光波分复用(WDM)技术.pdf

光波分复用 (WDM) 技术一、波分复用技术的概念 波分复用 (WDM) 是将两种或多种不同波长的光载波信号(携带各种信息 ) 在 发送端经复用器 (亦称合波器， Multiplexer)汇合在一起，并耦合到光线路的同 一根光纤中进行传输的技术； 在接收端，经解复用器 ( 亦称分波器或称去复用器， Demultiplexer)将各种波长的光载波分离，然后由光接收机作进一步处理以恢 复原信号这种在同一根光纤中同时传输两个或众多不同波长光信号的技术， 称为波分复用 通信系统的设计不同，每个波长之间的间隔宽度也有不同按照通道间隔 的不同，WDM 可以细分为 CWDM（稀疏波分复用） 和 DWDM（密集波分复用） CWDM 的信道间隔为 20nm ，而 DWDM 的信道间隔从 0.2nm 到 1.2nm，所以相对于 DWDM， CWDM称为稀疏波分复用技术 CWDM和 DWDM的区别主要有二点：一是CWDM载波通道间距较宽，因此，同 一根光纤上只能复用5 到 6 个左右波长的光波，“稀疏”与“密集”称谓的差 别就由此而来；二是CWDM 调制激光采用非冷却激光，而DWDM 采用的是冷却激 光冷却激光采用温度调谐，非冷却激光采用电子调谐。

由于在一个很宽的波 长区段内温度分布很不均匀，因此温度调谐实现起来难度很大，成本也很高 CWDM避开了这一难点，因而大幅降低了成本，整个CWDM系统成本只有 DWDM的 30% CWDM是通过利用光复用器将在不同光纤中传输的波长结合到一根光纤中传 输来实现在链路的接收端，利用解复用器将分解后的波长分别送到不同的光 纤，接到不同的接收机 二、波分复用技术的优点 WDM 技术之所以在近几年得到迅猛发展是因为它具有下述优点： (1) 传输容量大，可节约宝贵的光纤资源对单波长光纤系统而言，收发 一个信号需要使用一对光纤，而对于WDM 系统，不管有多少个信号，整个复用 系统只需要一对光纤 例如对于 16个 2.5Gb/s 系统来说，单波长光纤系统需要 32 根光纤，而 WDM 系统仅需要 2 根光纤 (2) 对各类业务信号“透明”，可以传输不同类型的信号，如数字信号、 模拟信号等，并能对其进行合成和分解 (3) 网络扩容时不需要敷设更多的光纤，也不需要使用高速的网络部件， 只需要换端机和增加一个附加光波长就可以引入任意新业务或扩充容量，因此 WDM 技术是理想的扩容手段 (4) 组建动态可重构的光网络，在网络节点使用光分插复用器（OADM）或 者使用光交叉连接设备（ OXC ），可以组成具有高度灵活性、高可靠性、高生存 性的全光网络。

三、波分复用技术目前存在的问题 以 WDM 技术为基础的具有分插复用功能和交叉连接功能的光传输网具有易 于重构、良好的扩展性等巨大优势，已成为未来高速传输网的发展方向，但在 真正实现之前，还必须解决下列问题 1． 网络管理 目前， WDM 系统的网络管理，特别是具有复杂的上/ 下通路需求的 WDM 网络 管理仍处于不成熟期如果WDM 系统不能进行有效的网络管理，将很难在网络 中大规模采用例如在故障管理方面，由于WDM 系统可以在光通道上支持不同类型的业务信号，一旦WDM 系统发生故障，操作系统应能及时发现故障，并找 出故障原因但到目前为止，相关的运行维护软件仍不成熟；在性能管理方面， WDM 系统使用模拟方式复用及放大光信号， 因此常用的比特误码率并不适用于衡 量 WDM 的业务质量，必须寻找一个新的参数来准确衡量网络向用户提供的服务 质量等如果这些问题不及时解决，将阻碍WDM 系统的发展 2．互连互通 由于 WDM 是一项新生的技术，其行业标准制定较粗，因此不同商家的WDM 产品互通性较差，特别是在上层的网络管理方面为了保证WDM 系统在网络中 大规模实施，需保证WDM 系统间的互操作性以及WDM 系统与传统系统间互连、 互通，因此应加强光接口设备的研究。

