光波分复用技术
郑莛钉
（河北工程大学 科信学院 河北邯郸056038）
摘要：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互连、灵活性的要求，产生了各种复用技术。光波分复用（WDM）就是其中的一种。
关键词：波分复用技术（WDM）；光纤；光传输网；交叉连接 Optical wavelength division multiplexing technology ZHENG Tingding
(College of Kexin,Hebei University of Engineering ,Hebei Handan,056038) Abstract: With the coming of information age of human society, the demand for communication presents the trend of accelerated growth. The rapid development of new types of business (especially a high-speed data and video services) on the communication network bandwidth (or capacity) has put forward higher requirements. Order to adapt to the continuous growth of the communications network transmission capacity and meet the interconnection requirements of flexibility, resulting in a variety of multiplexing. Optical wavelength division multiplexing (WDM) is one of them.
Key words:wavelength division multiplexing(WDM); optical fiberl; Optical transmission network; cross-connect
0 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
1.1. WDM的概念
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。
1.2. 光波分复用的系统结构
图1波分复用光纤通信系统组成框图
波分复用光纤通信系统组成如图1所示，N个光发射机分别发射N个不同波长，经过光 波分复用器WDM合到一起，耦合进单根光纤中传输。到接收端，经过具有光波长选择功能的 解复用器DWDM，将不同波长的光信号分开，送到N个光接收机接收。
1.3. 主要特点
1) 充分利用光纤的巨大带宽资源
光纤具有巨大的带宽资源，WDM技术使一根光纤的传输容量比单波长传输增加几倍至几十倍甚至几百倍，从而增加光纤的传输容量，降低成本，具有很大的应用价值和经济价值。
2) 同时传输多种不同类型的信号
由于WDM技术使用的各波长的信道相互独立，因而可以传输特性和速率完全不同的信号，完成各种电信业务信号的综合传输，如PDH信号和SDH信号，数字信号和模拟信号，多种业务信号混合传输等。
3) 节省线路投资
采用WDM技术可使N个波长复用起来在单根光纤中传输，也可实现单根光纤双向传输，在长途大容量传输时可以节约大量光纤。另外，对已建立的光纤通信系统扩容方便，只要原系统的功率余量较大，就可进一步增容而不必对原系统作大的改动。
4) 降低器件的超高速要求
随着传输速率的不断提高，许多光电器件的响应速度已明显不足，使用WDM技术可降低对一些器件在性能上的极高要求，同时又可实现大容量传输。
5) 高度的组网灵活性、经济性和可靠性
WDM技术有很多应用形式，如构成长途干线网、广播分配网、局域网。可以利用WDM技术实现路由选择与波长分配，实现网络交换和故障恢复，从而实现未来的透明、灵活、经济且具有高度生存性的光网络。
1.4. 存在的问题
以WDM技术为基础的具有分插复用和交叉连接功能的光传输网具有易于重构、良好的扩展性等优势，已成为未来高速传输网的发展方向，很好的解决下列技术问题有利于其实
用化。
a) WDM是一项新的技术，其行业标准制定较粗，因此不同商家的WDM产品互通性极差，
特别是在上层的网络管理方面。为了保证WDM系统在网络中大规模实施，需保证WDM系统间的互操作性以及WDM系统与传统系统间互连、互通，因此应加强光接口设备的研究。
b) WDM系统的网络管理，特别是具有复杂上/下通路需求的WDM网络管理不是很成熟。
在网络中大规模采用需要对WDM系统进行有效网络管理。例如在故障管理方面，由于WDM系统可以在光通道上支持不同类型的业务信号，一旦WDM系统发生故障，操作系统应能及时自动发现，并找出故障原因；目前为止相关的运行维护软件仍不成熟；在性能管理方面，WDM系统使用模拟方式复用及放大光信号，因此常用的比特误码率并不适用于衡量WDM的业务质量，必须寻找一个新的参数来准确衡量网络向用户提供的服务质量等。
