WDM系統(tǒng)可以承載多種格式的“業(yè)務(wù)”信號，如ATM、IP等；在網(wǎng)絡(luò)擴充和發(fā)展中，是理想的擴容手段，也是引入寬帶新業(yè)務(wù)（例如CATV、HDTV和B-ISDN等）的有利手段，增加一個附加波長即可引入任意想要的新業(yè)務(wù)或新容量；利用WDM技術(shù)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)交換和恢復，從而可能實現(xiàn)未來透明的、具有高度生存性的光網(wǎng)絡(luò)；在國家骨干網(wǎng)的傳輸時，EDFA的應用可以減少長途干線系統(tǒng)SDH中繼器的數(shù)目，從而減少成本。

WDM是將一系列載有信息、但波長不同的光信號合成一束，沿著單根光纖傳輸；在接收端再用某種方法，將各個不同波長的光信號分開的通信技術(shù)。波分復用器采用的就是這個技術(shù)。

目錄

一 名詞解釋

二 WDM

三 CWDMCWDM系統(tǒng)原理

CWDM系統(tǒng)的優(yōu)點

CWDM產(chǎn)品存在的不足

CWDM的發(fā)展方向

四 DWDM

DWDM系統(tǒng)原理概述

DWDM結(jié)構(gòu)分

DWDM光信道

光波分復用的技術(shù)特點與優(yōu)

勢如下充分利用光纖的低損耗波段具有在同一根光纖中傳送多個信號的能力較強的靈活性恢復起來也迅速方便降低了成本提高了系統(tǒng)的可靠性

五 應用圖

光通信是由光來運載信號進行傳輸?shù)姆绞健Ｔ诠馔ㄐ蓬I(lǐng)域，人們習慣按波長而不是按頻率來命名。因此，所謂的波分復用(WDM，Wavelength Division Multiplexing)其本質(zhì)上也是頻分復用而已。

WDM是在1根光纖上承載多個波長(信道)系統(tǒng)，將1根光纖轉(zhuǎn)換為多條“虛擬”纖，當然每條虛擬纖獨立工作在不同波長上，這樣極大地提高了光纖的傳輸容量。由于WDM系統(tǒng)技術(shù)的經(jīng)濟性與有效性，使之成為當前光纖通信網(wǎng)絡(luò)擴容的主要手段。波分復用技術(shù)作為一種系統(tǒng)概念，通常有3種復用方式，即1 310 nm和1 550 nm波長的波分復用、粗波分復用(CWDM，Coarse Wavelength Division Multiplexing)和密集波分復用(DWDM，Dense Wavelength Division Multiplexing)。

(1)1 310 nm和1 550 nm波長的波分復用

這種復用技術(shù)在20世紀70年代初時僅用兩個波長：1 310 nm窗口一個波長，1 550 nm窗口一個波長，利用WDM技術(shù)實現(xiàn)單纖雙窗口傳輸，這是最初的波分復用的使用情況。

(2)粗波分復用

繼在骨干網(wǎng)及長途網(wǎng)絡(luò)中應用后，波分復用技術(shù)也開始在城域網(wǎng)中得到使用，主要指的是粗波分復用技術(shù)。CWDM使用1 200~1 700 nm的寬窗口，目前主要應用波長在1 550 nm的系統(tǒng)中，當然1 310 nm波長的波分復用器也在研制之中。粗波分復用(大波長間隔)器相鄰信道的間距一般≥20 nm，它的波長數(shù)目一般為4波或8波，最多16波。當復用的信道數(shù)為16或者更少時，由于CWDM系統(tǒng)采用的DFB激光器不需要冷卻，在成本、功耗要求和設(shè)備尺寸方面，CWDM系統(tǒng)比DWDM系統(tǒng)更有優(yōu)勢，CWDM越來越廣泛地被業(yè)界所接受。CWDM無需選擇成本昂貴的密集波分解復用器和“光放”EDFA，只需采用便宜的多通道激光收發(fā)器作為中繼，因而成本大大下降。如今，不少廠家已經(jīng)能夠提供具有2~8個波長的商用CWDM系統(tǒng)，它適合在地理范圍不是特別大、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展不是非?？斓某鞘惺褂?。

(3)密集波分復用

密集波分復用技術(shù)(DWDM)可以承載8～160個波長，而且隨著DWDM技術(shù)的不斷發(fā)展，其分波波數(shù)的上限值仍在不斷地增長，間隔一般≤1.6 nm，主要應用于長距離傳輸系統(tǒng)。在所有的DWDM系統(tǒng)中都需要色散補償技術(shù)(克服多波長系統(tǒng)中的非線性失真——四波混頻現(xiàn)象)。在16波DWDM系統(tǒng)中，一般采用常規(guī)色散補償光纖來進行補償，而在40波DWDM系統(tǒng)中，必須采用色散斜率補償光纖補償。DWDM能夠在同一根光纖中把不同的波長同時進行組合和傳輸，為了保證有效傳輸，一根光纖轉(zhuǎn)換為多根虛擬光纖。目前，采用DWDM技術(shù)，單根光纖可以傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流量高達400 Gbit/s，隨著廠商在每根光纖中加入更多信道，每秒太位的傳輸速度指日可待。