WDM技术与发展

1、通信系统综合业务基础结课论文关于WDM技术的简介、应用及发展前景专业班级：通信12提升2学 号：学生姓名：魏涵二。一五年六月1 WDM技术1.1 WDM技术概述WDM 是波分复用 Wavelength Division Multiplexing 的缩写，是将 两种或多种不同波长的光载波信号（携带各种信息）在发送端经复用潜（亦 称合波器，Multiplexer）汇合在一起，并耦合到光线路的同一根光纤中进 行传输的技术；在接收端，经解复用器（亦称分波器或称去复用器， Demultiplexer）将各种波长的光载波分离，然后由光接收机作进一步处理 以恢复原信号。这种在同一根光纤中同时传输两个或众多不

2、同波长光信号 的技术，称为波分复用。采用WDM技术可以把光纤的传输容量扩大几倍甚至几十倍。WDM系统 中最基本、也是最重要的是各复用光通路的SDH光传输设备，它们负责信 号码流的发送及接收，以及开销的处理等。WDM本质上是光域上的频分复用FDM技术。每个波长通路通过频域的 分割实现，每个波长通路占用一段光纤的带宽。WDM系统采用的波长都是 不同的，也就是特定标准波长，为了区别于SDH系统普通波长，有时又称 为彩色光接口，而称普通光系统的光接口为白色光口或白光口。单向波分复用技术及双向波分复用技术的系统原理图如图1、图2所 示。图1单向WDM传输图2双向WDM传输1.2 WDM的特点(1)超大容

3、量传输。由于WDM系统的复用光通路速率可以为2.5Gbit/s、10Gbit/s等，而 复用光通路的数量可以是4、8、16、32,甚至更多，因此系统的传输容量 可以达到300-400Gbit/s,甚至更大。(2)节约光纤资源。对于单波长系统而言，1个SDH系统就需要一对光纤；而对于WDM系 统来讲，不管有多少个SDH分系统，整个复用系统只需要一对光纤。例如, 对于16个2. 5Gbit/s系统来说，单波长系统需要32根光纤，而WDM系统 仅需要两根光纤。(3)各信道透明传输，平滑升级、扩容。只要增加复用信道数量和设备就可以增加系统的传输容量以实现扩 容，WDM系统的各复用信道是彼此相互独立的，

4、所以各信道可以分别透明 地传送不同的业务信号，如语音、数据和图像等，彼此互不干扰，这给使 用者带来了极大的便利。(4)利用EDFA实现超长距离传输。EDFA具有高增益、宽带宽、低噪声等优点，且其光放大范围为 1530(1565nm,但其增益曲线比较平坦的部分是1540(1560nm)它几乎可以 覆盖WDM系统的1550nm的工作波长范围。所以用一个带宽很宽的EDFA就 可以对WDM系统的各复用光通路信号同时进行放大，以实现系统的超长距 离传输，并避免了每个光传输系统都需要一个光放大器的情况。WDM系统 的超长传输距离可达数百公里同时节省大量中继设备，降低成本。（5）提高系统的可靠性。由于WDM

5、系统大多数是光电器件，而光电器件的可靠性很高，因此系 统的可靠性也可以保证。（6）可组成全光网络。全光网络是未来光纤传送网的发展方向。在全光网络中，各种业务的 上下、交叉连接等都是在光路上通过对光信号进行调度来实现的，从而消 除了 E/0转换中电子器件的瓶颈。WDM系统可以和OADM、OXC混合使用， 以组成具有高度灵活性、高可靠性、高生存性的全光网络，以适应带宽传 送网的发展需要。2 WDM的分类通信系统的设计不同，每个波长之间的间隔宽度也有不同。按照通道 间隔的不同,WDM可以细分为CWDM （稀疏波分复用）和DWDM（密集波分复用）。 CWDM的信道间隔为20 nm,而DWDM的信道间隔

