光纤通信新技术

1. WDM的概念

光波分复用(WDM：Wavelength Division Multiplexing)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。

光波分复用（WDM）的基本原理是：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。

光纤的带宽有多宽？

如图7.6所示，在光纤的两个低损耗传输窗口：波长为1.31 μm(1.25～1.35μm)的窗口，相应的带宽(|Δf|=|-Δλc/λ²|, λ和Δλ分别为中心波长和相应的波段宽度，c为真空中光速)为17700 GHz；波长为1.55 μm(1.50～1.60 μm)的窗口， 相应的带宽为12500 GHz。

两个窗口合在一起，总带宽超过30THz。如果信道频率间隔为10 GHz， 在理想情况下， 一根光纤可以容纳3000个信道。

由于目前一些光器件与技术还不十分成熟，因此要实现光信道十分密集的光频分复用(OFDM)还较为困难。在这种情况下，人们把在同一窗口中信道间隔较小的波分复用称为密集波分复用(DWDM：Dense Wavelength Division Multiplexing)。

目前该系统是在1550 nm波长区段内，同时用8，16或更多个波长在一对光纤上(也可采用单光纤)构成的光通信系统，其中各个波长之间的间隔为1.6 nm、0.8 nm或更低，约对应于200 GHz, 100 GHz或更窄的带宽。

WDM、DWDM和OFDM在本质上没有多大区别

以往技术人员习惯采用WDM 和DWDM来区分是1310/1550 nm 简单复用还是在1550 nm波长区段内密集复用，但目前在电信界应用时，都采用DWDM技术。

由于1310/1550 nm的复用超出了EDFA的增益范围，只在一些专门场合应用，所以经常用WDM这个更广义的名称来代替DWDM。

WDM技术对网络升级、发展宽带业务(如CATV，HDTV 和IP over WDM等)、充分挖掘光纤带宽潜力、实现超高速光纤通信等具有十分重要意义，尤其是WDM加上EDFA更是对现代信息网络具有强大的吸引力。

目前，“掺铒光纤放大器(EDFA)+密集波分复用(WDM)+非零色散光纤(NZDSF，即G.655光纤)+光子集成(PIC)”正成为国际上长途高速光纤通信线路的主要技术方向。

如果一个区域内所有的光纤传输链路都升级为WDM传输， 我们就可以在这些WDM链路的交叉(结点)处设置以波长为单位对光信号进行交叉连接的光交叉连接设备(OXC)，或进行光上下路的光分插复用器(OADM)，则在原来由光纤链路组成的物理层上面就会形成一个新的光层。

在这个光层中，相邻光纤链路中的波长通道可以连接起来，形成一个跨越多个OXC和OADM的光通路，完成端到端的信息传送，并且这种光通路可以根据需要灵活、动态地建立和释放，这就是目前引人注目的、新一代的WDM全光网络。

2. WDM系统的基本形式

光波分复用器和解复用器是WDM技术中的关键部件，将不同波长的信号结合在一起经一根光纤输出的器件称为复用器(也叫合波器)。

反之，经同一传输光纤送来的多波长信号分解为各个波长分别输出的器件称为解复用器(也叫分波器)。

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。

因此复用器和解复用器是相同的(除非有特殊的要求)。

WDM系统的基本构成主要有以下两种形式：双纤单向传输和单纤双向传输。

(1) 双纤单向传输。

单向WDM传输是指所有光通路同时在一根光纤上沿同一方向传送。

如图7.7所示，在发送端将载有各种信息的、具有不同波长的已调光信号λ1,λ2,…,λn通过光复用器组合在一起，并在一根光纤中单向传输。

由于各信号是通过不同光波长携带的，因而彼此之间不会混淆。

在接收端通过光解复用器将不同波长的信号分开， 完成多路光信号传输的任务。

反方向通过另一根光纤传输的原理与此相同。

(2) 单纤双向传输。 双向WDM传输是指光通路在一根光纤上同时向两个不同的方向传输。如图7.8所示，所用波长相互分开， 以实现双向全双工的通信。

双向WDM系统在设计和应用时必须要考虑几个关键的系统因素：

如为了抑制多通道干扰(MPI)，必须注意到光反射的影响、双向通路之间的隔离、串扰的类型和数值、两个方向传输的功率电平值和相互间的依赖性、光监控信道(OSC)传输和自动功率关断等问题，同时要使用双向光纤放大器。

所以双向WDM系统的开发和应用相对说来要求较高，但与单向WDM系统相比，双向WDM系统可以减少使用光纤和线路放大器的数量。

另外，通过在中间设置光分插复用器(OADM)或光交叉连接器(OXC)，可使各波长光信号进行合流与分流，实现波长的上下路(Add/Drop)和路由分配，这样就可以根据光纤通信线路和光网的业务量分布情况，合理地安排插入或分出信号。

3. 光波分复用器的性能参数

光波分复用器是波分复用系统的重要组成部分，为了确保波分复用系统的性能，对波分复用器的基本要求是：

•插入损耗小

•隔离度大

•带内平坦，带外插入损耗变化陡峭

•温度稳定性好

•复用通路数多

•尺寸小等

(1) 插入损耗插入损耗是指由于增加光波分复用器/解复用器而产生的附加损耗，定义为该无源器件的输入和输出端口之间的光功率之比，即

(7.1)

其中Pi为发送进输入端口的光功率；Po为从输出端口接收到的光功率。

(2) 串扰抑制度串扰是指其他信道的信号耦合进某一信道，并使该信道传输质量下降的影响程度，有时也可用隔离度来表示这一程度。对于解复用器

(7.2)

其中Pi是波长为λi的光信号的输入光功率，Pij是波长为λi的光信号串入到波长为λj信道的光功率。

(3) 回波损耗回波损耗是指从无源器件的输入端口返回的光功率与输入光功率的比，即

(7.3)

其中Pj为发送进输入端口的光功率，Pr为从同一个输入端口接收到的返回光功率。

(4) 反射系数反射系数是指在WDM器件的给定端口的反射光功率Pr与入射光功率Pj之比，即

(7.4)

(5) 工作波长范围工作波长范围是指WDM器件能够按照规定的性能要求工作的波长范围(λmin到λmax)。

(6) 信道宽度信道宽度是指各光源之间为避免串扰应具有的波长间隔。

(7) 偏振相关损耗偏振相关损耗(PDL: Polarization?dependent Loss)是指由于偏振态的变化所造成的插入损耗的最大变化值。