粗波分复用技术及其应用
摘要波分复用（WDM）技术是满足传输网络带宽需求剧增的有效途径。相比密集波分复用（DWDM），粗波分复用（CWDM）具有较好的性能价格比，为城域网应用提供了一种成本低廉的高容量解决方案。本文首先概述CWDM技术的发展历史和特征，然后对CWDM 系统应用的若干相关问题进行具体分析。
关键词CWDM DWDM 城域网光纤
1 引言
随着信息时代的到来，全球通信业务量迅猛增长，网络业务类型日益多样化，通信网络的发展面临着前所未有的机遇和挑战。毋庸置疑，高速大容量的宽带综合业务网是现代通信网络发展的必然趋势。WDM技术的广泛应用，使困扰骨干网络发展的带宽容量问题得到解决，光通信领域研究与建设的重心逐渐转向城域网，城域光网成为建设和应用的新的增值亮点。
与广域网相比较，城域网在传输距离（小于100km）和吞吐容量方面要求较低，故可大大简化光传输系统，降低了成本。而在支持的业务类型及配置的灵活性等方面，城域网则提出了更高的要求。
DWDM无疑是当今光纤应用领域的首选技术，凭借其带宽潜力和传输数据透明性等优势，在长途骨干传输市场取得巨大成功。然而，对中短距离应用而言，网络环境和市场需求截然不同。用户侧的网络成本主要取决于接入设备而非传输线路，带宽支付能力也相对较低。DWDM系统昂贵的价格令许多经济拮据的运营商颇为踌躇，能否适应城域网和接入网传输市场仍值得商榷。
相比而言，CWDM技术是成本与性能折衷的产物，专为中短距离的网络应用而设计，具有较高的性能价格比，逐渐成为通信业界关注和竞争的热点。CWDM系统使用的信道间隔较宽，对波长窗口和器件的要求不严，也能够实现传输网络的扩容升级目标。随着制造过程自动化程度和模块集成度的不断提高，CWDM产品的造价预计在未来2～3年内将会大幅度降低。有理由相信，CWDM系统将在城域网中扮演越来越重要的角色。
2 CWDM技术的特征
2.1 CWDM技术背景
CWDM是一种支持多协议传送的波分复用技术。CWDM系统利用复用器将不同波长承载的光信号复用至单根光纤进行传输，在链路的接收端，借助解复用器将分解后的波长送给不同的光纤，连接到相应的接收设备。CWDM信道间隔通常比DWDM宽得多，为区别起见，故称其为粗波分复用。
20世纪80年代初，CWDM技术就已得到商用。Quante公司就曾经推出工作于多模光纤850nm波长窗口、单信道速率140Mbit/s的四波长CWDM系统。然而，在90年代中期
以前，CWDM系统仍主要面向LAN应用，没有受到电信运营商的青睐，迟迟未能实现产业化应用。
直到90年代末，CWDM技术才逐渐步入快速发展的阶段。IEEE 802.3高速研究组为解决10Gbit/s以太网LAN应用中的色散与损耗问题，提议采用CWDM技术提高系统总体容量。2000年，全光谱CWDM联盟（FCA）和1400nm商业利益组织成立，有力地推动了CWDM全光谱技术的发展和标准化进程。
2002年5月，ITU-T第15研究组终于通过G.694.2 CWDM波长栅格标准的建议，成为CWDM技术发展史上的里程碑。另外，第15研究组还提出G.capp标准草案，定义CWDM 系统应用的物理接口的光学参数和数值。
2.2 CWDM与DWDM的比较
单根光纤中传输波长的信道间隔不同是CWDM和DWDM的根本区别。DWDM信道间隔通常为200GHz/1.6nm，100GHz/0.8nm或50GHz/0.4nm，将来还可能选取更小的波长间隔，工作波长范围集中在S、C和L波段。CWDM系统的常用信道间隔和通带宽度分别为20nm 和13nm。G.694.2标准规定的全光谱CWDM信道共18个，波长范围覆盖O、E、S、C和L 波段。
从纯技术角度来讲，CWDM技术存在着明显的劣势。CWDM系统单纤总传输容量与DWDM系统相差甚远。然而，市场并非只受技术驱动，成本同样也是相当重要的考虑因素。成本效益与信道间隔密切相关。CWDM产品具有低成本、低功耗和小尺寸等优势，能有效降低系统的建设和运营成本。
CWDM产品的成本优势最直接体现在激光器上。考虑到信道间隔的限制，DWDM的光源需严格控制温度，以稳定发射波长，并可用温度微调波长。CWDM的光源不需要致冷器，采用同轴封装方式，采用电流调谐发射波长。这使得CWDM光源的成本大幅度下降。DWDM 激光器的成本通常为CWDM激光器的4～5倍，目前的市场售价分别约800～1500美元和200～300美元左右。
毫无疑问，需致冷的DWDM激光发射机的功耗远高于无致冷的CWDM激光发射机。致冷器及其控制电路使DWDM的单波长激光器要消耗大约4W的功率。然而，没有致冷器的CWDM激光器仅仅消耗0.5W的功率。对四波长传输系统来说，CWDM系统功耗约10～15W，但DWDM系统却要消耗高达30W的功率。随着复用信道数量和传输速率的增加，功耗和温控等问题逐渐成为DWDM系统设计的关键问题。
器件小型化是光通信设备的发展趋势，同时也是CWDM产品的固有优势。DWDM致冷激光器的尺寸约为CWDM激光器尺寸的5倍。也就意味着，CWDM产品更能节省宝贵的机架空间，减低运营开支。此外，高速DWDM往往采用外调制器，而CWDM一般采用直接调制方式。CWDM系统在多数应用环境下无需采用光放大器，即便传输距离相对较长也可选择廉价的收发器作为中继。
3 CWDM系统的关键技术与模块
3.1 新型光纤技术
光纤具有丰富的频带资源和优异的传输性能，是通信网络理想的传输媒质。影响光信号传输距离的光纤参数主要有衰减、色散和非线性。城域网覆盖范围通常在50～80km左右，一般不需要光放大器和中继设备，光纤色散和非线性并非关键问题。
CWDM对传输媒质没有特殊要求，各种单模光纤和多模光纤都可以采用CWDM技术。城域内目前大量使用G.652光纤。这种光纤因残留有氢氧根离子，导致1383nm波长附近出现明显的吸收峰。E波段吸收峰引起传输损耗的典型值约为1dB/km，极大影响了WDM系统的传输距离和可用波长范围。目前商用的4波、8波和16波CWDM系统通常选取1290～1610nm的波长范围，如O波段：1290nm、1310nm、1330nm、1350nm；E波段：1380nm、1400nm、1420nm、1440nm；以及S + C+L波段8个波长：1470～1610nm。
为了扩展光纤的可用波长范围，提高复用信道数量，许多公司纷纷推出各种新型的G.652C光纤。其中零水峰光纤（ZWPF）有效消除氢氧根吸收峰的影响，提供更低的相邻信道信号衰减。对ZWPF来说，损耗值以1/λ４的速度(由于瑞利散射效应减弱以及OH吸收峰的消除)逐渐减小，在1550nm附近得到最小值。这种光纤的色散系数与传统单模光纤相同，大体分布在13～19ps/nm·km。ZWPF光纤提供的有效波长范围比传统单模光纤多出100nm，使CWDM信道数量增益高达33%以上。同时，G.652C光纤完全与传统单模光纤兼容，支持所有标准的系统规范。
