什么是WDM波分復(fù)用，影響WDM波分復(fù)用器的性能指標(biāo)有哪些

什么是WDM波分復(fù)用 以及WDM工作原理

在同一根光纖中同時讓兩個或兩個以上的光波長信號通過不同光信道各自傳輸信息的技術(shù)稱之為波分復(fù)用技術(shù)（WDM）。WDM (Wavelength Division Multiplexing) 是將兩種或多種不同波長的光載波信號（攜帶著各種信息），在發(fā)送端經(jīng)過合波器（Multiplexer）匯合在一起，并耦合到同一根光纖中進(jìn)行傳輸，而在接收端經(jīng)分波器（Demultiplexer）將各種波長的光信號分離出來，然后由光接收機(jī)進(jìn)一步處理恢復(fù)為原信號。

簡單來說，可以看下圖，在傳統(tǒng)傳輸模式中，一根光纖只能傳輸攜帶一種信息的光載波信號，如果是要不同的業(yè)務(wù)，就需要無數(shù)根不同的、獨(dú)立的光纖來進(jìn)行傳輸。但如果業(yè)務(wù)信息量多的話，就需要鋪設(shè)大量的光纖來進(jìn)行傳輸，這對布線空間以及成本都是一個極大的挑戰(zhàn)。而一個WDM系統(tǒng)的應(yīng)用則可以快速解決上述問題。WDM系統(tǒng)可以承載多種格式的“業(yè)務(wù)”信號，如ATM、IP等，通過復(fù)用、解復(fù)用的技術(shù)將多種業(yè)務(wù)信號通過一根光纖就可傳輸，大大的減少了光纖用量，是網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)充和發(fā)展中理想的擴(kuò)容手段。 在引入寬帶新業(yè)務(wù)，比如CATV, HDTV, B-ISDN等，只需要增加一個附加波長即可。

WDM系統(tǒng)的基本構(gòu)成主要分雙纖單向傳輸和單纖雙向傳輸兩種方式。雙纖單向是指所有光路同時在一根光纖上沿同一方向傳送，不同的波長承載不同的光信號，在發(fā)送端復(fù)合通過一根光纖進(jìn)行傳輸，在接收端經(jīng)解復(fù)用，完成多路光信號的傳輸，而反方向則通過另一根光纖傳送。兩個方向的傳輸分別由兩根光纖完成。單纖雙向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(shí)現(xiàn)彼此雙方全雙工的通信聯(lián)絡(luò)。

通用的WDM系統(tǒng)主要由網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)、光發(fā)送機(jī)、光中繼放大、光接收機(jī)、光監(jiān)控信道五個部分組成。

WDM系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖

其中簡單的WDM系統(tǒng)里面主要有收發(fā)器、WDM波分復(fù)用器、跳線、暗光纖組件。

在整個WDM系統(tǒng)中，光波分復(fù)用器和解復(fù)用器是WDM技術(shù)中的關(guān)鍵部件，其性能的優(yōu)劣對系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量具有決定性作用。

WDM波分復(fù)用的優(yōu)勢

大容量

WDM的一個重要特點(diǎn)是可以充分利用光纖的帶寬資源，在不改變現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基本架構(gòu)的基礎(chǔ)上，增加數(shù)據(jù)傳輸容量，使一根光纖的傳輸容量比單波長增加多倍。如DWDM系統(tǒng)在一對光纖中最多可支持192個波長，每個波長的傳輸能力高達(dá)100Gbit/s ~約400Gbit/s和一個Terabit / s。

兼容性好

WDM對不同的信號具有很好的兼容性，在同一根光纖中傳輸圖像、數(shù)據(jù)及話音等不同性質(zhì)信號時，各個波長相互獨(dú)立，互不干擾，保證傳輸?shù)耐该餍浴?/p>

高度的網(wǎng)絡(luò)靈活性，經(jīng)濟(jì)性和可靠性

波分復(fù)用技術(shù)允許在不中斷現(xiàn)有流量服務(wù)的情況下根據(jù)需要連接新通道，從而使升級變得更加容易。在網(wǎng)絡(luò)升級和擴(kuò)容時，無需對光纜線路進(jìn)行改造，增加波長即可開通或疊加新業(yè)，在大容量長途傳輸時節(jié)省大量光纖和3R再生器，傳輸成本顯著下降。

波長路由

WDM技術(shù)是實(shí)現(xiàn)全光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)之一。在將來有望實(shí)現(xiàn)的全光網(wǎng)絡(luò)中，通過改變和調(diào)整光信號在光路上的波長，可以實(shí)現(xiàn)各種電信業(yè)務(wù)的上/下和交叉連接。

什么是復(fù)用Mux和解復(fù)用Demux？

復(fù)用器MUX

合波器MUX的主要作用是將多個信號波長合在一根光纖中傳輸。在發(fā)送端，N個光發(fā)射機(jī)分別工作在N個不同波長上，這N個波長間有適當(dāng)?shù)拈g隔分隔，分別記為λ1，λ2...λn。這N個光波作為載波分別被信號調(diào)制而攜帶信號。一個合波器將這些不同波長的光載波信號進(jìn)行合并，耦合入單模光纖。由于不同波長的光載波信號可以看作互相獨(dú)立（不考慮光纖非線性時），從而在一根光纖中可實(shí)現(xiàn)多路光信號的復(fù)用傳輸。通過多路復(fù)用，通信運(yùn)營商可以避免維護(hù)多條線路，有效地節(jié)約了運(yùn)營成本。

