光波分復(fù)用技術(shù)與應(yīng)用研究

張文龍

（中國鐵通集團有限公司陜西分公司，陜西 西安 710065）

波分復(fù)用技術(shù)（wavelength-division multiplexing,WDM）是將一系列載有信息、但波長不同的光信號合成一束，沿著單根光纖傳輸；在接收端再用某種方法，將各個不同波長的光信號分開的通信技術(shù)。這種技術(shù)可以同時在一根光纖上傳輸多路信號，每一路信號都由某種特定波長的光來傳送，這就是一個波長信道。

1 光纖的基本特性

因為單模光纖具有內(nèi)部損耗低、帶寬大、易于升級擴容和成本低的優(yōu)點，因而得到了廣泛應(yīng)用。從80年代末起，我國在國家干線網(wǎng)上敷設(shè)的都是常規(guī)單模光纖。常規(guī)石英單模光纖同時具有1550nm和1310nm兩個窗口，最小衰減窗口位于1550nm窗口。多數(shù)國際商用光纖在這兩個窗口的典型數(shù)值為：1310nm窗口的誤減在 (0.3～0.4)dB/km；1550nm窗口的衰減在 (0.19～0.25)dB/km。在1380nm有一個OH-根離子吸收峰導(dǎo)致?lián)p耗比較大外，其它區(qū)域光纖損耗都小于0.5dB/km（據(jù)報道已有公司推出了ALLWAVE全波光纖，消除了這一損耗峰峰值，使整個頻帶更加平坦）?，F(xiàn)在人們所利用的只是光纖低損耗頻譜(1310～1550nm)極少的一部分。以常規(guī)SDH2.5Gb/s系統(tǒng)為例，在光纖的帶寬中只占很小一部分，大約只有0.02nm左右；全部利用光纖放大器EDFA的放大區(qū)域帶寬 (1530～1565nm)的35nm帶寬，也只是占用光纖全部帶寬(1310～1570nm)的1/6左右。理論上，WDM 技術(shù)可以利用的單模光纖帶寬達到200nm，即25THz帶寬，即使按照波長間隔為0.8nm（100GHz）計算，理論上也可以開通200多個波長的WDM系統(tǒng)，因而目前光纖的帶寬遠遠沒有利用。WDM技術(shù)的出現(xiàn)正是為了充分利用這一帶寬，而光纖本身的寬帶寬、低損耗特性也為WDM系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展提供了可能。

2 波分復(fù)用的技術(shù)原理

WDM本質(zhì)上是光域上的頻分復(fù)用(FDM)技術(shù)。從我國幾十年應(yīng)用的傳輸技術(shù)來看，走的是FDM－TDM－TDM＋FDM的路線。開始的明線、中同軸電纜采用的都是FDM模擬技術(shù)，即電域上的頻分復(fù)用技術(shù)，每路話音的帶寬為4kHz，每路話音占據(jù)傳輸媒質(zhì)（如同軸電纜）一段帶寬；PDH、SDH系統(tǒng)則是在光纖上傳輸?shù)腡DM基帶數(shù)字信號，每路話音速率為64kb/s；而WDM技術(shù)是光纖上頻分復(fù)用技術(shù)，16(8)×2.5Gb/s的WDM系統(tǒng)則是光域上的FDM模擬技術(shù)和電域上TDM數(shù)字技術(shù)的結(jié)合。在模擬載波通信系統(tǒng)中，為了充分利用電纜的帶寬資源，提高系統(tǒng)的傳輸容量，通常利用頻分復(fù)用的方法，即在同一根電纜中同時傳輸若干個信道的信號，接收端根據(jù)各載波頻率的不同，利用帶通濾波器就可濾出每一個信道的信號。同樣，在光纖通信系統(tǒng)中也可以采用光的頻分復(fù)用的方法來提高系統(tǒng)的傳輸容量，在接收端采用解復(fù)用器（等效于光帶通濾波器）將各信號光載波分開。由于在光的頻域上信號頻率差別比較大，人們更喜歡采用波長來定義頻率上的差別，因而這樣的復(fù)用方法稱為波分復(fù)用。每個波長通路占用一段光纖的帶寬，與過去同軸電纜FDM技術(shù)不同的是：(1)傳輸媒質(zhì)不同，WDM系統(tǒng)是光信號上的頻率分割，同軸系統(tǒng)是電信號上的頻率分割利用。(2)在每個通路上，同軸電纜系統(tǒng)傳輸?shù)氖悄M信號4kHz語音信號，而WDM系統(tǒng)目前每個波長通路上是數(shù)字信號SDH 2.5Gb/s或更高速率的數(shù)字系統(tǒng)。

