wdm:提高带宽激光技术-中文百科频道

光学术语

WDM波分复用(WDM，WavelengthDivisionMultiplexing)是指，在1根光纤上承载多个波长（信道)系统，将1根光纤转换为多条“虚拟”纤，每条虚拟纤独立工作在不同波长上。由于WDM系统技术的经济性与有效性，使之成为当前光纤通信网络最广泛使用的光波复用技术。

DWDM可以支持150多束不同波长的光波同时传输，每束光波最高达到10Gb/s的数据传输率。这种系统能在一条比头发丝还细的光缆上提供超过1Tb/s的数据传输率。

光通信是由光来运载信号进行传输的方式。在光通信领域，人们习惯按波长而不是按频率来命名。因此，所谓的波分复用(WDM，WavelengthDivisionMultiplexing)其本质上也是频分复用而已。WDM是在1根光纤上承载多个波长(信道)系统，将1根光纤转换为多条“虚拟”纤，当然每条虚拟纤独立工作在不同波长上，这样极大地提高了光纤的传输容量。

两个波长

这种复用技术在20世纪70年代初时仅用两个波长：1310nm窗口一个波长，1550nm窗口一个波长，利用WDM技术实现单纤双窗口传输，这是最初的波分复用的使用情况。

粗波分复用

继在骨干网及长途网络中应用后，波分复用技术也开始在城域网中得到使用，主要指的是粗波分复用技术。CWDM使用1200~1700nm的宽窗口，主要应用波长在1550nm的系统中，当然1310nm波长的波分复用器也在研制之中。粗波分复用(大波长间隔)器相邻信道的间距一般≥20nm，它的波长数目一般为4波或8波，最多16波。当复用的信道数为16或者更少时，由于CWDM系统采用的DFB激光器不需要冷却。

在成本、功耗要求和设备尺寸方面，CWDM系统比DWDM系统更有优势，CWDM越来越广泛地被业界所接受。CWDM无需选择成本昂贵的密集波分解复用器和“光放”EDFA，只需采用便宜的多通道激光收发器作为中继，因而成本大大下降。如今，不少厂家已经能够提供具有2~8个波长的商用CWDM系统，它适合在地理范围不是特别大、数据业务发展不是非常快的城市使用。

密集波分复用

密集波分复用技术(DWDM)可以承载8～160个波长，而且随着DWDM技术的不断发展，其分波波数的上限值仍在不断地增长，间隔一般≤1.6nm，主要应用于长距离传输系统。在所有的DWDM系统中都需要色散补偿技术(克服多波长系统中的非线性失真——四波混频现象)。在16波DWDM系统中，一般采用常规色散补偿光纤来进行补偿。

而在40波DWDM系统中，必须采用色散斜率补偿光纤补偿。DWDM能够在同一根光纤中把不同的波长同时进行组合和传输，为了保证有效传输，一根光纤转换为多根虚拟光纤。采用DWDM技术，单根光纤可以传输的数据流量高达400Gbit/s，随着厂商在每根光纤中加入更多信道，每秒太位的传输速度指日可待。

技术水平

就现有WDM系统传输容量的试验水平来看，北电等公司的1.6Tbit/s(160(10Gbit/s)WDM系统已经成功。在后来的展览上，北电推出80(80Gbit/s的WDM系统，总容量为6.4Tbit/s。此外，朗讯公司采用80nm谱宽的光放大器创造了波长数高达1022的世界记录。同时，我们了解到一些世界著名公司现有的WDM系统的各项指标。

在国内，WDM技术的研究和开发不仅活跃，而且进展也十分迅速。武汉邮电科学研究院(WRI)、北京大学、清华大学、邮电部五所先后进行了传输实验或者建设试验工程。例如：武汉邮电科学研究院在1997年10月成功地进行了16(2.5Gbit/s600km单向传输系统，1998年10月在北京‘98国际通信展览会上展示了32(2.5Gbit/s的WDM传输系统，并且容量为40(10Gbit/s的WDM系统也进行了传输实验，更高技术水平的WDM系统正在实验当中。

华为，爱立信，中兴，烽火等厂家均有WDM相关布局，华为的WDM全球市场占有率已经跃居第一。100GWDM产品已经正式商用，400G技术验证以及实验已经在实验室开展测试。

发展前景

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。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。

用途

DWDM能够在同一根光纤中，把不同的波长同时进行组合和传输。为了保证有效，一根光纤转换为多个虚拟光纤。所以，如果你打算复用8个光纤载波（OC），即一根光纤中传输8路信号，这样传输容量就将从2.5Gb/s提高到20Gb/s。由于采用了DWDM技术，单根光纤可以传输的数据流量最大达到40Gb/s。随着厂商在每根光纤中加入更多信道，每秒兆兆位的传输速度指日可待。

技术

波分复用(WDM)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。

WDM本质上是光域上的频分复用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。WDM系统采用的波长都是不同的，也就是特定标准波长，为了区别于SDH系统普通波长，有时又称为彩色光接口，而称普通光系统的光接口为"白色光口"或"白光口"。

