波分復(fù)用器 又名：WDM

一 名詞解釋

　　WDM Wavelength Division Multiplexing ，波分復(fù)用器

　　CWDM Coarse Wavelength Division Multiplexing ，稀疏波分復(fù)用器，也稱粗波分復(fù)用器　　

　　DWDM Dense Wavelength Division Multiplexing ，密集波分復(fù)用器

二 WDM

　　WDM是將一系列載有信息、但波長(zhǎng)不同的光信號(hào)合成一束，沿著單根光纖傳輸；在接收端再用某種方法，將各個(gè)不同波長(zhǎng)的光信號(hào)分開(kāi)的通信技術(shù)。這種技術(shù)可以同時(shí)在一根光纖上傳輸多路信號(hào)，每一路信號(hào)都由某種特定波長(zhǎng)的光來(lái)傳送，這就是一個(gè)波長(zhǎng)信道。

　　在同一根光纖中同時(shí)讓兩個(gè)或兩個(gè)以上的光波長(zhǎng)信號(hào)通過(guò)不同光信道各自傳輸信息,稱為光波分復(fù)用技術(shù),簡(jiǎn)稱WDM。光波分復(fù)用包括頻分復(fù)用和波分復(fù)用。光頻分復(fù)用(frequency-division multiplexing, FDM)技術(shù)和光波分復(fù)用(WDM)技術(shù)無(wú)明顯區(qū)別,因?yàn)楣獠ㄊ?span id="6sq4cek" class='hrefStyle'>電磁波的一部分,光的頻率與波長(zhǎng)具有單一對(duì)應(yīng)關(guān)系。通常也可以這樣理解,光頻分復(fù)用指光頻率的細(xì)分,光信道非常密集。光波分復(fù)用指光頻率的粗分,光倍道相隔較遠(yuǎn),甚至處于光纖不同窗口。

　　光波分復(fù)用一般應(yīng)用波長(zhǎng)分割復(fù)用器和解復(fù)用器(也稱合波/分波器)分別置于光纖兩端,實(shí)現(xiàn)不同光波的耦合與分離。這兩個(gè)器件的原理是相同的。光波分復(fù)用器的主要類型有熔融拉錐型,介質(zhì)膜型,光柵型和平面型四種。其主要特性指標(biāo)為插入損耗和隔離度。通常,由于光鏈路中使用波分復(fù)用設(shè)備后,光鏈路損耗的增加量稱為波分復(fù)用的插入損耗。當(dāng)波長(zhǎng)11,l2通過(guò)同一光纖傳送時(shí),在與分波器中輸入端l2的功率與11輸出端光纖中混入的功率之間的差值稱為隔離度。

　　現(xiàn)在市場(chǎng)使用WDM技術(shù)的產(chǎn)品主要有CWDM和DWDM。

三 CWDM

　　CWDM是一種面向城域網(wǎng)接入層的低成本W(wǎng)DM傳輸技術(shù)。從原理上講，CWDM就是利用光復(fù)用器將不同波長(zhǎng)的光信號(hào)復(fù)用至單根光纖進(jìn)行傳輸，在鏈路的接收端，借助光解復(fù)用器將光纖中的混合信號(hào)分解為不同波長(zhǎng)的信號(hào)，連接到相應(yīng)的接收設(shè)備。其原理如圖1所示。與DWDM的主要區(qū)別在于：相對(duì)于DWDM系統(tǒng)中0.2nm到1.2nm的波長(zhǎng)間隔而言，CWDM具有更寬的波長(zhǎng)間隔，業(yè)界通行的標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)間隔為20nm。ITU-T G.694.2規(guī)定的波長(zhǎng)如表1所示。各波長(zhǎng)所屬的波段如圖2所示，覆蓋了單模光纖系統(tǒng)的O、E、S、C、L等五個(gè)波段。