目前，ZWPF光纤越来越受到业界的关注。MRV公司和LUNX公司推出的16波CWDM 系统就采用了OFS的AllWave光纤产品，传输距离可达70km。Transmode公司宣称已经实现2.5Gbit/s速率的全波CWDM传输系统，无中继放大情况下传输距离超过80km。
3.2 光收发模块
光收发模块是光通信系统的主要部件。目前常见的光收发模块有分立的光发射模块、光接收模块和光收发一体模块三种。它们的发展趋势是小型化、低成本、低功耗、远距离、高速率和热插拔。
CWDM收发模块通常采用DFB激光器或垂直腔表面发射激光器（VCSEL）作为光源。CWDM系统使用的DFB激光器无需集成致冷器，温度漂移系数约为0.08nm/℃。这种激光器在0到70℃温度范围内的波长热漂移约6nm左右，加上制造过程的波长容差±（2～3）nm，整体波长变化范围在12nm以内。因此，CWDM信道间隔和通道宽度足够适应无致冷DFB激光器的波长变化，激光器的工作温度范围也相对较宽。而DWDM系统采用的ＤＦＢ激光器温度漂移系数为Δλ／１0（nm/℃），波长容差的典型值为±0.1nm。除温度外，CWDM 无致冷激光器还需要考虑的问题就是色散代价。激光器芯片的优化设计能够延长色散受限系统的传输距离。
VCSEL是一种新型的半导体激光器。与常规边缘发射激光器的结构不同，VCSEL激光器的出光窗口在芯片表面，发光束方向与芯片表面垂直，无需解理就可以进行在线测试和封装，有利于实现低成本、大规模的工业化生产。VCSEL激光器具有的低功耗和高效的光纤
耦合特性，能够便利地制成二维阵列，实现大规模光电集成。目前应用最为广泛的商用VCSEL激光器及收发模块通常都是850nm发射波长的多模芯片，其原因是受成本、输出功率和技术成熟度等因素的限制。近年来，VCSEL激光器相关技术发展迅速。Infineon公司在OFC2003上宣布推出1310nm VCSEL器件，并可以大量供货。1500～1610nm波长的VCSEL激光器芯片的研究工作已经获得重大突破。随着现代高速光纤网络的发展，VCSEL 有望取代DFB激光器，成为光通信领域最理想、最有前途的低成本光源。
CWDM系统使用的接收模块与DWDM系统基本相同，主要采用PIN型或APD型探测器及其组件。CWDM接收模块要求带宽覆盖的范围较宽，以便捕获所有特定的比特速率和传输协议。PIN型接收模块成本较低，设计相对简单，而APD型接收模块的灵敏度至少提高9～10dB增益。
3.3 复用器/解复用器（MUX/DEMUX）
复用器/解复用器是波分复用光传输系统的关键器件。MUX/DEMUX的重要性能指标包括中心波长、插入损耗、信道隔离度和通带宽度等。目前常用的MUX/DEMUX有干涉膜滤波器型、光纤光栅型和阵列波导光栅AWG型和熔融拉锥耦合型等。
其中，干涉膜滤波技术近年来发展较为成熟，这种器件具有信道灵活、隔离度较高、插入损耗较低和热稳定性好等优点，适合信道数量不多的波分复用系统。目前商用的CWDM 复用器/解复用器主要也是采用干涉膜滤波技术来设计。CWDM复用器/解复用器对薄膜滤波技术要求相对较低，导致生产时间缩短、效率提高以及原材料需求降低。基于干涉膜滤波技术的DWDM复用器/解复用器造价通常是CWDM同类产品的两倍左右。DWDM系统使用的0.8nm滤波器一般大约需要150层介质薄膜，而CWDM系统的20nm滤波器大约有50层。
此外，熔融拉锥耦合技术在CWDM产品中也有应用。熔融拉锥耦合技术的工作原理是将两根（或两根以上）去除涂覆层的光纤以一定的方式靠拢排放，在高温下熔融并同时向两侧拉伸，最终在加热区形成双锥体形的特殊波导结构实现传输功率的耦合。由于耦合系数与波长有关，因此主要用来制作信道间隔较宽的波分复用器件。相对薄膜滤波型模块来说，熔融拉锥耦合型CWDM模块成本要低得多。
4 CWDM系统的应用
数据业务的快速增长和新型业务的不断涌现，是当前通信业的显著特点。传统城域网无法有效应对这些冲击，成为全网的带宽瓶颈。为满足用户需要以及提高市场竞争力，城域网运营商纷纷投资建设大容量多业务传输网络。宽带城域网建设的发展趋势是ip与WDM技术相结合。
新型城域网建设引进CWDM系统将带来许多优势。首先，CWDM技术具有传统TDM 技术无法比拟的灵活性，更适应高速数据业务的发展。CWDM系统可以为路由器及交换机提供光纤直连接口，将数据分组直接映射至波长信道而无需TDM复用器的处理，从而降低层间协议适配的复杂度。其次，CWDM系统能够节省光纤资源，并根据网络业务的具体发展情况实现平滑升级。再次，CWDM系统对各种协议和速率透明，允许运营商以波长为基
础提供不同的业务。CWDM系统允许单根光纤提供不同速率的数据通道，同时兼容已经广泛应用的传统1310nm波长SDH系统。另外，CWDM系统还提供光网络层的业务保护恢复能力。
CWDM技术还能应用于无源光网络PON系统。随着未来带宽需求的增加，APON和EPON沿用的TDM方式将无法满足业务需求，PON接入系统最终将演进至WDM-PON。现有PON系统结合采用TDM与CWDM技术是比较现实的演进策略。CWDM PON系统可以为视频信号、数据和语音信号分配不同的波长，完成信号的单纤双向传输。
5 CWDM系统的扩容问题
CWDM系统在信道数量和传输距离上明显存在缺陷。因此，CWDM系统的扩容问题格外受到运营商的关注。
提高单信道传输速率可以实现CWDM系统的容量升级。目前，时分复用技术已经相当成熟，10Gbit/s产品已经投放市场应用，40Gbit/s芯片也正处于实验室研发阶段。大多数公司现在推出的商用CWDM系统最高速率为2.5Gbit/s，因此CWDM系统完全可以考虑采用TDM技术，将单信道速率提高至10Gbit/s甚至40Gbit/s。然而，信道速率的增加也将给CWDM 系统带来诸如光纤设计、系统可靠性等技术难题。
同样，选择适合CWDM系统应用的新型光纤也能够实现扩容目标。如前所述，ZWPF 光纤扩展CWDM系统的可用波长范围，能使CWDM系统获得最大限度的频带资源。ZWPF 光纤有能力支持全部18个标准的CWDM信道，比传统单模光纤的传输容量超出33%以上。随着光纤制造技术的进步，CWDM信道的可用光谱范围将来还有可能进一步拓宽。
CWDM与DWDM技术尽管存在着激烈的竞争，但并非完全互斥。DWDM技术可以实现CWDM系统的在线容量升级。CWDM信道间隔20nm，通带宽度约13nm，而DWDM信道间隔通常为0.4nm、0.8nm或1.6nm。考虑到光放大器特性，1550nm的CWDM信道可以替换成若干个DWDM信道而增加有效信道数量。这种CWDM系统升级方案的投资成本低，同时适应更长距离的传输环境。
6 结束语
