浅析波分复用技术

　　摘要：本文详细介绍了波分复用技术的概念及原理，阐发了WDM系统的基本构成及其优势，分析了WDM技术目前存在的问题并对其发展方向和前景进行了展望。
　　关键词：波分复用，原理，应用，前景
　　
　　随着以IP为代表的数据业务的爆炸增长，以及Internet在全球范围内的迅速发展，网络带宽的需求不断增加。随之出现了所谓的“光纤耗尽”现象和对代表通信容量的带宽的“无限渴求”的现象。以美国为例，从1995年起，几家主要长途电信业务承载商光纤通信系统的负载能力都接近饱和。为了提高通信系统的带宽已成为焦点问题，波分复用技术(即WDM)正是解决这一问题的关键技术，它将光波耦合复用到一根光纤中，从而更有效地提供带宽，可以让IP、ATM和同步数字序列/同步光纤网协议下承载的电子邮件、视频、多媒体等数据都通过统一的光纤层传输。
　　一、波分复用技术概念及原理
　　波分复用是光纤通信中特有的一种传输技术，它利用一根光纤可以同时传输多个不同波长的光载波的特点，将光纤的低损耗窗口划分成若干个波段，每个波段用作一个独立的通道传输一种预订波长的光信号。通常将波分复用缩写为WDM(WavelengthDivisionMultiplexing)。
　　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。然而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TDM10Gbit/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。
　　波分复用的基本原理是在发送端将不同波长的光信号组合起来（复用），并耦合进光缆线路上同一根光纤中进行传输，在接收端将组合波长的光信号进行分离（解复用），并作进一步处理后恢复出原信号送入不同终端。
　　二、WDM系统的基本构成
　　WDM系统的基本构成主要分双纤单向传输和单纤双向传输两种方式。单向WDM是指所有光通路同时在一根光纤上沿同一方向传送，在发送端将载有各种信息的具有不同波长的已调光信号通过光延长用器组合在一起，并在一根光纤中单向传输，由于各信号是通过不同波长的光携带的，所以彼此间不会混淆。在接收端通过光的复用器将不同波长的光信号分开，完成多路光信号的传输，而反方向则通过另一根光纤传送。双向WDM是指光通路在一要光纤上同时向两个不同的方向传输，所用的波长相互分开，以实现彼此双方全双工的通信联络。目前单向的WDM系统在开发和应用方面都比较广泛，而双向WDM由于在设计和应用时受各通道干扰、光反射影响、双向通路间的隔离和串话等因素的影响，目前实际应用较少。
　　三、WDM技术的主要优势
　　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：
　　(一)超大容量传输。由于WDM系统的复用光通路速率可以为2.5Gbit/s、10Gbit/s等，而复用光通路的数量可以是4、8、16、32，甚至更多，因此系统的传输容量可以达到300-400Gbit/s，甚至更大。
　　(二)节约光纤资源。对于单波长系统而言，1个SDH系统就需要一对光纤；而对于WDM系统来讲，不管有多少个SDH分系统，整个复用系统只需要一对光纤。例如，对于16个2.5Gbit/s系统来说，单波长系统需要32根光纤，而WDM系统仅需要两根光纤。
　　(三)各信道透明传输，平滑升级、扩容。只要增加复用信道数量与设备就可以增加系统的传输容量以实现扩容。WDM系统的各复用信道是彼此相互独立的，所以各信道可以分别透明地传送不同的业务信号，如语音、数据和图像等，彼此互不干扰，这给使用者带来了极大的便利。
　　(四)利用EDFA实现超长距离传输。EDFA具有高增益、宽带宽、低噪声等优点，且其光放大范围为1530(1565nm)，但其增益曲线比较平坦的部分是1540(1560nm)它几乎可以覆盖WDM系统的1550nm的工作波长范围。所以用一个带宽很宽的EDFA就可以对WDM系统的各复用光通路信号同时进行放大，以实现系统的超长距离传输，并避免了每个光传输系统都需要一个光放大器的情况。WDM系统的超长传输距离可达数百公里同时节省大量中继设备，降低成本。
　　(五)提高系统的可靠性。由于WDM系统大多数是光电器件，而光电器件的可靠性很高，因此系统的可靠性也可以保证。
　　(六)可组成全光网络。全光网络是未来光纤传送网的发展方向。在全光网络中，各种业务的上下、交叉连接等都是在光路上通过对光信号进行调度来实现的，从而消除了E/O转换中电子器件的瓶颈。WDM系统可以与OADM、0XC混合使用，以组成具有高度灵活性、高可靠性、高生存性的全光网络，以适应带宽传送网的发展需要。
　　四、波分复用技术的应用和前景
　　波分复用技术近几年已在北美开始大规模应用，敷设量已超过5000多终端，目前的商用系统主要为（8-16）×2.5GB/S，40波系统已投入应用，年底可达80/96波，2×16×10GB/S系统已投入实际商用，128×10GB/S(132×20GB/S)，实际化系统容量：640GB/S（64×10GB/S），我国WDM网络规模居世界第二，我国863安排的8×2.5GB/S已与青济和光汕线路投入应用，重庆移动长途传输干线渝西环DWDM320G工程，采用UnitransZXWM-32(320G)密集波分复用系统和SDHUnitrans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“32×10GB/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计划的重要项目。通过应用到实际工程——广西南宁至柳州段，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。[!--empirenews.page--]
　　五、WDM技术目前存在的问题
　　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。
　　（一）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。
　　（二）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；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。
　　（三）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。
　　尽管WDM技术目前仍存在一系列问题，但从某种意义上讲，WDM技术的应用仍标志着光通信时代的“真正”到来，标志着国产光传输设备的发展进入了一个崭新阶段。WDM技术的应用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，不再回到电信号上处理，并且各个波长彼此独立，对传输的数据格式透明。因此，从某种意义上讲，WDM技术的应用标志着光通信时代的“真正”到来。
　　参考文献：
　　1.何一心：《光传输网络技术》，人民邮电出版社，1998年10月第1版。
　　2.张劲松：《光波分复用技术》，北京邮电大学出版社，2002年6月第1版。
　　3.李鉴增：《光纤传输与网络技术》，中国广播电视出版社，2009年1月第1版。

《浅析波分复用技术》

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