新一代超高速光纖通信 ——光波分復用WDM系統

摘要：簡(jiǎn)要介紹光波分復用系統的基本原理、結構組成、功能配置、關(guān)鍵技術(shù)部件和技術(shù)特點(diǎn)，說(shuō)明光波分復用WDM系統是今后光通信發(fā)展的方向。

關(guān)鍵詞：光波分復用（WDM）；光載波；光纖

一、光波分復用（WDM）技術(shù)

光波分復用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）技術(shù)是在一根光纖中同時(shí)同時(shí)多個(gè)波長(cháng)的光載波信號，而每個(gè)光載波可以通過(guò)FDM或TDM方式，各自承載多路模擬或多路數字信號。其基本原理是在發(fā)送端將不同波長(cháng)的光信號組合起來(lái)（復用），并耦合到光纜線(xiàn)路上的同一根光纖中進(jìn)行傳輸，在接收端又將這些組合在一起的不同波長(cháng)的信號分開(kāi)（解復用），并作進(jìn)一步處理，恢復出原信號后送入不同的終端。因此將此項技術(shù)稱(chēng)為光波長(cháng)分割復用，簡(jiǎn)稱(chēng)光波分復用技術(shù)。

WDM技術(shù)對網(wǎng)絡(luò )的擴容升級，發(fā)展寬帶業(yè)務(wù)，挖掘光纖帶寬能力，實(shí)現超高速通信等均具有十分重要的意義，尤其是加上摻鉺光纖放大器（EDFA）的WDM對現代信息網(wǎng)絡(luò )更具有強大的吸引力。

二、WDM系統的基本構成

WDM系統的基本構成主要分雙纖單向傳輸和單纖雙向傳輸兩種方式。單向WDM是指所有光通路同時(shí)在一根光纖上沿同一方向傳送，在發(fā)送端將載有各種信息的具有不同波長(cháng)的已調光信號通過(guò)光延長(cháng)用器組合在一起，并在一根光纖中單向傳輸，由于各信號是通過(guò)不同波長(cháng)的光攜帶的，所以彼此間不會(huì )混淆，在接收端通過(guò)光的復用器將不同波長(cháng)的光信號分開(kāi)，完成多路光信號的傳輸，而反方向則通過(guò)另一根光纖傳送。雙向WDM是指光通路在一要光纖上同時(shí)向兩個(gè)不同的方向傳輸，所用的波長(cháng)相互分開(kāi)，以實(shí)現彼此雙方全雙工的通信聯(lián)絡(luò )。目前單向的WDM系統 在開(kāi)發(fā)和應用方面都比較廣泛，而雙向WDM由于在設計和應用時(shí)受各通道干擾、光反射影響、雙向通路間的隔離和串話(huà)等因素的影響，目前實(shí)際應用較少。

三、雙纖單向WDM系統的組成

以雙纖單向WDM系統為例，一般而言，WDM系統主要由以下5部分組成：光發(fā)射機、光中繼放大器、光接收機、光監控信道和網(wǎng)絡(luò )管理系統。

1.光發(fā)射機

光發(fā)射機是WDM系統的核心，除了對WDM系統中發(fā)射激光器的中心波長(cháng)有特殊的要求外，還應根據WDM系統的不同應用（主要是傳輸光纖的類(lèi)型和傳輸距離）來(lái)選擇具有一定色度色散容量的發(fā)射機。在發(fā)送端首先將來(lái)自終端設備輸出的光信號利用光轉發(fā)器把非特定波長(cháng)的光信號轉換成具有穩定的特定波長(cháng)的信號，再利用合波器合成多通路光信號，通過(guò)光功率放大器（BA）放大輸出。

2.光中繼放大器

經(jīng)過(guò)長(cháng)距離（80~120km）光纖傳輸后，需要對光信號進(jìn)行光中繼放大，目前使用的光放大器多數為摻鉺光纖光放大器（EDFA）。在WDM系統中必須采用增益平坦技術(shù)，使EDFA對不同波長(cháng)的光信號具有相同的放大增益，并保證光信道的增益競爭不影響傳輸性能。

3.光接收機

在接收端，光前置放大器（PA）放大經(jīng)傳輸而衰減的主信道信號，采用分波器從主信道光信號中分出特定波長(cháng)的光信道，接收機不但要滿(mǎn)足對光信號靈敏度、過(guò)載功率等參數的要求，還要能承受一定光噪聲的信號，要有足夠的電帶寬性能。

