波分復用:簡介,復用類型,結構,波分復用器,性能指標,光波分復用器特點&a

波分復用WDM(Wavelength Division Multiplexing)是將兩種或多種不同波長的光載波信號（攜帶各種信息）在傳送端經復用器(亦稱合波器，Multiplexer)匯合在一起，並耦合到光線路的同一根光纖中進行傳輸的技術；在接收端，經解復用器(亦稱分波器或稱去復用器，Demultiplexer)將各種波長的光載波分離，然後由光接收機作進一步處理以恢復原信號。這種在同一根光纖中同時傳輸兩個或眾多不同波長光信號的技術，稱為波分復用。

基本介紹

中文名：波分復用
外文名：Wavelength Division Multiplexing
1：兩種或多種不同波長的光載波信號
2：攜帶各種信息

簡介,復用類型,結構,波分復用器,性能指標,光波分復用器特點&優勢,現狀,發展過程,發展階段,發展初期,發展迅速的原因,技術原理,主要特點,存在的問題,發展方向,可變波長雷射器,全光中繼器,光交叉連線設備,光分插復用器,

簡介

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，簡稱WDM。

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）技術和光波分復用（WDM）技術無明顯區別，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係。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，甚至處於光纖不同視窗。

結構

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

波分復用器

光波分復用器的主要類型有熔融拉錐型，介質膜型，光柵型和平面型四種

性能指標

其主要特性指標為插入損耗和隔離度

由於光鏈路中使用波分復用設備後，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。

光波分復用器特點&優勢

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頻寬約25THz，傳輸頻寬充足。

具有在同一根光纖中，傳送2個或數個非同步信號的能力，有利於數位訊號和模擬信號的兼容，與數據速率和調製方式無關，線上路中間可以靈活取出或加入信道。

對已建光纖系統，尤其早期鋪設的芯數不多的光纜，只要原系統有功率餘量，可進一步增容，實現多個單向信號或雙向信號的傳送而不用對原系統作大改動，具有較強的靈活性。

由於大量減少了光纖的使用量，大大降低了建設成本、由於光纖數量少,當出現故障時，恢復起來也迅速方便。

有源光設備的共享性，對多個信號的傳送或新業務的增加降低了成本。

系統中有源設備得到大幅減少，這樣就提高了系統的可靠性

現狀

由於多路載波的光波分復用對光發射機、光接收機等設備要求較高，技術實施有一定難度，同時多纖芯光纜的套用對於傳統廣播電視傳輸業務未出現特別緊缺的局面，因而WDM的實際套用還不多。但是，隨著有線電視綜合業務的開展，對網路頻寬需求的日益增長，各類選擇性服務的實施、網路升級改造經濟費用的考慮等等，WDM的特點和優勢在CATV傳輸系統中逐漸顯現出來，表現出廣闊的套用前景，甚至將影響CATV網路的發展格局。

發展過程

發展階段

光纖通信飛速發展，光通信網路成為現代通信網的基礎平台。光纖通信系統經歷了幾個發展階段，從80年代末的PDH系統，90年代中期的SDH系統，WDM系統，光纖通信系統快速地更新換代。雙波長WDM（1310/1550nm）系統80年代在美國AT&T網中使用，速率為2×17Gb/s。　套用WDM技術第一次把復用方式從電信號轉移到光信號，在光域上用波分復用（即頻率復用）的方式提高傳輸速率，光信號實現了直接復用和放大，並且各個波長彼此獨立，對傳輸的數據格式透明。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。目前商用系統的傳輸能力僅是單根光纖可能傳輸容量為數十Tbit/s的1/100。