3 波分復(fù)用技術(shù)的主要特點

可以充分利用光纖的巨大帶寬資源，使傳輸容量比單波長傳輸增加幾倍至幾十倍。使N個波長復(fù)用起來在單模光纖中傳輸，在大容量長途傳輸時可以大量節(jié)約光纖。另外，對于早期安裝的芯數(shù)不多的光纜，芯數(shù)較少，利用波分復(fù)用不必對原有系統(tǒng)作較大的改動即可比較方便地進行擴容。利用WDM技術(shù)選路來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)交換和恢復(fù)，從而可能實現(xiàn)未來透明的、具有高度生存性的光聯(lián)網(wǎng)。WDM已不僅成為解決容量問題的手段，而且成為加速新業(yè)務(wù)量生成的基礎(chǔ)。在國家骨干網(wǎng)的傳輸時，EDFA的應(yīng)用可以大大減少長途干線系統(tǒng)SDH中繼器的數(shù)目，從而減少成本。距離越長，節(jié)省成本就越多。

4 波分復(fù)用的優(yōu)點

超高速大容量：復(fù)用光通道速率為：622MB/S、25GB/S、10GB/S，復(fù)用通道數(shù)：4、8、16、32 個或更多，超大容量傳輸：可達300GB/以上，可平滑升級擴容：根據(jù)需要隨意增加復(fù)用光通道，各信道彼此獨立，可透明傳送不同業(yè)務(wù)。

可利用成熟TDM技術(shù)、避開更高速TDM技術(shù)難度，2.5GSDH技術(shù)已十分成熟，TDM方式10GSDH已達電子器件工作極限。對光纖色散無過高要求：N*2.5G的WDM系統(tǒng)對光纖色散的要求，同單波長2.5G一樣，G.652光纖適合于傳輸2.5GTDM信號，但難以傳10G以上TDM信號，需進行色散補償?？衫脤拵DFA實現(xiàn)超長距離傳輸：用一個寬帶EDFA可對復(fù)用光通道信號同時放大，可實現(xiàn)超長距離傳輸（可達640KM），節(jié)省大量中繼設(shè)備。適合向全光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，可與光分插復(fù)用和光交叉連設(shè)備結(jié)合使用，組成具有高度生存性、超大容量的全光網(wǎng)絡(luò)。

5 波分復(fù)用的技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展

我國WDM實用化技術(shù)處于世界先進水平，我國863安排的8X2.5GB/S已與青濟和廣汕線路投入應(yīng)用，重慶移動長途傳輸干線渝西環(huán)DWDM 320G工程，采用Unitrans ZXWM-32（320G）密集波分復(fù)用系統(tǒng)和SDH Unitrans系列設(shè)備建設(shè)。環(huán)網(wǎng)包括新牌坊、大坪、IDC中心、南坪、永川、北碚六個OTM和ADM站點和江津、銅梁、潼南3個OLA站點。由武漢郵電科學(xué)研究院承擔(dān)的國家863重大項目“32X10GB/SSDH波分復(fù)用系統(tǒng)”在廣西南寧通過國家驗收，該項目是國家863計劃的重中之重項目。通過應(yīng)用到實際工程-廣西南寧至柳洲段，實現(xiàn)了在同一管理平臺上對SDH和WDM的統(tǒng)一管理，具有完善的管理維護功能。

WDM技術(shù)仍處于快速發(fā)展階段，許多廠商的32×2.5Gb/s系統(tǒng)都已投入使用，另外N×10Gb/s的WDM技術(shù)也發(fā)展很快，我們目前制定的規(guī)范僅僅對當(dāng)前引進和建設(shè)的16(8)×2.5Gb/sWDM系統(tǒng)參數(shù)進行了具體規(guī)定，對于16通路以上的WDM系統(tǒng)的光接口參數(shù)還沒有規(guī)范。但是許多普遍原則，例如WDM分層結(jié)構(gòu)、光接口分類、保護以及安全要求等在多通路WDM系統(tǒng)中仍將適用。

[1]光纖通信原理.清華大學(xué)出版社.2004.

[2]光波分復(fù)用技術(shù).北京郵電大學(xué)出版社.2002.