波分复用的简介

在同一根光纤中同时让两个或两个以上的光波长信号通过不同光信道各自传输信息，称为光波分复用技术，简称WDM。 光波分复用包括频分复用和波分复用
光频分复用（FDM）技术和光波分复用（WDM）技术无明显区别，因为光波是电磁波的一部分，光的频率与波长具有单一对应关系。通常也可以这样理解，光频分复用指光频率的细分，光信道非常密集。光波分复用指光频率的粗分，光信道相隔较远，甚至处于光纤不同窗口。 其主要特性指标为插入损耗和隔离度
由于光链路中使用波分复用设备后，光链路损耗的增加量称为波分复用的插入损耗。当波长λ1,λ2通过同一光纤传送时，在与分波器中输入端λ2的功率与λ1输出端光纤中混入的功率之间的差值称为隔离度。 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。目前我们只是利用了光纤低损耗谱（1310nm-1550nm）极少一部分，波分复用可以充分利用单模光纤的巨大带宽约25THz，传输带宽充足。
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。
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。
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。
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。
系统中有源设备得到大幅减少，这样就提高了系统的可靠性 光纤通信飞速发展，光通信网络成为现代通信网的基础平台。光纤通信系统经历了几个发展阶段，从80年代末的PDH系统，90年代中期的SDH系统，WDM系统，光纤通信系统快速地更新换代。双波长WDM（1310/1550nm）系统80年代在美国AT&T网中使用，速率为2×17Gb/s。　应用WDM技术第一次把复用方式从电信号转移到光信号，在光域上用波分复用（即频率复用）的方式提高传输速率，光信号实现了直接复用和放大，并且各个波长彼此独立，对传输的数据格式透明。当前研究的热点之一是DWDM，DWDM实验室水平可达到100╳10Gbit/s，中继距离400km；30╳40Gbit/s，中继距离85km；64╳5Gbit/s，中继距离720km。密集波分复用DWDM商用水平为320Gbit/s，即一对光纤可传送400万话路。目前商用系统的传输能力仅是单根光纤可能传输容量为数十Tbit/s的1/100。
中国开展WDM技术的研究起步比较晚，首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。中国于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。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。 90年代中期，WDM系统发展速度并不快
主要原因
TDM（时分复用）技术的发展，155Mb/s-622Mb/s-2.5Gb/sTDM技术相对简单。据统计，在2.5Gb/s系统以下（含2.5Gb/s系统），系统每升级一次，每比特的传输成本下降30%左右。因此在系统升级中，人们首先想到并采用的是TDM技术
波分复用器件不成熟。波分复用器/解复用器和光放大器在90年代初才开始商用化，1995年开始WDM技术发展很快，特别是基于掺铒光纤放大器EDFA的1550nm窗口密集波分复用（DWDM）系统。Ciena推出了16×2.5Gb/s系统，Lucent公司推出8×2.5Gb/s系统，目前试验室已达Tb/s速率。 光电器件的迅速发展，特别是EDFA的成熟和商用化，使在光放大器（1530～1565nm）区域采用WDM技术成为可能
利用TDM方式已接近硅和镓砷技术的极限，TDM已无太多的潜力，且传输设备价格高
已敷设G.652光纤1550nm窗口的高色散限制了TDM10Gb/s系统的传输，光纤色散的影响日益严重。从电复用转移到光复用，即从光频上用各种复用方式来提高复用速率，WDM技术是能够商用化最简单的光复用技术。

1 波分复用光传输技术

1.1 波分复用的基本概念

光通信系统可以按照不同的方式进行分类。如果按照信号的复用方式来进行分类，可分为频分复用系统（FDM-Frequency Division Multiplexing ）、时分复用系统（TDM-Time Division Multiplexing）、波分复用系统（WDM-Wavelength Division Multiplexing）和空分复用系统（ SDM-SpaceDivision Multiplexing）。所谓频分、时分、波分和空分复用，是指按频率、时间、波长和空间来进行分割的光通信系统。应当说，频率和波长是紧密相关的，频分也即波分，但在光通信系统中，由于波分复用系统分离波长是采用光学分光元件，它不同于一般电通信中采用的滤波器，所以我们仍将两者分成两个不同的系统。

波分复用是光纤通信中的一种传输技术，它利用了一根光纤可以同时传输多个不同波长的光载波的特点，把光纤可能应用的波长范围划分成若干个波段，每个波段作一个独立的通道传输一种预定波长的光信号。光波分复用的实质是在光纤上进行光频分复用（ OFDM），只是因为光波通常采用波长而不用频率来描述、监测与控制。随着电 -光技术的向前发展，在同一光纤中波长的密度会变得很高。因而，使用术语密集波分复用（DWDM-Dense Wavelength Division Multiplexing），与此对照，还有波长密度较低的 WDM系统，较低密度的就称为稀疏波分复用（CWDM-Coarse WaveDivision Multiplexing）。