6、从0. 2 nm到1. 2 nm,所 以相对于DWDM, CWDM称为稀疏波分复用技术。DWDM 的英文全称是 DenseWavelength-Division Multiplexing,中文 意思为高密度多工分波器。WDM （Wavelength-Division Multi- plexing,多工分波器）是个能 将一个（组）波长分成许多个波长的分波器，而所谓的分波器就如同大家 所熟知的三棱镜一样，它可以把射入棱镜的白光（一组波长）分成七色光 （七种波长）。在最早的光通迅中，一条光纤仅设计给一个特定波长的光 传递，由于WDM技术的开发，使一条光纤可以由传递一个讯号变成传递多 个讯号，在相同的

7、铺设成本下，将光纤的使用率提高数倍，故WDM的观念 在光纤用于通迅后不久便被提出。但是经WDM分波之后，每个波段分到的 能量都太小，完全无法用于光纤讯号传送。直到1994年，可适用于WDM 的放大器掺饵放大器（Erbium-Doped Fiber Amplifier, EDFA）成功商用 化之后，WDM的使用才被业界注意。由于WDM实现了技术的提升，一个WDM 可将一个光源分出越来越多的波长（或称信道，channels）,所以为了区 别起见，能分出较少波长者称作CWDM （Coarse WDM）,分出波长密度较高 者称作 DWDM （Dense WDM）。2.1 DWDM人们在谈论WDM系统时

8、，常常会谈到DWDM （密集波分复用系统）。其 实，WDM和DWDM应用的是同一种技术，它们是在不同发展时期对WDM系统 的称呼，它们及WDM技术的发展历史有着紧密的关系。在80年代初，光纤通信兴起之初，人们想到并首先采用的是在光纤 的两On个低损耗窗口 1310nm和1550nm窗口各传送1路光波长信号，也 就是13hn/ 1550nm两波分的WDM系统，这种系统在我国也有实际的应用。 该系统比较简单，一般采用熔融的波分复用潜件，插入损耗小；没有光放 大器，在每个中继站上，两个波长都进行解复用和光/电/光再生中继， 然后再复用在一起传向下一站。很长一段时间内在人们的理解中，WDM系 统就是指

9、波长间隔为数十nm的系统，例如1310nm / 1550nm两波长系统（间 隔达200多nm）。因为在当时的条件下，实现儿个nm波长间隔是不大可能 的。随着1550nm窗口 EDFA的商用化，WDM系统的应用进入了一个新时期。 人们不再利用1310nm窗口，而只在1550nm窗口传送多路光载波信号。由 于这些WDM系统的相邻波长间隔比较窄（一般1.6nm）,且工作在一个窗口 内共享EDFA光放大器，为了区别于传统的WDM系统，人们称这种波长间 隔更紧密的WDM系统为密集波分复用系统。所谓密集，是对相临波长间隔 而言的。过去WDM系统是几十nm的波长间隔，现在的波长间隔小多了， 只有（0.82）

10、 nm,甚至0.8nm。密集波分复用技术其实是波分复用的一 种具体表现形式。由于DWDM光载波的间隔很密，因而必须采用高分辨率 波分复用器件来选取，例如平面波导型或光纤光栅型等新型光器件，而不 能再利用熔融的波分复用器件。在DWDM长途光缆系统中，波长间隔较小的多路光信号可以共用EDFA 光放大器。在两个波分复用终端之间，采用一个EDFA代替多个传统的电 再生中继器，同时放大多路光信号，延长光传输距离。在DWDM系统中， EDFA光放大器和普通的光/电/光再生中继器将共同存在，EDFA用来补 偿光纤的损耗，而常规的光/电/光再生中继器用来补偿色散、噪声积累 带来的信号失真。现在，人们都喜欢用W

11、DM来称呼DWDM系统。从本质上讲，DWDM只是 WDM的一种形式，WDM更具有普遍性，DWDM缺乏明确和准确的定义，而且 随着技术的发展，原来认为所谓密集的波长间隔，在技术实现上也越来越 容易，已经变得不那么“密集” 了。一般情况下，如果不特指1310nm/ 1550nm的两波分WDM系统，人们谈论的WDM系统就是DWDM系统。2.2 CWDMCWDM是一种面向城域网接入层的低成本WDM传输技术。从原理上讲，CWDM就是利用光复用器将不同波长的光信号复用至单根光纤进行传输，在 链路的接收端，借助光解复用器将光纤中的混合信号分解为不同波长的信 号，连接到相应的接收设备。及DWDM的主要区别在于