　　由于CWDM系統(tǒng)的波長(zhǎng)間隔寬，對(duì)激光器的技術(shù)指標(biāo)要求較低。由于波長(zhǎng)間隔達(dá)到20nm，所以系統(tǒng)的最大波長(zhǎng)偏移可達(dá)－6.5℃～+6.5℃，激光器的發(fā)射波長(zhǎng)精度可放寬到±3nm，而且在工作溫度范圍（－5℃～70℃）內(nèi)，溫度變化導(dǎo)致的波長(zhǎng)漂移仍然在容許范圍內(nèi)，激光器無(wú)需溫度控制機(jī)制，所以激光器的結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化，成品率提高。

　　另外，較大的波長(zhǎng)間隔意味著光復(fù)用器/解復(fù)用器的結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化。例如，CWDM系統(tǒng)的濾波器鍍膜層數(shù)可降為50層左右，而DWDM系統(tǒng)中的100GHz濾波器鍍膜層數(shù)約為150層，這導(dǎo)致成品率提高，成本下降，而且濾波器的供應(yīng)商大大增加有利于競(jìng)爭(zhēng)。CWDM濾波器的成本比DWDM濾波器的成本要少50%以上，而且隨著自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)和批量的增大會(huì)進(jìn)一步降低。

　　CWDM系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

　　CWDM的最重要的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備成本低。具體情況前面已經(jīng)介紹過(guò)了。除此之外，CWDM的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以降低網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)成本。由于CWDM設(shè)備體積小、功耗低、維護(hù)簡(jiǎn)便、供電方便，可以使用220V交流電源。由于其波長(zhǎng)數(shù)較少，所以板卡備份量小。使用8波的CWDM設(shè)備對(duì)光纖沒(méi)有特殊要求，G.652、G.653、G.655光纖均可采用，可利用現(xiàn)有的光纜。 CWDM系統(tǒng)可以顯著提高光纖的傳輸容量，提高對(duì)光纖資源的利用率。城域網(wǎng)的建設(shè)都面臨著一定程度的光纖資源的緊張或租賃光纖的昂貴價(jià)格。目前典型的粗波分復(fù)用系統(tǒng)可以提供8個(gè)光通道，按照ITU-T的G.694.2規(guī)范最多可以達(dá)到18個(gè)光通道。 CWDM的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是體積小、功耗低。CWDM系統(tǒng)的激光器無(wú)需半導(dǎo)體制冷器和溫度控制功能，所以可以明顯減小功耗，如DWDM系統(tǒng)每個(gè)激光器要消耗大約4W的功率，而沒(méi)有冷卻器的CWDM激光器僅消耗0.5W的功率。CWDM系統(tǒng)中簡(jiǎn)化的激光器模塊使得其光收發(fā)一體化模塊的體積減小，設(shè)備結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化也減小了設(shè)備的體積，節(jié)約機(jī)房空間。 與傳統(tǒng)的TDM方式相比，CWDM具有速率和協(xié)議透明性，這使之更適應(yīng)城域網(wǎng)高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的發(fā)展。城域網(wǎng)中有許多不同協(xié)議和不同的速率的業(yè)務(wù)，CWDM提供了在一根光纖上提供不同速率的、對(duì)協(xié)議透明的傳輸通道，如以太網(wǎng)、ATM、POS、SDH等，而且CWDM的透明性和分插復(fù)用功能可以允許使用者直接上下某一個(gè)波長(zhǎng)，而不用轉(zhuǎn)換原始信號(hào)的格式。也就是說(shuō)，光層提供了獨(dú)立于業(yè)務(wù)層的傳送結(jié)構(gòu)。CWDM具有很好的靈活性和可擴(kuò)展性。對(duì)于城域業(yè)務(wù)來(lái)講，業(yè)務(wù)提供的靈活性，特別是業(yè)務(wù)提供速度和隨著業(yè)務(wù)發(fā)展進(jìn)行擴(kuò)展的能力非常重要。利用CWDM技術(shù)可以在1天或者幾個(gè)小時(shí)的時(shí)間內(nèi)為用戶開(kāi)通業(yè)務(wù)，而且可以隨著業(yè)務(wù)量的增加，可以通過(guò)插入新的OTU板進(jìn)行容量的擴(kuò)展?！√岣邩I(yè)務(wù)質(zhì)量。在城域網(wǎng)中應(yīng)用CWDM系統(tǒng)可以使光層恢復(fù)成為可能。光層恢復(fù)比電層恢復(fù)要經(jīng)濟(jì)得多?？紤]到光層恢復(fù)是獨(dú)立于業(yè)務(wù)和速率的，那么原來(lái)一些自身體制無(wú)保護(hù)功能的體系（如千兆以太網(wǎng)），則可以利用CWDM來(lái)進(jìn)行保護(hù)。由于CWDM技術(shù)的上述優(yōu)點(diǎn)，所以CWDM在電信、廣電、企業(yè)網(wǎng)、校園網(wǎng)等領(lǐng)域獲得越來(lái)越多的應(yīng)用。

