光纤通信大作业

DWDM技术的现状与发展摘要;随着公用通信网及国际互联网的飞速发展,人们对宽带通信提出了前所未有的要求,一些原有的通信技术,如时分复用(TDM)和波分复用(WDM)等已不能满足宽带通信的要求。

在这种情况下,密集波分复用(DWDM)作为一种新兴的通信技术即应运而生。

本文介绍了DWDM 技术出现的历史背景，分析了DWDM的基本原理，然后对DWDM的技术特点进行阐述，再介绍了DWDM的关键技术，研究DWDM在未来的发展趋势。

密集型光波复用（DWDM：Dense Wavelength Division Multiplexing）是能组合一组光波长用一根光纤进行传送。

这是一项用来在现有的光纤骨干网上提高带宽的激光技术。

更确切地说，该技术是在一根指定的光纤中，多路复用单个光纤载波的紧密光谱间距，以便利用可以达到的传输性能。

这样，在给定的信息传输容量下，就可以减少所需要的光纤的总数量。

一、应用背景传统的光纤通信技术用一根光纤只传播一种波长的光信号，这无疑是对光纤容量的一种浪费。

而 DWDM 系统是在现有的光纤骨干网上通过提高带宽，利用光纤丰富的带宽来进行不同波长光的传输，大大提高了光纤的负载能力。

作为一种区别于传统光纤的激光技术，它通过利用单个光纤载波的紧密光谱间距，以达到在一根指定光纤中多路复用的目的，这样就可以更好的控制信号在传播过程中的色散和信号衰减，实现在一定数量光纤下传递信息容量最大化。

这是一项用来在现有的光纤骨干网上提高带宽的激光技术。

这项技术的产生是对原先光钎数据传输技术的缺点的改进。

原先光钎数据传输技术主要有两种：空分复用（SDM）和时分复用（TDM）。

空分复用（SDM）是靠增加光纤数量的方式线性增加传输的容量，传输设备也线性增加。

如果没有足够的光纤数量，通过重新敷设光缆来扩容，工程费用将会成倍增长。

而且，这种方式并没有充分利用光纤的传输带宽，造成光纤带宽资源的浪费。

作为通信网络的建设，不可能总是采用敷设新光纤的方式来扩容，事实上，在工程之初也很难预测日益增长的业务需要和规划应该敷设的光纤数。

因此，空分复用的扩容方式十分受限；时分复用（TDM）可以成倍地提高光传输信息的容量，极大地降低了每条电路在设备和线路方面投入的成本，并且采用这种复用方式可以很容易地在数据流中插入和抽取某些特定的字节，尤其适合在需要采取自愈环保护策略的网络中使用。

但时分复用的扩容方式有两个缺陷：第一是影响业务，即在全盘升级至更高的速率等级时，网络接口及其设备需要完全更换，所以在升级的过程中，不得不中断正在运行的设备；第二是速率的升级缺乏灵活性，以SDH 设备为例，当一个线路速率为155Mbit/s 的系统被要求提供两个155Mbit/s 的通道时，就只有将系统升级到622Mbit/s，即使有两个155Mbit/s 将被闲置。

不管是采用空分复用还是时分复用的扩容方式，基本的传输网络均采用传统的PDH 或SDH 技术，即采用单一波长的光信号传输，这种传输方式是对光纤容量的一种极大浪费，因为光纤的带宽相对于目前我们利用的单波长通道来讲几乎是无限的。

我们一方面在为网络的拥挤不堪而忧心忡忡，另一方面却让大量的网络资源白白浪费。

DWDM 技术就是在这样的背景下应运而生的，它不仅大幅度地增加了网络的容量，而且还充分利用了光纤的带宽资源，减少了网络资源的浪费。

二、基本原理及系统结构DWDM 技术是利用单模光纤的带宽以及低损耗的特性，采用多个波长作为载波，允许各载波信道在光纤内同时传输。

与通用的单信道系统相比，密集 WDM （ DWDM ）不仅极大地提高了网络系统的通信容量，充分利用了光纤的带宽，而且它具有扩容简单和性能可靠等诸多优点，特别是它可以直接接入多种业务更使得它的应用前景十分光明。

