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光波分复用(WDM)技术原理及结构分析
来源:金钱猫科技股份有限公司 发表于:2015-10-14 浏览2360次 |
一、光波分复用(WDM)技术
光波分复用(Wavelength Division Multiplexing,WDM)技术是在一根光纤中同时传输多个波长的光载波信号,而每个光载波可以通过FDM或TDM方式,各自承载多路模拟或多路数字信号。其基本原理是在发送端将不同波长的光信号组合起来(复用),并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进行传输,在接收端又将这些组合在一起的不同波长的信号分开(解复用),并作进一步处理,恢复出原信号后送入不同的终端。因此将此项技术称为光波长分割复用,简称光波分复用技术。
WDM技术对网络的扩容升级,发展宽带业务,挖掘光纤带宽能力,实现超高速通信等有十分重要的意义。
二、WDM系统的基本结构与工作原理
一般来说,WDM系统主要由以下五部分组成:光发射机、光中继放大、光接收机、光监控言道和网络管理系统。
光发射机是WDM系统的核心,根据ITU-T的建议和标准,除了对WDM系统中发射激光器的中心波长有特殊的要求外,还需根据WDM系统的不同应用(主要是传输光纤的类型和无电中继传输的距离)来选择具有一定色度色散容限的发射机。在发送端首先将来自终端设备(如SDH端机)输出的光信号,利用光转发器(OTU)把符合ITU-T G.957建议的非特定波长的光信号转换成具有稳定的特定波长的光信号:利用合波器合成多通路光信号:通过光功率放大器(BA)放大输出多通路光信号。
经过长距离光纤传输后(80-120km),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)。在应用时,可根据具体情况,将EDFA用作“线放(LA)”、“功放(BA)”和“前放(PA)”。
在接收端,光前置放大器(PA)放大经传输而衰减的主信道光信号,采用分波器从主信道光信号中分出特定波长的光信道。接收机不但要满足一般接收机对光信号灵敏度、过载功率等参数的要求,还要能承受有一定光噪声的信号,要有足够的电带宽性能。
光监控信道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λs(1510nm)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λs (1510nm)波长的光监控信号和业务信道光信号。帧同步字节、公务字节和网管所用的开销字节等都是通过光监控信道来传递的。
(图 WDM系统总体结构示意图(单向))
网络管理系统通过光监控信道物理层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,并与上层管理系统(如TMN)相连。
三、WDM技术的主要特点
(1)超大容量传输。
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,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/O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。
四、发展前景
WDM是一种在光域上的复用技术,形成一个光层的网络既“全光网”,将是光通讯的最高阶段。建立一个以WDM和OXC(光交叉连接)为基础的光网络层,实现用户端到端的全光网连接,用一个纯粹的“全光网”消除光电转换的瓶颈,将是未来的趋势。WDM技术还是基于点到点的方式,但点到点的WDM技术作为全光网通讯的第一步,也是最重要的一步,它的应用和实践对于全光网的发展奠定了基础。