光纖通信新技術

1. WDM的概念

光波分復用(WDM：Wavelength Division Multiplexing)技術是在一根光纖中同時傳輸多個波長光信號的一項技術。

光波分復用（WDM）的基本原理是：在發送端將不同波長的光信號組合起來(復用)，并耦合到光纜線路上的同一根光纖中進行傳輸，在接收端又將組合波長的光信號分開(解復用)，并作進一步處理，恢復出原信號后送入不同的終端，因此將此項技術稱為光波長分割復用，簡稱光波分復用技術。

光纖的帶寬有多寬？

如圖7.6所示，在光纖的兩個低損耗傳輸窗口：波長為1.31 μm(1.25～1.35μm)的窗口，相應的帶寬(|Δf|=|-Δλc/λ²|, λ和Δλ分別為中心波長和相應的波段寬度，c為真空中光速)為17700 GHz；波長為1.55 μm(1.50～1.60 μm)的窗口， 相應的帶寬為12500 GHz。

兩個窗口合在一起，總帶寬超過30THz。如果信道頻率間隔為10 GHz， 在理想情況下， 一根光纖可以容納3000個信道。

由于目前一些光器件與技術還不十分成熟，因此要實現光信道十分密集的光頻分復用(OFDM)還較為困難。在這種情況下，人們把在同一窗口中信道間隔較小的波分復用稱為密集波分復用(DWDM：Dense Wavelength Division Multiplexing)。

目前該系統是在1550 nm波長區段內，同時用8，16或更多個波長在一對光纖上(也可采用單光纖)構成的光通信系統，其中各個波長之間的間隔為1.6 nm、0.8 nm或更低，約對應于200 GHz, 100 GHz或更窄的帶寬。

WDM、DWDM和OFDM在本質上沒有多大區別

以往技術人員習慣采用WDM 和DWDM來區分是1310/1550 nm 簡單復用還是在1550 nm波長區段內密集復用，但目前在電信界應用時，都采用DWDM技術。

由于1310/1550 nm的復用超出了EDFA的增益范圍，只在一些專門場合應用，所以經常用WDM這個更廣義的名稱來代替DWDM。

WDM技術對網絡升級、發展寬帶業務(如CATV，HDTV 和IP over WDM等)、充分挖掘光纖帶寬潛力、實現超高速光纖通信等具有十分重要意義，尤其是WDM加上EDFA更是對現代信息網絡具有強大的吸引力。

目前，“摻鉺光纖放大器(EDFA)+密集波分復用(WDM)+非零色散光纖(NZDSF，即G.655光纖)+光子集成(PIC)”正成為國際上長途高速光纖通信線路的主要技術方向。

如果一個區域內所有的光纖傳輸鏈路都升級為WDM傳輸， 我們就可以在這些WDM鏈路的交叉(結點)處設置以波長為單位對光信號進行交叉連接的光交叉連接設備(OXC)，或進行光上下路的光分插復用器(OADM)，則在原來由光纖鏈路組成的物理層上面就會形成一個新的光層。

在這個光層中，相鄰光纖鏈路中的波長通道可以連接起來，形成一個跨越多個OXC和OADM的光通路，完成端到端的信息傳送，并且這種光通路可以根據需要靈活、動態地建立和釋放，這就是目前引人注目的、新一代的WDM全光網絡。

2. WDM系統的基本形式

光波分復用器和解復用器是WDM技術中的關鍵部件，將不同波長的信號結合在一起經一根光纖輸出的器件稱為復用器(也叫合波器)。

反之，經同一傳輸光纖送來的多波長信號分解為各個波長分別輸出的器件稱為解復用器(也叫分波器)。

從原理上講， 這種器件是互易的(雙向可逆)，即只要將解復用器的輸出端和輸入端反過來使用， 就是復用器。

因此復用器和解復用器是相同的(除非有特殊的要求)。

WDM系統的基本構成主要有以下兩種形式：雙纖單向傳輸和單纖雙向傳輸。

(1) 雙纖單向傳輸。

單向WDM傳輸是指所有光通路同時在一根光纖上沿同一方向傳送。

如圖7.7所示，在發送端將載有各種信息的、具有不同波長的已調光信號λ1,λ2,…,λn通過光復用器組合在一起，并在一根光纖中單向傳輸。

由于各信號是通過不同光波長攜帶的，因而彼此之間不會混淆。

在接收端通過光解復用器將不同波長的信號分開， 完成多路光信號傳輸的任務。

反方向通過另一根光纖傳輸的原理與此相同。

(2) 單纖雙向傳輸。 雙向WDM傳輸是指光通路在一根光纖上同時向兩個不同的方向傳輸。如圖7.8所示，所用波長相互分開， 以實現雙向全雙工的通信。

雙向WDM系統在設計和應用時必須要考慮幾個關鍵的系統因素：

如為了抑制多通道干擾(MPI)，必須注意到光反射的影響、雙向通路之間的隔離、串擾的類型和數值、兩個方向傳輸的功率電平值和相互間的依賴性、光監控信道(OSC)傳輸和自動功率關斷等問題，同時要使用雙向光纖放大器。

所以雙向WDM系統的開發和應用相對說來要求較高，但與單向WDM系統相比，雙向WDM系統可以減少使用光纖和線路放大器的數量。

另外，通過在中間設置光分插復用器(OADM)或光交叉連接器(OXC)，可使各波長光信號進行合流與分流，實現波長的上下路(Add/Drop)和路由分配，這樣就可以根據光纖通信線路和光網的業務量分布情況，合理地安排插入或分出信號。

3. 光波分復用器的性能參數

光波分復用器是波分復用系統的重要組成部分，為了確保波分復用系統的性能，對波分復用器的基本要求是：

?插入損耗小

?隔離度大

?帶內平坦，帶外插入損耗變化陡峭

?溫度穩定性好

?復用通路數多

?尺寸小等

(1) 插入損耗插入損耗是指由于增加光波分復用器/解復用器而產生的附加損耗，定義為該無源器件的輸入和輸出端口之間的光功率之比，即

(7.1)

其中Pi為發送進輸入端口的光功率；Po為從輸出端口接收到的光功率。

(2) 串擾抑制度串擾是指其他信道的信號耦合進某一信道，并使該信道傳輸質量下降的影響程度，有時也可用隔離度來表示這一程度。對于解復用器

(7.2)

其中Pi是波長為λi的光信號的輸入光功率，Pij是波長為λi的光信號串入到波長為λj信道的光功率。

(3) 回波損耗回波損耗是指從無源器件的輸入端口返回的光功率與輸入光功率的比，即

(7.3)

其中Pj為發送進輸入端口的光功率，Pr為從同一個輸入端口接收到的返回光功率。

(4) 反射系數反射系數是指在WDM器件的給定端口的反射光功率Pr與入射光功率Pj之比，即

(7.4)

(5) 工作波長范圍工作波長范圍是指WDM器件能夠按照規定的性能要求工作的波長范圍(λmin到λmax)。

(6) 信道寬度信道寬度是指各光源之間為避免串擾應具有的波長間隔。

(7) 偏振相關損耗偏振相關損耗(PDL: Polarization?dependent Loss)是指由于偏振態的變化所造成的插入損耗的最大變化值。