中國開展WDM技術的研究起步比較晚，首先在長途幹線上採用WDM技術進行點到點擴容，後在節點上採用OADM、OXC技術進行上/下話路。中國於1997年引進第一套8波長WDM系統，並安裝在西安至武漢的幹線上。1998年中國開始大規模引進8×2.5Gb/sWDM系統，對總長達2萬多km的12條省際光纜幹線進行擴容改造。同時各省內幹線也相繼採用WDM技術擴容，如在“南昌-九江”光纜擴容工程中，採用的就是AT&T公司的設備和雙視窗WDM系統，即在G.652光纖的1310nm、1550nm兩個低損耗工作視窗分別運行一個系統。這樣可在不拆除1310nm視窗原有PDH設備的情況下，利用未使用的1550nm視窗，加開SDH2.5Gb/s系統。為保證中國幹線網的高速率、大容量並有足夠的餘量確保網路安全和未來發展的需要，採用WDM技術的工作已全面展開。

發展初期

90年代中期，WDM系統發展速度並不快

主要原因

TDM（時分復用）技術的發展，155Mb/s-622Mb/s-2.5Gb/sTDM技術相對簡單。據統計，在2.5Gb/s系統以下（含2.5Gb/s系統），系統每升級一次，每比特的傳輸成本下降30%左右。因此在系統升級中，人們首先想到並採用的是TDM技術

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技術發展很快，特別是基於摻鉺光纖放大器EDFA的1550nm視窗密集波分復用（DWDM）系統。Ciena推出了16×2.5Gb/s系統，Lucent公司推出8×2.5Gb/s系統，目前試驗室已達Tb/s速率。

發展迅速的原因

光電器件的迅速發展，特別是EDFA的成熟和商用化，使在光放大器（1530～1565nm）區域採用WDM技術成為可能

利用TDM方式已接近矽和鎵砷技術的極限，TDM已無太多的潛力，且傳輸設備價格高

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

技術原理

在模擬載波通信系統中，通常採用頻分復用方法提高系統的傳輸容量，充分利用電纜的頻寬資源，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，在光纖通信系統中也可以採用光的頻分復用的方法來提高系統的傳輸容量，在接收端採用解復用器（等效於光帶通濾波器）將各信號光載波分開。由於在光的頻域上信號頻率差別比較大，一般採用波長來定義頻率上的差別，該復用方法稱為波分復用。WDM技術就是為了充分利用單模光纖低損耗區帶來的巨大頻寬資源，根據每一信道光波的頻率（或波長）不同可以將光纖的低損耗視窗劃分成若干個信道，把光波作為信號的載波，在傳送端採用波分復用器（合波器）將不同規定波長的信號光載波合併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。由於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雙向傳輸。根據波分復用器的不同，可以復用的波長數也不同，從2個至幾十個不等，一般商用化是8波長和16波長系統，這取決於所允許的光載波波長的間隔大小。

WDM本質上是光頻上的頻分復用（FDM）技術。從中國幾十年套用的傳輸技術來看，走的是FDM-TDM-TDM FDM的路線。開始的明線、同軸電纜採用的都是FDM模擬技術，即電域上的頻分復用技術，每路話音的頻寬為4KHz，每路話音占據傳輸媒質（如同軸電纜）一段頻寬；PDH、SDH系統是在光纖上傳輸的TDM基帶數位訊號，每路話音速率為64kb/s；而WDM技術是光纖上頻分復用技術，16（8）×2.5Gb/s的WDM系統則是光頻上的FDM模擬技術和電頻率上TDM數位技術的結合。

WDM本質上是光頻上的頻分復用FDM技術，每個波長通路通過頻域的分割實現。每個波長通路占用一段光纖的頻寬，與過去同軸電纜FDM技術不同的是：（1）傳輸媒質不同，WDM系統是光信號上的頻率分割，同軸系統是電信號上的頻率分割利用。（2）在每個通路上，同軸電纜系統傳輸的是模擬信號4KHz語音信號，而WDM系統目前每個波長通路上是數位訊號SDH2.5Gb/s或更高速率的數字系統。

