光波分复用技术在光纤传输中的现状与应用

陈力

【摘要】 光波分复用技术是目前光纤通信中最主要的传输扩容技术之一，其主要原理为在同一根光纤中同时传输不同波长的光信号，实现单位时间信息传输量的倍增。本文简要介绍了光波分复用技术特点、实现方法及目前的应用。该技术具有快速灵活、经济可靠等优点；实现方式多为“复用发射——中继——接收解复用”的传输结构；已在我国网络通信系统中得到广泛的应用，且相关研究也日趋成熟。最后本文展望了当前光波分复用技术的发展方向——密集光波分复用。

【关键词】 光波分复 技术 系统结构

一、光波分复用技术

为了提升网络的通信效率，在通讯技术的发展中人们逐渐设计了多种多路复用技术，包括时分复用（TDM）、频分复用（FDM）、码分复用（CDMA）和波分复用（WDM）。波分复用（WDM）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（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同波长光信号的技术，称为波分复用。

光波分复用技术具有以下优势：（1）高传输带宽：充分利用光纤的低损耗波段，增加光纤的传输容量，使一根光纤传送信息的物理限度增加一倍至数倍，潜力可达约25THz，传输带宽充足。（2）较好的信号兼容性：具有在同一根光纤中，传送2个或数个非同步信号的能力，有利于数字信号和模拟信号的兼容，与数据速率和调制方式无关，在线路中间可以灵活取出或加入信道。（3）使用灵活：对已建光纤系统，尤其早期铺设的芯数不多的光缆，只要原系统有功率余量，可进一步增容，实现多个单向信号或双向信号的传送而不用对原系统作大改动，具有较强的灵活性。（4）运营成本低廉：由于大量减少了光纤的使用量，大大降低了建设成本、由于光纤数量少，当出现故障时，恢复起来也迅速方便。同时有源光设备的共享性，对多个信号的传送或新业务的增加降低了成本。（5）可靠性：系统中有源设备得到大幅减少使得运行过程可靠稳定。

二、光波分复用系统结构

光波分复用系统主要包含以下结构：（1）光发射系统。光发射机是WDM系统的核心，除了对WDM系统中发射激光器的中心波长有特殊的要求外，还应根据WDM系统的不同应用（主要是传输光纤的类型和传输距离）来选择具有一定色度色散容量的发射机。在发送端首先将来自终端设备输出的光信号利用光转发器把非特定波长的光信号转换成具有稳定的特定波长的信号，再利用合波器合成多通路光信号，通过光功率放大器（BA）放大输出。（2）光中继放大器。经过长距离（80～120km）光纤传输后，需要对光信号进行光中继放大，目前使用的光放大器多数为掺铒光纤光放大器（EDFA）。在WDM系统中必须采用增益平坦技术，使EDFA对不同波长的光信号具有相同的放大增益，并保证光信道的增益竞争不影响传输性能。（3）光接收系统。在接收端，光前置放大器（PA）放大经传输而衰减的主信道信号，采用分波器从主信道光信号中分出特定波长的光信道，接收机不但要满足对光信号灵敏度、过载功率等参数的要求，还要能承受一定光噪声的信号，要有足够的电带宽性能。（4）光监控信道。光监控信道的主要功能是监控系统内各信道的传输情况。在发送端插入本节点产生的波长为（1550nm）的光监控信号，与主信道的光信号合波输出。在接收端，将接收到的光信号分波，分别输出（1550nm）波长的光监控信号和业务信道光信号。帧同步字节、公务字节和网管使用的开销字节都是通过光监控信道来传递的。（5）网络管理系统。网络管理系统通过光监控信道传送开销字节到其他节点或接收来自其他节点的开销字节对WDM系统进行管理，实现配置管理、故障管理、性能管理、安全管理等功能。