12、：相对于DWDM系统 中0. 2nm到1. 2nm的波长间隔而言，CWDM具有更宽的波长间隔，业界通行 的标准波长间隔为20nm。各波长所属的波段，覆盖了单模光纤系统的0、 E、S、C、L等五个波段。由于CWDM系统的波长间隔宽，对激光器的技术指标要求较低。由于 波长间隔达到20nm,所以系统的最大波长偏移可达一6. 5+6. 5,激 光器的发射波长精度可放宽到±3nm,而且在工作温度范围（一570C） 内，温度变化导致的波长漂移仍然在容许范围内，激光器无需温度控制机 制，所以激光器的结构大大简化，成品率提高。另外，较大的波长间隔意味着光复用器/解复用器的结构大大简化。 例如，CWD

13、M系统的滤波器镀膜层数可降为50层左右，而DWDM系统中的 100GHz滤波器镀膜层数约为150层，这导致成品率提高，成本下降，而且 滤波器的供应商大大增加有利于竞争。CWDM滤波器的成本比DWDM滤波器 的成本要少50%o3 WDM系统的应用3.1 WDM系统在传输网中的应用1. WDM在长途干线传输网中的应用及由分插复用器（ADM）和中继器构建的传统SDH长途干线网相比， DWDM系统由于采用具有多波长放大能力的掺饵光纤放大器技术，从而降低 了长途干线网的中继成本，获得了广泛应用。在长途干线传输网中，DWDM 负责解决业务的长距离传送，SDH负责解决业务的调度、上下和保护。根 据目前长途干

14、线网建设和维护中对DWDM的要求，总结出以下几个要点：在长途干线网中，中继设备数量大为减少，具有统一管理DWDM和 SDH设备能力的网管系统可降低网管系统的投资，简化维护工作。长途干线中设备节点距离较远，给系统维护和故障排除带来很大不 便。如果采用具有定时扫描各种光谱特性的内置光谱分析单元，维护人员 就可以在网管中心实时了解动态运行中的每个波长的光功率。中心波长、 光信噪比等光谱特性，实现系统在线监控，满足干线网远程监控及维护的 需要。目前ITU-T建议只定义了 8X22dB, 5X30dB, 3X33dB种规模的光 放大单元，但长途干线中实际再生段超出120 km的情况很多，随着那件 技术水

15、平的提高，采用具有更多光放规格的DWDM系统，在工程设计时就 可以超出上述受限范围，最终降低中继建设成本。目前大多数DWDM系统尚不支持系统误码性能监测和连接完整性确 认等重要功能，相反，SDH利用丰富的开销字节能很好地支持上述功能。 目前国内有些厂商的DWDM系统在收端和发端的波长转换单元（OTU）进行 波长转换的同时，将SDH帧结构中的B1字节提取出来进行校验，可实现 在线监测和故障准确定位。长途干线中具有再定时、再整形和再放大（3R）能力的OTU单元可 在因距离原因导致光信噪比下降突破阈值。超出色散容限的节点替代SDH 电中继设备，以降低建设成本。2. WDM技术在城域网中的应用随着技术

16、的进步和业务的发展，WDM技术正从长途传输领域向城域网 领域扩展，当然这种扩展不是直截了当的，还需要针对城域网的特定环境 进行改造。适用于城域网领域的WDM系统称为城域网WDM系统，其主要特 点和要求是：首先，低成本是城域网WDM系统最重要的特点，特别是按每 波长计其成本必须明显低于长途网用的WDM系统。由于城域网范围传输距 离通常不超过100km,因而不必使用长途网必须用的外调制器和光放大器。 由于没有光放大器，也就不需要任何形式的通路均衡，从而减少了分波器 和合波器的复杂性，也不会遭受及光放大器有关的非线性损伤。光放大段 的设计仅仅是光损耗的设计，十分简单明了。最后，由于没有光放大器， 波

