DWDM密集波分 简要原理

第一章DWDM简要原理

一、什么是波分复用？

不管是PDH还是SDH都是在一根光纤上传送一个波长的光信号，这是对光纤巨大带

宽资源的极大浪费。可不可以在一根光纤中同时传送几个波长的光信号呢？就象模拟

载波通信系统中有几个不同频率的电信号在一根电缆中同时传送一样？实践证明是

可以的。在发送端，多路规定波长的光信号经过合波器后从一根光纤中发送出去，在

图一

在一根光纤中传送的相临信道的波长间隔比较大的时候（比如为两个不同的传输窗

口），我们称其为波分复用（WDM）；而在同一传输窗口内应用有较多的波长时，

我们就称其为密集波分复用（DWDM）；8波、16波以及32波的DWDM已经是比

较成熟并开始大量应用，在我们平常所说的或所听到的“波分”一般就是指的密集波

分复用（DWDM）。实际系统中有双纤双向系统和单纤双向系统。单纤双向系统虽

然能减少一半光器件和一般光缆，但技术难度较大，目前应用中双纤双向系统还是居

多。图一所示系统就是双纤双向系统。

二、波分复用系统对光纤的要求

常见单模光纤有G.652、G.653、G.654、G.655几种。我国大量铺设的是G.652

光纤，在1550nm传输窗口，它的色散系数比较大：17~20ps/nm.Km，适合速率

不高的TDM信号和多波信号传输；G.653光纤主要铺设在日本，1550nm窗口处，

色散为“零”，非常适合传输高速率的TDM信号，但是不适合传输多波长信号，

因为会有比较严重的四波混频效应；G.654光纤主要用于海底光缆中，衰减很小；

G.655光纤色散系数比较小：在1550窗口处色散系数为4~6ps/nm.Km，色散不为

“零”，可以有效抑制四波混频效应；另外色散又不大，可以满足高速率TDM

的传输要求。

在光纤的性能中，我们突出关心的两个指标是：衰减系数和色散系数，两者都限

制了电再生距离的长短。对衰减，大家都比较熟悉，主要是后者：色散。色散积

累的结果是信号脉冲在时域上展宽，严重时就影响到接收机的接收。示意图如下：

展宽前传输一段距离后

图二

可见，因为色散，脉冲展宽，使得传输距离受到限制，因为再继续传输下去，出

现连“1”信号，接收端无法识别了。同时我们看到，对速率越高的信号，这种

受限越厉害，对速率低的信号，影响不是很大，因为速率低的信号脉冲之间本来

就拉得比较开（时间间隔大）。一般来说，在G.652光纤上，传输STM-16信号

的时候，还不需要补偿色散的积累，但在传输STM-64甚至更高速率的TDM信

号的时候，补偿就非常有必要了。在DWDM系统中，一般是通过加入色散补偿

光纤来补偿色散积累的，因为这种技术已经非常成熟。

总之，目前最适合传输DWDM系统的光纤是G.655光纤，但在我国因为大量铺

设的是G.652尾纤，所以在上10G及以上速率的信号时，需要用色散补偿。三、波分复用系统关键器件

波分系统的关键器件除上面提到的分波/合波器外，还包括光源技术、EDFA技术。

1、分波/合波器件

从图一可以看出，分波/合波器是波分设备的必需的核心器件。DWDM传输和SDH

传输最根本的区别也在于此：DWDM的复用和解复用都是在光层上进行的，而

SDH尽管在站点间使用了光纤传输，但复用和解复用是在节点处O/E转换后在电

层上进行的。分波合波器件有较大的插入损耗（插损），严重限制了信号的传输

距离。所谓插损在这里指的是规定波长的光信号通过分波/合波器后光功率的丢

失。除了插损，另外有个指标是我们比较关心的，就是最大插损差。我们知道对

16/32波系统而言，针对每一波，有一个插入损耗，这16/32个插入损耗中的最大

值与最小值之差即为最大插损差。对该指标的规范主要从多波长系统光功率平坦

来考虑的，并且对合波器的要求要比对分波器的要求高，因为合波后的信号还需

要长距离的传输，而分波后的信号会被马上终结掉。对分波器，还有两个指标非

常重要：中心波长和隔离度。中心波长即是指分波后从不同端口出来的光的中心

波长，对16/32波系统，有16/32个中心波长，其不应该与ITU-T建议的标准波

长（192.1~195.2THz）有太大的偏移。隔离度指的是相临端口的串扰程度，有相

邻隔离度和非相邻隔离度两个衡量项目。让192.1THz的光信号输入到分波器，

理想情况是它只从端口1出来，可实际上，总有一部分从相临的端口2和端口3

出来。端口1与端口2出来的光功率之比就是端口1对端口2的相邻隔离度。端

口1与端口3之间的光功率之比就是端口1对端口3的非相邻隔离度。我们当然

希望隔离度越大越好。从上面的描述我们可以这样来通俗表述一下插损和隔离

度：插损，是光信号在应该走的光路上的功率损失，希望它越小越，理想情况是

零插损；隔离度是光信号在不应该走的光路上的泄漏程度，希望隔离度越大越好，

理想情况是完全隔离。

合波器一般有耦合型，多层介质模型和阵列波导型；16波系统中，一般是耦合型，

它对波长不敏感。分波器一般为多层介质模型和阵列波导型。阵列波导型分波合

波器件对温度比较敏感，一般都要温控措施，保证分波中心不发生较大的偏移。

2、光源

光纤的非线形效应。ITU-T对波长有指标规范，目前的16波、32波系统的相临

波之间的频率差是100GHz（约0.8nm）。稳定也是必需的，系统运行时一个信

道波长的偏移大到一定程度时，在接收端，分波器将无法正确分离该信道，并且，

成500~600公里。可见：与传统SDH信号不同，波分系统的电再生中继距离都

要求很高。影响电再生中继距离的因素很多，如衰减、色散、光信噪比等等。在

引入放大器后，波分系统中，影响再生中继距离的主要因素是色散和信噪比。所

以，所谓满足长距离传输，就是要求光源有相当高的色散受限距离。对此，ITU-T

对DWDM使用的光源的色散容纳作了规范，常见有三种：12800ps/nm、

10000ps/nm、7200ps/nm。常规的G.652光纤的典型色散系数是17ps/nm.Km，在

实际工程中作20ps/nmKm计算。上面三个光源能够传送的距离是分别是640Km、