WDM網路1——波分復用的基本概念、WDM對光纖、光器件的要求、WDM系統、WDM系統的基本應用形式

波分復用的基本概念

波分復用WDM(Wavelength Division Multiplexing)是指在一根光纖中間能夠同時傳輸多個波長的信號。

是指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(亦稱合波器，Multiplexer)匯合在一起，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(亦稱分波器或稱去復用器，Demultiplexer)將各種波長的光載波分離，各個單波波長送到各自相應的接收機上，然後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，就稱為波分復用。

所謂波分復用的概念無非就是指在光波波長上，它具有多個光波波長，通過合波器給它匯成一個多波，同時耦合進光纖進行傳輸，到了接收端，用波長解復用器給它分解到各個單一的波長上，進行單波長信號的接收，這就是波分復用的概念。

既然波分復用系統是指多個波長在光纖中間同時傳輸，那麼波長與波長之間的間隔應該是多少呢？

根據間隔的多少，我們進行種類的劃分：總共可以分為DWDM（密集波分復用系統，波長與波長之間的間隔在0.8-2nm之間）、WDM（波分復用系統）、CWDM（粗波分復用系統，波長與波長之間的間隔一般在20nm）三種復用系統。

波分復用系統的工作波段位於C波段、L波段。

在上圖中，左邊表示4路光波波長，分別由單波的系統送過來，入1、入2、入3、入4,一共四路系統。在這裡，用了一個波分復用設備——波分復用器，把四路光波波長復用在一起，耦合進光纖中間進行長距離傳輸，由於長距離傳輸具有傳輸損耗，在這裡需要經過一個EDFA摻鉺光纖放大器進行光放大（摻鉺光纖放大是對1550波段進行信號的放大），到了接收端，這裡用了一個波分解復用器，將多波長信號分解成單個的波長，由入1到入n，各個單一的波長送到各自的接收端機上去，由各自的接收端機來進行信息的處理。

從過程中可以看到，對一個波分復用系統來說，其中間最關鍵的就是發送端有一個合波的器件，接收端有一個分波的器件，而正是因為合波器和分波器能達到商用化技術性能的要求，才能使波分復用系統得以實用化。注意，波分復用器和波分解復用器都是一種無源的器件。

WDM對光纖、光器件的要求

對波分復用系統來說，由於其光纖上傳輸的是多波長信號，會對系統中的光纖、光器件具有一定的要求：

光纖：對波分復用系統來說理想的光纖應該是G.655光纖

G.652+DCF（色散補償）（利用DCF彌補G.652在1.550位置上色散大帶來的脈衝展寬現象）

激光器：採用外調製的（因為外調製對脈衝展寬的影響小）、單縱模（是與傳輸速率相關的）的激光器

光電檢測器：要具有多波長檢測能力（可以同時調整若干個接收波長的範圍，一般是在30db範圍內調整）

WDM系統

WDM系統由光發射機、光接收機、光中繼器、光監控信道和管理系統系統五部分組成。跟一般的單波長通信系統是一樣的，WDM系統要分為發送端、接收端以及中間的傳輸鏈路。如果傳輸的鏈路距離比較長，也就是光纖的傳輸鏈路要是超過了它所允許的最大中繼距離，那麼這時候中間就要加一個光的中繼器，起到承前啟後的作用。

發送端：波分復用系統的發送端是由多個單波長組成，這些單波長可能是1310的，也可能是非標準的1550的波長，由於對於波分復用系統來說，它在光纖中間同時傳的多波波長必須是符合一定協議要求的，波長都有相應的規定。那麼，在系統中間，單波波長送來的信號有可能不符合其協議的要求，因此這裡首先要經過一個光的轉發器，完成從一般非標準的波長到標準波長的轉換，因此這時候的入1的波長就是經過OTU（波長轉換器）將非標準的波長給它轉換成標準的波長入1，入1到n有n個入纖波長都經過OTN轉換成1到n個符合協議標準的工作波長。然後再經過一個光的合波器，也就是我們說的波分復用器，進行合波處理，形成一個多波長信號。