解復(fù)用器DEMUX

分波器DEMUX的主要作用是將一根光纖中傳輸?shù)亩鄠€波長信號分離出來。在接收部分由一個分波器將不同波長的光載波信號分開， 由光接收機(jī)作進(jìn)一步處理以恢復(fù)原信號。多路復(fù)用器(Demux)是一種對多路復(fù)用器進(jìn)行反向處理的設(shè)備。

從原理上說，該器件是互易（雙向可逆）的，即只要將解復(fù)用器的輸出端和輸入端反過來使用，就是復(fù)用器。

WDM波分復(fù)用器 和 光分路器的區(qū)別

有很多人不能理解波分復(fù)用和光分路器之間的區(qū)別。簡單點(diǎn)來說，WDM是將線路中多個波長的光分開單獨(dú)傳輸，當(dāng)然也可以復(fù)合多個波長的光一起傳輸；分路器是將一個波長的光按照使用的分成多束傳播，各束光的功率按照所使用的分路器規(guī)格來定。兩者的最重要區(qū)分就在前者是可以復(fù)合傳輸各種業(yè)務(wù)波長的光信號，而后者是僅僅傳輸一個波長的光來按照一定的分光比例來分光。

影響WDM波分復(fù)用器的性能指標(biāo)有哪些？

1. 工作波段

WDM器件的工作波段，如1550波長區(qū)分三個波段：S波段（短波長波段 1460~1528nm）、C波段（常規(guī)波段 1530~1565nm）、L波段（長波長波段 1565~1625nm）。

2. 信道數(shù)和信道間隔

信道數(shù)指波分復(fù)用/解復(fù)用器可以合成或分離的信道的數(shù)量，這個數(shù)字可以從4到160不等，通過增加更多的頻道來增強(qiáng)設(shè)計(jì), 常見的信道數(shù)有4、8、16、32、40、48等。信道間隔（channel spacing）是指兩個相鄰信道的標(biāo)稱載頻的差值，可以用來防止信道間干擾。按ITU-T G.692的建議，間隔小于200GHz(1.6nm)的有100GHz（0.8nm）、50GHz（0.4nm）和25GHz等，目前優(yōu)先選用的是100GHz和50GHz信道間隔。

3. 插入損耗

插入損耗是光傳輸系統(tǒng)中波分復(fù)用器(WDM)插入引起的衰減。 波分復(fù)用器本身對光信號的衰減作用，直接影響系統(tǒng)的傳輸距離。通常地，插入損耗越低，信號衰減越少。

4. 隔離度

隔離度指各個波道信號之間的隔離程度， 隔離度值高能夠有效防止信號之間相互串?dāng)_導(dǎo)致傳輸信號失真。

5. 偏振相關(guān)損耗PDL

偏振相關(guān)損耗PDL是在固定溫度、波長及同Band下，不同極化態(tài)所造成的最大與最小Loss之間距離，即所有輸入偏振狀態(tài)下插入損耗的最大偏差。

除了以上，當(dāng)然還有其它影響WDM器件的性能參數(shù)，如工作溫度、帶寬等。

如何區(qū)分O、E、S、C、L、U波段波長？

什么是O band？

O 波段是原始波段1260-1360 nm。O波段是歷史上用于光通信的第一個波長波段，信號失真（由于色散）最小。

什么是E band？

E波段（擴(kuò)展波長波段：1360-1460 nm）是這幾個波段中最不常見的波段。 E波段主要用做O波段的擴(kuò)展，但應(yīng)用很少，主要是由于許多現(xiàn)有光纜在E波段都顯示出高衰減，并且制造過程非常耗能，因此在光通信的使用受到限制。

什么是 S band？

S波段（Short-wavelength Band）（短波波段：1460-1530 nm）中的光纖損耗比O波段的損耗低，S波段作為許多PON（無源光網(wǎng)絡(luò)）系統(tǒng)使用。

什么是C band？

C波段（Conventional Band）范圍從1530 nm到1565 nm，代表的是常規(guī)波段。光纖在C波段中表現(xiàn)出最低的損耗，在長距離傳輸系統(tǒng)中占有較大的優(yōu)勢，通常應(yīng)用在與WDM結(jié)合的許多城域，長途，超長途和海底光傳輸系統(tǒng)中使用 和EDFA技術(shù)。隨著傳輸距離變長，并且開始使用光纖放大器代替光對電子對光中繼器，C波段變得越來越重要。隨著可使多個信號共享一條光纖的DWDM（密集波分復(fù)用）的出現(xiàn)，C波段的使用得到了擴(kuò)展。