这里可以将一根光纤看作是一个“多车道”的公用道路，传统的 TDM系统只不过利用了这条道路的一条车道，提高比特率相当于在该车道上加快行驶速度来增加单位时间内的运输量。而使用 DWDM技术，类似利用公用道路上尚未使用的车道，以获取光纤中未开发的巨大传输能力。

1.2 WDM技术的发展背景

随着科学技术的迅猛发展，通信领域的信息传送量正以一种加速度的形式膨胀。信息时代要求越来越大容量的传输网络。近几年来，世界上的运营公司及设备制造厂家把目光更多地转向了 WDM技术，并对其投以越来越多的关注，增加光纤网络的容量及灵活性，提高传输速率和扩容的手段可以有多种，下面对几种扩容方式进行比较。

1. 空分复用 SDM（Space Division Multiplexer）

空分复用是靠增加光纤数量的方式线性增加传输的容量，传输设备也线性增加。在光缆制造技术已经非常成熟的今天，几十芯的带状光缆已经比较普遍，而且先进的光纤接续技术也使光缆施工变得简单，但光纤数量的增加无疑仍然给施工以及将来线路的维护带来了诸多不便，并且对于已有的光缆线路，如果没有足够的光纤数量，通过重新敷设光缆来扩容，工程费用将会成倍增长。而且，这种方式并没有充分利用光纤的传输带宽，造成光纤带宽资源的浪费。作为通信网络的建设，不可能总是采用敷设新光纤的方式来扩容，事实上，在工程之初也很难预测日益增长的业务需要和规划应该敷设的光纤数。因此，空分复用的扩容方式是十分受限。

2. 时分复用 TDM（Time Division Multiplexer）

时分复用也是一项比较常用的扩容方式，从传统 PDH的一次群至四次群的复用，到如今 SDH的 STM-1、STM-4、STM-16乃至 STM-64的复用。通过时分复用技术可以成倍地提高光传输信息的容量，极大地降低了每条电路在设备和线路方面投入的成本，并且采用这种复用方式可以很容易在数据流中抽取某些特定的数字信号，尤其适合在需要采取自愈环保护策略的网络中使用。但时分复用的扩容方式有两个缺陷：第一是影响业务，即在“全盘”升级至更高的速率等级时，网络接口及其设备需要完全更换，所以在升级的过程中，不得不中断正在运行的设备；第二是速率的升级缺乏灵活性，以 SDH设备为例，当一个线路速率为 155Mbit/s的系统被要求提供两个 155Mbit/s的通道时，就只能将系统升级到 622Mbit/s，即使有两个 155Mbit/s将被闲置，也没有办法。对于更高速率的时分复用设备，目前成本还较高，并且 40Gbit/s的 TDM设备已经达到电子器件的速率极限，即使是 10Gbit/s的速率,在不同类型光纤中的非线性效应也会对传输产生各种限制。不管是采用空分复用还是时分复用的扩容方式，基本的传输网络均采用传统的 PDH或 SDH技术，即采用单一波长的光信号传输，这种传输方式是对光纤容量的一种极大浪费，因为光纤的带宽相对于目前我们利用的单波长信道来讲几乎是无限的。我们一方面在为网络的拥挤不堪而忧心忡忡，另一方面却让大量的网络资源白白浪费。

华为产品维护资料 WDM原理  2004/10/15 

现在，时分复用技术是一种被普遍采用的扩容方式，它可以通过不断地进行系统速率升级实现扩容的目的，但当达到一定的速率等级时，会由于器件和线路等各方面特性的限制而不得不寻找另外的解决办法。

3. 波分复用 WDM（Wavelength Division Multiplexing）

WDM波分复用是利用单模光纤低损耗区的巨大带宽，将不同速率（波长）的光混合在一起进行传输，这些不同波长的光信号所承载的数字信号

可以是相同速率、相同数据格式，也可以是不同速率、不同数据格式。可以通过增加新的波长特性，按用户的要求确定网络容量。对于2.5Gb/s以下的速率的 WDM,目前的技术可以完全克服由于光纤的色散和光纤非线性效应带来的限制，满足对传输容量和传输距离的各种需求。WDM扩容方案的缺点是需要较多的光纤器件，增加失效和故障的概率。

4. TDM和 WDM技术合用

利用 TDM和 WDM两种技术的优点进行网络扩容是应用的方向。可以根据不同的光纤类型选择 TDM的昀高传输速率，在这个基础上再根据传输容量的大小选择 WDM复用的光信道数，在可能情况下使用昀多的光载波。毫无疑问，多信道永远比单信道的传输容量大，更经济。