中間鏈路：由合波器輸出的多波長信號送到一個EDFA摻鉺光纖放大器（在圖中我們用三角形表示）對信號進行放大，由於摻鉺光纖放大器的放大範圍是在1528到1565的範圍內，而監控信道的工作波長工作是在1510波段上，也就是說摻鉺光纖放大器不會對其進行放大。在這裡，由摻鉺光纖放大器輸出的光放大信號會經過光耦合器將多波長信號和1510信號進行合波處理，然後送到光纖上去。這時候，光纖上所傳輸的信號就包括多波長信號和1510的監控信號這兩種多波波長。多波波長經過光纖傳輸，如果傳輸距離比較長，由於光纖損耗的影響，隨著距離的增加光功率會下降，到了一定距離必須進行中繼放大，對信號進行放大處理，否則到了接收端低於信號靈敏度，這個信號就會無法恢復，出現大量的誤碼，影響通信質量。波分復用系統所採用的光中繼器都是光層面上的中繼器，也就是用的EDFA來進行放大，EDFA對1510的波長沒有放大能力，所以在這裡首先要進行分波，把1510的信號分波出來，分波的信號送到光監控信道上，光監控信道有一個專門的傳輸網路——控制和管理信號的網路來實現網路的監控和管理。由網路送來的監控管理信號要插入到1510裡面去的話，要用一個耦合器將放大後的多波長信號和1510信號合波，然後送到下一段的光纖鏈路上來進行信息的傳遞。

接收端：在接收端，首先也是一個光耦合器，這個耦合器也是起到分波作用，將1510的信息分出來，取出來的信息送到監控網路上去，剩下的多波長信息經過摻鉺光纖放大器送到光的合波器上，由合波器進行分波處理，（合波器和分波器其實是一個器件，可以起到合波作用也可以起到分波作用，看其是在哪個端即對應哪個作用），由分波器輸出入1到入n的單波長信息，送到各自的光接收機上去，由接收機1到接收機n分別進行接收。這就是系統整體信息流的傳輸過程。

我們可以看出來多個波長信息的合波是在發送端由一個合波器來完成的，在接收端由一個光的分波器來完成多波長信息的分波，對於監控信息，是利用耦合器（這個耦合器也是雙向的，既可以起耦合作用，也可以起分波作用）將1510的信息分出來，剩下的多波長信息直通。對於監控信息，是用一個監控網路來實現其信息的傳遞，在整個WDM系統中間，1510是作為其監控波長來使用的。

在這裡我們對其各部分的功能做一個總結：

光放大器：對多波長信號同時進行放大處理，用在發送端作為發送放大器，用在中繼器是作為中繼放大用的，放在接收端是作為它的前置放大器用的，前置放大器主要是為了提高接收端接收機的接收靈敏度，放大器在系統中放的位置不一樣，在系統中的作用也是不一樣的。

光分波器：對多波長信號中分解出所需的特定波長的信號。

光耦合器：多波長信號與監控信號的耦合。

在這裡，光監控信道：監控波長窗口1510nm，速率2Mb/s

說明：不在EDFA的放大範圍之內。

WDM系統的基本應用形式

對於波分復用系統來說，由於它的光器件合波器和分波器可以用一個器件來完成，也就是一個器件既起到合波作用，也起到分波作用。因此，它的應用形式有這樣的兩種形式，一種是單向傳輸的形式，另一種是雙向傳輸的形式。

對於單向傳輸的形式，我們叫做單向結構的WDM。這種系統的明顯標誌我們可以看到，它的發送端是由若干個單波波長信號系統送來的，通過一個光發送機，然後再經過一個合波器以後，耦合成多波長信號，經過發送端的放大器放大以後，耦合進光纖，這時候在光纖中間傳的是一個多波長信號，而且這個信號從左邊的發送端傳送到右邊的接收端，其傳輸方向在這裡都是一個方向。也就是所有波長上所攜帶的信息都是沿相同方向來進行傳輸的。這種結構我們叫做單向結構的WDM系統。

而下面的示意圖是一個雙向結構的WDM系統，之所以叫做雙向結構的WDM系統，是因為其發送端有兩個方向，一個是從左到右，一個是從右到左。上面的波長經過光的轉發器、合波器以後輸出的信息假設是個入a的波長，在光纖中間傳輸，由發送端到接收端，由右邊的光接收機進行接收。由右邊的發送端機2經過合波器輸出的信息通過光纖進行信息的傳輸，這時候傳輸的波長是入b，由右傳到左，經過合波器送到左邊的光接收機上去。這時候光纖線路上所攜帶的波長有2個，一個是入a、一個是入b，方向也有2個，一個向左一個向右，兩個業務流的流向是不一樣。因此我們說其是雙向結構的WDM系統。

無論是單向的也好，雙向的也好，WDM系統給系統的組網帶來了靈活性。特別是在業務需求比較緊張的地方，可以用原有的光纖多增加一個波長就可以提供多一路的業務流進行信息的傳遞。當然，這種方式單向結構的WDM系統就可以使用。而雙向的WDM系統可以根據組網的要求，不同的業務流在一根光纖中間可以同時實現收和發的應用，使得用一根光纖可以完成去化和來化的通信。這兩種應用形式都在實際的WDM中間得到了廣泛的應用。

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