波分复用技术.docx

波分复用技术研究1.产生背景1.1全球形势随着全球互联网（Internet）的迅猛发展，以因特网技术为主导的数据通信在通 信业务总量中的比列迅速上升，因特网业务已成为多媒体通信业中发展最为迅 速、竞争最为激烈的领域同时，无论是从数据传输的用户数量还是从单个用户 需要的带宽来讲，都比过去大很多特别是后者，它的增长将直接需要系统的带 宽以数量级形式增长因此如何提高通信系统的性能，增加系统带宽，以满足不 断增长的业务需求成为大家关心的焦点面对市场需求的增长，现有通信网络的传输能力的不足的问题，需要从多种 可供选择的方案中找出低成本的解决方法缓和光纤数量的不足的一种途径是敷 设更多的光纤，这对那些光纤安装耗资少的网络来说，不失为一种解决方案但 这不仅受到许多物理条件的限制，也不能有效利用光纤带宽另一种方案是采用 时分复用（TDM）方法提高比特率，但单根光纤的传输容量仍然是有限的，何况 传输比特率的提高受到电子电路物理极限限制第三种方案是波分复用（WDM） 技术， WDM 系统利用已经敷设好的光纤，使单根光纤的传输容量在高速率 TDM 的基础上成N倍地增加WDM能充分利用光纤的带宽，解决通信网络传输能力不 足的问题，具有广阔的发展前景。

WDM波分复用并不是一个新概念，在光纤通信出现伊始，人们就意识到可以利用 光纤的巨大带宽进行波长复用传输，但是在20世纪90年代之前，该技术却一直 没有重大突破，其主要原因在于TDM的迅速发展，从155Mbit/s到622Mbit/s, 再到2.5Gbit/s系统，TDM速率一直以过几年就翻4倍的速度提高人们在一种 技术进行迅速的时候很少去关注另外的技术1995年左右，WDM系统的发展出现 了转折，一个重要原因是当时人们在TDMIOGbit/s技术上遇到了挫折，众多的目 光就集中在光信号的复用和处理上，WDM系统才在全球范围内有了广泛的应用1.2发展过程1.2.1发展阶段 光纤通信飞速发展，光通信网络成为现代通信网的基础平台光纤通信系统经历 了几个发展阶段，从80年代末的PDH系统，90年代中期的SDH系统，WDM系统, 光纤通信系统快速地更新换代双波长WDM (1310/1550nm)系统80年代在美国 AT&T网中使用，速率为2X17Gb/s1.2.2 90年代中期90年代中期，WDM系统发展速度并不快，主要原因在于：TDM (时分复用)技术的发展，155Mb/s-622Mb/s-2.5Gb/sTDM技术相对简单。

据统计，在2.5Gb/s系统以下(含2.5Gb/s系统)，系统每升级一次，每比特的 传输成本下降30%左右因此在系统升级中，人们首先想到并采用的是TDM技术波分复用器件不成熟波分复用器/解复用器和光放大器在90年代初才开始 商用化，1995年开始WDM技术发展很快，特别是基于掺铒光纤放大器EDFA的 1550nm窗口密集波分复用(DWDM)系统Ciena推出了 16X2.5Gb/s系统，Lucent 公司推出8X2.5Gb/s系统，目前试验室已达Tb/s速率1.2.3发展迅速的原因光电器件的迅速发展，特别是EDFA的成熟和商用化,使在光放大器(1530〜 1565nm )区域采用WDM技术成为可能；利用TDM方式已接近硅和镓砷技术的极限，TDM已无太多的潜力，且传输 设备价格高；已敷设G.652光纤1550nm窗口的高色散限制了 TDM10Gb/s系统的传输，光 纤色散的影响日益严重从电复用转移到光复用，即从光频上用各种复用方式来 提高复用速率，WDM技术是能够商用化最简单的光复用技术2波分复用技术基本概念和特点2.1波分复用技术基本概念指在同一根光纤中同时让两个或两个以上的光波长信号通过不同光信道各 自传输信息，称为光波分复用技术,简称WDM。