c) 一些重要光器件的不成熟将直接限制光传输网的发展，如可调谐激光器等。通常光网络
中需要采用4～6个能在整个网络中进行调谐的激光器，但目前这种可调谐激光器还很难商用化。
1.5. 发展方向
WDM技术问世时间不长，但由于具有许多显著的优点迅速得到推广应用。建立一个以它和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。形成一个光层的网络既全光网，将是光通讯的最高阶段。全光技术的发展表现在以下几个方面：
(1) 可变波长激光器
光纤通信用的光源即半导体激光器只能发出固定波长的光波。将来会出现激光器光源的发射波长可按需要进行调谐发送，其光谱性能将更加优越，而且具有更高的输出功率、稳定性和可靠性。不仅如此，可变波长的激光器更有利于大批量生产，降低成本。
(2) 全光中继器
中继器需要经过光-电-光的转换过程，即通过对电信号的处理来实现再生（整形、定时、数据再生）。电再生器体积大、耗电多、成本高。掺铒光纤放大器虽然可以用来作再生器使用，但它只是解决了系统损耗受限的难题，而无法解决色散的影响，这就对光源的光谱性能提出了极高的要求。未来的全光中继器不需要光-电-光的处理过程，可以对光信号直接进行再定时、再整形和再放大，而且与系统的工作波长、比特率、协议等无关。由于它具有光放大功能，所以解决了损耗受限的难题，又因为它可以对光脉冲波形直接进行再整形，所以也解决了色散受限方面的难题。
(3) 光交叉连接设备（OXC）
未来的OXC可以利用软件对各路光信号灵活的交叉连接。OXC对全光网络的调度、业务的集中与疏导、全光网络的保护与恢复等都将发挥作用。
(4) 光分插复用器（OADM）
采用的OADM只能在中间局站上、下固定波长的光信号，使用起来比较僵化。未来的OADM对上、下光信号将完全可控，通过网管系统就可以在中间局站有选择地上、下一个或几个波长的光信号，使用起来非常方便，组网（光网络）十分灵活。
2 总结
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。
参考文献:
[1] S.V.卡塔洛颇罗斯.密集波分复用技术导论.北京：人民邮电出版社，2001
[2] Walter Goralski.光网络与波分复用.北京：人民邮电出版社，2003
[3] 刘增基，周洋溢，胡辽林，任光亮，周绮丽.光纤通信（第二版）.西安电子科技大学出版社.2008
光波分复用技术
郑莛钉
（河北工程大学 科信学院 河北邯郸056038）
摘要：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互连、灵活性的要求，产生了各种复用技术。光波分复用（WDM）就是其中的一种。
关键词：波分复用技术（WDM）；光纤；光传输网；交叉连接 Optical wavelength division multiplexing technology ZHENG Tingding
(College of Kexin,Hebei University of Engineering ,Hebei Handan,056038) Abstract: With the coming of information age of human society, the demand for communication presents the trend of accelerated growth. The rapid development of new types of business (especially a high-speed data and video services) on the communication network bandwidth (or capacity) has put forward higher requirements. Order to adapt to the continuous growth of the communications network transmission capacity and meet the interconnection requirements of flexibility, resulting in a variety of multiplexing. Optical wavelength division multiplexing (WDM) is one of them.
Key words:wavelength division multiplexing(WDM); optical fiberl; Optical transmission network; cross-connect
0 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
1.1. WDM的概念
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。
