光波分複用

光波分複用 ^[1]  （wavelength-division multiplex-ing，簡稱WDM）技術又稱光波長分割複用技術，是指在一根光纖中能同時傳輸多個波長光信號的一種技術。它是在發送端將不同波長的光信號組合起來，耦合到光纜線路上的同一根光纖中進行傳輸，在接收端再將組合波長的光信號分開，恢復出原信號後送入不同的終端。具有以下優點：

(1)可充分利用光纖的帶寬資源，使同一根光纖的傳輸容量增加幾倍至幾十倍，甚至幾百倍。(2)由於光波分複用技術使用的波長相互獨立，故可以同時傳輸特性完全不同的信號。(3)採用全雙工方式，光信號可以在一根光纖中同時向兩個不同的方向傳輸，節省了線路投資，提高了系統的經濟效益。(4)對於早期敷設的芯數不多的光纜，波分複用技術可提供“在線升級，平滑過渡”的技術支持，即在對原有系統不作較大改功的情況下，進行擴容，節省投資。(5)隨着傳輸速率的不斷提高，許多光器件的響應速度已明顯不足。使用波分複用技術可以降低對器件性能上的要求。(6)波分複用器件大多是光無源器件，結構簡單，體積小，穩定可靠，在網絡設計和施工中有很大靈活性。因此，波分複用技術成為當前迸行擴容、升級改造以及建設新的高速、大容量通信網絡的最佳技術 ^[2]  選擇。

按各信道間的波長間隔的不同，WDM可分為：①密集波分複用： ^[3]  兩信道之間的光波長間隔為1～l0nm。②稀疏波分複用：兩信道之間的光波長間隔在10～100nm以上。

在WDM光纖通信系統中，除了複用器/解複用器外，其他部分與普通的強度調製/直接檢測（IM/DD）光纖通信系統類似，因此，複用器/解複用器是WDM光纖通信系統的關鍵器件。波分複用器的作用是將幾路不同波長的光波混合送到同一條光纖中去，解複用器的作用是將在同一條光纖中傳輸的多路光載波分開。複用器/解複用器一般由光纖、分光元件和準直聚焦系統所組成。有幾種不同類型，其結構和性能直接決定WDM系統的串話、插入損耗和信道間隔等指標。

WDM技術利用光纖的寬帶特性，提高了光纖的傳輸效率，是長距離光纖幹線通信系統擴容的行之有效的辦法。與摻鉺光纖放大器（EDFA）結合使用，WDM技術的優越性更加明顯。使用光纖放大器可將原來的電一光一電中繼改為全光中繼，使中繼過程大大簡化，而且系統的“透明”度也大為增加（即當變換碼速率、增加信道數或變換傳輸體制時，只需更換首尾端機，無需變更中繼放大器），因而在長途幹線中具有廣闊的應用前景。

波分複用系統一般由光發射機、光中繼放大器、光接收機、光監控信道和網絡管理系統五部分組成，如圖2所示。

光發射機是光波分複用系統的核心。它發出波長不同，但精度和穩定度滿足一定要求的光信號，經過光波分複用器（即合波器）合成一路送入光功率放大器放大，然後耦合到光纖上進行傳輸。

光中繼放大器一般採用摻鉺光纖放大器 ^[4]  ，主要是用於補償光信號由於長距離傳輸所造成的信號衰減。

光接收機主要由前置放大器、光分波器等組成。光前置放大器首先放大經傳輸而衰減的光信號，然後利用分波器分離各特定波長的光信號進行接收。

光監控信道是監控系統內各信道的傳輸情況，在發送端插入本節點產生的波長的光監控信號，與主信道的光信號混合輸出。在接收端，將接收到的光信號分波，獲得光監控信號。幀同步字節、公務字節和網管所用的開銷字節均是通過光監控信道來傳遞的。

網絡管理系統是通過光監控信道的物理層傳送開銷字節到其它節點或接收其它節點的開銷字節對光波分複用系統迸行管理。主要實現配置、故障、性能、安全管理等功能，並與上層管理系統相連。

WDM系統按照工作波長的波段不同可以分為兩類：一類是在整個長波長波段內信道間隔較大的複用，稱為粗波分複用（CWDM）；另一類是在1550nm波段的密集波分複用（DWDM），它是在同一窗口中信道間隔較小的波分複用，可以同時採用8,16或更多個波長在一對光纖上（也可採用單纖）構成光纖通信網絡，其中每個波長之間的間隔為1.6nm，0.8nm或更低，對應的帶寬為200GHz，100GHz或更窄的帶寬。

WDM系統的基本構成主要有兩種形式：即雙纖單向傳輸和單纖雙向傳輸。

雙纖單向傳輸是指採用兩根光纖實現兩個方向信號傳輸，完成全雙工通信。

單纖雙向傳輸是指光通路在一根光纖中同時沿着兩個不同的方向傳輸，此時，雙向傳輸的波長相互分開，以實現彼此雙方全雙工的通信。

（1）充分利用了光纖的巨大帶寬資源，使一根光纖的傳輸容量比單波長傳輸增加幾倍到幾十倍，從而增加了光纖的傳輸容量，在很大程度上解決了傳輸的帶寬問題。

（2）WDM技術中使用的各波長相互獨立，因而可以傳輸特性完全不同的信號，完成各種也無信號的綜合和分離，實現多媒體信號的混合傳輸。

（3）WDM技術可以實現單根光纖的雙向傳輸，以節省大量的線路投資。

（4）WDM技術可以有多種應用形式，如長途幹線的傳輸網絡、廣播式分配網絡、局域網等。

（5）WDM技術使n個波長複用起來在單根光纖中傳輸，在大容量長途傳輸時可以節約大量光纖；對已經建成的光纖通信系統可以很容易地進行擴容升級，因而WDM技術可以節約線路投資。

（6）隨着傳輸速率的不斷提高，許多光電器件的響應速度已明顯不足。使用WDM技術可以降低對一些器件在性能上的極高要求，同時又可實現大容量傳輸。

（7）WDM的信道對數據格式是透明的，即與信號的速率和電調製方式無關，在網絡擴充和發展中是理想的擴容手段，也是引入寬帶新業務的方便手段。

（8）利用WDM技術可以實現高度的組網靈活性、經濟性和可靠性。

光波分複用技術 ^[5]  的出現使光通信系統的容量產生幾十倍、成百倍的增長，可以説沒有波分複用技術也就沒有現在蓬勃發展的光通信事業。目前，我國的許多幹線傳輸系統已經採用了WDM技術。WDM技術在實現產業化的同事，向着更多波長、更高的速率、更大的容量和更長的距離發展。