WDM波分复用器详解.docx

WDM波分复用器详解波分的概念波分复用，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简介波分复用波分复用（WND）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，称为波分复用概述光纤通信飞速发展，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（ 1310/155Onm ）系统80年代在美国AT&T网中使 用，速率为2x17Gb/s90年代中期，WDM系统发展速度并不快，主要原因在于：（1 ） 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2 ）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Cie na推出了 16x2.5Gb/s系统，Luce nt公司推出8x2.5Gb/s系统，目前试验室已达Tb/s速率发展迅速的主要原因在于：（1 ）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；（2 ）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；（3 ）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技术原理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：（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 统主要特点W DM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。

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。

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响，这就 对光源的光谱性能提出了极高的要求未来的全光中继器不需要光电-光的处理过程，可以 对光信号直接进行再定时、再整形和再放大，而且与系统的工作波长、比特率、协议等无关 由于它具有光放大功能，所以解决了损耗受限的难题，又因为它可以对光脉冲波形直接进行 再整形，所以也解决了色散受限方面的难题光交叉连接设备（OXC ）未来的OXC可以利用软件对各路光信号灵活的交叉连接 OXC对全光网络的调度、业务的集中与疏导、全光网络的保护与恢复等都将发挥作用。

光分插复用器（OADM ）采用的OADM只能在中间局站上、下固定波长的光信号， 使用起来比较僵化未来的OADM对上、下光信号将完全可控，通过网管系统就可以在中 间局站有选择地上、下一个或几个波长的光信号，使用起来非常方便，组网（光网络）十分 灵活发展历程应用WDM技术第一次把复用方式从电信号转移到光信号，在光域上用波分复用（即 频率复用）的方式提高传输速率，光信号实现了直接复用和放大，并且各个波长彼此独立， 对传输的数据格式透明当前研究的热点之一是 DWDM，DWDM实验室水平可达到100Xl0Gbit/s，中继距离 400km ； 30^0Gbit/s，中继距离 85km ； 640Gbit/s，中继距离 720km密集波分复用DWDM商用水平为320Gbit/s，即一对光纤可传送400万话路目 前商用系统的传输能力仅是单根光纤可能传输容量为数十Tbit/s的1/100中国开展WDM 技术的研究起步比较晚，首先在长途干线上采用WDM技术进行点到点扩容，后在节点上采 用OADM、OXC技术进行上/下话路中国于1997年引进第一套8波长WDM系统，并安 装在西安至武汉的干线上1998年中国开始大规模引进8x2.5Gb/sWDM系统，对总长达2 万多km的12条省际光缆干线进行扩容改造。

同时各省内干线也相继采用WDM技术扩容， 如在“南昌-九江”光缆扩容工程中，采用的就是AT&T公司的设备和双窗口 WDM系统，即 在G.652光纤的1310nm、1550nm两个低损耗工作窗口分别运行一个系统这样可在不拆 除1310nm窗口原有PDH设备的情况下，利用未使用的1550nm窗口，加开SDH2.5Gb/s 系统为保证中国干线网的高速率、大容量并有足够的余量确保网络安全和未来发展的需要， 采用WDM技术的工作已全面展开W DM是一种在光域上的复用技术，形成一个光层的网络既全光网，将是光通讯的最 高阶段建立一个以WDM和OXC （光交叉连接）为基础的光网络层，实现用户端到端的 全光网连接，用一个纯粹的'全光网”消除光电转换的瓶颈将是未来的趋势现在WDM技术 还是基于点到点的方式，但点到点的WDM技术作为全光网通讯的第一步，也是最重要的一 步，它的应用和实践对于全光网的发展起到决定性的作用。