三、光波分复用技术的应用

光波分复用技术具有如下意义：（1）为宽带网络建设提供了拓展平台。由于可提供话音、数据和图像等方式的完美汇聚传输，因此伴随着光通信带宽需要的日益增加，光波分复用技术将成为光纤应用领域的首选技术。（2）满足网络扩容需求。由于主要通过改变基础速率和提高每根光纤的传输容量来提高光缆传输的总容量，故使用光波分复用能以较低的成本实现在有限的传输管缆芯数中逐步扩容升级。此外，它还可与IP技术结合，实现路由器数据在光波分复用系统中透明传输，从而简化设备构成。（3）应用与广泛的区域范围。光波分复用系统不仅能应付信息流量的剧增，保护原有线路投资，降低建设和维护成本，还可在建设和应用光子网络方面发挥独特的技术优势。此外，它还将在发展超大容量的光传输、实现更为广阔的区域范围内的信息传递等方面发挥重要作用。（4）为日益增长的网络规模提供扩展空间。由于具有透明性、可重构性、网络生存性强等优点，未来的光波分复用技术光网络将向基于光波长选路、光波长交换的灵活组网方向发展，并最终成为具有快速网络恢复及重构能力的光传输网。

我国在光波分复用技术方面起步较晚，先在长途干线上采用WDM技术进行点到点扩容，后在节点上采用OADM、OXC技术进行上/下话路。我国于1997年引进第一套8波长WDM系统，并安装在西安至武汉的干线上。1998年中国开始大规模引进8×2.5Gb/sWDM系统，对总长达2万多km的12条省际光缆干线进行扩容改造。同时各省内干线也相继采用WDM技术扩容，如在“南昌-九江”光缆扩容工程中，采用的就是AT&T公司的设备和双窗口WDM系统，即在G.652光纤的1310nm、1550nm两个低损耗工作窗口分别运行一个系统。这样可在不拆除1310nm窗口原有PDH设备的情况下，利用未使用的1550nm窗口，加开SDH2.5Gb/s系统。同时国内也开发研制出济南—青岛WDM长途骨干传输系统，是使用8个波长传送8个2.5GbpsSDH系统的信号，经过4个光放大器实现20Gbps信号470公里无电再生中继传输。为保证中国干线网的高速率、大容量并有足够的余量确保网络安全和未来发展的需要，采用WDM技术的工作已全面展开。

2002年4月19日，武汉邮电科学研究院承担的国家863重大项目“32×10Gbit/sSDH波分复用系统”在广西南宁通过国家验收。该系统首次在国内实现了开满32波满配置400公里的无电再生传输。 该项目是国家863计划的重中之重项目。系统在STM-64上实现带内前向纠错（FEC）功能。提供4个SDH10Gbit/s终端复用器设备（MF9953-01A），2个32×10Gbit/sWDM端机（GDB9953-01-32），4个32×10Gbit/sWDM中继机（GZB9953-01-32）及一个网元管理系统。把系统应用到实际工程，广西的南宁至柳州，全长280kmG.652光纤，分为4段（69+36+92+83km），开通两端10Gbit/sSDH设备，设南宁、柳州两个终端站，九塘、来宾、宾阳三个光放大中继站；WDM开通1个10Gbit/s波道和8个2.5Gbit/s波道，该工程在同一管理平台上实现对SDH和WDM的统一管理，具有较完善的管理维护功能。

四、总结与展望

WDM技术具有明显的技术优势，对于一个幅员辽阔的发展中国家来说，推广应用WDM技术显得尤为重要。目前密集波分复用系统（DWDM）的研究正越来越受到重视，这项技术的突破将使网络信息传输速度大幅上升，并使得现有向全光网络的方向发展。波分复用系统已成为现今网络传输技术发展的重要推动力量。

参 考 文 献

[1] 唐玉麟. 波分多路复用-纤维光学系统的新应用[J]. 光通信术. 1982（02）

[2] 张昕. 波分复用技术原理及应用[J]. 科技致富向导. 2010（12）

[3] 张彦华. 浅析波分技术的现状及应用[J]. 中国新通信. 2008（13）