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WDM技术与发展

WDM技术与发展（总10页）

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《通信系统综合业务基础》

结课论文

关于WDM技术的简介、应用与发展前景

专业班级：

通信12提升2

学号:

040

学生姓名：

魏涵

二O—五年六月

1WDM技术

1.1WDM技术概述

WDM是波分复用WavelengthDivisionMultiplexing的缩写，是将两种或多种不同波长的光载波信号（携带各种信息）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的技术；在接收端，经解复用器（亦称分波器或称去复用器，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。

采用WDM技术可以把光纤的传输容量扩大几倍甚至几十倍。

WDM系统中最基本、也是最重要的是各复用光通路的SDH光传输设备，它们负责信号码流的发送与接收，以及开销的处理等。

WDM本质上是光域上的频分复用FDM技术。

每个波长通路通过频域的分割实现，每个波长通路占用一段光纤的带宽。

WDM系统采用的波长都是不同的，也就是特定标准波长，为了区别于SDH系统普通波长，有时又称为彩色光接口，而称普通光系统的光接口为"白色光口"或”白光口"。

单向波分复用技术与双向波分复用技术的系统原理图如图1、图2所示。

图1单向WDM传输

输入

图2双向WDM传输

1.2WDM的特点

（1）超大容量传输。

由于WDM系统的复用光通路速率可以为s、10Gbit/s等，而复用光通路的数量可以是4、8、16、32,甚至更多，因此系统的传输容量可以达到300-400Gbit/s.甚至更大。

（2）节约光纤资源。

对于单波长系统而言，1个SDH系统就需要一对光纤；而对于WDM系统来讲，不管有多少个SDH分系统，整个复用系统只需要一对光纤。

例如，对于16个s系统来说，单波长系统需要32根光纤，而WDM系统仅需要两根光纤。

（3）各信道透明传输，平滑升级、扩容。

只要増加复用信道数量和设备就可以増加系统的传输容量以实现扩容，WDM系统的各复用信道是彼此相互独立的，所以各信道可以分别透明地传送不同的业务信号，如语音、数据和图像等，彼此互不干扰，这给使用者带来了极大的便利。

（4）利用EDFA实现超长距离传输。

EDFA具有高增益、宽带宽、低噪声等优点，且其光放大范围为

1530（1565nm.但其増益曲线比较平坦的部分是1540（1560nm）它几乎可以覆盖

WDM系统的1550nm的工作波长范围。

所以用一个带宽很宽的EDFA就可以对

WDM系统的各复用光通路信号同时进行放大，以实现系统的超长距离传输，并避免了每个光传输系统都需要一个光放大器的情况。

WDM系统的超长传输距离可达数百公里同时节省大量中继设备，降低成本。

（5）提高系统的可靠性。

由于WDM系统大多数是光电器件，而光电器件的可靠性很高，因此系统的可靠性也可以保证。

（6）可组成全光网络。

全光网络是未来光纤传送网的发展方向。

在全光网络中，各种业务的上下、交叉连接等都是在光路上通过对光信号进行调度来实现的，从而消除了E/O转换中电子器件的瓶颈。

WDM系统可以和OADM、OXC混合使用，以组成具有高度灵活性、高可靠性、高生存性的全光网络，以适应带宽传送网的发展需要。

2WDM的分类

通信系统的设计不同，每个波长之间的间隔宽度也有不同。

按照通道间隔的不同，WDM可以细分为CWDM（稀疏波分复用）和DWDM（密集波分复用）。

CWDM的信道间隔为20nm,而DWDM的信道间隔从nm到nm,所以相对于DWDM,CWDM称为稀疏波分复用技术。

DWDM的英文全称是DenseWavelength-DivisionMultiplexing,中文意思为高密度多工分波器。

WDM（Wavelength-DivisionMulti-plexing,多工分波器）是个能将一个

（组）波长分成许多个波长的分波器，而所谓的分波器就如同大家所熟知的三棱镜一样，它可以把射入棱镜的白光（一组波长）分成七色光（七种波长）。

在最早的光通迅中，一条光纤仅设计给一个特定波长的光传递，由于WDM技术的开发，使一条光纤可以由传递一个讯号变成传递多个讯号，在相同的铺设成本下，将光纤的使用率提高数倍，故WDM的观念在光纤用于通迅后不久便被提出。