通信系统的设计不同，每个波长之间的间隔宽度也有不同。按照通道间隔的不同，WDM可以细分为CWDM(稀疏波分复用)和DWDM(密集波分复用)。CWDM的信道间隔为20nm，而DWDM的信道间隔从0.2nm到1.2nm，所以相对于DWDM，CWDM称为稀疏波分复用技术。

特点

(1)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。

(2)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。

(3)各信道透明传输，平滑升级、扩容。

只要增加复用信道数量和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。

(4)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)它几乎可以复盖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。

(5)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。

(6)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系统可以和OADM、OXC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。

优势

DWDM的一个关键优点是它的协议和传输速度是不相关的。基于DWDM的网络可以采用IP协议、ATM、SONET/SDH、以太网协议来传输数据，处理的数据流量在100Mb/s和2.5Gb/s之间，这样，基于DWDM的网络可以在一个激光信道上以不同的速度传输不同类型的数据流量。从QoS（质量服务）的观点看，基于DWDM的网络以低成本的方式来快速响应客户的带宽需求和协议改变。科技在日益更新，在国家干线，省级干线以及市级干线用1600G，800G以及400G的也比比皆是。拿1600G为例：理论上，在光缆完全具备的情况下，一根光纤能走160条10G业务。大大提高了光纤利用率。当然对光缆的要求也很高，理论值和实际值是有偏差的，实际应用中为了避免故障率很少在同一根光纤上用百个信道的业务。

体系结构

Win32设备驱动程序体系结构

现状

由于需要支持新的业务和新的PC外部设备类型对驱动程序开发造成了新的挑战。新型总线增加了设备的数量和对设备驱动程序的需求。设备上各种功能的不断增加使驱动程序的开发变得越来越复杂。同时，快速反应的交互式应用程序要求将软件和硬件紧密的结合在一起。1997年，在用于Windows95和WindowsNT的统一的Win32驱动程序模型（WDM）有了进一步的发展，将这些因素全部考虑在内。WDM允许使用一个单一的驱动程序源（x86二进制）来同时在Windows95和WindowsNT中实现对新的总线和新设备的支持。

目标

WDM的关键目标是通过提供一种灵活的方式来简化驱动程序的开发，使在实现对新硬件支持的基础上减少并降低所必须开发的驱动程序的数量和复杂性。WDM还必须为即插即用和设备的电源管理提供一个通用的框架结构。WDM是实现对新型设备的简便支持和方便使用的关键组件。

为了实现这些目标，WDM只能以WindowsNTI/O子系统提供的一组通用服务为基础。WDM改进了由一组核心扩展构成的功能实现对即插即用、设备电源管理、和快速反应I/O流的支持。除了通用的平台服务和扩展外，WDM还实现了一个模块化的、分层次类型的微型驱动程序结构。类型驱动程序实现了支持通用总线、协议、或设备类所需的功能性接口。类驱动程序的一般特性是为逻辑设备的命令设置、协议、和代码重用所需的总线接口实现标准化提供必要的条件。WDM对标准类接口的支持减少了Windows95和WindowsNT所需的设备驱动程序的数量和复杂性。

系统应用

WDM服务使实现一个用于WindowsNT和Windows95快速反应的模型成为可能。WDM提供了多个执行优先级包括核心态和非核心态线程、IRQ级别、和被延缓的程序调用（DPC）。所有的WDM类和微型驱动程序都作为核心态（第0层）的特权级线程（不会被CPU调度程序中断）执行。32个IRQ级可以被用于区分硬件中断服务的优先级。对于每个中断，DPC被排入队列等到被启用中断的IRQ服务例程完成后再执行。DPCs通过有效的减少中断被禁止的时间，使系统对中断的响应获得了很大的提高。对于使用多处理器的基于x86的PC系统，在WindowsNT下对中断的支持是以Intel的多处理器规范1.4版本为基础的。

软件应用

对于需要活动的多媒体的应用程序，WDM在核心态提供了快速反应的接口来处理I/O流。WDM的流接口是通过标准的WDM类接口提供出的。对于WDM，一个多媒体流完全可以用一个或多个软件过滤器和设备驱动程序来处理。为了加速对I/O流的处理，WDM流可以直接对硬件进行访问，避免了由于进行非核心态和核心态之间的转换而造成的延迟，并且还省取了对中间I/O缓冲区的需要。

要充分利用WDM提供的优点，建议你使用即插即用兼容的电源管理输入、声音、图形、和使用USB和IEEE1394的存储外围设备。

WDM驱动程序可以在WindowsNT上与现有的WindowsNT驱动程序共存，也可以在Windows95上与现有的Windows95驱动程序共存。现有的WindowsNT和Windows95驱动程序将继续被支持，但是却不能使用WDM的先进优点。由微软提供的可扩展的WDM类驱动程序是支持新设备的最好选择。在开始开发一个新的WDM类驱动程序之前，硬件开发者应当请教微软公司以取得对特定设备类的支持信息。一旦有可能，就采用仅编写一次类驱动程序，然后通过使用WDM的微型驱动程序来将其扩展成针对特定硬件接口的驱动程序的方法。