传统电信城域网不能适应数据业务的突发特性，承载多业务的带宽效率较低。因此，城域网的发展目标是建立面向宽带数据和多媒体应用的IP优化网络。各种新的城域网技术（如多业务传送平台MSTP、弹性分组环RPR、城域CWDM等）应运而生，其中以太网技术和CWDM技术共同构建新型宽带城域网是有竞争力的解决方案。
技术和成本是通信网络市场的双重驱动力。随着互联网经济泡沫的破裂，全球电信运营商都面临着巨大的挑战，市场投资行为逐步趋于理性化。CWDM技术顺应通信传输市场的潮流，提供中短距离传输网络的低成本扩容解决方案，已经得到业界的广泛认同。CWDM 传输网络的初期投资成本较低，具有多业务多协议支持能力，适应点到点、以太网和SDH 环等各种网络结构。
随着光传输设备制造商加大对CWDM技术的支持力度，以及相关器件的成本继续降低，CWDM系统在中短距离传输市场必将有着广阔的发展前景。
----《中国数据通信》
光波分复用(WDM)技术 一、波分复用技术的概念 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。 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。 CWDM和DWDM的区别主要有二点：一是CWDM载波通道间距较宽，因此，同一根光纤上只能复用5到6个左右波长的光波，“稀疏”与“密集”称谓的差别就由此而来；二是CWDM调制激光采用非冷却激光，而DWDM采用的是冷却激光。冷却激光采用温度调谐，非冷却激光采用电子调谐。由于在一个很宽的波长区段内温度分布很不均匀，因此温度调谐实现起来难度很大，成本也很高。CWDM避开了这一难点，因而大幅降低了成本，整个CWDM系统成本只有DWDM的30%。CWDM是通过利用光复用器将在不同光纤中传输的波长结合到一根光纤中传输来实现。在链路的接收端，利用解复用器将分解后的波长分别送到不同的光纤，接到不同的接收机。 二、波分复用技术的优点 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： (1) 传输容量大，可节约宝贵的光纤资源。对单波长光纤系统而言，收发一个信号需要使用一对光纤，而对于WDM系统，不管有多少个信号，整个复用系统只需要一对光纤。例如对于16个2.5Gb/s系统来说，单波长光纤系统需要32根光纤，而WDM系统仅需要2根光纤。 (2) 对各类业务信号“透明”，可以传输不同类型的信号，如数字信号、模拟信号等，并能对其进行合成和分解。 (3) 网络扩容时不需要敷设更多的光纤，也不需要使用高速的网络部件，只需要换端机和增加一个附加光波长就可以引入任意新业务或扩充容量，因此WDM技术是理想的扩容手段。 (4) 组建动态可重构的光网络，在网络节点使用光分插复用器（OADM）或者使用光交叉连接设备（OXC），可以组成具有高度灵活性、高可靠性、高生存性的全光网络。 三、波分复用技术目前存在的问题 以WDM技术为基础的具有分插复用功能和交叉连接功能的光传输网具有易于重构、良好的扩展性等巨大优势，已成为未来高速传输网的发展方向，但在真正实现之前，还必须解决下列问题。 1．网络管理 目前，WDM系统的网络管理，特别是具有复杂的上/下通路需求的WDM网络管理仍处于不成熟期。如果WDM系统不能进行有效的网络管理，将很难在网络
光波分复用系统的基本原理 本文简要介绍光波分复用系统的基本原理、结构组成、功能配置、关键技术部件和技术特点，说明光波分复用WDM系统是今后光通信发展的方向。 一、光波分复用（WDM）技术 光波分复用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）技术是在一根光纤中同时同时多个波长的光载波信号，而每个光载波可以通过FDM或TDM方式，各自承载多路模拟或多路数字信号。其基本原理是在发送端将不同波长的光信号组合起来（复用），并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进行传输，在接收端又将这些组合在一起的不同波长的信号分开（解复用），并作进一步处理，恢复出原信号后送入不同的终端。因此将此项技术称为光波长分割复用，简称光波分复用技术。 WDM技术对网络的扩容升级，发展宽带业务，挖掘光纤带宽能力，实现超高速通信等均具有十分重要的意义，尤其是加上掺铒光纤放大器（EDFA）的WDM对现代信息网络更具有强大的吸引力。 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、双纤单向WDM系统的组成 以双纤单向WDM系统为例，一般而言，WDM系统主要由以下5部分组成：光发射机、光中继放大器、光接收机、光监控信道和网络管理系统。 1.光发射机 光发射机是WDM系统的核心，除了对WDM系统中发射激光器的中心波长有特殊的要求外，还应根据WDM系统的不同应用（主要是传输光纤的类型和传输距离）来选择具有一定色度色散容量的发射机。在发送端首先将来自终端设备输出的光信号利用光转发器把非特定波长的光信号转换成具有稳定的特定波长的信号，再利用合波器合成多通路光信号，通过光功率放大器（BA）放大输出。
波分复用技术(WDM)介绍 --------密集波分复用（DWDM）和稀疏波分复用（CWDM） 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。 1 DWDM技术简介 WDM和DWDM是在不同发展时期对WDM系统的称呼。在20世纪80年代初，人们想到并首先采用的是在光纤的两个低损耗窗口1310nm窗口和1550nm窗口各传送1路光波长信号，也就是1310nm、1550nm两波分的WDM系统。随着1550nm窗口EDFA的商用化，WDM系统的相邻波长间隔变得很窄（一般小于1.6nm），且工作在一个窗口内，共享EDFA光放大器。为了区别于传统的WDM系统，人们称这种波长间隔更紧密的WDM系统为密集波分复用系统。所谓密集，是指相邻波长间隔而言，过去WDM系统是几十纳米的波长间隔，现在的波长间隔只有0.4～2nm。密集波分复用技术其实是波分复用的一种具体表现形式。如果不特指1310nm、1550nm的两波分WDM系统外，人们谈论的WDM系统