但是经WDM分波之后，每个波段分到的能量都太小，完全无法用于光纤讯号传送。

直到1994年，可适用于WDM的放大器掺钩放大器（Erbium-DopedFiberAmplifier,EDFA）成功商用化之后，WDM的使用才被业界注意。

由于WDM实现了技术的提升，一个WDM可将一个光源分出越来越多的波长（或称信道，channels）,所以为了区别起见，能分出较少波长者称作CWDM（CoarseWDM）,分出波长密度较高者称作DWDM（DenseWDM）。

2.1DWDM

人们在谈论WDM系统时，常常会谈到DWDM（密集波分复用系统）。

其实，WDM和DWDM应用的是同一种技术，它们是在不同发展时期对WDM系统的称呼，它们与WDM技术的发展历史有着紧密的关系。

在80年代初，光纤通信兴起之初，人们想到并首先采用的是在光纤的两On个低损耗窗口1310nm和1550nm窗口各传送1路光波长信号，也就是131m/1550nm两波分的WDM系统，这种系统在我国也有实际的应用。

该系统比较简单，一般采用熔融的波分复用器件，插入损耗小；没有光放大器，在每个中继站上，两个波长都进行解复用和光/电/光再生中继，然后再复用在一起传向下一站。

很长一段时间内在人们的理解中，WDM系统就是指波长间隔为数十nm的系统,例如1310nm/1550nm两波长系统（间隔达200多nm）。

因为在当时的条件下，实现几个nm波长间隔是不大可能的。

随着1550nm窗口EDFA的商用化，WDM系统的应用进入了一个新时期。

人们

不再利用1310nm窗口，而只在1550nm窗口传送多路光载波信号。

由于这些WDM系统的相邻波长间隔比较窄（一般），且工作在一个窗口内共享EDFA光放大器，为了区别于传统的WDM系统，人们称这种波长间隔更紧密的WDM系统为密集波分复用系统。

所谓密集，是对相临波长间隔而言的。

过去WDM系统是几十nm的波长间隔，现在的波长间隔小多了，只有（~2）nm,甚至密集波分复用技术其实是波分复用的一种具体表现形式。

由于DWDM光载波的间隔很密，因而必须采用高分辨率波分复用器件来选取，例如平面波导型或光纤光栅型等新型光器件，而不能再利用熔融的波分复用器件。

在DWDM长途光缆系统中，波长间隔较小的多路光信号可以共用EDFA光放大器。

在两个波分复用终端之间，采用一个EDFA代替多个传统的电再生中继器，同时放大多路光信号，延长光传输距离。

在DWDM系统中，EDFA光放大器和普通的光/电/光再生中继器将共同存在，EDFA用来补偿光纤的损耗，而常规的光/电/光再生中继器用来补偿色散、噪声积累带来的信号失真。

现在，人们都喜欢用WDM来称呼DWDM系统。

从本质上讲，DWDM只是WDM的一种形式，WDM更具有普遍性，DWDM缺乏明确和准确的定义，而且随着技术的发展，原来认为所谓密集的波长间隔，在技术实现上也越来越容易，已经变得不那么“密集”了。

一般情况下，如果不特指1310nm/1550nm的两波分WDM系统,人们谈论的WDM系统就是DWDM系统。

2.2CWDM

CWDM是一种面向城域网接入层的低成本WDM传输技术。

从原理上讲，

CWDM就是利用光复用器将不同波长的光信号复用至单根光纤进行传输，在链路的接收端，借助光解复用器将光纤中的混合信号分解为不同波长的信号，连接到相应的接收设备。

与DWDM的主要区别在于：

相对于DWDM系统中到的波长间隔而言，CWDM具有更宽的波长间隔，业界通行的标准波长间隔为20nmo各波长所属的波段，覆盖了单模光纤系统的O、E、S、C、L等五个波段。

由于CWDM系统的波长间隔宽，对激光器的技术指标要求较低。

由于波长间隔达到20nm,所以系统的最大波长偏移可达-Co~+C。

，激光器的发射波长精度可放宽到±3nm,而且在工作温度范围（-5（?