　　CWDM產(chǎn)品存在的不足
　　CWDM技術(shù)的最大問(wèn)題是其相對(duì)于DWDM設(shè)備的成本優(yōu)勢(shì)仍不夠明顯。光收發(fā)模塊和光器件是降低成本的關(guān)鍵。但由于市場(chǎng)規(guī)模不大，供應(yīng)商的出貨量不大，所以器件成本優(yōu)勢(shì)不明顯。另外一個(gè)降低成本的方法是簡(jiǎn)化設(shè)備功能，而這種方法導(dǎo)致系統(tǒng)的可靠性和可管理能力降低。 價(jià)格不斷降低的DWDM產(chǎn)品也給CWDM技術(shù)很大的壓力，而且采用DWDM技術(shù)可以形成一個(gè)完整的城域DWDM網(wǎng)，所以可擴(kuò)展性好，對(duì)CWDM的壓力比較大。 目前的CWDM設(shè)備支持的光通道（波長(zhǎng)）數(shù)目不超過(guò)8個(gè)，主要是E波段的光收發(fā)模塊制造工藝還不成熟，另外，消除了水吸收峰的G.652C光纜在現(xiàn)網(wǎng)中應(yīng)用較少，所以對(duì)E波段光收發(fā)模塊的市場(chǎng)需求不大。更高速率和更遠(yuǎn)傳輸距離的CWDM系統(tǒng)還存在很多技術(shù)問(wèn)題。如10G系統(tǒng)的色散問(wèn)題、超寬帶光放大技術(shù)等。另外，標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程需要加快，特別是對(duì)業(yè)務(wù)接口功能方面需要運(yùn)營(yíng)商的引導(dǎo)。
 

　　CWDM的發(fā)展方向
　　目前制約CWDM產(chǎn)品發(fā)展的關(guān)鍵因素之一是光收發(fā)模塊和復(fù)用解復(fù)用器件的價(jià)格。隨著市場(chǎng)的發(fā)展和制造工藝的進(jìn)步，進(jìn)一步降低設(shè)備成本是一個(gè)重要的發(fā)展方向。 開(kāi)發(fā)E波段的光器件技術(shù)，使之盡快成熟。開(kāi)發(fā)10G速率光通道技術(shù)，提高CWDM系統(tǒng)的容量和可升級(jí)性。支持各種業(yè)務(wù)接口是CWDM發(fā)展的方向。城域網(wǎng)接入層對(duì)多業(yè)務(wù)接口的需求是各廠商進(jìn)一步開(kāi)發(fā)多業(yè)務(wù)接口的動(dòng)力，CWDM設(shè)備將提供FE、GE、SDH、ESCON、FC等多種業(yè)務(wù)接口。另外一個(gè)發(fā)展方向是能與MSTP或者高性能路由交換設(shè)備結(jié)合，作為MSTP設(shè)備或者高速路由器擴(kuò)展線路側(cè)容量的手段。 提供多層次的光層和業(yè)務(wù)層保護(hù)功能也是一個(gè)發(fā)展方向，以滿足不同客戶的需求。 網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)和設(shè)備安全性、可靠性等方面進(jìn)一步提高，提高在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。 對(duì)于最新推出的G.652C光纖，由于G.652C光纜的價(jià)格是G.652B價(jià)格的兩倍，而且E波段的CWDM光收發(fā)模塊技術(shù)尚不成熟，短期內(nèi)（1－2年）應(yīng)用全波段CWDM設(shè)備的可能性不大，采用G.652C光纜存在投資大、短期內(nèi)無(wú)效益的問(wèn)題，所以G.652C光纖在城域用戶光纜網(wǎng)中的應(yīng)用受到一定限制。
 