第1章WDM概述 1.1 WDM技术的产生背景 1.1.1 光网络复用技术的发展 随着信息时代宽带高速业务的不断发展，不但要求光传输系统向更大容量、更长 距离发展，而且，要求其交互便捷。因此，在光传输系统中引入了复用技术。所 谓复用技术是指利用光纤宽频带、大容量的特点，用一根光纤或光缆同时传输多 路信号。在多路信号传输系统中，信号的复用方式对系统的性能和造价起着重要 作用。 光纤传输网的复用技术经历了空分复用（SDM）、时分复用（TDM）到波分复用 （WDM）三个阶段的发展。 SDM技术设计简单、实用，但必须按信号复用的路数配置所需要的光纤传输芯数， 投资效益较差；TDM技术的应用很广泛，缺点是线路利用率较低；WDM技术在 1根光纤上承载多个波长（信道），使之成为当前光纤通信网络扩容的主要手段。 光纤通信系统经历了几个发展阶段，从70年代末的PDH系统，90年代中期的 SDH系统(经历了准同步数字体系（PDH）、同步数字体系（SDH），和波分复用 （WDM）三个阶段)，以及近来风起云涌的DWDM系统，乃至将来的智能光网 络技术，光纤通信系统自身正在快速地更新换代。 波分复用技术从光纤通信出现伊始就出现了，80年代末、90年代初，AT&T贝尔 实验室的厉鼎毅（T.Y.Lee）博士大力倡导波分复用（DWDM）技术，两波长WDM （1310／1550nm）系统80年代就在美国AT&T网中使用，速率为2×1.7Gb／s。 但是到90年代中期，WDM系统发展速度并不快. 从技术和经济的角度，DWDM技术是目前最经济可行的扩容技术手段。 WDM WDM又叫波分复用技术，是新一代的超高速的光缆技术，所谓波分复用技术， 就是在单一光纤内同步传输多个不同波长的光波，让数据传输速度和容量获得倍 增，它充分利用单模光纤的低损耗区的巨大带宽资源，采用合波器，在发送端将 不同规定波长的光载波进行合并，然后传入单模光纤。在接收部分将再由分波器 将不同波长的光载分开的复用方式，由于不同波长的载波是相互独立的，所以双
武汉工程大学邮电与信息工程学院 毕业设计（论文） 光纤通信波分复用系统的研究与设计 Research And Design Of Optical Fiber Communication Wavelength Division Multiplexing System 学生姓名谭辉 学号1030210221 专业班级通信技术1002（光纤通信方向） 指导教师陈义华 2013年5月
作者声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，除了文中特别加以标注的地方外，没有任何剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规范的行为，也没有侵犯任何其他人或组织的科研成果及专利。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。如本毕业设计（论文）引起的法律结果完全由本人承担。 毕业设计（论文）成果归武汉工程大学邮电与信息工程学院所有。 特此声明。 作者专业： 作者学号： 作者签名： ____年___月___日
摘要 20世纪90年代以来光纤通信得到了迅速的发展，光纤通信中的新技术也在不断涌现，其中波分复用技术就是光纤通信中重要的技术之一。波分复用(WDM)是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。 本文首先介绍了光纤通信的发展、特点、基本组成和波分复用技术(WDM)的基础知识、应用状况及目前存在的问题和发展状况，其中重点介绍了稀疏波分复用(CWDM)技术和密集波分复用(DWDM)技术的特点及其应用。其次深入分析了波分复用技术的基本原理与基本结构，同时深入分析了WDM系统的基本形式和主要特点及存在的问题，最后对现在的WDM的发展方向和前景做了进一步的探讨。 关键词：光纤通信；波分复用；技术研究
波分复用系统(WDM),波分复用系统(WDM)结构原理和分类 波分复用系统简要介绍 光波分复用技术是在一根光纤中传输多波长光信号的一项技术。其基本原理是在发送端将不同波长的光信号组合起来(复用)，并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进行传输，在接收端又将组合波长的光信号分开〔解复用)，并进一步处理，恢复出原信号后送入不同的终端。具体如下。 如图1所示。发送端内有N个发射机：发射机所发出的光的波长是不同的，它们的波长分别为波长1-N。每个光波承载1路信号。再把N个光发射机发出的光信号(光信号1-N)集中为1个光的群信号，送进光纤线路，直到接收端。若线路很长，光信号太弱，就加一光放大器，把光信号放大。在接收端有N个光滤波器(1-N)。滤波器1对载有信号1的光信号(波长1)有选择通过的作用，……滤波器N对载有信号N的光信号(波长N)有选择通过的作用。光接收机的作用是把载有信号的光信号还原为原信号。 光波分复用的关键器件 (1)分布反馈多量子阱激光器(DFB MQW—LD) (2)光滤波器 (3)光放大器
图1 波分复用系统原理 波分复用系统的发展与现状 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 速率一直以过去几年就翻4 倍的速度提高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TDM 10Gbit/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。 WDM技术还具有以下若干优点：1 )能同时传输多种不同类型的信号;2)能实现单根光纤双向传输;3)有多种应用方式;4)节约线路投资;5)降低器件的超高速要求;6)对数据格式透明，能支持IP业务;7)具有高度的组网灵活性、经济性和可靠性。 在80年代中，已有人采用1．3微米和1．55微米两个频道的光波分复用技术，制造出简便实用的光纤通信系统。在90年代初，光波分复用的关键器件有突破，它包括：高精确和稳定的波长的激光器、滤光器和光放大器。于是，所谓密集光波分复用(DWDM，dense wavelenght division multiplex)光纤通信系统研制成功。 通过引入光交叉连接( OXC,Optical Cross-Connected)和光分插复用器(OADM, Optical Add-Drop Multiplexing)，组建下一代智能化的宽带大容量的高度可靠的自动交换光网络将成为可能。WDM技术首先是作为一种点到点的传输技术而提出的，它发展很快并很快走向成熟，目前在骨干光纤网上己经得到广泛的推广和应用。从1995年到1999年，美国各大长途电话公司已经完成在其干线网络中配置WDM设备的工作。1998到1999年，中国
