波分複用:通信術語-中文百科頻道

簡介

WDM，英文全稱是Wavelength Division Multiplexing，波分複用。它是将多種不同波長的光信号通過合波器彙合在一起，并耦合到同一根光纖中，以此進行數據傳輸的技術。

複用類型

光波分複用包括頻分複用和波分複用

光頻分複用（FDM）技術和光波分複用（WDM）技術無明顯區别，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系。通常也可以這樣理解，光頻分複用指光頻率的細分，光信道非常密集。光波分複用指光頻率的粗分，光信道相隔較遠，甚至處于光纖不同窗口。

結構

光波分複用一般應用波長分割複用器和解複用器（也稱合波/分波器）分别置于光纖兩端，實現不同光波的耦合與分離。這兩個器件的原理是相同的

波分複用器

性能指标

其主要特性指标為插入損耗和隔離度

由于光鍊路中使用波分複用設備後，光鍊路損耗的增加量稱為波分複用的插入損耗。當波長λ,λ通過同一光纖傳送時，在與分波器中輸入端λ的功率與λ輸出端光纖中混入的功率之間的差值稱為隔離度。

特點和優勢

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。目前我們隻是利用了光纖低損耗譜（1310nm-1550nm）極少一部分，波分複用可以充分利用單模光纖的巨大帶寬約25THz，傳輸帶寬充足。

具有在同一根光纖中，傳送2個或數個非同步信号的能力，有利于數字信号和模拟信号的兼容，與數據速率和調制方式無關，在線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，隻要原系統有功率餘量，可進一步增容，實現多個單向信号或雙向信号的傳送而不用對原系統作大改動，具有較強的靈活性。

由于大量減少了光纖的使用量，大大降低了建設成本、由于光纖數量少,當出現故障時，恢複起來也迅速方便。

有源光設備的共享性，對多個信号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

由于多路載波的光波分複用對光發射機、光接收機等設備要求較高，技術實施有一定難度，同時多纖芯光纜的應用對于傳統廣播電視傳輸業務未出現特别緊缺的局面，因而WDM的實際應用還不多。但是，随着有線電視綜合業務的開展，對網絡帶寬需求的日益增長，各類選擇性服務的實施、網絡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，表現出廣闊的應用前景，甚至将影響CATV網絡的發展格局。

發展過程

起步階段

光纖通信飛速發展，光通信網絡成為現代通信網的基礎平台。光纖通信系統經曆了幾個發展階段，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。應用WDM技術第一次把複用方式從電信号轉移到光信号，在光域上用波分複用（即頻率複用）的方式提高傳輸速率，光信号實現了直接複用和放大，并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。密集波分複用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，首先在長途幹線上采用WDM技術進行點到點擴容，後在節點上采用OADM、OXC技術進行上/下話路。

中國于1997年引進第一套8波長WDM系統，并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。同時各省内幹線也相繼采用WDM技術擴容，如在“南昌-九江”光纜擴容工程中，采用的就是AT&T公司的設備和雙窗口WDM系統，即在G.652光纖的1310nm、1550nm兩個低損耗工作窗口分别運行一個系統。這樣可在不拆除1310nm窗口原有PDH設備的情況下，利用未使用的1550nm窗口，加開SDH2.5Gb/s系統。

為保證中國幹線網的高速率、大容量并有足夠的餘量确保網絡安全和未來發展的需要，采用WDM技術的工作已全面展開。

發展初期

90年代中期，WDM系統發展速度并不快。主要原因是TDM（時分複用）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，人們首先想到并采用的是TDM技術。波分複用器件不成熟，波分複用器/解複用器和光放大器在90年代初才開始商用化，1995年開始WDM技術發展很快，特别是基于摻铒光纖放大器EDFA的1550nm窗口密集波分複用（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，特别是EDFA的成熟和商用化，使在光放大器（1530～1565nm）區域采用WDM技術成為可能。

利用TDM方式已接近矽和镓砷技術的極限，TDM已無太多的潛力，且傳輸設備價格高，已敷設G.652光纖1550nm窗口的高色散限制了TDM10Gb/s系統的傳輸，光纖色散的影響日益嚴重。從電複用轉移到光複用，即從光頻上用各種複用方式來提高複用速率，WDM技術是能夠商用化最簡單的光複用技術。