在模拟载波通信系统中，为了充分利用电缆的带宽资源，提高系统的传输容量，通常利用频分复用的方法。

即在同一根电缆中同时传输若干个信道的信号，接收端根据各载波频率的不同利用带通滤波器滤出每一个信道的信号。

同样，在光纤通信系统中也可以采用光的频分复用的方法来提高系统的传输容量。

事实上，这样的复用方法在光纤通信系统中是非常有效的。

与模拟的载波通信系统中的频分复用不同的是，在光纤通信系统中是用光波作为信号的载波，根据每一个信道光波的频率（或波长）不同将光纤的低损耗窗口划分成若干个信道，从而在一根光纤中实现多路光信号的复用传输。

由于目前一些光器件（如带宽很窄的滤光器、相干光源等）还不很成熟，因此，要实现光信道非常密集的光频分复用（相干光通信技术）是很困难的，但基于目前的器件水平，已可以实现相隔光信道的频分复用。

人们通常把光信道间隔较大（甚至在光纤不同窗口上）的复用称为光波分复用（ WDM ），再把在同一窗口中信道间隔较小的 DWDM 称为密集波分复用（ DWDM ）。

随着科技的进步，现代的技术已经能够实现波长间隔为纳米级的复用，甚至可以实现波长间隔为零点几个纳米级的复用，只是在器件的技术要求上更加严格而已，因此把1270nm至1610nm波长间隔20nm的波段称为粗波分复用（CWDM ）。

DWDM 系统的构成及光谱示意图如图所示。

发送端的光发射机发出波长不同而精度和稳定度满足一定要求的光信号，经过光波长复用器复用在一起送入掺铒光纤功率放大器（掺铒光纤放大器主要用来弥补合波器引起的功率损失和提高光信号的发送功率），再将放大后的多路光信号送入光纤传输，中间可以根据情况决定有或没有光线路放大器，到达接收端经光前置放大器（主要用于提高接收灵敏度，以便延长传输距离）放大以后，送入光波长分波器分解出原来的各路光信号。

三、技术特点DWDM能够在同一根光纤中，把不同的波长同时进行组合和传输。

为了保证有效，一根光纤转换为多个虚拟光纤。

随着厂商在每根光纤中加入更多信道，每秒兆兆位的传输速度指日可待。

DWDM技术主要有以下几个特点：1.超大容量目前使用的普通光纤可传输的带宽是很宽的，但其利用率还很低。

使用DWDM技术可以使一根光纤的传输容量比单波长传输容量增加几倍、几十倍乃至几百倍，因此也节省了光纤资源。

2.数据透明传输由于DWDM 系统按不同的光波长进行复用和解复用，而与信号的速率和电调制方式无关，即对数据是“透明”的。

因此可以传输特性完全不同的信号，完成各种电信号的综合和分离，包括数字信号和模拟信号的综合和分离。

3.系统升级时能最大限度地保护已有投资在网络扩充和发展中，无需对光缆线路进行改造，只需升级光发射机和光接收机即可实现，是理想的扩容手段，也是引入宽带业务的方便手段。

4.高度的组网经济性和可靠性利用DWDM技术构成的新型通信网络比用传统的电时分复用技术组成的网络要大大简化，而且网络层次分明，各种业务的调度只需调整相应光信号的波长即可实现。

由于网络结构简化、层次分明以及业务调度方便，由此而带来网络的经济性和可靠性是显而易见的。

5.可构成全光网络可以预见，在未来可望实现的全光网络中，各种电信业务的上下、交叉连接等都是在光层上通过对光信号波长的改变和调整来实现的。

因此，DWDM 技术将是实现全光网的关键技术之一，而且DWDM系统能与未来的全光网兼容，将来可能会在已经建成的DWDM 网络的基础上实现透明的、具有高度生存性的全光网络。