波分复用技术 摘要波分复用(WND)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。 关键词波分复用技术（WDM），光纤，光传输网，交叉连接 引言 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。现在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起到决定性的作用。 1 波分复用技术 指在同一根光纤中同时让两个或两个以上的光波长信号通过不同光信道各自传输信息,称为光波分复用技术,简称WDM。光波分复用包括频分复用和波分复用。光频分复用(FDM)技术和光波分复用(WDM)技术无明显区别,因为光波是电磁波的一部分,光的频率与波长具有单一对应关系。通常也可以这样理解,光频分复用指光频率的细分,光信道非常密集。光波分复 用指光频率的粗分,光倍道相隔较远,甚至处于光纤不同窗口。 光波分复用一般应用波长分割复用器和解复用器(也称合波/分波器)分别置于光纤两端,实现不同光波的耦合与分离。这两个器件的原理是相同的。光波分复用器的主要类型有熔融拉锥型,介质膜型,光栅型和平面型四种。其主要特性指标为插入损耗和隔离度。通常,由于光链路中使用波分复用设备后,光链路损耗的增加量称为波分复用的插入损耗。当波长11,l2通过同一光纤传送时,在与分波器中输入端l2的功率与11输出端光纤中混入的功率之间的差值称为隔离度。光波分复用的技术特点与优势如下: 1.1 充分利用光纤的低损耗波段,增加光纤的传输容量,使一根光纤传送信息的物理限度增加一倍至数倍。目前我们只是利用了光纤低损耗谱(1310nm-1550nm)极少一部分,波分复用可以充分利用单模光纤的巨大带宽约25THz,传输带宽充足。 1.2 具有在同一根光纤中,传送2个或数个非同步信号的能力,有利于数字信号和模拟信号的兼容,与数据速率和调制方式无关,在线路中间可以灵活取出或加入信道。 1.3 对已建光纤系统,尤其早期铺设的芯数不多的光缆,只要原系统有功率余量,可进一步增容,实现多个单向信号或双向信号的传送而不用对原系统作大改动,具有较强的灵活性。 1.4 由于大量减少了光纤的使用量,大大降低了建设成本、由于光纤数量少,当出现故障时,恢复起来也迅速方便。 1.5 有源光设备的共享性,对多个信号的传送或新业务的增加降低了成本。 1.6 系统中有源设备得到大幅减少,这样就提高了系统的可靠性。目前,由于多路载波的光波分复用对光发射机、光接收机等设备要求较高,技术实施有一定难度,同时多纤芯光缆的
CWDM/DWDM双架构波分复用系统网管平台 16槽机架式多业务网管系统可同时支持125M~2.5G/125M~4.25G/10G CWDM/DWDM双架构波分复用系统，是高可靠、低成本的传输设备。支持各种速率，单模/多模，单纤/双纤，SFP,SFP+,XFP等。此网管平台功能全面、设置简单，支持SNMP、WEB、CONSOLE及TELNET等网管方式，可实现多业务卡局端远端统一平台集中管理。 1.基于图形界面（GUI）的网络管理，软件操作简单，用户界面友好，设置不同的授权用户（普通用户、高级用户和管理员） 2.采用集中式管理方式，结合树形目录，可在一个软件界面内同时管理多台机架式设备；同时引入组管理方式，在管理中充分增强层次性，即使同时管理很多设备，也可以方便地对任意一台设备进行操作 3.提供主从式管理模块，可以级联3个子机架管理，管理模块失败不影响其他模块正常工作 4.支持基于Snmp、Web、Telnet和Console方式的图形化和命令行管理Console口管理：用户可以直接使用WINDOWS自带的超级终端，通过机架串口进行网络配置和设置用户权限，并可以显示/控制局端和远端设备工作状态；WEB管理：使用网络浏览器（IE等），通过WEB页面进行远程访问，可以进行网络配置和设置权限，并可以显示/控制远程设备的工作状态； 5.标准SNMP协议：提供MIB库文件，方便整合到第三方的SNMP网管软件；用户可以设置达四个TRA P地址，按用户需要选择TRAP触发条件，如TX由Link到Down、FX由Link到Down等； 6.专用网管软件：中心局专用网管软件在后台运行，采集信息以数据库的形式保存在网管PC机硬盘。可以设置用户权限和显示/控制局端和远端设备的工作状态。 7.网管系统支持网络设备自动发现与添加功能 8.可以显示和配置机架名称、地域信息、IP地址相关信息及软硬件版本号等系统信息 9.可查询详细的电源以及业务卡工作状态，显示机箱温度信息，有故障实时上报 10.支持SFP/XFP、CWDM SFP/XFP、DWDM SFP/XFP及显示SFP/XFP信息与数字诊断功能 11.支持远端掉电检测，能够通过对端发送的远端错误信号检测发送端光纤连接状态 12.支持故障转移（LFP）功能，能迅速定位故障发生的链路，为维护人员提供方便 13.支持远程重启，通过网管软件设置系统重启或单个模块重启 14.业务板卡可恢复出厂设置配置或拨码开关配置，掉电后配置信息自动保存
新技术与新业务 光波分复用技术讲座 第三讲 WDM 系统技术规范 信息产业部电信研究院张成良 张海懿 图1 集成式WDM 系统 随着W DM 系统的大规模建设,对标准的需要也越来越强烈。WDM 系统不像SDH 系统那样有严格统一的规范。主要原因在于SDH 系统是IT U -T 先制定了标准规范,各大厂商再根据标准去制造产品,而W DM 系统的发展却恰恰相反,是各厂商先有产品,而且规范不一,都认为自己是最好的选择,因此到现在为止IT U-T 还没有形成统一的规范。因此,为了使引进产品和国内自行开发的产品具有统一性,制订我国的标准是十分必要的。 在制定我国WDM 规范时,必须先确定波分复用系统的通道数目。从最后几年看,16(8)波长的应用将是第一步。从各个公司现在推出的产品看,几乎全是间隔为100GH z 的16波分系统。这主要有以下原因:(a)现实的需要性,以2 5Gb/s 系统为例,16波分单向就可达到40Gb/s 的传输速率,这足以满足未来几年的业务需求:(b)技术的可行性。当前波分复用器件和激光器元件的技术都满足16个波长以上的复用。有鉴于此,我们所考虑的主要是用于干线系统的1550nm 的16通路密集波分复用技术。 从当前应用上看,WDM 系统只用于2 5Gb/s 以上的高速率系统。因而在制定规范的过程中,我们主要考虑了基于2 5Gb/sSDH 的干线网WDM 系统的应用,承载信号为SDH ST M -16系统,即2 5Gb/s N 的W DM 系统。对于承载信号为其他格式(例如IP)的系统和其它速率(例如10Gb/s N )暂不作要求。 在WDM 系统规范中,只考虑了点到点的线性系统。目前世界上大规模建设的W DM 系统几乎无一例外的都是点到点的系统,而且大部分没有采用OADM 。在有业务上下的节点上,采用了复用器/解复用器的背对背方式,因此我们规范的都是点到点的线性系统,而没有考虑环型或其它应用。 1集成式系统和开放式系统 W DM 系统根据其分类,可以分为开放式WDM 系统和集成式WDM 系统。 集成式系统就是SDH 终端设备具有满足G 692的光接口:标准的光波长、满足长距离传输的光源(又称彩色接口)。这两项指标都是当前SDH 系统不要求的。即把标准的光波长和长受限色散距离的光源集成在SDH 系统中。整个系统构造比较简单,没有增加多余设备。但在接纳过去的老SDH 系统时,还必须引入波长转换器OT U ,完成波长的转换,而且要求SDH 与WDM 为同一个厂商,在网络管理上很难实现SDH 、WDM 的彻底分开。集成式WDM 系统如图1所示。 开放式系统就是在波分复用器前加入OT U (波长转换器),将SDH 非规范的波长转换为标准波长。开放是指在同一WDM 系统中,可以接入多家的SDH 系统。OT U 对输入端的信号没有要求,可以兼容任意厂家的SDH 信号。OT U 输出端满足G 692的光接口:标准的光波长、满足长距离传输的光源。具有OT U 的WDM 系统,不再要求SDH 系统具有G 692接口,可继续使用符合G 657接口的SDH 设备;可以接纳过去的SDH 系统,实现不同厂家SDH 系统工作在一个