17、长数的增加和扩展也不再受光放大器频带的限制，容许使用波长间隔较 宽、波长精度和稳定度要求较低的光源、合波器、分波器和其他元件，使 元器件，特别是元源器件的成本大幅度下降，从而降低了整个系统的成本。城域网WDM系统容许网络运营者提供透明的以波长为基础的业务，这 样用户可以灵活地传送任何格式的信号而不必受限于SDH的结构和格式。 特别是对于应用在城域网边缘的系统，直接及用户接口，要能灵活快速地 支持各种速率和信号格式的业务，因而要求其光接口可以自动接收和适应 从 10Mbit / s 到 2. 5Gbit / s 范围的所有信号,包括 SDH, ATM, IP, ESCON, FDDI、千兆以太网

18、和光纤通路等。而对于应用在城域网核心的系统，将来 有可能还会要求支持10 Gbit / s的SDH信号和10Gbit / s的以太网信号。城域网WDM系统还应具备波长可扩展性，新的波长应能随时加上而不 会影响原有工作波长。这样，系统可以通过简单地增加波长而迅速提供新 的业务，极大地增强运营商的市场竞争能力。3.2 WDM技术在数据业务中的应用随着Internet的迅猛发展，对其骨干网的带宽提出了很大需求。从 目前的发展看，最合适的解决方案是千兆以太网（GE） over DWDM,它可 以提供几十个千兆比每秒的通信带宽，而且具有以太网的简易性，及其它 类似速率的通信技术比较，具有价格低廉的特点。

19、GE over DWDM实现了以太网基础之上的平滑过渡，综合平衡了现有的 端点工作站、管理工具和培训基础等各种因素。千兆以大网采用802. 3Z 协议，及10M, 100M以太网具有同样的帧格式的帧长。对于广大的网络用 户来说，这意味着现有的投资可以在合理的初始开销上延续到千兆以太 网，而不需要对技术支持人员和用户进行重新培训，也不需要作另外的协 议和中间件的投资。IP over DWDM的通俗说法就是让IP数据包直接在光路上传送，减少 网络层之间的冗余部分。由于省去了中间的ATM和SDH层，其传输效率最 高，节省了网络运营商的成本，同时也降低了用户获得多媒体通信业务的 费用，是一种最直接、最

20、经济的IP网络体系结构。GE over DWDM是IP over DWDM的一种廉价方式，非常适用于大型城域IP骨干网的应用。GE over DWDM的基本原理和工作方式是：在发送端，将交换机、路由 器等设备发出的千兆以太网光信号送给千兆以太网波长转换板进行光/ 电转换，变为电信号；此电信号分为两路，一路送给千兆以太网的MAC芯 片，另一路去调制具有特定波长的激光器；通过千兆以太网的MAC芯片可 以获取千兆以太网的传输情况，如数据包流量和错误的数据包数量，可以 很方便地在传输网管设备上观察到千兆以大同的运行情况，及时查找传输 线路故障；经过波长激光器调制的千兆以太网光信号同其它波长的光信号 组

21、合（复用）送入一根光纤中传输。在接收端，通过分波器将各个波长的 光信号从一根光纤分出，送入不同终端。分出的千兆以太网光信号被送给 千兆以太网波长转换板，同样进行光-电-光转换，并在电层用千兆以太网 的MAC芯片监视传输情况；最后将千兆以太网光信号送到交换机、路由器 等设备的千兆以太网光口，完成G Eover DWDM的全过程。4 WDM的发展方向虽然WDM技术问世时间不长，但由于具有许多显著的优点而表现出强 大的生命力，从而迅速得到推广应用，并向全光网络的方向发展。从发展的角度看，今后全光技术的发展可能表现在以下儿个方面：1 .光分插复用器（0ADM）目前采用的0ADM只能在中间局站上、下固定波长的光信号，使用起 来比较僵化。而未来的0ADM对上、下光信号将是完全