3．光器件 一些重要光器件的不成熟将直接限制未来光传输网的发展，如可调谐激光 器等对于一些大的运营公司来说，在网络中处理几个不同的激光器就已经非 常棘手了，更不用说几十路光信号了通常光网络中需要采用4～6 个能在整个 网络中进行调谐的激光器，但目前这种可调谐激光器还无法进入商用 四、DWDM技术简介 1．DWDM对光纤性能的要求 DWDM是密集的多波长光信道复用技术，光纤的非线性效应是影响WDM 传输 系统性能的主要因素光纤的非线性效应主要与光功率密度、信道间隔和光纤 的色散等因素密切相关；光功率密度越大、信道间隔越小，光纤的非线性效应 就越严重；色散与各种非线性效应之间的关系比较复杂，其中四波混频随色散 接近零而显著增加 随着 WDM 技术的不断发展， 光纤中传输的信道数越来越多， 信道间距越来越小， 传输功率越来越大，因而光纤的非线性效应对DWDM传输系 统性能的影响也越来越大 克服非线性效应的主要方法是改进光纤的性能，如增加光纤的有效传光面 积，以减小光功率密度；在工作波段保留一定量的色散， 以减小四波混频效应； 减小光纤的色散斜率， 以扩大 DWDM系统的工作波长范围， 增加波长间隔； 同时， 还应尽量减小光纤的偏振模色散，以及在减小四波混频效应的基础上尽量减小 光纤工作波段上的色散，以适应单信道速率的不断提高。

2．DWDM系统中的光源 密集波分复用系统中的光源应具有以下4 点要求： (1) 波长范围很宽； (2) 尽可能多的信道数； (3) 每信道波长的光谱宽度应尽可能窄；(4) 各信道波长及 其间隔应高度稳定因此，在波分复用系统中使用的激光光源，几乎都是分布 反馈激光器 (DFB-LD)，而且目前多为量子阱DFB激光器 随着科学技术的发展与进步，用在波分复用系统中的光源除了分立的 DFB-LD 、可调谐激光器、面发射激光器外，还有两种形式其一是激光二极管 的阵列，或是阵列的激光器与电子器件的集成，实际是光电集成回路(OEIC)， 与分立的 DFB-LD相比，这种激光器在技术上前进了一大步，它体积缩小、功耗 降低、可靠性高，应用上简单、方便另一种新的光源——超连续光源 超连续光源，确切地说应该是限幅光谱超连续光源(Spectrum Sliced Supercontinuum Source) 研究表明，当具有很高峰值功率的短脉冲注入光纤 时，由于非线性传播会在光纤中产生超连续(SC)宽光谱，它能限幅成为许多波 长，并适合于作波分复用的光源，这就是所谓的限幅光谱超连续光源 3．实现 DWDM 的关键技术和设备实现光波分复用和传输的设备种类很多，各个功能模块都有多种实现方法， 具体采用何种设备应根据现场条件和系统性能的侧重点来决定。

总体上看，在 DWDM系统当中有光发送 / 接收器、波分复用器、 光放大器、光监控信道和光纤五 个模块 （1）光发送 / 接收器 光发送 / 接收器主要产生和接收光信号 主要要求具有较高的波长精度控制 技术和较为精确的输出功率控制技术两种技术都有两种实现方法常用控制 波长的方式包括：温度控制，使激光器工作在恒定的温度条件下来达到控制精 度的要求；波长反馈技术，采用波长敏感器件监控和比较激光器的输出波长， 并通过激光器控制电路对输出波长进行精确控制 （2）波分复用器 波分复用器（ OMD ）包括合波器和分波器 光合波器用于传输系统发送端，是一种具有多个输入端口和一个输出端口 的器件，它的每一个输入端口输入一个预选波长的光信号，输入的不同波长的 光波由同一个输出端口输出 光分波器用于传输系统接收端，正好与光合波器相反，它具有一个输入端 口和多个输出端口，它将多个不同波长的光信号分离开来 光合波器一般有耦合器型、介质膜滤波器型和集成光波导型等种类光分 波器主要有介质膜滤波器型、集成光波导型、布拉格光栅型等种类其中，集 成光波导技术使用最为广泛， 它利用光平面波导构成N ×M 个端口传输分配器件， 可以接收多个支路输入并产生多个支路输出，利用不同通道的置换，可用作合 波器，也可用作分波器。