主要特點

WDM技術具有很多優勢，得到快速發展。可利用光纖的頻寬資源，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約光纖；對於早期安裝的電纜，芯數較少，利用波分復用無需對原有系統作較大的改動即可進行擴容操作；由於同一光纖中傳輸的信號波長彼此獨立，因而可以傳輸特性完全不同的信號，完成各種電信業務信號的綜合與分離，包括數位訊號和模擬信號，以及PDH信號和SDH信號的綜合與分離；波分復用通道對數據格式透明，即與信號速率及電調製方式無關。

一個WDM系統可以承載多種格式的“業務”信號，如ATM、IP等；在網路擴充和發展中，是理想的擴容手段，也是引入寬頻新業務（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務或新容量；利用WDM技術實現網路交換和恢復，從而可能實現未來透明的、具有高度生存性的光網路；在國家骨幹網的傳輸時，EDFA的套用可以減少長途幹線系統SDH中繼器的數目，從而減少成本。

存在的問題

以WDM技術為基礎的具有分插復用和交叉連線功能的光傳輸網具有易於重構、良好的擴展性等優勢，已成為未來高速傳輸網的發展方向，很好的解決下列技術問題有利於其實用化。

WDM是一項新的技術，其行業標準制定較粗，因此不同商家的WDM產品互通性極差，特別是在上層的網路管理方面。為了保證WDM系統在網路中大規模實施，需保證WDM系統間的互操作性以及WDM系統與傳統系統間互連、互通，因此應加強光接口設備的研究。

WDM系統的網路管理，特別是具有複雜上/下通路需求的WDM網路管理不是很成熟。在網路中大規模採用需要對WDM系統進行有效網路管理。例如在故障管理方面，由於WDM系統可以在光通道上支持不同類型的業務信號，一旦WDM系統發生故障，作業系統應能及時自動發現，並找出故障原因；目前為止相關的運行維護軟體仍不成熟；在性能管理方面，WDM系統使用模擬方式復用及放大光信號，因此常用的比特誤碼率並不適用於衡量WDM的業務質量，必須尋找一個新的參數來準確衡量網路向用戶提供的服務質量等。

一些重要光器件的不成熟將直接限制光傳輸網的發展，如可調諧雷射器等。通常光網路中需要採用4～6個能在整個網路中進行調諧的雷射器，但目前這種可調諧雷射器還很難商用化。

發展方向

WDM技術問世時間不長，但由於具有許多顯著的優點迅速得到推廣套用。建立一個以它和OXC（光交叉連線）為基礎的光網路層，實現用戶端到端的全光網連線，用一個純粹的“全光網”消除光電轉換的瓶頸將是未來的趨勢。現在WDM技術還是基於點到點的方式，但點到點的WDM技術作為全光網通訊的第一步，也是最重要的一步，它的套用和實踐對於全光網的發展起到決定性的作用。形成一個光層的網路既全光網，將是光通訊的最高階段。全光技術的發展表現在以下幾個方面：

可變波長雷射器

光纖通信用的光源即半導體雷射器只能發出固定波長的光波。將來會出現雷射器光源的發射波長可按需要進行調諧傳送，其光譜性能將更加優越，而且具有更高的輸出功率、穩定性和可靠性。不僅如此，可變波長的雷射器更有利於大批量生產，降低成本。

全光中繼器

中繼器需要經過光-電-光的轉換過程，即通過對電信號的處理來實現再生（整形、定時、數據再生）。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，而且與系統的工作波長、比特率、協定等無關。由於它具有光放大功能，所以解決了損耗受限的難題，又因為它可以對光脈衝波形直接進行再整形，所以也解決了色散受限方面的難題。

光交叉連線設備

未來的OXC（光交叉連線）可以利用軟體對各路光信號靈活的交叉連線。OXC對全光網路的調度、業務的集中與疏導、全光網路的保護與恢復等都將發揮作用。

光分插復用器

採用的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，通過網管系統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（光網路）十分靈活。

波分復用