光波分复用通信技术的特点 光波分复用技术之所以得到世界各国的普遍重视和迅速发展，是与其出色的技术特点密不可分的． 1．光波分复用器结构简单、体积小、可靠性高 在波分复用技术中，技术的关键在于光波分复用器，它应具有将几种不同波长的光信号按一定顺序组合起来传输的功能，又具有将组合起来传输的光信号分开，并分别送入相应终端设备的功能．目前实用的光波分复用器，都为一个无源纤维光学器件，由于不含电源，因而器件具有结构简单、体积小、可靠、易于和光纤耦合等特点．另外由于波分复用器具有双向可逆性，即一个器件可以起到将不同波长的光信号进行组合和分开的作用，因此便于在一根光纤上实现双向传输的功能． 2．不同容量的光纤系统以及不同性质的信号均可兼容传输 由于光波分复用器是对不同波长的光载波信号以一定的次序进行排列以达到提高光纤频带利用率的目的，而与各系统的传输速率以及电调制方式无关，即各不同波长的光信号中所携带的信息以及数据，在光波分复用系统中将呈现透明传输．这样无论新加入的另一个系统的调制方式和传输速
率如何，均不受原系统的制约，使不同容量的光纤系统以及多种信息（声音、视频、图像、数据、文字、图形等）均可兼客传输． 3．提高光纤的频带利用率 在目前实用的光纤通信系统中，多数情况是仅传输一个光波长的光信号，其只占据了光纤频谱带宽中极窄的一部分，远远没能充分利用光纤的传输带宽．因而复用技术的使用大大地提高了频带利用率． 一般来说，两光波之间的波长间隔为l0~100nm时称为波分复用（稀疏波分复用）；波长间隔为l～10 nm时称为紧密波分复用；当波长间隔小于l nm( lO GHz)情况时，则称之为光频分复用(FDM)．如果采用后面将要介绍的相干光通信技术，则频率间隔能够进一步缩小到0.1 nm，那么一根光纤内可以安排2 000个光载波，若每一光载波信号的传输速率达到2．4 Gbit/s，则一根光纤就能同时传送10万路广播电视信号． 4．可更灵活地进行光纤通信组网 由于使用光波分复用技术，可以在不改变光缆设施的条件下，调整光通信系统的网络结构，因而在光纤通信组网设计中极具灵活性和自由度，便于对系统功能和应用范围的扩展． 5．存在插入损耗和串光问题
浅议波分复用技术 一、波分复用技术的概念 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。 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。 CWDM和DWDM的区别主要有二点：一是CWDM载波通道间距较宽，因此，同一根光纤上只能复用5到6个左右波长的光波，“稀疏”与“密集”称谓的差别就由此而来；二是CWDM调制激光采用非冷却激光，而DWDM采用的是冷却激光。冷却激光采用温度调谐，非冷却激光采用电子调谐。由于在一个很宽的波长区段内温度分布很不均匀，因此温度调谐实现起来难度很大，成本也很高。CWDM避开了这一难点，因而大幅降低了成本，整个CWDM系统成本只有DWDM的30%。CWDM是通过利用光复用器将在不同光纤中传输的波长结合到一根光纤中传输来实现。在链路的接收端，利用解复用
器将分解后的波长分别送到不同的光纤，接到不同的接收机。 二、CWDM技术简介 1．CWDM标准制定情况 美国的1400nm商业利益组织正在致力于为CWDM系统制定标准。目前建议草案考虑的CWDM系统波长栅格分为三个波段。“O 波段”包括四个波长: 1290、1310、1330和1350nm，“E波段”包括四个波长: 1380、1400、1420 和1440nm，“S＋C+L”波段包括从1470nm到1610nm的范围，间距为20nm的八个波长。这些波长利用了光纤的全部光谱，包括在1310、1510和1550nm 处的传统光源，从而增加了复用的信道数20nm的信道间距允许利用廉价的不带冷却器的激光发射机和宽带光滤波器，同时，它也躲开了1270nm高损耗波长，并且使相邻波段之间保持了30nm的间隙。 尽管目前还没有CWDM的技术标准,在市场上已经存在一个事实上的城域网标准：IEEE已经制定了万兆以太网10GbE标准。CWDM的标准将据此来制定。 CWDM的复用/解复用器和激光器正在逐渐形成自己的标准。相邻波长间隔根据无冷却的激光器在很宽的温度范围内工作产生的波长漂移来决定。目前被确定为20nm,其中心波长为：1491,1511,1531等一直到1611nm。而在1300nm波段,IEEE 以太网定义通道宽度为20nm,但是中心波长为1290,1310,1330和1359nm。在1400nm波段如何定义还不知道。目前已经成立CWDM用户组开始结束CWDM城域网标准的混乱状态。
波分复用技术研究 1.产生背景 1.1全球形势 随着全球互联网（Internet）的迅猛发展，以因特网技术为主导的数据通信在通信业务总量中的比列迅速上升，因特网业务已成为多媒体通信业中发展最为迅速、竞争最为激烈的领域。同时，无论是从数据传输的用户数量还是从单个用户需要的带宽来讲，都比过去大很多。特别是后者，它的增长将直接需要系统的带宽以数量级形式增长。因此如何提高通信系统的性能，增加系统带宽，以满足不断增长的业务需求成为大家关心的焦点。 面对市场需求的增长，现有通信网络的传输能力的不足的问题，需要从多种可供选择的方案中找出低成本的解决方法。缓和光纤数量的不足的一种途径是敷设更多的光纤，这对那些光纤安装耗资少的网络来说，不失为一种解决方案。但这不仅受到许多物理条件的限制，也不能有效利用光纤带宽。另一种方案是采用时分复用（TDM）方法提高比特率，但单根光纤的传输容量仍然是有限的，何况传输比特率的提高受到电子电路物理极限限制。第三种方案是波分复用（WDM）技术， WDM系统利用已经敷设好的光纤，使单根光纤的传输容量在高速率TDM 的基础上成N倍地增加。WDM能充分利用光纤的带宽，解决通信网络传输能力不足的问题，具有广阔的发展前景。 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。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。 1.2 发展过程 1.2.1 发展阶段 光纤通信飞速发展，光通信网络成为现代通信网的基础平台。光纤通信系统经历