什么是L band？

L波段（Long-wavelength Band）（長波長波段：1565-1625 nm）是第二低損耗的波長波段，常常在C波段不足以滿足帶寬需求時被使用。隨著摻b光纖放大器（EDFA）廣泛可用，DWDM系統(tǒng)向上擴(kuò)展到了L波段，最初常被用于擴(kuò)展地面DWDM光網(wǎng)絡(luò)的容量?，F(xiàn)在，它已被引入海底電纜運(yùn)營商，以做同一件事-擴(kuò)展海底電纜的總?cè)萘俊?/p>

因?yàn)镃波段和L波段這兩個傳輸窗口的傳輸衰減損耗最小，所以DWDM系統(tǒng)中信號光通常選擇在C波段和L波段。除了O波段到L波段外，還有另外兩個波段，即850 nm波段和U波段（超長波段：1625-1675 nm）。 850 nm波段是多模光纖通信系統(tǒng)的主要波長，結(jié)合了VCSEL（垂直腔表面發(fā)射激光器）。 U頻段主要用于網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。

WDM技術(shù)根據(jù)不同的波長模式，又可以分為WDM，CWDM, DWDM。ITU對CWDM（ITU-T G.694.2）規(guī)定的波長范圍為1271至1611 nm，但在應(yīng)用中考慮到1270-1470nm波段的衰減比較大，所以通常使用1470~1610nm的波段范圍。DWDM通道間隔更加密集，使用C波段（1530 nm-1565 nm）和L波段（1570nm-1610nm）傳輸窗口。普通WDM一般采用1310和1550nm波長。

什么是CWDM, DWDM, FWDM, LWDM, MWDM？

WDM承載方案有粗波分復(fù)用（CWDM）、密集波分復(fù)用（DWDM）以及中等波分復(fù)用（MWDM）、細(xì)波分復(fù)用（LWDM）。

CWDM粗波分復(fù)用器

CWDM（Coarse Wavelength Division Multiplexer）是稀疏波分復(fù)用器，也稱粗波分復(fù)用器。CWDM具有18個不同的波長通道，每個通道的不同波長相隔20nm，使用1270 nm至1610 nm的波長。CWDM支持的信道少于DWDM，因?yàn)樗o湊且具有成本效益，因此使其成為短距離通信的理想解決方案。CWDM系統(tǒng)的最大優(yōu)勢在于成本低，器件成本主要表現(xiàn)在濾波器和激光器。20nm的寬波長間隔同樣給CWDM帶來了對激光器的技術(shù)指標(biāo)要求低、光復(fù)用器/解復(fù)用器的結(jié)構(gòu)簡化的優(yōu)勢。結(jié)構(gòu)簡化，成品率提高，故成本下降。

DWDM密集波分復(fù)用器

DWDM（Dense Wavelength Division Multiplexer）是密集波分復(fù)用器。DWDM的信道間隔為1.6/0.8/0.4 nm（200GHz/100 GHz/50 GHz），遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于CWDM。與CWDM相比，具有更緊密波長間隔的DWDM，可以在一個光纖上承載8~160個波長，更適于長距離傳輸。 在EDFA的幫助下，DWDM系統(tǒng)可以在數(shù)千公里的范圍內(nèi)工作。

FWDM濾波片式波分復(fù)用器

FWDM（Filter Wavelength Division Multiplexing）濾波片式波分復(fù)用器，是基于成熟的薄膜濾器技術(shù)。濾波片型波分復(fù)用器能在較寬的波長范圍內(nèi)將不同波長的光糅合或分開，廣泛應(yīng)用于摻鉺光放大器、拉曼放大器和WDM光纖網(wǎng)絡(luò)中。

MWDM中等波分復(fù)用

MWDM是重用CWDM的前6波，將CWDM的20nm的波長間隔壓縮為7nm，采用TEC（Thermal Electronic Cooler, 半導(dǎo)體制冷器）溫控技術(shù)實(shí)現(xiàn)1波擴(kuò)為2個波。這樣就實(shí)現(xiàn)了容量提升的同時可以進(jìn)一步節(jié)省光纖。MWDM就是在CWDM 6波的基礎(chǔ)上，左右偏移3.5nm擴(kuò)展為12波（1267.5、1274.5、1287.5、1294.5、1307.5、1314.5、1327.5、1334.5、1347.5、1354.5、1367.5、1374.5nm）。MWDM主要是在中國5G前傳網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下提出的。

LWDM

LWDM是基于以太網(wǎng)通道的波分復(fù)用Lan-WDM技術(shù)，也被稱為細(xì)波分復(fù)用。其通道間隔為200~800GHz，此范圍介于DWDM（100GHz、50GHz）和CWDM（約3THz）之間。LWDM是采用了位于O-band（1260nm～1360nm）范圍的1269nm到1332nm波段的12個波長，波長間隔為4nm（1269.23、1273.54、1277.89、1282.26、1286.66、1291.1、1295.56、1300.05、1304.58、1309.14、1313.73、1318.35nm）。LWDM工作波長的特點(diǎn)是位于零色散附近，色散小，穩(wěn)定性好。同時LWDM可支持12波25G，容量提升，可進(jìn)一步節(jié)省光纖。

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