光波分复用包括频分复用和波分复 用光频分复用(FDM)技术和光波分复用(WDM)技术无明显区别，因为光波是电磁波的一部分，光的频率与波长具有单一对应关系通常也可以这样理解，光频分复 用指光频率的细分，光信道非常密集光波分复用指光频率的粗分,光倍道相隔较 远，甚至处于光纤不同窗口光波分复用一般应用波长分割复用器和解复用器(也称合波/分波器)分别置 于光纤两端,实现不同光波的耦合与分离这两个器件的原理是相同的光波分 复用器的主要类型有熔融拉锥型，介质膜型，光栅型和平面型四种其主要特性指 标为插入损耗和隔离度通常，由于光链路中使用波分复用设备后，光链路损耗的 增加量称为波分复用的插入损耗当波长ll,l2通过同一光纤传送时，在与分波 器中输入端l2的功率与11输出端光纤中混入的功率之间的差值称为隔离度光 波分复用的技术特点与优势如下：2.1.1充分利用光纤的低损耗波段,增加光纤的传输容量，使一根光纤传送 信息的物理限度增加一倍至数倍目前我们只是利用了光纤低损耗谱 (1310nm-1550nm)极少一部分，波分复用可以充分利用单模光纤的巨大带宽约 25THz，传输带宽充足2.1.2具有在同一根光纤中，传送2个或数个非同步信号的能力，有利于数 字信号和模拟信号的兼容，与数据速率和调制方式无关，路中间可以灵活取 出或加入信道。

2.1.3对已建光纤系统，尤其早期铺设的芯数不多的光缆，只要原系统有功 率余量，可进一步增容，实现多个单向信号或双向信号的传送而不用对原系统作 大改动，具有较强的灵活性2.1.4由于大量减少了光纤的使用量，大大降低了建设成本、由于光纤数量 少，当出现故障时，恢复起来也迅速方便2.1.5有源光设备的共享性，对多个信号的传送或新业务的增加降低了成2.1.6系统中有源设备得到大幅减少，这样就提高了系统的可靠性目前， 由于多路载波的光波分复用对光发射机、光接收机等设备要求较高，技术实施有 一定难度，同时多纤芯光缆的应用对于传统广播电视传输业务未出现特别紧缺的 局面，因而WDM的实际应用还不多但是，随着有线电视综合业务的开展,对网络 带宽需求的日益增长，各类选择性服务的实施、网络升级改造经济费用的考虑等 等,WDM的特点和优势在CATV传输系统中逐渐显现出来，表现出广阔的应用前景， 甚至将影响CATV网络的发展格局2.2波分复用技术基本概念主要特点WDM技术具有很多优势，得到快速发展可利用光纤的带宽资源，使一根光 纤的传输容量比单波长传输增加几倍至几十倍；多波长复用在单模光纤中传输， 在大容量长途传输时可大量节约光纤；对于早期安装的电缆，芯数较少，利用波 分复用无需对原有系统作较大的改动即可进行扩容操作；由于同一光纤中传输的 信号波长彼此独立，因而可以传输特性完全不同的信号，完成各种电信业务信号 的综合与分离，包括数字信号和模拟信号，以及PDH信号和SDH信号的综合与分 离；波分复用通道对数据格式透明，即与信号速率及电调制方式无关。