WDM波分复用技术 1 绪论 本论文主要研究的是WDM波分复用技术，其中包括WDM技术的产生背景，WDM 的基本概念和特点，WDM的关键技术，WDM的网络生存性，WDM技术发展现状及发展趋势等，下面将分别从以上几个方面讨论。 2 WDM技术产生背景 随着科学技术的迅猛发展，通信领域的信息传送量正以一种加速度的形式膨胀。信息时代要求越来越大容量的传输网络。近几年来，世界上的运营公司及设备制造厂家把目光更多地转向了WDM 技术，并对其投以越来越多的关注，增加光纤网络的容量及灵活性，提高传输速率和扩容的手段可以有多种，下面对几种扩容方式进行比较。 1. 空分复用SDM（Space Division Multiplexer） 空分复用是靠增加光纤数量的方式线性增加传输的容量，传输设备也线性增加。 在光缆制造技术已经非常成熟的今天，几十芯的带状光缆已经比较普遍，而且先进的光纤接续技术也使光缆施工变得简单，但光纤数量的增加无疑仍然给施工以及将来线路的维护带来了诸多不便，并且对于已有的光缆线路，如果没有足够的光纤数量，通过重新敷设光缆来扩容，工程费用将会成倍增长。而且，这种方式并没有充分利用光纤的传输带宽，造成光纤带宽资源的浪费。作为通信网络的建设，不可能总是采用敷设新光纤的方式来扩容，事实上，在工程之初也很难预测日益增长的业务需要和规划应该敷设的光纤数。因此，空分复用的扩容方式是十分受限。 2. 时分复用TDM（Time Division Multiplexer） 时分复用也是一项比较常用的扩容方式，从传统PDH 的一次群至四次群的复用，到如今SDH 的STM-1、STM-4、STM-16 乃至STM-64 的复用。通过时分复用技术可以成倍地提高光传输信息的容量，极大地降低了每条电路在设备和线路方面投入的成本，并且采用这种复用方式可以很容易在数据流中抽取某些特定的数字信号，尤其适合在需要采取自愈环保护策略的网络中使用。 时分复用的扩容方式有两个缺陷：第一是影响业务，即在“全盘”升级至更高的速率等级时，网络接口及其设备需要完全更换，所以在升级的过程中，不得不中断正在运行的设备；第二是速率的升级缺乏灵活性，以SDH 设备为例，当一个线路速率为155Mbit/s 的
1.9 WDM光波分复用器 实验者：钦(12342080) 合作者：王唯一(12342057) （大学物理科学与工程技术学院，光信息科学与技术12级2班 B13） 2015年3月26日，19,70% c 一、实验目的和容 1、了解WDM光波分复用器的工作原理和制作工艺,即熔融拉锥技术。 2、认识WDM光波分复用器的基本技术参量的实际意义，学会测量插入损耗、附加损耗、隔离度、偏振相关损耗等。 3、分析测量误差的来源。 二、实验基本原理 在熔融拉锥技术中，具体制作方法一般是将两根（或者两根以上）除去涂覆层的裸光纤以一定方式靠近，在高温加热下熔融，同时向两侧拉伸，利用计算机监控其光功率耦合曲线，并根据耦合比与拉伸长度控制停火时间,最后形成双锥结构。采用熔融拉锥法实现光纤间传输光功率耦合的耦合系数与波长有关，光传输波长发生变化时，耦合系数也会变化，即耦合器的分光比发生变化。考虑到熔融拉锥的耦合是周期性的，耦合周期愈多，耦合系数与传输波长的关系越大，所以尽量减少熔融拉锥中耦合的次数，最好在一个周期完成耦合。合理改变熔融拉锥条件，能够获得不同功能的全光纤耦合器件。熔融拉锥机的控制原理模块图如图1所示。熔融拉锥型光纤耦合器工作原理示意图如图2所示。 图1 熔融拉锥机系统控制示意图 图2 熔融拉锥型光纤耦合器工作原理示意图 1、单模耦合器 HE信号。图3是单模光纤耦合器的迅衰场耦合示意图。但在单模光纤中传导模是两个正交的基模 11 传导模进入熔锥区时，随着纤芯的不断变细，归一化频率V逐渐减小，有越来越多的光功率掺入光纤包层中。实际上光功率是在由包层作为芯，纤外介质（一般是空气）作为包层的复合波导中传播的；在输出端，随着纤芯的逐渐变粗，V值重新增大，光功率被两根纤芯以特定比例“捕获”。在熔锥区，两光纤包层合并在一起，纤芯足够逼近，形成弱耦合。将一根光纤看做是另一光纤的扰动，在弱导近似下，并假设光纤是无吸收的，则有
波分复用概念与其技术讲解 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。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。 CWDM 和DWDM 的区别主要有二点：一是CWDM 载波通道间距较宽，因此，同一根光纤上只能复用5 到6 个左右波长的光波，“稀疏”与“密集”称谓的差别就由此而来；二是CWDM 调制激光采用非冷却激光，而DWDM采用的是冷却激光。冷却激光采用温度调谐，非冷却激光采用电子调谐。由于在一个很宽的波长区段内温度分布很不均匀，因此温度调谐实现起来难度很大，成本也很高。CWDM 避开了这一难点，因而大幅降低了成本，整个CWDM 系统成本只有DWDM 的30%。CWDM 是通过利用光复用器将在不同光纤中传输的波长结合到一根光纤中传输来实现。在链路的接收端，利用解复用器将分解后的波长分别送到不同的光纤，接到不同的接收机。 由于光波长与频率的关系：= ×。实际上为一种频分复用，所以WDM通常也被称为光频分复 用(OFDM), WDM系统的主要优点为： 1．充分利用光纤的低损耗波段，大大增加光纤的传输容量，降低成本 2．对革新到传输的信号的速率，格式具有透明性，有利于数字信号和模拟信号的兼容3．节省光纤和光中继器，便于对已经建成的系统进行扩容 4．可以提供波长选路，使建立透明，灵活，具有高度生存性的WDM网络成为可能 46.2.2 波分复用/解复用器件 在整个WDM 系统中，需要使用多种波长的光信号，通常光纤的损耗随着传输距离的增长而增大。光纤的传输损耗与工作波长有关。故现有光通讯系统中通常选择850nm,1310nm 和1550nm的光波用于传输(如右图所示)，为了保证不同的DWDM系统之间的横向兼容性，ITU-T定义了以193.1THz(1552.52nm) 为中心频率，通道最小间隔为100GHz。下图为8/16/32个信道使用频段。
