WDM技術原理及結構分析

簡要介紹光波分復用系統(tǒng)的基本原理、結構組成、功能配置、關鍵技術部件和技術特點，說明光波分復用WDM系統(tǒng)是今后光通信發(fā)展的方向。
　　　　一、光波分復用（WDM）技術
　　光波分復用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）技術是在一根光纖中同時同時多個波長的光載波信號，而每個光載波可以通過FDM或TDM方式，各自承載多路模擬或多路數(shù)字信號。其基本原理是在發(fā)送端將不同波長的光信號組合起來（復用），并耦合到光纜線路上的同一根光纖中進行傳輸，在接收端又將這些組合在一起的不同波長的信號分開（解復用），并作進一步處理，恢復出原信號后送入不同的終端。因此將此項技術稱為光波長分割復用，簡稱光波分復用技術。
　　WDM技術對網(wǎng)絡的擴容升級，發(fā)展寬帶業(yè)務，挖掘光纖帶寬能力，實現(xiàn)超高速通信等均具有十分重要的意義，尤其是加上摻鉺光纖放大器（EDFA）的WDM對現(xiàn)代信息網(wǎng)絡更具有強大的吸引力。
　　二、WDM系統(tǒng)的基本構成
　　WDM系統(tǒng)的基本構成主要分雙纖單向傳輸和單纖雙向傳輸兩種方式。單向WDM是指所有光通路同時在一根光纖上沿同一方向傳送，在發(fā)送端將載有各種信息的具有不同波長的已調光信號通過光延長用器組合在一起，并在一根光纖中單向傳輸，由于各信號是通過不同波長的光攜帶的，所以彼此間不會混淆，在接收端通過光的復用器將不同波長的光信號分開，完成多路光信號的傳輸，而反方向則通過另一根光纖傳送。雙向WDM是指光通路在一要光纖上同時向兩個不同的方向傳輸，所用的波長相互分開，以實現(xiàn)彼此雙方全雙工的通信聯(lián)絡。目前單向的WDM系統(tǒng) 在開發(fā)和應用方面都比較廣泛，而雙向WDM由于在設計和應用時受各通道干擾、光反射影響、雙向通路間的隔離和串話等因素的影響，目前實際應用較少。
　　三、雙纖單向WDM系統(tǒng)的組成
　　以雙纖單向WDM系統(tǒng)為例，一般而言，WDM系統(tǒng)主要由以下5部分組成：光發(fā)射機、光中繼放大器、光接收機、光監(jiān)控信道和網(wǎng)絡管理系統(tǒng)。
　　1.光發(fā)射機
　　光發(fā)射機是WDM系統(tǒng)的核心，除了對WDM系統(tǒng)中發(fā)射激光器的中心波長有特殊的要求外，還應根據(jù)WDM系統(tǒng)的不同應用（主要是傳輸光纖的類型和傳輸距離）來選擇具有一定色度色散容量的發(fā)射機。在發(fā)送端首先將來自終端設備輸出的光信號利用光轉發(fā)器把非特定波長的光信號轉換成具有穩(wěn)定的特定波長的信號，再利用合波器合成多通路光信號，通過光功率放大器（BA）放大輸出。
　　2.光中繼放大器
　　經(jīng)過長距離（80~120km）光纖傳輸后，需要對光信號進行光中繼放大，目前使用的光放大器多數(shù)為摻鉺光纖光放大器（EDFA）。在WDM系統(tǒng)中必須采用增益平坦技術，使EDFA對不同波長的光信號具有相同的放大增益，并保證光信道的增益競爭不影響傳輸性能。
　　3.光接收機
　　在接收端，光前置放大器（PA）放大經(jīng)傳輸而衰減的主信道信號，采用分波器從主信道光信號中分出特定波長的光信道，接收機不但要滿足對光信號靈敏度、過載功率等參數(shù)的要求，還要能承受一定光噪聲的信號，要有足夠的電帶寬性能。
　　4.光監(jiān)控信道
