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波分复用技术的分析与展望.doc

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波分复用技术的分析与展望摘 要:本文详细介绍了 WDM 的发展历程,阐述了其具体工作原理,指出了其工作特点,分析了其目前急待解决的技术问题,对其发展方向和发展前景进行了展望。关键词:多路复用技术,波分复用技术(WDM) ,光传输网,全光网引 言20 年中光纤通信飞速发展,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,以及近来的WDM 系统,光纤通信系统快速地更新换代[1] 。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。90 年代中期,WDM 系统发展速度并不快,主要原因在于:(1)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。 (2)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。发展迅速的主要原因在于:(1)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;(2)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;(3)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 技术是目前能够商用化最简单的光复用技术。WDM 技术原理在模拟载波通信系统中,通常采用频分复用方法提高系统的传输容量,充分利用电缆的带宽资源,即在同一根电缆中同时传输若干个信道的信号,接收端根据各载波频率的不同,利用带通滤波器就可滤出每一个信道的信号。同样,在光纤通信系统中也可以采用光的频分复用的方法来提高系统的传输容量,在接收端采用解复用器(等效于光带通滤波器)将各信号光载波分开。由于在光的频域上信号频率差别比较大,一般采用波长来定义频率上的差别,该复用方法称为波分复用[2]。WDM 技术就是为了充分利用单模光纤低损耗区带来的巨大带宽资源,根据每一信道光波的频率(或波长)不同可以将光纤的低损耗窗口划分成若干个信道,把光波作为信号的载波,在发送端采用波分复用器(合波器)将不同规定波长的信号光载波合并起来送入一根光纤进行传输。在接收端,再由一波分复用器(分波器)将这些不同波长承载不同信号的光载波分开的复用方式。由于不同波长的光载波信号可以看作互相独立(不考虑光纤非线性时) ,从而在一根光纤中可实现多路光信号的复用传输。将两个方向的信号分别安排在不同波长传输即可实现双向传输。根据波分复用器的不同,可以复用的波长数也不同,从 2 个至几十个不等,一般商用化是 8 波长和 16 波长系统,这取决于所允许的光载波波长的间隔大小,图 1 给出了其系统组成。WDM 本质上是光频上的频分复用(FDM)技术。从我国几十年应用的传输技术来看,走的是 FDM-TDM-TDM+FDM 的路线。开始的明线、同轴电缆采用的都是 FDM 模拟技术,即电域上的频分复用技术,每路话音的带宽为 4KHz,每路话音占据传输媒质(如同轴电缆)一段带宽;PDH、SDH 系统是在光纤上传输的 TDM 基带数字信号,每路话音速率为64kb/s;而WDM技术是光纤上频分复用技术,16(8)×2.5Gb/s 的 WDM 系统则是光频上的 FDM 模拟技术和电频率上 TDM 数字技术的结合[3] 。如表 1 所示:WDM 本质上是光频上的频分复用 FDM 技术,每个波长通路通过频域的分割实现,如图 2 所示。每个波长通路占用一段光纤的带宽,与过去同轴电缆 FDM 技术不同的是:(1)传输媒质不同,WDM 系统是光信号上的频率分割,同轴系统是电信号上的频率分割利用。 (2)在每个通路上,同轴电缆系统传输的是模拟信号 4KHz 语音信号,而 WDM 系统目前每个波长通路上是数字信号 SDH2.5Gb/s 或更高速率的数字系统。WDM 技术的主要特点WDM 技术具有很多优势,在近几年得到快速发展。如图 3 所示,可利用光纤的带宽资源,使一根光纤的传输容量比单波长传输增加几倍至几十倍;多波
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