具有集成化程度高的特点，但是对环境较为敏感 （3）光放大器 光放大器可以作为前置放大器、线路放大器、功率放大器，是光纤通信中 的关键部件之一目前使用的光放大器分为光纤放大器（OFA ）和半导体光放大 器（SOA ）两大类，光纤放大器又有掺饵光纤放大器（EDFA ）、掺镨光纤放大器 （PDFA ）、掺铌光纤放大器（ NDFA ）其中，掺饵光纤放大器（EDFA ）的性能 优越，已经在波分复用实验系统、商用系统中广泛应用，成为现阶段光放大器 的主流对 EDFA 的基本要求是高增益且在通带内增益平坦、高输出、宽频带、 低噪声、增益特性与偏振不相关等半导体光放大器（SOA ）早期受噪声、偏振 相关性等因素的影响，性能不达到实用要求，后来在应变量子阱材料的SOA研 制成功后，再度引起人们的关注SOA 结构简单、适于批量生产、成本低、寿命 长、功耗小、还能与其它配件一块集成以及使用波长范围可望覆盖EDFA 和 PDFA 的应用 （4）光监控通道 根据 ITU-TG.692 建议要求， DWDM系统要利用 EDFA 工作频带以外的一个波 长对 EDFA 进行监控和管理目前在这个技术上的差异主要体现在光监控通道 （OSC ）波长选择、监控信号速率、监控信号格式等方面。

4．DWDM应用 DWDM既可用于陆地与海底干线，也可用于市内通信网，还可用于全光通信 网 市内通信网与长途干线的根本不同点在于各交换局之间的距离不会很长， 一般在 10km上下，很少超过 15km的，这就不用装设线路光放大器，只要DWDM 系统终端设备成本足够低就将是合算的已有人试验过一种叫做MetroWDM 都市波分多路系统的方案，表明将WDM 用于市内网的局间干线可以比由TDM 提升等 级的办法节省约３０％的费用同时WDM 系统还具有多路复用保护功能，对运 行安全有利交换局到大楼 FTTB或到路边 FTTC这一段接入网也可用DWDM系统， 或可节省费用或可更好地保护用户通信安全 利用 DWDM 系统传输的不同波长可以提供选寻路由和交换功能在通信网的 结点处装上波长的光的插分复接器WADM OADM， 就可以在结点处任意取下或加上 几个波长信号，对业务增减十分方便每一结点的交叉连接也会是波长的或光的交叉连接 WXCOXC 如果再配以光波长变换器OTU 或光波长发生器， 以使在波长交叉连接时可改用其他波长则更加灵活适应需要了这样整个通信网包括 交换在内就可完全在光域中完成，通信网也就成了“全光通信网AON ”，即多 波长光通信网 MONET。

无疑， DWDM 在构建 AON 中起了关键作用 五、CWDM技术简介1．CWDM标准制定情况美国的 1400nm商业利益组织正在致力于为CWDM 系统制定标准目前建议 草案考虑的 CWDM 系统波长栅格分为三个波段 “O 波段”包括四个波长 : 1290、 1310、 1330 和 1350nm ，“E 波段”包括四个波长 : 1380、 1400、1420 和 1440nm ， “S＋C+L ”波段包括从1470nm到 1610nm的范围，间距为 20nm的八个波长这 些波长利用了光纤的全部光谱，包括在1310、1510 和 1550nm处的传统光源， 从而增加了复用的信道数20nm的信道间距允许利用廉价的不带冷却器的激光发射机和宽带光滤波 器，同时，它也躲开了1270nm高损耗波长，并且使相邻波段之间保持了30nm 的间隙尽管目前还没有 CWDM 的技术标准 , 在市场上已经存在一个事实上的城域网 标准： IEEE已经制定了万兆以太网10GbE 标准 CWDM 的标准将据此来制定CWDM的复用 / 解复用器和激光器正在逐渐形成自己的标准相邻波长间隔根 据无冷却的激光器在很宽的温度范围内工作产生的波长漂移来决定。

目前被确 定为 20nm,其中心波长为： 1491,151。