波分复用技术原理及特点

信息技术推广　严旦旦　中国科技信息２０ｉ　４年笫２３期・ＣＨＩＮＡ　ＳＣＩＥＮＣＥ　ＡＮＤ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　Ｄｅｃ．２ｏ１４　严旦旦　江西省广播电视网络公司九江市分公司　严旦旦，女（１　９７３～）学士，工程师，主要从事广电网络传输工作。　ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ。１００１－８９７２．２０１４．２３．０４８　波分复用技术及广电运用　现代化的通信网中各种数据业务爆炸式的增长，使得　传输网络的带宽需求越来越高，ＤＷＤＭ技术也应运而生。　波分复用系统是一种适合多业务、大容量的传输系统，　其可靠性、安全性可以满足有线主干网络未来的发展需　求。　波分复用原理及构成　波分复用　把不同波长的光信号复用到一根光纤中进行传送的方　式统称为波分复用。ＤＷＤＭ的优点是带宽宽，传输距离远，　传输速率高，对数据有着“透明”传输功能；高度的组网　灵活性、可靠性以及经济性；可兼容全光网交换。　系统组成　ＤＷＤＭ系统是由ＯＴＭ、ＯＡＤＭ、０ＬＡ和色散补偿　光纤（ＤＣＦ）设备组成。　色散补偿光纤（ＤＣＦ）根据色散容忍范围和光复用段　长度配置。　单纤单向开放式系统采用ＯＴＵ并能将ＯＴＵ用作再　生器。　Ｎ路波长复用的ＤＷＤＭ系统的总体结构　光波长转换单元（ＯＴＵ）；波分复用器：分波／合波　器（ＯＤＵ／ＯＭＵ）；光放大器（ＢＡ／ＬＡ／ＰＡ）；光／电　二　■　……章　＿　…………………ｉｊ曼　歹冬　／、巡逻车　图１　一ｌ２８　监控信道（ＯＳＣ／ＥＳＣ）。　光线路保护　运用ＯＬＰ单板的双发选收功能对线路光纤进行保护，　不使用ＤＣＰ单板；分段对合波后的光信号进行保护，站　点间使用分离路由；常见的应用场景为链型组网；ＯＬＰ配　置于各站点的出站光纤前（如ＦｌＵ的线路侧，如果没有　ＦｌＵ，则配置在０Ａ单板的ＯＵＴ口后）。　保护控制由ＯＬＰ单板完成，该单板由耦合器及光开关　组成，分别完成对光信号的双发及选收。ＯＬＰ提供对两路　输入光信号（ＲＩＩ　１、ＲＩ１２）的功率检测功能，倒换依据光　功率进行。　网络管理系统　ＤＷＤＭ网络管理系统主要由网元管理系统（ＥＭ）及　其Ｘ终端和辅助的本地维护终端（ＬＣＴ）组成。　ＤＷＤＭ网元管理系统与ＳＤＨ网元管理系统的关系如　图所示。　ＤＷＤＭ网元管理系统的管理功能包括故障、性能、　配置和安全等管理，其中故障管理功能是最主要的管理功　图２　ＤＷＤＭ系统接口　＾　８　蹿窭瑟ＦｌＵ／ＯＡｋ拉口巩Ｐ单授￡：］生务站矗——工ｔ｝光鲜——保护光星ｆ　

２００２年８月　第３２卷第４期第３７２页　山东大学学报（工学版）　Ｊ．ＯＦ　ＳＨＡＮＤＯＮＧ　ＵＮＩＶ．　（ＥＮＧ．ＳＣＩ．）　Ｖｏ１．３２　Ｎｏ．４　Ｐ．３７２　Ａｕｇ．　２００２　密集型波分复用　系统的关键技术　尹华　（２５０１００山东省济南市　山东大学信息科学与工程学院）　摘要概述了密集型波分复用系统的发展状　况，介绍了其关键技术的原理及发展动向．　关键词　光纤维放大器／波分复用；非零色散　光纤　中图分类号ＴＮ９１５　文献标识码：Ａ　文章编号：１０００—５３２３（２００２）０４—０３７２—０３　ＴＨＥ　ＫＥＹ　ＴＥＣＨＮｏＬｏＧＩＥＳ　ｏＦ　ＤＷＤＭ　ＳＹＳＴＥＭ　ＹＩＮ　Ｈｔｍ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｉｎｆｏ．Ｓｃｉ．ａｎｄ　Ｅｎｇ．，Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ｕｎｉｖ．，ｊｉ—　ｎａｎ　Ｃｉｔｙ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ　２５００６１，Ｃｈｉｎａ）　ＡＢＳＴＲＡＣＴ　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｆｉｂｅｒ　ＤＷＤＭ　ｓｙｓｔｅｍｓ．Ｔｈｅ　ｋｅｙ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ａｎｄ　ｔｈｅｉｒ　ｔｒｅｎｄｓ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌ．　ＫＥＹ　ＷＯＲＤＳ　Ｏｐｔｉｃａｌ　ｆｉｂｅｒ　ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ／　ＤＷＤＭ；ＮＺＤＦ　０　前言　随着“信息高速公路”这个概念的提出，世界各　国掀起了对长距离、大容量传输系统的研究热潮．　光纤以其低损耗、大容量的优势，倍受青睐．由于电　路高频噪声和光纤色散限制了单路光信号的码速　率，波分复用（ＷＤＭ）系统成为各国研究的热点，所　使用的波段主要是１．５５　ｍ低损耗窗口．目前，４　路、８路、１６路的波分复用技术已经成熟，密集型波　收稿日期：２００２—０１—０９　分复用技术也取得了惊人的成绩．据报导，西门子　公司与康宁公司的联合实验表明，在单根光纤上传　送８路共８０　Ｇｂ／ｓ的信息无中继距离达３５０　ｋｍ以　上．而ＮＥＣ公司创造了单根光纤传送１３２路共２．　６４　Ｔｂ／Ｓ的传输记录．因此，密集型波分复用　（ＤＷＤＭ）系统被认为是未来光网络的发展方向…．　对密集型波分复用系统来讲，其关键技术在于：密集　型波分复用技术、光纤放大器和非零色散光纤　（ＮＺＤＦ）．密集型波分复用技术有利地挖掘了光纤　的潜在容量，光纤放大器极大地延伸了全光传输距　离，而非零色散光纤保证了系统的传输性能．　１　波分复用技术　１．１波分复用原理　为充分利用光纤的带宽，在一根光纤中同时传　输多个波长的光载波信号的技术称为波分复用　（ＷＤＭ）技术．当载波信号波长间隔很小（例如，小　于１　ｎＩｎ），则称之为密集型波分复用（ＤＷＤＭ）技　术．波分复用系统基本结构如图１所示，在发送端，　由多个光发送端机发出不同光波长的光信号，经过　一个光合波器合成在一起，耦合到一根光纤中传输；　在接收端，经光分波器把这些不同光波长的信号分　开，并将它们输入到波长对应的各光接收端机的检　测器中【２１．　光　光　△　光纤　光纤　分　日　波　波　器　器　图１波分复用系统基本结构　Ｆｉｇ．１　Ｔｈｅ　ｂａｓｉｃ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ＤＷＤＭ　ｓｙｓｔｅｍ　采用时分复用（１１）Ｍ）方法，可以提高单路系统　码速，从而扩大容量，但码速的提高受到接收电路高　频噪声和单模光纤色散因素的影响，码速被限制在　３０Ｇｂ／Ｓ以内．而波分复用（ｗＤＭ）技术可以克服光　纤和光电器件对传输容量的限制，在不增加单路码　速率的条件下，显著提高通信容量，配合光纤放大器　的使用，可以大大增长全光传输距离．

