WDM基本原理简介

波分复用原理简介

产生背景

传输带宽的需求增长，传输系统需扩容：

✧增加系统数量(光纤数量)：敷设光缆，没有有效利用光纤带宽

✧提高系统速率(TDM时分复用PDH/SDH)：10Gb/s,40Gb/s电子器件技术极限/成本/G.652光纤

1550nm窗口的高色散

✧波分复用（WDM）技术

EDFA(erbium-doped fiber amplifier掺铒光纤放大器)的成熟和商用化

基本概念

波分复用(WDM)充分利用单模光纤低损耗区的巨大带宽资源，将光纤的低损耗窗口划分成若干个信道，把光波作为信号的载波，将多种不同波长的光载波信号在发送端经复用器(亦称合波器，Multiplexer)汇合在一起，并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输；在接收端，经解复用器(亦称分波器，Demultiplexer)将各种波长的光载波分离，然后由光接收机作进一步处理以恢复原信号。这种在同一根光纤中同时传输两个或众多不同波长光信号的技术，称为波分复用。

波分复用在本质上是光域上的频分复用（FDM）技术。

通道间隔的不同，可分为：

–CWDM（Coarse Wavelength Division Multiplexing稀疏/粗波分复用）

信道间隔为20nm

–DWDM（Dense Wavelength Division Multiplexing密集波分复用）

信道间隔从0.2nm 到1.2nm。

波分复用技术的优点

(1) 传输容量大，可以充分利用光纤的巨大带宽资源，节约宝贵的光纤资源。

(2) 对各类业务信号“透明”，可以传输不同类型、多种格式的业务信号。对于“业务”层信号来说，WDM的每个波长就像“虚拟”的光纤一样。

(3) 扩容方便。WDM技术是理想的扩容手段。对于早期芯数不多的光纤系统，利用此技术，不必做较大改动，就可以轻松扩容。增加一个附加光波长就可以引入任意新业务或扩充容量。

(4) 组建动态可重构的光网络，在网络节点使用光分插复用器（OADM）或者使用光交叉连接设备（OXC），可以组成具有高度灵活性、高可靠性、高生存性的全光网络。

WDM系统参考配置:

系统接口示意图

S1 ...S n：信道1…n的发送机的输出光连接器处光纤上的参考点；

R M1 ... R Mn：OM/OA相对于信道1…n的输入光连接器前面的光纤上的参考点；

MPI-S：OM/OA输出光连接器之后光纤上的参考点；

S'：线路OA输出光连接器之后光纤上的参考点

R'：线路OA输入光连接器之前光纤上的参考点

MPI-R：OA/OD输入光连接器之前光纤上的参考点；

S D1 ... S Dn：OA/OD输出光连接器处的参考点；

R1 ... R n：接收机的输入光连接器处的参考点；

G.957 兼容光发送/接收器结合波长转换实现G.692发送器示意图

G.691 (STM-64)结合波长转换实现G.692发送器示意图

DWDM系统的应用

–集成式DWDM

接入的单光传输设备终端具有满足G.692标准的光源（结构简单，体积小，多业务多速率）

–开放式DWDM

在波分复用器前加入波长转换单元，输出满足G.692，输入符合G.957/G.691光接口标准（兼容现有多厂商普通光源，确定波长(1310/1550)确定速率）

–双纤双向系统

–单纤双向系统

实现DWDM的关键技术和器件

（1）光源

波长稳定、高色散容限

–波长转换单元(O/E/O)

（2）光复用/解复用

无源器件，插入损耗小、隔离度大、偏振相关性低

–合波器：耦合器型、介质膜滤波器型、集成光波导型(阵列波导光栅AWG)…

–分波器：介质膜滤波器型、集成光波导型、布拉格光栅型…

–光梳状滤波器(Interleaver)（100GHz-->50GHz间隔）

（3）光放大器

高增益、增益平坦、高输出、宽频带、低噪声、增益特性与偏振不相关

–掺铒光纤放大器（EDFA）

–光纤喇曼放大器（FRA）（全波段，分布式，低噪声）

（4）光监控通道Optical Supervisory Channel (OSC):

由于光中继器只有光信号放大，没有电接口接入，业务信号开销(如SDH)也没有对EDFA监控的字节。为了对EDFA光中继器进行监视和管理而引入OSC，利用EDFA工作频带以外的一个波长进行监控和管理，传送网管、公务和监控信息。

–ITU-T：1510nm(或1480nm,1310nm,EDFA带内)

–国标：1510nm 2Mbit/s CMI码

（5）色散补偿

由于光纤对不同频率分量的群速度色散不同将导致信号各频率分量之间产生群时延差，表现为时域脉冲展宽，引起符号间干扰，限制系统传输速率的提高和传输距离的延伸。高速(10Gb/s、40Gb/s)长距离传输系统必须解决好色散补偿问题。

–色散补偿光纤（DCF）：负色散斜率，衰减较大，置于EDFA两级放大之间

（6）前向纠错编码技术(FEC技术)

前向纠错FEC是通过在传输码列中加入冗余位，在接受端通过纠错译码自动纠正传输中的差错来实现码纠错功能。从而降低OSNR(光信躁比)要求，延长传输距离。

–带内FEC：利用SDH帧中的一部分开销字节装载FEC码的监督码元。编码增益较小。G.707 –带外FEC：带外FEC的编码冗余度大，纠错能力强，具有较强的灵活性，编码增益较高。

改变了调制速率。G.975 (10.664Gb/s)/G.709(10.709Gb/s)

–增强型FEC：应用于时延要求不严、编码增益要求特别高的光通信系统

带外FEC