一、波分复用系统的基本原理 所谓波分复用（WDM），就是采用波分复用器（合波器）在发送端将规定波长的信号光载波合并起来，并送入一根光纤中传输；在接收侧，在由另一个波分复用器（分波器）将这些不同信号的光载波分开。由于不同波长的光载波信号可以看作相互独立（不考虑光纤非线性时），从而在一根光纤中可实现多路光信号的复用传输。不同类型的光波分复用器，可以复用的波长数也不同，目前商用化的一般是8个波长、16个波长和32个波长的系统。波分复用系统的原理如图1-1所示。 图1-1 波分复用系统原理 在80年代初光纤通信兴起时,首先被采用的是1310nm/1550nm的两个波长复用系统(即在光纤的两个低损耗窗口1310nm和1550nm各传送一路光波长信号),也叫粗波分复用系统。这种系统比较简单，一般采用熔融的波分复用器，插入损耗小，在每个中继站，两个波长都进行解复用和光/电/光再生中继。随着1550nm窗口EDFA的商用化，光传输工程可以利用EDFA对传送的光信号进行放大，实现超长距离无电再生中继传输，在1550nm窗口传送多个波长信号，这些信号相邻波长间隔较窄，且工作在一个共享的EDFA工作带宽内，这种波长间隔紧密的WDM系统称为密集型波分复用系统（DWDM）。其频谱分布如图1-2所示。ITU-T G.692建议，DWDM系统的绝对参考频率为193.1THz（对应波长1552.52nm），不同波长的频率间隔为100GHz的整数倍（对应波长间隔约为0.8.nm的整数倍）。由于密集波分复用系统的波长间隔较小，必须采用高分辨率的波分复用器件，熔融的波分复用器一达不到要求。不加特别说明，波分复用系统通常指DWDM系统。 λ1λ2λ3λ 4 λ5λ6λ7λ8 波长 图1-2 DWDM系统的频谱分布 （一）DWDM的工作方式 双纤单向传输：一根光纤只完成一个方向信号的传输，反向光信号的传输由另一根光纤来完成，统一波长在两个方向上可以重复利用（如图1-3所示）。这种DWDM系统可以
波分复用系统误码分析与处理 新疆长途传输局光传输技术支援中心李纹 【来源:《新疆通信》上传时间:05-04-15 】 DWDM 系统主要为 SDH、PDH、ATM以及IP等业务提供透明的光传输通道，衡量 DWDM 系统传输质量时，以满负载时所承载的业务信号的传输质量做为标准。在DWDM系统中，影响系统两个非常关键的指标是光信噪比（OSNR）和误码率，当光信噪比（OSNR）很高时 (如2.5G信号信噪比> 22 dB), 系统的质量基本可以保证，但信号脉冲在传输中由于色散和非线性效应会引起信号波形失真，在这种情况下光信噪比（OSNR）就很难定量地评估信号的传输质量，有时会出现OSNR较高时相应的误码率有可能较差，我们以承载的业务信号的传输误码性能来衡量信号的传输质量，验收时我们对误码率的要求是BER 为1X10-12。 在波分设备的安装和日常维护中经常会碰上误码问题，波分系统工程验收时的要求是24小时无误码，如果出现误码（即使是出现几个误码），允许进行设备检查，检查后再进行误码测试，要求72小时无误码。 本文就波分误码测试的一些方法，以及导致误码原因和误码处理分析的方法做一个介绍。 一、误码测试的方法 DWDM系统的误码测试主要以电再生段（点对点的OTM站）为单位进行测试。一种方法是用SDH分析仪进行挂表测试，另一种方法是在仪表比较缺乏的情况下，通过网管设置单板的性能监控进行测试，测试时，这两种方法一般混合使用。 1.1 方法1：挂表测试 测试以点到点的OTM站为单位，挂表测试的配置连接如下图：
SDH分析仪的PRES 应该设置为223－1，收发数据结构设置成一样，时钟设为跟踪外部时钟，误码测试时间为24小时，测试完成后将测试结果打印出来。 1.2 方法2：网管设置性能监控进行测试 开放式系统中OTU一般都具有对再生段开销字节（B1）进行监测的功能，我们可以利用OTU单板的误码检测功能进行误码测试。方法是，将实际的业务信号接入系统，通过网管设置的网元的15分钟和24小时性能监控,对OTM站的所有网元设置成监控上报,观察和分析OTU单板的误码性能。 二、误码产生的原因 误码定义为系统设备实际运行时接收到的数据流的错误位。通常以bit位来表示。对于高比特率通道的误码性能是以“块”为基础的一组参数，通常以误块秒比（ESR）、严重误块秒比（SESR）、背景误块比（BBER）等来表示。 产生误码的原因有很多种，包括光路因素（光功率异常、色散、信噪比、光纤非线性）、单板因素（光器件性能劣化）、承载业务因素、人为因素、环境因素等。 2.1 光功率异常 光功率异常产生误码的原因，分两种情况： 一种是光功率下降太大，导致收端OTU的输入光功率已在收端激光器的灵敏度以下。目前收端OTU单板采用两种激光器，PIN管和APD管，2.5G速率采用的PIN管，灵敏度为－18dBm，在试验室的测试结果可以达到－21dBm以下；APD管的激光器灵敏度为－28dBm，在试验室的测试结果可以达到－31dBm以下。现场调测的时候，由于光缆距离比较长，考虑系统的通道代价，最小接收灵敏度要劣化2dB，注意测试灵敏度的时候，应该以仪表上报误码为准，不能以单板上红色指示灯是否闪烁为标准，测试的时候最容易犯这个错误。10G速率信号接收目前只采用PIN管，接收灵敏度一般可以达到－17dBm ，当光功率为－14dBm一般就会出现光功率过低告警。
一、实验目的 1、了解光纤接入网中波分复用原理 2、掌握波分复用技术及实现方法 二、实验内容 1、实现用两种连接方式组成1310nm与1550nm光纤通信的波分复用系统 三、实验仪器 1、ZY1804I型光纤通信原理实验系统1台 2、20MHz双踪数字示波器1台 3、万用表1台 4、波分复用器2个 5、FC-FC适配器1个 6、连接导线20根 四、实验原理 随着人类社会信息时代的到来，对通信的需求呈现加速增长的趋势。发展迅速的各种新型业务（特别是高速数据和视频业务）对通信网的带宽（或容量）提出了更高的要求。为了适应通信网传输容量的不断增长和满足网络交互性、灵活性的要求，产生了各种复用技术。本实验重点是光的波分复用WDM（Wavelength Division Multiplexing）。 光波分复用技术是在一根光纤中同时传输多个波长光信号的一项技术。WDM 就是为了充分利用单模光纤低损耗区带来的巨大带宽资源，根据每一信道光波的频率（或波长）不同可以将光纤的低损耗窗口划分成若干个信道，把光波作为信号的载波，在发送端采用波分复用器（合波器）将不同规定波长的信号光载波合并起来送入一根光纤进行传输；在接收端，再由一波分复用器（分波器）将这些不同波长承载不同信号的光载波分开的复用方式。由于不同波长的光载波信号可以看作互相独立的（不考虑光纤非线性时），从而在一根光纤中可实现多路光信号的复用传输。波分复用系统原理图如图27-1所示。 图27-1 波分复用系统原理图 Mux／DeMux是WDM系统使用中不可或缺的两种元件。也就是我们常说的复用，解复用器。DWDM使光导纤维网络能同时传送数个波长的信号，而Mux则是负责将数个波长汇集至一起的元件；DeMux则是负责将汇集至一起的波长分开的元件。从原理上讲，这种器件是互易的（双向可逆），即只要将解复用器的输出端和输入端反过来使用，就是复用器。光分插复用器(OADM)是WDM