四、关键技术1.光源技术光源技术是实现DWDM系统的关键要素之一。

应用在DWDM系统上的光源有两个突出特点：比较大的色散容纳值和标准而稳定的波长。

2.光合波与光分波技术光合波/分波器是DWDM技术中的关键部件，将不同光源的信号结合在一起经一根传输光纤输出的器件称为光合波器。

反之，经同一传输光纤送来的多波长信号分解为单波长信号分别输出的器件称为光分波器。

光合波/分波器在超高速、大容量波分复用系统中起着关键作用，其性能指标主要有插入损耗和串扰，这些指标的优劣对系统的传输质量有决定性影响。

DWDM系统中使用的波分复用器件的性能应满足下列要求：合波器能将多个输入端口输入的不同波长的光波由一个输出端口输出，主要参数有插入损耗、光反射系数、工作波长范围、极化相关损耗和各通路插损的最大差异。

分波器将多个不同波长信号分离开来送入多个输出端口，主要参数有插入损耗、光反射系数、通路间隔、相邻通路隔离度、非相邻通路隔离度、极化相关损耗、温度系数、0.5dB 和 20dB带宽。

3.光放大技术在光纤通信中，由于光纤传输损耗等各种因素影响，使得光信号的幅度在传输过程中会变得越来越小，从而限制了光纤通信系统的传送距离。

光纤放大器的出现，使光信号的中继放大问题得到有效解决。

可以说，光纤放大器的出现预示着光纤通信将进入一个新纪元，促使了DWDM光纤通信系统的迅速成熟和发展。

光放大器的特点有：利用光纤放大器可以大大提高发射端入纤光功率，实现光/光中继放大，可以提高接收端的接收灵敏度；工作于光纤工作带宽，同时放大多个信道。

光放大器的主要技术参数有工作波长范围、输入功率范围、输出功率范围、饱和输出功率、噪声系数、偏振相关增益、增益平坦度、增益变化、光回损等。

五、发展趋势DWDM 关键技术都已成熟，Gb/s 级系统得到广泛应用， Tb/s 级系统的商用也正在计划中。

DWDM系统有其独特的优越性，会继续得到专家学者的不断研究和探索，会有越来越先进的技术和元器件出现，使 DWDM系统性能不断的完善和发展。

1.更高的通道速率。

最先实用的 DWDM 系统多基于 2.5Gb/s 的通道速率，现在基于 10Gb/s 的多波长系统正在实用，基于 40Gb/s 速率的系统已进入实验阶段，技术日渐成熟。

此外应用 OTDM 技术可将单通道速率提高至 ETDM 方式无法达到的高度，目前的实验系统已经使通道速率达到了160Gb/s。

2.增加复用波长数量8、16、32 个波长的 DWDM 系统已经大范围使用，100 个波长的系统也走向商用。

而实验室里的成绩尤为突出，已完成了 1022 个波长的复用试验。

应用波长范围受限时，要增加复用波长数量，必须缩窄通道间隔。

目前的 DWDM 实验中，通道间隔已达到 25GHz。

3. 扩宽应用波长范围除了充分利用目前使用的 C 波段的传输能力外，DWDM 系统应用的波长范围正在向 L 波段发展，甚至有人将 L 波段的长波长 1 侧延伸到 1700nm。

此外，对 S 波段的应用也在计划之中。

当 1385nm 波长的 OH－吸收峰被削减之后，S 波段与 1310nm 窗口便连接起来。

对于比较短距离的传输，应用波长范围将扩宽至 1100nm～1700nm。

六、总结当前，社会在飞速发展，对现代通信技术提出了更高的要求，而目前要想跟上时代发展的节奏，推动整个互联网产业的发展，就必须要重视DWDM 技术在通信系统中的运用。

DWDM 技术的发展及应用是未来通信网络的一大趋势,作为实现全光网通信的关键环节,它的应用和实践对于全光网的发展具有至关重要的作用。