四 DWDM

　　DWDM技術(shù)是利用單模光纖的帶寬以及低損耗的特性，采用多個(gè)波長(zhǎng)作為載波，允許各載波信道在光纖內(nèi)同時(shí)傳輸。

　　與通用的單信道系統(tǒng)相比，密集 WDM （ DWDM ）不僅極大地提高了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的通信容量，充分利用了光纖的帶寬，而且它具有擴(kuò)容簡(jiǎn)單和性能可靠等諸多優(yōu)點(diǎn)，特別是它可以直接接入多種業(yè)務(wù)更使得它的應(yīng)用前景十分光明。

　　DWDM結(jié)構(gòu)分析
　　DWDM從結(jié)構(gòu)上分，目前有集成系統(tǒng)和開(kāi)放系統(tǒng)。集成式系統(tǒng)：要求接入的單光傳輸設(shè)備終端的光信號(hào)是滿足G．692標(biāo)準(zhǔn)的光源。開(kāi)放系統(tǒng)，是在合波器前端及分波器的后端，加波長(zhǎng)轉(zhuǎn)移單元OTU，將當(dāng)前通常使用的G．957接口波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換為G．692標(biāo)準(zhǔn)的波長(zhǎng)光接口。這樣，開(kāi)放式系統(tǒng)采用波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換技術(shù)？使任意滿足G．957建議要求的光信號(hào)能運(yùn)用光－電－光的方法，通過(guò)波長(zhǎng)變換之后轉(zhuǎn)換至滿足G．692要求的規(guī)范波長(zhǎng)光信號(hào)，再通過(guò)波分復(fù)用，從而在DWDM系統(tǒng)上傳輸。

　　目前的DWDM系統(tǒng)可提供16/20波或32/40波的單纖傳輸容量，最大可到160波，具有靈活的擴(kuò)展能力。用戶初期可建16/20波的系統(tǒng)，之后根據(jù)需要再升級(jí)到32/40波，這樣可以節(jié)省初期投資。其升級(jí)方案原理：一種是在C波段紅帶16波加藍(lán)帶16波升級(jí)為32波的方案；另一種是采用interleaver，在C波段由200GHz間隔16/32波升級(jí)為100GHz間隔20/40波。進(jìn)一步的擴(kuò)容求，可提供C+L波段的擴(kuò)容方案，使系統(tǒng)傳輸容量進(jìn)一步擴(kuò)充為160波。