一个WDM系统可以承载多种格式的“业务”信号，如ATM、IP等；在网络扩 充和发展中，是理想的扩容手段，也是引入宽带新业务（例如CATV、HDTV和B-ISDN 等）的有利手段，增加一个附加波长即可引入任意想要的新业务或新容量；利用 WDM技术实现网络交换和恢复，从而可能实现未来透明的、具有高度生存性的光 网络；在国家骨干网的传输时，EDFA的应用可以减少长途干线系统SDH中继器 的数目，从而减少成本3技术原理及关键技术在模拟载波通信系统中，通常采用频分复用方法提高系统的传输容量，充分 利用电缆的带宽资源，即在同一根电缆中同时传输若干个信道的信号，接收端根 据各载波频率的不同，利用带通滤波器就可滤出每一个信道的信号同样，在光 纤通信系统中也可以采用光的频分复用的方法来提高系统的传输容量，在接收端 采用解复用器（等效于光带通滤波器）将各信号光载波分开由于在光的频域上 信号频率差别比较大，一般采用波长来定义频率上的差别，该复用方法称为波分 复用°WDM技术就是为了充分利用单模光纤低损耗区带来的巨大带宽资源，根据 每一信道光波的频率（或波长）不同可以将光纤的低损耗窗口划分成若干个信道， 把光波作为信号的载波，在发送端采用波分复用器（合波器）将不同规定波长的 信号光载波合并起来送入一根光纤进行传输。

在接收端，再由一波分复用器（分 波器）将这些不同波长承载不同信号的光载波分开的复用方式由于不同波长的 光载波信号可以看作互相独立（不考虑光纤非线性时），从而在一根光纤中可实 现多路光信号的复用传输将两个方向的信号分别安排在不同波长传输即可实现 双向传输根据波分复用器的不同，可以复用的波长数也不同，从2个至几十个 不等，一般商用化是8波长和16波长系统，这取决于所允许的光载波波长的间 隔大小WDM本质上是光频上的频分复用（FDM）技术从中国几十年应用的传输技 术来看，走的是FDM-TDM- TDM FDM的路线开始的明线、同轴电缆采用的都是 FDM模拟技术，即电域上的频分复用技术，每路话音的带宽为4KHz，每路话音占 据传输媒质（如同轴电缆）一段带宽；PDH、SDH系统是在光纤上传输的TDM基 带数字信号，每路话音速率为64kb/s；而WDM技术是光纤上频分复用技术， 16 （8）X2.5Gb/s的WDM系统则是光频上的FDM模拟技术和电频率上TDM数字 技术的结合WDM本质上是光频上的频分复用FDM技术，每个波长通路通过频域的分割实 现每个波长通路占用一段光纤的带宽，与过去同轴电缆FDM技术不同的是：3.1传输媒质不同，WDM系统是光信号上的频率分割，同轴系统是电信号上 的频率分割利用。

3.2在每个通路上，同轴电缆系统传输的是模拟信号4KHz语音信号，而WDM系统目前每个波长通路上是数字信号SDH2.5Gb/s或更高速率的数字系统4网络生存性及存在的问题以 WDM 技术为基础的具有分插复用和交叉连接功能的光传输网具有易于重 构、良好的扩展性等优势，已成为未来高速传输网的发展方向，很好的解决下列 技术问题有利于其实用化4.1 WDM是一项新的技术，其行业标准制定较粗，因此不同商家的WDM产品 互通性极差，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4.2 WDM系统的网络管理，特别是具有复杂上/下通路需求的WDM网络管理 不是很成熟在网络中大规模采用需要对WDM系统进行有效网络管理例如在故 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，操作系统应能及时自动发现，并找出故障原因；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。

4.3 一些重要光器件的不成熟将直接限制光传输网的发展，如可调谐激光器 等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很难商用化5波分复用技术发展方向WDM技术问世时间不长，但由于具有许多显著的优点迅速得到推广应用，并 向全光网络的方向发展全光技术的发展表现在以下几个方面：可变波长激光器光纤通信用的光源即半导体激光器只能发出固定波长的光 波将来会出现激光器光源的发射波长可按需要进行调谐发送，其光谱性能将更 加优越，而且具有更高的输出功率、稳定性和可靠性不仅如此，可变波长的激 光器更有利于大批量生产，降低成本全光中继器中继器需要经过光-电-光的转换过程，即通过对电信号的处理 来实现再生（整形、定时、数据再生）电再生器体积大、耗电多、成本高掺 铒光纤放大器虽然可以用来作再生器使用，但它只是解决了系统损耗受限的难 题，而无法解决色散的影。