　　光監(jiān)控信道的主要功能是監(jiān)控系統(tǒng)內各信道的傳輸情況。在發(fā)送端插入本節(jié)點產(chǎn)生的波長為λs（1550nm）的光監(jiān)控信號，與主信道的光信號合波輸出。在接收端，將接收到的光信號分波，分別輸出λs（1550nm）波長的光監(jiān)控信號和業(yè)務信道光信號。幀同步字節(jié)、公務字節(jié)和網(wǎng)管使用的開銷字節(jié)都是通過光監(jiān)控信道來傳遞的。
　　5.網(wǎng)絡管理系統(tǒng)
　　網(wǎng)絡管理系統(tǒng)通過光監(jiān)控信道傳送開銷字節(jié)到其他節(jié)點或接收來自其他節(jié)點的開銷字節(jié)對WDM系統(tǒng)進行管理，實現(xiàn)配置管理、故障管理、性能管理、安全管理等功能。
　　四、光波分復用器和解復用器
　　在整個WDM系統(tǒng)中，光波分復用器和解復用器是WDM技術中的關鍵部件，其性能的優(yōu)劣對系統(tǒng)的傳輸質量具有決定性作用。將不同光源波長的信號結合在一起經(jīng)一根傳輸光纖輸出的器件稱為復用器；反之，將同一傳輸光纖送來的多波長信號分解為個別波長分別輸出的器件稱為解復用器。從原理上說，該器件是互易（雙向可逆）的，即只要將解復用器的輸出端和輸入端反過來使用，就是復用器。光波分復用器性能指標主要有接入損耗和串擾，要求損耗及頻偏要小，接入損耗要小于1.0~2.5db，信道間的串擾小，隔離度大，不同波長信號間影響小。 在目前實際應用的WDM系統(tǒng)中，主要有光柵型光波分復用器和介質膜濾波器型光波分復用器。
　　1.光柵型光波分復用器
　　閃耀光柵是在一塊能夠透射或反射的平面上刻劃平等且等距的槽痕，其刻槽具有小階梯似的形狀。當含有多波長的光信號通過光柵產(chǎn)生衍射時，不同波長成分的光信號將以不同的角度射出。當光纖中的光信號經(jīng)透鏡以平行光束射向閃耀光柵時，由于光柵的衍射作用，不同波長的光信號以方向略有差異的各種平行光返回透鏡傳輸，再經(jīng)透鏡聚焦后，以一定規(guī)律分別注入輸出光纖，從而將不同波長的光信號分別以不同的光纖傳輸，達到解復用的目的。根據(jù)互易原理，將光波分復用輸入和輸出互換即可達到復用的目的。
　　2.介質膜濾波器型光波分復用器
　　目前WDM系統(tǒng)工作在1550nm波長區(qū)段內，用8，16或更多個波長，在一對光纖上（也可用單光纖）構成光通信系統(tǒng)。其波長與光纖損耗的關系見圖4。每個波長之間為1.6nm、0.8nm或更窄的間隔，對應200GHz、100GHz或更窄的帶寬。
　　五、WDM技術的主要特點
　　1.充分利用光纖的巨大帶寬資源，使一根光纖的傳輸容量比單波長傳輸增加幾倍到幾十倍，從而增加光纖的傳輸容量，降低成本，具有很大的應用價值和經(jīng)濟價值。
　　2.由于WDM技術中使用的各波長相互獨立，因而可以傳輸特性完全不同的信號，完成各種信號的綜合和分離，實現(xiàn)多媒體信號混合傳輸。
　　3.由于許多通信都采用全雙式方式，因此采用WDM技術可節(jié)省大量線路投資。
　　4.根據(jù)需要，WDM技術可以有很多應用形式，如長途干線網(wǎng)、廣播式分配網(wǎng)絡，多路多地局域網(wǎng)等，因此對網(wǎng)絡應用十分重要。
　　5.隨著傳輸速率不斷提高，許多光電器件的響應速度明顯不足，使用WDM技術可以降低對一些器件在性能上的極高要求，同時又可實現(xiàn)大容量傳輸。
　　6.利用WDM技術選路，實現(xiàn)網(wǎng)絡交換和恢復。