4.光監控信道

光監控信道的主要功能是監控系統內各信道的傳輸情況。在發(fā)送端插入本節點(diǎn)產(chǎn)生的波長(cháng)為λs（1550nm）的光監控信號，與主信道的光信號合波輸出。在接收端，將接收到的光信號分波，分別輸出λs（1550nm）波長(cháng)的光監控信號和業(yè)務(wù)信道光信號。幀同步字節、公務(wù)字節和網(wǎng)管使用的開(kāi)銷(xiāo)字節都是通過(guò)光監控信道來(lái)傳遞的。

5.網(wǎng)絡(luò )管理系統

網(wǎng)絡(luò )管理系統通過(guò)光監控信道傳送開(kāi)銷(xiāo)字節到其他節點(diǎn)或接收來(lái)自其他節點(diǎn)的開(kāi)銷(xiāo)字節對WDM系統進(jìn)行管理，實(shí)現配置管理、故障管理、性能管理、安全管理等功能。

四、光波分復用器和解復用器

在整個(gè)WDM系統中，光波分復用器和解復用器是WDM技術(shù)中的關(guān)鍵部件，其性能的優(yōu)劣對系統的傳輸質(zhì)量具有決定性作用。將不同光源波長(cháng)的信號結合在一起經(jīng)一根傳輸光纖輸出的器件稱(chēng)為復用器；反之，將同一傳輸光纖送來(lái)的多波長(cháng)信號分解為個(gè)別波長(cháng)分別輸出的器件稱(chēng)為解復用器。從原理上說(shuō)，該器件是互易（雙向可逆）的，即只要將解復用器的輸出端和輸入端反過(guò)來(lái)使用，就是復用器。光波分復用器性能指標主要有接入損耗和串擾，要求損耗及頻偏要小，接入損耗要小于1.0~2.5db，信道間的串擾小，隔離度大，不同波長(cháng)信號間影響小。

在目前實(shí)際應用的WDM系統中，主要有光柵型光波分復用器和介質(zhì)膜濾波器型光波分復用器。

1.光柵型光波分復用器

閃耀光柵是在一塊能夠透射或反射的平面上刻劃平等且等距的槽痕，其刻槽具有小階梯似的形狀。當含有多波長(cháng)的光信號通過(guò)光柵產(chǎn)生衍射時(shí)，不同波長(cháng)成分的光信號將以不同的角度射出。當光纖中的光信號經(jīng)透鏡以平行光束射向閃耀光柵時(shí)，由于光柵的衍射作用，不同波長(cháng)的光信號以方向略有差異的各種平行光返回透鏡傳輸，再經(jīng)透鏡聚焦后，以一定規律分別注入輸出光纖，從而將不同波長(cháng)的光信號分別以不同的光纖傳輸，達到解復用的目的。根據互易原理，將光波分復用輸入和輸出互換即可達到復用的目的。

2.介質(zhì)膜濾波器型光波分復用器

目前WDM系統工作在1550nm波長(cháng)區段內，用8，16或更多個(gè)波長(cháng)，在一對光纖上（也可用單光纖）構成光通信系統。其波長(cháng)與光纖損耗的關(guān)系見(jiàn)圖4。每個(gè)波長(cháng)之間為1.6nm、0.8nm或更窄的間隔，對應200GHz、100GHz或更窄的帶寬。

五、WDM技術(shù)的主要特點(diǎn)

1.充分利用光纖的巨大帶寬資源，使一根光纖的傳輸容量比單波長(cháng)傳輸增加幾倍到幾十倍，從而增加光纖的傳輸容量，降低成本，具有很大的應用價(jià)值和經(jīng)濟價(jià)值。

2.由于WDM技術(shù)中使用的各波長(cháng)相互獨立，因而可以傳輸特性完全不同的信號，完成各種信號的綜合和分離，實(shí)現多媒體信號混合傳輸。

3.由于許多通信都采用全雙式方式，因此采用WDM技術(shù)可節省大量線(xiàn)路投資。

4.根據需要，WDM技術(shù)可以有很多應用形式，如長(cháng)途干線(xiàn)網(wǎng)、廣播式分配網(wǎng)絡(luò )，多路多地局域網(wǎng)等，因此對網(wǎng)絡(luò )應用十分重要。

5.隨著(zhù)傳輸速率不斷提高，許多光電器件的響應速度明顯不足，使用WDM技術(shù)可以降低對一些器件在性能上的極高要求，同時(shí)又可實(shí)現大容量傳輸。

6.利用WDM技術(shù)選路，實(shí)現網(wǎng)絡(luò )交換和恢復。