专注SIP通讯产品与方案

光波分复用系统

   光波分复用技术(WDM:Wavelength Division Multiplexer)的出现使光通信系统的容量几十倍、成百倍地增长,可以说没有波分复用技术也就没有现在蓬勃发展的光通信事业。目前我国的干线传输系统和大中城市的城域网已采用了WDM技术。WDM技术在实现产业化的同时,向着超高速率、超大容量、超长距离发展。随着网络IP化的不断发展.WDM传输系统向着更大容量的40G/100G乃至超100GWDM演进。
光波分复用技术
1.WDM系统构成
       WDM技术是在一根光纤中同时传输多波长光信号的一项技术。其基本原理是在发送端将不同波长的信号组合起来(复用),并送入到光缆线路上的同一根光纤中进行传输,在接收端又将组合波长的光信号分开(解复用),并作进一步处理,恢复出原信号后送入不同的终端,因此将此项技术称为光波长分割复用,简称光波分复用技术。
       WDM系统按照工作波长的波段不同可以分为两类,一类是釆用1310nm和1550nm波长的复用,称为粗波分复用(CWDM);另一类是在1550nm波段的密集波分复用(DWDM).它是在同一窗口中信道间隔较小的波分复用,可以同时采用8,16或更多个波长在一对光纤上(也可采用单纤)构成光纤通信系统,其中每个波长之间的间隔为L6nm、0.8nm或更低,对应的带宽为200GHz、100GHz或更窄的带宽。如果光纤由OH根所致的损耗峰可以消除的话,那么可以使波分复用系统的可用波长范围扩展到1280〜1620nm波段,达到340nm左右,可大大提高传输容量。目前DWDM采用的信道波长是等间隔的,如κX0.8nm,龙为正整数。由于EDFA成功地应用于DWDM系统,极大地增加了光纤中可传输的信息容量和传输距离。
       WDM系统的基本构成主要有两种基本形式:双纤单向传输和单纤双向传输。双纤单向传输是指釆用两根光纤实现两个方向信号传输,完成全双工通信。如图36所示,在发送端将载有各种信息的、具有不同波长的已调制的光信号λ1,λ2,-λn通过光复用器组合在一起,并在一根光纤中单向传输,在接收端通过光解复用器将不同光波长的信号分开,分别送入不同的光接收机,完成多路光信号传输的任务。反方向通过另一根光纤传输,其原理相同。
双纤单向传输示意图
图  双纤单向传输示意图
       单纤双向传输是指光通路在一根光纤中同时沿着两个不同的方向传输,双向传输的波长相互分开,以实现彼此双方全双工的通信。
       DWDM系统主要由五个部分组成:光发射机、光中继放大器、光接收机、光监控信道和网络管理系统。DWDM系统的总体构成如图37所示。其中光发射机是DWDM系统的核心,根据ITU-T建议和标准,光发射机中的半导体激光器必须能够发射标准的波长,并具有一定的光谱线宽.此外还必须稳定、可靠。
DWDM系统的总体构成
图37    DWDM系统的总体构成
       在系统的发送端首先将来自终端设备(如SDH端机)输出的光信号,利用光转发器(OTU)把非规范的波长的光信号转换成符合ITU-T建议的标准波长的光信号;利用光复用器(或称作光合波器)合成多通路光信号;通过光功率放大器(BA)放大输出多通路光信号,以提高进入光纤的光功率,一般采用EDFA作为光功率放大器。
       经过长距离光纤传输后(80〜120km),需要对光信号进行光中继放大。目前使用的光中继放大器多数为EDFA。在接收端,光前置放大器(PA)放大经过传输而衰减的主信道的光信号,光前置放大器仍可釆用EDFA。采用光解复用器(或称分波器)将主信道的多路信号分开,送入不同的光接收机。光接收机要求必须具备一定的灵敏度、动态范围、足够电带宽和噪声性能。
       DWDM系统中的光监控信道的功能是监控系统内各信道的传输情况。在发送端插入光监控信号M,它与主信道的光信号合波后输出;在接收端将收到的光信号分波,分别输出光监控信号和主信道的光信号。帧同步字节、公务字节和网管所用的开销字节等都是通过光监控信道来传输的。监控信道的波长可选1310nm、l480nm或1510nm,它们位于EDFA的增益带宽之外,所以这种监控称为带外波长监控技术。
       网络管理系统通过光监控信道物理层传送开销字节到网络其他节点或接收来自其他节点的开销字节对DWDM系统进行管理,实现配置管理、故障管理、性能管理和安全管理等功能,并与上层管理系统连接。
       在实现DWDM系统中,最关键的是器件。主要有:满足ITU-T建议波长要求的半导体激光器、滤波器、耦合器、光波分复用器和解复用器、光放大器等。在DWDM系统中所用的光源,一般要求是发光波长精确、稳定,发射功率稳定,光谱线宽窄,并且成本低,具有配套的波长监测与稳定技术。
       DWDM系统中光波分复用器和解复用器是最核心的器件。将不同光波长的信号结合在一起经一根光纤输出的器件称为光波分复用器,反之,把经同一根光纤送来的多波长信号分开并分别输出的器件称为解复用器。从原理上讲,该器件是互易的(双向可逆的)。因此,除非有特殊要求,复用器和解复用器是相同的。光波分复用器和解复用器在DWDM系统中起着关键的作用,其性能的优劣对系统的传输质量有决定性的影响。DWDM系统对光波分复用器和解复用器的要求是插入损耗及其偏差小、信道间的串扰小、通带损耗平坦、偏振相关性低。常用的光波分复用器和解复用器主要有介质薄膜滤波器、各种光栅器件、星形耦合器等形式。
光波分复用技术
2.WDM技术的主要特点
       • 充分利用了光纤的巨大带宽资源(低损耗波段),使一根光纤的传输容量比单波长传输增加几倍至几十倍,从而增加了光纤的传输容量,在很大程度上解决了传输的带宽问题。
       • WDM技术中使用的各波长相互独立,因而可以传输特性完全不同的信号,完成各种业务信号的综合和分离,包括数字信号和模拟信号,以及PDH信号和SDH信号,实现多媒体信号(如音频、视频、数据、文字、图像等)的混合传输。
       • WDM技术可以实现单根光纤的双向传输,以节省大量的线路投资。
       • WDM技术可以有多种应用形式,如长途干线的传输网络、广播式分配网络、局域网等
       • WDM技术使N个波长复用起来在单根光纤中传输,在大容量长途传输时可以节约大量光纤;对已经建成的光纤通信系统可以很容易地进行扩容升级,因而WDM技术可以节约线路投资。
       • 随着传输速率的不断提高,许多光电器件的响应速度已明显不足。使用WDM技术可以降低对一些器件在性能上的极高要求,同时又可实现大容量传输。
       • WDM的信道对数据格式是透明的,即与信号的速率和电调制方式无关,在网络扩充和发展中是理想的扩容手段,也是引人宽带新业务的方便手段。
       • 利用WDM技术可以实现高度的组网灵活性、经济性和可靠性。