~70（3。

）内，温度变化导致的波长漂移仍然在容许范围内，激光器无需温度控制机制，所以激光器的结构大大简化，成品率提高。

另外，较大的波长间隔意味着光复用器/解复用器的结构大大简化。

例如，CWDM系统的滤波器镀膜层数可降为50层左右，而DWDM系统中的100GHz滤波器镀膜层数约为150层，这导致成品率提高，成本下降，而且滤波器的供应商大大增加有利于竞争。

CWDM滤波器的成本比DWDM滤波器的成本要少50%o

3WDM系统的应用

3.1WDM系统在传输网中的应用

在长途干线传输网中的应用

与由分插复用器（ADWI）和中继器构建的传统SDH长途干线网相比，DWDM系统由于采用具有多波长放大能力的掺饵光纤放大器技术，从而降低了长途干线网的中继成本，获得了广泛应用。

在长途干线传输网中，DWDM负责解决业务的长距离传送’SDH负责解决业务的调度、上下和保护。

根据目前长途干线网建设和维护中对DWDM的要求，总结出以下几个要点：

1在长途干线网中，中继设备数量大为减少，具有统一管理DWDM和SDH设备能力的网管系统可降低网管系统的投资，简化维护工作。

2长途干线中设备节点距离较远，给系统维护和故障排除带来很大不便。

如果采用具有定时扫描各种光谱特性的内置光谱分析单元，维护人员就可以在网管中心实时了解动态运行中的每个波长的光功率。

中心波长、光信噪比等光谱特性，实现系统在线监控，满足干线网远程监控与维护的需要。

3目前ITU-T建议只定义了8x22dB,5x30dB,3x33dB种规模的光放大单元，但长途干线中实际再生段超出120km的情况很多，随着器件技术水平的提高，采用具有更多光放规格的DWDM系统，在工程设计时就可以超出上述受限范围，最终降低中继建设成本。

4启前大多数DWDM系统尚不支持系统误码性能监测和连接完整性确认等重要功能，相反，SDH利用丰富的开销字节能很好地支持上述功能。

目前国内有些厂商的DWDM系统在收端和发端的波长转换单元（OTU）进行波长转换的同时，将SDH帧结构中的B1字节提取出来进行校验，可实现在线监测和故障准确定位。

5长途干线中具有再定时、再整形和再放大（3R）能力的OTU单元可在因距离原因导致光信噪比下降突破阈值。

超出色散容限的节点替代SDH电中继设备，以降低建设成本。

技术在城域网中的应用

随着技术的进步和业务的发展，WDM技术正从长途传输领域向城域网领域扩展，当然这种扩展不是直截了当的，还需要针对城域网的特定环境进行改造。

适用于城域网领域的WDM系统称为城域网WDM系统，其主要特点和要求

是：

首先，低成本是城域网WDM系统最重要的特点，特别是按每波长计其成本必须明显低于长途网用的WDM系统。

由于城域网范围传输距离通常不超过100km,因而不必使用长途网必须用的外调制器和光放大器。

由于没有光放大器，也就不需要任何形式的通路均衡，从而减少了分波器和合波器的复杂性，也不会遭受与光放大器有关的非线性损伤。

光放大段的设计仅仅是光损耗的设计，十分简单明了。

最后，由于没有光放大器，波长数的増加和扩展也不再受光放大器频带的限制，容许使用波长间隔较宽、波长精度和稳定度要求较低的光源、合波器、分波器和其他元件，使元器件，特别是元源器件的成本大幅度下降，从而降低了整个系统的成本。

城域网WDM系统容许网络运营者提供透明的以波长为基础的业务，这样用户可以灵活地传送任何格式的信号而不必受限于SDH的结构和格式。

特别是对于应用在城域网边缘的系统，直接与用户接口，要能灵活快速地支持各种速率和信号格式的业务，因而要求其光接口可以自动接收和适应从10Mbit/s到/s范围的所有信号，包括SDH,ATM,IP,ESCON,FDDI、千兆以太网和光纤通路等。

而对于应用在城域网核心的系统，将来有可能还会要求支持10Gbit/s的SDH信号和10Gbit/s的以太网信号。

城域网WDM系统还应具备波长可扩展性，新的波长应能随时加上而不会影响原有工作波长。

这样，系统可以通过简单地増加波长而迅速提供新的业务，极大地増强运营商的市场竞争能力°

3.2WDM技术在数据业务中的应用随着Internet的迅猛发展，对其骨干网的带宽提出了很大需求。

从目前的发展看，最合适的解决方案是千兆以太网（GE）overDWDM,它可以提供几十个千兆比每秒的通信带宽，而且具有以太网的简易性，与其它类似速率的通信技术比较，具有价格低廉的特点。

