光波分復用技術在光纖傳輸中的現狀與應用

陳力

【摘要】 光波分復用技術是目前光纖通信中最主要的傳輸擴容技術之一，其主要原理為在同一根光纖中同時傳輸不同波長的光信號，實現單位時間信息傳輸量的倍增。本文簡要介紹了光波分復用技術特點、實現方法及目前的應用。該技術具有快速靈活、經濟可靠等優點；實現方式多為“復用發射——中繼——接收解復用”的傳輸結構；已在我國網絡通信系統中得到廣泛的應用，且相關研究也日趨成熟。最后本文展望了當前光波分復用技術的發展方向——密集光波分復用。

【關鍵詞】 光波分復 技術 系統結構

一、光波分復用技術

為了提升網絡的通信效率，在通訊技術的發展中人們逐漸設計了多種多路復用技術，包括時分復用（TDM）、頻分復用（FDM）、碼分復用（CDMA）和波分復用（WDM）。波分復用（WDM）是將兩種或多種不同波長的光載波信號（攜帶各種信息）在發送端經復用器（Multiplexer）匯合在一起，并耦合到光線路的同一根光纖中進行傳輸的技術；在接收端，經解復用器（Demultiplexer）將各種波長的光載波分離，然后由光接收機作進一步處理以恢復原信號。這種在同一根光纖中同時傳輸兩個或眾多不同波長光信號的技術，稱為波分復用。

光波分復用技術具有以下優勢：（1）高傳輸帶寬：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倍，潛力可達約25THz，傳輸帶寬充足。（2）較好的信號兼容性：具有在同一根光纖中，傳送2個或數個非同步信號的能力，有利于數字信號和模擬信號的兼容，與數據速率和調制方式無關，在線路中間可以靈活取出或加入信道。（3）使用靈活：對已建光纖系統，尤其早期鋪設的芯數不多的光纜，只要原系統有功率余量，可進一步增容，實現多個單向信號或雙向信號的傳送而不用對原系統作大改動，具有較強的靈活性。（4）運營成本低廉：由于大量減少了光纖的使用量，大大降低了建設成本、由于光纖數量少，當出現故障時，恢復起來也迅速方便。同時有源光設備的共享性，對多個信號的傳送或新業務的增加降低了成本。（5）可靠性：系統中有源設備得到大幅減少使得運行過程可靠穩定。

二、光波分復用系統結構

光波分復用系統主要包含以下結構：（1）光發射系統。光發射機是WDM系統的核心，除了對WDM系統中發射激光器的中心波長有特殊的要求外，還應根據WDM系統的不同應用（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射機。在發送端首先將來自終端設備輸出的光信號利用光轉發器把非特定波長的光信號轉換成具有穩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為摻鉺光纖光放大器（EDFA）。在WDM系統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）光接收系統。在接收端，光前置放大器（PA）放大經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）光監控信道。光監控信道的主要功能是監控系統內各信道的傳輸情況。在發送端插入本節點產生的波長為（1550nm）的光監控信號，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（1550nm）波長的光監控信號和業務信道光信號。幀同步字節、公務字節和網管使用的開銷字節都是通過光監控信道來傳遞的。（5）網絡管理系統。網絡管理系統通過光監控信道傳送開銷字節到其他節點或接收來自其他節點的開銷字節對WDM系統進行管理，實現配置管理、故障管理、性能管理、安全管理等功能。

三、光波分復用技術的應用

光波分復用技術具有如下意義：（1）為寬帶網絡建設提供了拓展平臺。由于可提供話音、數據和圖像等方式的完美匯聚傳輸，因此伴隨著光通信帶寬需要的日益增加，光波分復用技術將成為光纖應用領域的首選技術。（2）滿足網絡擴容需求。由于主要通過改變基礎速率和提高每根光纖的傳輸容量來提高光纜傳輸的總容量，故使用光波分復用能以較低的成本實現在有限的傳輸管纜芯數中逐步擴容升級。此外，它還可與IP技術結合，實現路由器數據在光波分復用系統中透明傳輸，從而簡化設備構成。（3）應用與廣泛的區域范圍。光波分復用系統不僅能應付信息流量的劇增，保護原有線路投資，降低建設和維護成本，還可在建設和應用光子網絡方面發揮獨特的技術優勢。此外，它還將在發展超大容量的光傳輸、實現更為廣闊的區域范圍內的信息傳遞等方面發揮重要作用。（4）為日益增長的網絡規模提供擴展空間。由于具有透明性、可重構性、網絡生存性強等優點，未來的光波分復用技術光網絡將向基于光波長選路、光波長交換的靈活組網方向發展，并最終成為具有快速網絡恢復及重構能力的光傳輸網。

我國在光波分復用技術方面起步較晚，先在長途干線上采用WDM技術進行點到點擴容，后在節點上采用OADM、OXC技術進行上/下話路。我國于1997年引進第一套8波長WDM系統，并安裝在西安至武漢的干線上。1998年中國開始大規模引進8×2.5Gb/sWDM系統，對總長達2萬多km的12條省際光纜干線進行擴容改造。同時各省內干線也相繼采用WDM技術擴容，如在“南昌-九江”光纜擴容工程中，采用的就是AT&T公司的設備和雙窗口WDM系統，即在G.652光纖的1310nm、1550nm兩個低損耗工作窗口分別運行一個系統。這樣可在不拆除1310nm窗口原有PDH設備的情況下，利用未使用的1550nm窗口，加開SDH2.5Gb/s系統。同時國內也開發研制出濟南—青島WDM長途骨干傳輸系統，是使用8個波長傳送8個2.5GbpsSDH系統的信號，經過4個光放大器實現20Gbps信號470公里無電再生中繼傳輸。為保證中國干線網的高速率、大容量并有足夠的余量確保網絡安全和未來發展的需要，采用WDM技術的工作已全面展開。

2002年4月19日，武漢郵電科學研究院承擔的國家863重大項目“32×10Gbit/sSDH波分復用系統”在廣西南寧通過國家驗收。該系統首次在國內實現了開滿32波滿配置400公里的無電再生傳輸。 該項目是國家863計劃的重中之重項目。系統在STM-64上實現帶內前向糾錯（FEC）功能。提供4個SDH10Gbit/s終端復用器設備（MF9953-01A），2個32×10Gbit/sWDM端機（GDB9953-01-32），4個32×10Gbit/sWDM中繼機（GZB9953-01-32）及一個網元管理系統。把系統應用到實際工程，廣西的南寧至柳州，全長280kmG.652光纖，分為4段（69+36+92+83km），開通兩端10Gbit/sSDH設備，設南寧、柳州兩個終端站，九塘、來賓、賓陽三個光放大中繼站；WDM開通1個10Gbit/s波道和8個2.5Gbit/s波道，該工程在同一管理平臺上實現對SDH和WDM的統一管理，具有較完善的管理維護功能。

四、總結與展望

WDM技術具有明顯的技術優勢，對于一個幅員遼闊的發展中國家來說，推廣應用WDM技術顯得尤為重要。目前密集波分復用系統（DWDM）的研究正越來越受到重視，這項技術的突破將使網絡信息傳輸速度大幅上升，并使得現有向全光網絡的方向發展。波分復用系統已成為現今網絡傳輸技術發展的重要推動力量。

參 考 文 獻

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[2] 張昕. 波分復用技術原理及應用[J]. 科技致富向導. 2010（12）

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