波分复用技术（WDM）

第一、发展和起源

1、光复用技术的发展

 空分复用SDM（Space Division Multiplexing）

—— 线性增加光纤对和传输设备

—— 是一种十分有限的扩容方式

优点：扩容方案简单，容易实现

缺点：线路敷设困难，没有充分利用光纤带宽

 时分复用TDM（Time Division Multiplexing）

—— PDH、SDH

—— 是一种被普遍采用的扩容方式

优点：成倍提高传输容量，降低了设备和线路成本

缺点：升级至更高速率需要完全更换设备和中断服务，速率升级缺乏灵活性

 波分复用WDM（Wavelength Division Multiplexing）

—— 是一种在一根光纤内实现多路光信道传输的有效扩容方案

优点：充分利用光纤线路资源，极大地提高传输容量

缺点：需要较多光器件，增加了失效和故障的概率

 TDM + WDM

——充分利用TDM和WDM技术的优点进行系统扩容

2、两波长复用和密集波分复用DWDM

 两波长复用

—— 两波长系统：1310nm和1550nm

—— 中继方式：光/电/光（原因：无兼顾2个窗口的光放大器件）

—— 采用熔融波分复用器件，插入损耗小

 密集波分复用DWDM（Dense WDM）

—— 在1550nm窗口的多波长系统

—— 中继方式：光

3、DWDM发展状况

表1. 关于WDM光通信网未来发展趋势的预测（1999年）

1995年 2000年 2005年 2010年

传输速率 2.5Gbps 2.5Gbps 2.5Gbps 2.5Gbps

系统总容量 2.5Gbps 2.5Gbps 2.5Gbps 2.5Gbps

波长信道数 4 64 128 256

波长信道间隔 200GHz 100GHz 50GHz 50GHz

全光传输距离 100km 500km 2500km 10000km

网络结构 点到点 环行网 小型格状网 格状网

1 波分复用光传输技术

1.1 波分复用的基本概念

光通信系统可以按照不同的方式进行分类。如果按照信号的复用方式来进行分类，可分为频分复用系统（FDM-Frequency Division Multiplexing ）、时分复用系统（TDM-Time Division Multiplexing）、波分复用系统（ WDM-Wavelength Division Multiplexing）和空分复用系统（ SDM-Space Division Multiplexing）。所谓频分、时分、波分和空分复用，是指按频率、时间、波长和空间来进行分割的光通信系统。应当说，频率和波长是紧密相关的，频分也即波分，但在光通信系统中，由于波分复用系统分离波长是采用光学分光元件，它不同于一般电通信中采用的滤波器，所以我们仍将两者分成两个不同的系统。

波分复用是光纤通信中的一种传输技术，它利用了一根光纤可以同时传输多个不同波长的光载波的特点，把光纤可能应用的波长范围划分成若干个波段，每个波段作一个独立的通道传输一种预定波长的光信号。光波分复用的实质是在光纤上进行光频分复用（ OFDM），只是因为光波通常采用波长而不用频率来描述、监测与控制。随着电 -光技术的向前发展，在同一光纤中波长的密度会变得很高。因而，使用术语密集波分复用（DWDM-Dense Wavelength

Division Multiplexing），与此对照，还有波长密度较低的 WDM系统，较低密度的就称为稀疏波分复用（CWDM-Coarse

Wave Division Multiplexing）。

这里可以将一根光纤看作是一个“多车道”的公用道路，传统的 TDM系统只不过利用了这条道路的一条车道，提高比特率相当于在该车道上加快行驶速度来增加单位时间内的运输量。而使用 DWDM技术，类似利用公用道路上尚未使用的车道，以获取光纤中未开发的巨大传输能力。