　　DWDM光信道
　　在DWDM系統(tǒng)中，采用獨(dú)立的1510nm波長(zhǎng)（速率為2Mb/s）承載光監(jiān)控信道（OSC），傳送網(wǎng)管、公務(wù)和監(jiān)控信息，幀結(jié)構(gòu)符合G．704，實(shí)際用于監(jiān)控信息傳送的速率為1920kb/s。0SC光監(jiān)控信道是DWDM系統(tǒng)工作狀態(tài)的信息載體。在DWDM系統(tǒng)中，OSC是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的子系統(tǒng)，傳送光信道層、光復(fù)用段層和光傳輸段層的維護(hù)和管理信息，提供公務(wù)聯(lián)絡(luò)及使用者通路，同時(shí)它還可以提供其它附加功能。OSC主要包括的子系統(tǒng)功能為：OSC信道接收和發(fā)送、時(shí)鐘恢復(fù)和再生、接收外部時(shí)鐘信號(hào)、OSC信道故障檢測(cè)和處理及性能監(jiān)測(cè)、CMI編解碼、OSC幀定位和組幀處理、監(jiān)控信息處理。性能的監(jiān)測(cè)（B1、J0、OPM、光放監(jiān)測(cè)），可由業(yè)務(wù)接入終端完成。模擬量監(jiān)測(cè)功能和B1誤碼監(jiān)測(cè)功能，提供不中斷業(yè)務(wù)的多路光通道性能監(jiān)測(cè)（包括各信道波長(zhǎng)、光功率、光信噪比），適時(shí)監(jiān)測(cè)光傳送段和光通道性能質(zhì)量，提供故障定位的有效手段。具有監(jiān)測(cè)放大器的輸入光功率、輸出光功率、PUMP驅(qū)動(dòng)電流、PUMP制冷電流、PUMP溫度和PUMP背向光功率的功能。具有監(jiān)測(cè)多方向的波數(shù)、各信道的波長(zhǎng)、光功率和光信噪比等性能，監(jiān)測(cè)的波長(zhǎng)精度可大于0．05nm、光功率精度可大于0．5dBm、信噪比精度可大于0．5dB。
 

光波分復(fù)用的技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)

　　(1)充分利用光纖的低損耗波段,增加光纖的傳輸容量,使一根光纖傳送信息的物理限度增加一倍至數(shù)倍。目前我們只是利用了光纖低損耗譜(1310nm-1550nm)極少一部分,波分復(fù)用可以充分利用單模光纖的巨大帶寬約25THz,傳輸帶寬充足。
　　(2)具有在同一根光纖中,傳送2個(gè)或數(shù)個(gè)非同步信號(hào)的能力,有利于數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)的兼容,與數(shù)據(jù)速率和調(diào)制方式無(wú)關(guān),在線路中間可以靈活取出或加入信道。
　　(3)對(duì)已建光纖系統(tǒng),尤其早期鋪設(shè)的芯數(shù)不多的光纜,只要原系統(tǒng)有功率余量,可進(jìn)一步增容,實(shí)現(xiàn)多個(gè)單向信號(hào)或雙向信號(hào)的傳送而不用對(duì)原系統(tǒng)作大改動(dòng),具有較強(qiáng)的靈活性。
　　(4)由于大量減少了光纖的使用量,大大降低了建設(shè)成本、由于光纖數(shù)量少,當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí),恢復(fù)起來(lái)也迅速方便。
　　(5)有源光設(shè)備的共享性,對(duì)多個(gè)信號(hào)的傳送或新業(yè)務(wù)的增加降低了成本。
　　(6)系統(tǒng)中有源設(shè)備得到大幅減少,這樣就提高了系統(tǒng)的可靠性。目前,由于多路載波的光波分復(fù)用對(duì)光發(fā)射機(jī)、光接收機(jī)等設(shè)備要求較高,技術(shù)實(shí)施有一定難度,同時(shí)多纖芯光纜的應(yīng)用對(duì)于傳統(tǒng)廣播電視傳輸業(yè)務(wù)未出現(xiàn)特別緊缺的局面,因而WDM的實(shí)際應(yīng)用還不多。但是,隨著有線電視綜合業(yè)務(wù)的開(kāi)展,對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬需求的日益增長(zhǎng),各類選擇性服務(wù)的實(shí)施、網(wǎng)絡(luò)升級(jí)改造經(jīng)濟(jì)費(fèi)用的考慮等等,WDM的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)在CATV傳輸系統(tǒng)中逐漸顯現(xiàn)出來(lái),表現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景,甚至將影響CATV網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展格局。