技術原理

在模拟載波通信系統中，通常采用頻分複用方法提高系統的傳輸容量，充分利用電纜的帶寬資源，即在同一根電纜中同時傳輸若幹個信道的信号，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号。同樣，在光纖通信系統中也可以采用光的頻分複用的方法來提高系統的傳輸容量，在接收端采用解複用器（等效于光帶通濾波器）将各信号光載波分開。

由于在光的頻域上信号頻率差别比較大，一般采用波長來定義頻率上的差别，該複用方法稱為波分複用。WDM技術就是為了充分利用單模光纖低損耗區帶來的巨大帶寬資源，根據每一信道光波的頻率（或波長）不同可以将光纖的低損耗窗口劃分成若幹個信道，把光波作為信号的載波，在發送端采用波分複用器（合波器）将不同規定波長的信号光載波合并起來送入一根光纖進行傳輸。在接收端，再由一波分複用器（分波器）将這些不同波長承載不同信号的光載波分開的複用方式。

由于不同波長的光載波信号可以看作互相獨立（不考慮光纖非線性時），從而在一根光纖中可實現多路光信号的複用傳輸。将兩個方向的信号分别安排在不同波長傳輸即可實現雙向傳輸。根據波分複用器的不同，可以複用的波長數也不同，從2個至幾十個不等，一般商用化是8波長和16波長系統，這取決于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複用（FDM）技術。從中國幾十年應用的傳輸技術來看，走的是FDM-TDM-TDM FDM的路線。開始的明線、同軸電纜采用的都是FDM模拟技術，即電域上的頻分複用技術，每路話音的帶寬為4KHz，每路話音占據傳輸媒質（如同軸電纜）一段帶寬；PDH、SDH系統是在光纖上傳輸的TDM基帶數字信号，每路話音速率為64kb/s；而WDM技術是光纖上頻分複用技術，16（8）×2.5Gb/s的WDM系統則是光頻上的FDM模拟技術和電頻率上TDM數字技術的結合。

WDM本質上是光頻上的頻分複用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帶寬，與過去同軸電纜FDM技術不同的是：

傳輸媒質不同，WDM系統是光信号上的頻率分割，同軸系統是電信号上的頻率分割利用。

在每個通路上，同軸電纜系統傳輸的是模拟信号4KHz語音信号，而WDM系統目前每個波長通路上是數字信号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。可利用光纖的帶寬資源，使一根光纖的傳輸容量比單波長傳輸增加幾倍至幾十倍；多波長複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；對于早期安裝的電纜，芯數較少，利用波分複用無需對原有系統作較大的改動即可進行擴容操作；由于同一光纖中傳輸的信号波長彼此獨立，因而可以傳輸特性完全不同的信号，完成各種電信業務信号的綜合與分離，包括數字信号和模拟信号，以及PDH信号和SDH信号的綜合與分離；波分複用通道對數據格式透明，即與信号速率及電調制方式無關。

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

存在問題

以WDM技術為基礎的具有分插複用和交叉連接功能的光傳輸網具有易于重構、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于其實用化。

WDM是一項新的技術，其行業标準制定較粗，因此不同商家的WDM産品互通性極差，特别是在上層的網絡管理方面。為了保證WDM系統在網絡中大規模實施，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系統的網絡管理，特别是具有複雜上/下通路需求的WDM網絡管理不是很成熟。在網絡中大規模采用需要對WDM系統進行有效網絡管理。例如在故障管理方面，由于WDM系統可以在光通道上支持不同類型的業務信号，一旦WDM系統發生故障，操作系統應能及時自動發現，并找出故障原因；目前為止相關的運行維護軟件仍不成熟；在性能管理方面，WDM系統使用模拟方式複用及放大光信号，因此常用的比特誤碼率并不适用于衡量WDM的業務質量，必須尋找一個新的參數來準确衡量網絡向用戶提供的服務質量等。

一些重要光器件的不成熟将直接限制光傳輸網的發展，如可調諧激光器等。通常光網絡中需要采用4～6個能在整個網絡中進行調諧的激光器，但目前這種可調諧激光器還很難商用化。

發展方向

WDM技術問世時間不長，但由于具有許多顯着的優點迅速得到推廣應用。建立一個以它和OXC（光交叉連接）為基礎的光網絡層，實現用戶端到端的全光網連接，用一個純粹的“全光網”消除光電轉換的瓶頸将是未來的趨勢。現在WDM技術還是基于點到點的方式，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，它的應用和實踐對于全光網的發展起到決定性的作用。形成一個光層的網絡既全光網，将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：