1.2. 光波分复用的系统结构
图1波分复用光纤通信系统组成框图
波分复用光纤通信系统组成如图1所示，N个光发射机分别发射N个不同波长，经过光 波分复用器WDM合到一起，耦合进单根光纤中传输。到接收端，经过具有光波长选择功能的 解复用器DWDM，将不同波长的光信号分开，送到N个光接收机接收。
1.3. 主要特点
1) 充分利用光纤的巨大带宽资源
光纤具有巨大的带宽资源，WDM技术使一根光纤的传输容量比单波长传输增加几倍至几十倍甚至几百倍，从而增加光纤的传输容量，降低成本，具有很大的应用价值和经济价值。
2) 同时传输多种不同类型的信号
由于WDM技术使用的各波长的信道相互独立，因而可以传输特性和速率完全不同的信号，完成各种电信业务信号的综合传输，如PDH信号和SDH信号，数字信号和模拟信号，多种业务信号混合传输等。
3) 节省线路投资
采用WDM技术可使N个波长复用起来在单根光纤中传输，也可实现单根光纤双向传输，在长途大容量传输时可以节约大量光纤。另外，对已建立的光纤通信系统扩容方便，只要原系统的功率余量较大，就可进一步增容而不必对原系统作大的改动。
4) 降低器件的超高速要求
随着传输速率的不断提高，许多光电器件的响应速度已明显不足，使用WDM技术可降低对一些器件在性能上的极高要求，同时又可实现大容量传输。
5) 高度的组网灵活性、经济性和可靠性
WDM技术有很多应用形式，如构成长途干线网、广播分配网、局域网。可以利用WDM技术实现路由选择与波长分配，实现网络交换和故障恢复，从而实现未来的透明、灵活、经济且具有高度生存性的光网络。
1.4. 存在的问题
以WDM技术为基础的具有分插复用和交叉连接功能的光传输网具有易于重构、良好的扩展性等优势，已成为未来高速传输网的发展方向，很好的解决下列技术问题有利于其实
用化。
a) WDM是一项新的技术，其行业标准制定较粗，因此不同商家的WDM产品互通性极差，
特别是在上层的网络管理方面。为了保证WDM系统在网络中大规模实施，需保证WDM系统间的互操作性以及WDM系统与传统系统间互连、互通，因此应加强光接口设备的研究。
b) WDM系统的网络管理，特别是具有复杂上/下通路需求的WDM网络管理不是很成熟。
在网络中大规模采用需要对WDM系统进行有效网络管理。例如在故障管理方面，由于WDM系统可以在光通道上支持不同类型的业务信号，一旦WDM系统发生故障，操作系统应能及时自动发现，并找出故障原因；目前为止相关的运行维护软件仍不成熟；在性能管理方面，WDM系统使用模拟方式复用及放大光信号，因此常用的比特误码率并不适用于衡量WDM的业务质量，必须寻找一个新的参数来准确衡量网络向用户提供的服务质量等。
c) 一些重要光器件的不成熟将直接限制光传输网的发展，如可调谐激光器等。通常光网络
中需要采用4～6个能在整个网络中进行调谐的激光器，但目前这种可调谐激光器还很难商用化。
1.5. 发展方向
WDM技术问世时间不长，但由于具有许多显著的优点迅速得到推广应用。建立一个以它和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。形成一个光层的网络既全光网，将是光通讯的最高阶段。全光技术的发展表现在以下几个方面：
(1) 可变波长激光器
光纤通信用的光源即半导体激光器只能发出固定波长的光波。将来会出现激光器光源的发射波长可按需要进行调谐发送，其光谱性能将更加优越，而且具有更高的输出功率、稳定性和可靠性。不仅如此，可变波长的激光器更有利于大批量生产，降低成本。
(2) 全光中继器
中继器需要经过光-电-光的转换过程，即通过对电信号的处理来实现再生（整形、定时、数据再生）。电再生器体积大、耗电多、成本高。掺铒光纤放大器虽然可以用来作再生器使用，但它只是解决了系统损耗受限的难题，而无法解决色散的影响，这就对光源的光谱性能提出了极高的要求。未来的全光中继器不需要光-电-光的处理过程，可以对光信号直接进行再定时、再整形和再放大，而且与系统的工作波长、比特率、协议等无关。由于它具有光放大功能，所以解决了损耗受限的难题，又因为它可以对光脉冲波形直接进行再整形，所以也解决了色散受限方面的难题。
(3) 光交叉连接设备（OXC）
未来的OXC可以利用软件对各路光信号灵活的交叉连接。OXC对全光网络的调度、业务的集中与疏导、全光网络的保护与恢复等都将发挥作用。
(4) 光分插复用器（OADM）
采用的OADM只能在中间局站上、下固定波长的光信号，使用起来比较僵化。未来的OADM对上、下光信号将完全可控，通过网管系统就可以在中间局站有选择地上、下一个或几个波长的光信号，使用起来非常方便，组网（光网络）十分灵活。
2 总结
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。
参考文献:
[1] S.V.卡塔洛颇罗斯.密集波分复用技术导论.北京：人民邮电出版社，2001
[2] Walter Goralski.光网络与波分复用.北京：人民邮电出版社，2003
[3] 刘增基，周洋溢，胡辽林，任光亮，周绮丽.光纤通信（第二版）.西安电子科技大学出版社.2008