光波分复用技术与应用研究

光波分复用技术与应用研究

作者：张文龙

来源：《中国新技术新产品》2011年第12期

摘要：本文主要阐述光纤的基本特性，波分复用的技术原理，波分复用技术的主要特点，波分复用的优点以及波分复用的技术现状和发展。

关键词：WDM（波分复用）；FDM（频分复用）；带宽；光纤色散；研究 中图分类号：TN012 文献标识码：A

波分复用技术（wavelength-division multiplexing, WDM）是将一系列载有信息、但波长不同的光信号合成一束，沿着单根光纤传输；在接收端再用某种方法，将各个不同波长的光信号分开的通信技术。这种技术可以同时在一根光纤上传输多路信号，每一路信号都由某种特定波长的光来传送，这就是一个波长信道。 1 光纤的基本特性

因为单模光纤具有内部损耗低、带宽大、易于升级扩容和成本低的优点，因而得到了广泛应用。从80年代末起，我国在国家干线网上敷设的都是常规单模光纤。常规石英单模光纤同时具有1550nm和1310nm两个窗口，最小衰减窗口位于1550nm窗口。多数国际商用光纤在这两个窗口的典型数值为：1310nm窗口的误减在(0.3～0.4)dB/km；1550nm窗口的衰减在(0.19～0.25)dB/km。在1380nm有一个OH-根离子吸收峰导致损耗比较大外，其它区域光纤损耗都小于0.5dB/km（据报道已有公司推出了ALL-WAVE全波光纤，消除了这一损耗峰峰值，使整个频带更加平坦）。现在人们所利用的只是光纤低损耗频谱(1310～1550nm)极少的一部分。以常规SDH2.5Gb/s系统为例，在光纤的带宽中只占很小一部分，大约只有0.02nm左右；全部利用光纤放大器EDFA的放大区域带宽(1530～1565nm)的35nm带宽，也只是占用光纤全部带宽(1310～1570nm)的1/6左右。理论上，WDM技术可以利用的单模光纤带宽达到200nm，即25THz带宽，即使按照波长间隔为0.8nm（100GHz）计算，理论上也可以开通200多个波长的WDM系统，因而目前光纤的带宽远远没有利用。WDM技术的出现正是为了充分利用这一带宽，而光纤本身的宽带宽、低损耗特性也为WDM系统的应用和发展提供了可能。 2 波分复用的技术原理

WDM本质上是光域上的频分复用(FDM)技术。从我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、中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系统则是在光纤上传输的TDM基带数字信号，每路话音速率为

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64kb/s；而WDM技术是光纤上频分复用技术，16(8)×2.5Gb/s的WDM系统则是光域上的FDM模拟技术和电域上TDM数字技术的结合。在模拟载波通信系统中，为了充分利用电缆的带宽资源，提高系统的传输容量，通常利用频分复用的方法，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，人们更喜欢采用波长来定义频率上的差别，因而这样的复用方法称为波分复用。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SDH 2.5Gb/s或更高速率的数字系统。 3 波分复用技术的主要特点

可以充分利用光纤的巨大带宽资源，使传输容量比单波长传输增加几倍至几十倍。使N个波长复用起来在单模光纤中传输，在大容量长途传输时可以大量节约光纤。另外，对于早期安装的芯数不多的光缆，芯数较少，利用波分复用不必对原有系统作较大的改动即可比较方便地进行扩容。利用WDM技术选路来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联网。WDM已不仅成为解决容量问题的手段，而且成为加速新业务量生成的基础。在国家骨干网的传输时，EDFA的应用可以大大减少长途干线系统SDH中继器的数目，从而减少成本。距离越长，节省成本就越多。 4 波分复用的优点

超高速大容量：复用光通道速率为：622MB/S、25GB/S、10GB/S，复用通道数：4、8、16、32个或更多，超大容量传输：可达300GB/以上，可平滑升级扩容：根据需要随意增加复用光通道，各信道彼此独立，可透明传送不同业务。

可利用成熟TDM技术、避开更高速TDM技术难度，2.5GSDH技术已十分成熟，TDM方式10GSDH已达电子器件工作极限。对光纤色散无过高要求：N*2.5G的WDM系统对光纤色散的要求，同单波长2.5G一样，G.652光纤适合于传输2.5GTDM信号，但难以传10G以上TDM信号，需进行色散补偿。可利用宽带EDFA实现超长距离传输：用一个宽带EDFA可对复用光通道信号同时放大，可实现超长距离传输（可达640KM），节省大量中继设备。适合向全光网络发展，可与光分插复用和光交叉连设备结合使用，组成具有高度生存性、超大容量的全光网络。

5 波分复用的技术现状和发展

我国WDM实用化技术处于世界先进水平，我国863安排的8X2.5GB/S已与青济和广汕线路投入应用，重庆移动长途传输干线渝西环DWDM 320G工程，采用Unitrans ZXWM-32

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（320G）密集波分复用系统和SDH Unitrans系列设备建设。环网包括新牌坊、大坪、IDC中心、南坪、永川、北碚六个OTM和ADM站点和江津、铜梁、潼南3个OLA站点。由武汉邮电科学研究院承担的国家863重大项目“32X10GB/SSDH波分复用系统”在广西南宁通过国家验收，该项目是国家863计划的重中之重项目。通过应用到实际工程-广西南宁至柳洲段，实现了在同一管理平台上对SDH和WDM的统一管理，具有完善的管理维护功能。 WDM技术仍处于快速发展阶段，许多厂商的32×2.5Gb/s系统都已投入使用，另外N×10Gb/s的WDM技术也发展很快，我们目前制定的规范仅仅对当前引进和建设的

16(8)×2.5Gb/sWDM系统参数进行了具体规定，对于16通路以上的WDM系统的光接口参数还没有规范。但是许多普遍原则，例如WDM分层结构、光接口分类、保护以及安全要求等在多通路WDM系统中仍将适用。 参考文献

[1]光纤通信原理.清华大学出版社.2004. [2]光波分复用技术.北京邮电大学出版社.2002.