GEoverDWDM实现了以太网基础之上的平滑过渡，综合平衡了现有的端点工作站、管理工具和培训基础等各种因素。

千兆以大网采用协议，与10M,100M以太网具有同样的帧格式的帧长。

对于广大的网络用户来说，这意味着现有的投资可以在合理的初始开销上延续到千兆以太网，而不需要对技术支持人员和用户进行重新培训，也不需要作另外的协议和中间件的投资。

IPoverDWDM的通俗说法就是让IP数据包直接在光路上传送，减少网络层之间的冗余部分。

由于省去了中间的ATM和SDH层，其传输效率最高，节省了网络运营商的成本，同时也降低了用户获得多媒体通信业务的费用，是一种最直接、最经济的IP网络体系结构。

GEoverDWDM是IPoverDWDM的一种廉价方式，非常适用于大型城域IP骨干网的应用。

GEoverDWDM的基本原理和工作方式是：

在发送端，将交换机、路由器等设备发出的千兆以太网光信号送给千兆以太网波长转换板进行光/电转换，变为电信号；此电信号分为两路，一路送给千兆以太网的MAC芯片，另一路去调制具有特定波长的激光器；通过千兆以太网的MAC芯片可以获取千兆以太网的传输情况，如数据包流量和错误的数据包数量，可以很方便地在传输网管设备上观察到千兆以大同的运行情况，及时查找传输线路故障；经过波长激光器调制的千兆以太网光信号同其它波长的光信号组合（复用）送入一根光纤中传输。

在接收端，通过分波器将各个波长的光信号从一根光纤分出，送入不同终端。

分出的千兆以太网光信号被送给千兆以太网波长转换板，同样进行光-电-光转换，并在电层用千兆以太网的MAC芯片监视传输情况；最后将千兆以太网光信号送到交换机、路由器等设备的千兆以太网光口，完成GEoverDWDM的全过程。

4WDM的发展方向

虽然WDM技术问世时间不长，但由于具有许多显著的优点而表现出强大的生命力，从而迅速得到推广应用，并向全光网络的方向发展。

从发展的角度看，今后全光技术的发展可能表现在以下几个方面：

1•光分插复用器（OADM）

目前采用的OADM只能在中间局站上、下固定波长的光信号，使用起来比较僵化。

而未来的OADM对上、下光信号将是完全可控的，就像现在分插复用器上、下电路一样，通过网管系统就可以在中间局站有选择地上、下一个或几个波长的光信号，使用起来非常方便，组网（光网络）十分灵活。

2•光交叉连接设备（OXC）

与OADM相类似，未来的OXC将像现在的DXC能对电信号随意进行交叉连接一样，可以利用软件对各路光信号进行灵活的交叉连接。

OXC对全光网络的调度、业务的集中与疏导、全光网络的保护与恢复等都会发挥重大作用。

3•可变波长激光器

到目前为止，光纤通信用的光源即半导体激光器只能发出固寇波长的光波，尚不能做到按需要随意改变半导体激光器的发射波长。

将来可能会出现可变波长激光器，即激光器光源的发射波长可按需要进行调谐发送，其光谱性能将更加优越，而且具有更高的输出功率、更高的稳定性和更高的可靠性。

不仅如此，可变波长的激光器光源还更有利于大批量生产，降低成本。

4•全光再生器

目前的再生器即所谓的电再生器，都需要经过光-电-光的转换过程，即通过对电信号的处理来实现再生（整形、定对、数据再生）。

电再生器体积大、耗电多、运营成本高。

掺饵光纤放大器虽然可以用来作再生器使用，但它只是解决了系统损耗受限的难题，而对于色做受限，掺餌光纤放大器是无能为力的。

色散受限还需要靠光源的色散容限值（DL）来解决，这就对光源的光谱性能提出了极高的要求。

未来的全光再生器则不然，它不需要光-电-光的处理就可以对光信号直接进行再定时、再整形和再放大，而且与系统的工作波长、比特率、协议等无关。

由于它具有光放大功能，所以解决了损耗受限的难题，又因为它可以对光脉冲波形直接进行再整形，所以也解决了色散受限方面的难题。