光纤通信课程考察报告光波分复用技术
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摘要：波分复用(WND)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(亦称合波器，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(亦称分波器或称去复用器，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。

还介绍些波分复用传输系统的基本结构及其基本原理。

关键词：波分复用技术（WDM），光纤，光传输网，交叉连接，传输系统
正文：
引言: 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。

现在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起到决定性的作用。

光在传输系统中进行传输。

光波分复用技术：
1、概念：
光波分复用(Wavelength Division Multiplexing，WDM)技术是在一根光纤中同时同时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。

下图是波光交换原理图：
2、分类：
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,光倍道相隔较远,甚至处于光纤不同窗口。

3、光波分复用的系统结构：
3.1波分复用光纤通信系统组成如下图所示，N个光发射机分别发射N个不同波长，经过光波分复用器WDM合到一起，耦合进单根光纤中传输。

到接收端，经过具有光波长选择功能的解复用器DWDM，将不同波长的光信号分开，送到N 个光接收机接收。

3.2下图是双向WDM系统。

图中WDM/DWDM是具有波长选路功能的复用/解复用器。

光发射机 T1发射波长为的光信号，经WDM/DWDM送入传输光纤，在接收端，再经另一个MD的波长选择后送到接收机R1接收。

T2和R2是另一方向传
输的发射和接收端机。

4、光波分复用一般应用波长分割复用器和解复用器(也称合波/分波器)分别置于光纤两端,实现不同光波的耦合与分离。

这两个器件的原理是相同的。

光波分复用器的主要类型有熔融拉锥型,介质膜型,光栅型和平面型四种。

其主要特性指标为插入损耗和隔离度。

通常,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11,l2通过同一光纤传送时,在与分波器中输入端l2的功率与11输出端光纤中混入的功率之间的差值称为隔离度。

5、光波分复用的技术特点与优势如下:
5.1 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。

5.2 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。

5.3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。

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。

5．4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。

5.5 源设备得到大幅减少,这样就提高了系统的可靠性。

目前,由于多路载波的光波分复用对光发射机、光接收机等设备要求较高,技术实施有一定难度,同时多纤芯光缆的应用对于传统广播电视传输业务未出现特别紧缺的局面,因而WDM 的实际应用还不多。

但是,随着有线电视综合业务的开展,对网络带宽需求的日益增长,各类选择性服务的实施、网络升级改造经济费用的考虑等等,WDM的特点和优势在CATV传输系统中逐渐显现出来,表现出广阔的应用前景,甚至将影响CATV 网络的发展格局。

6、光波分复用器和解复用器
在整个WDM系统中，光波分复用器和解复用器是WDM技术中的关键部件，其性能的优劣对系统的传输质量具有决定性作用。

将不同光源波长的信号结合在一起经一根传输光纤输出的器件称为复用器;反之，将同一传输光纤送来的多波长信号分解为个别波长分别输出的器件称为解复用器。

从原理上说，该器件是互易(双向可逆)的，即只要将解复用器的输出端和输入端反过来使用，就是复用器。

光波分复用器性能指标主要有接入损耗和串扰，要求损耗及频偏要小，接入损耗要小于1.0~2.5db，信道间的串扰小，隔离度大，不同波长信号间影响小。

在目前实际应用的WDM系统中，主要有光栅型光波分复用器和介质膜滤波器型光波分复用器。

6.1光栅型光波分复用器
闪耀光栅是在一块能够透射或反射的平面上刻划平等且等距的槽痕，其刻槽具有小阶梯似的形状。

当含有多波长的光信号通过光栅产生衍射时，不同波长成分的光信号将以不同的角度射出。

当光纤中的光信号经透镜以平行光束射向闪耀光栅时，由于光栅的衍射作用，不同波长的光信号以方向略有差异的各种平行光返回透镜传输，再经透镜聚焦后，以一定规律分别注入输出光纤，从而将不同波长的光信号分别以不同的光纤传输，达到解复用的目的。

根据互易原理，将光波分复用输入和输出互换即可达到复用的目的。

6.2介质膜滤波器型光波分复用器
目前WDM系统工作在1550nm波长区段内，用8，16或更多个波长，在一对光纤上(也可用单光纤)构成光通信系统。

每个波长之间为1.6nm、0.8nm或更窄
的间隔，对应200GHz、100GHz或更窄的带宽。

7﹑发展方向
WDM技术问世时间不长，但由于具有许多显著的优点迅速得到推广应用，并向全光网络的方向发展。

全光技术的发展表现在以下几个方面：
可变波长激光器。

光纤通信用的光源即半导体激光器只能发出固定波长的光波。

将来会出现激光器光源的发射波长可按需要进行调谐发送，其光谱性能将更加优越，而且具有更高的输出功率、稳定性和可靠性。

不仅如此，可变波长的激光器更有利于大批量生产，降低成本。

全光中继器。

中继器需要经过光-电-光的转换过程，即通过对电信号的处理来实现再生（整形、定时、数据再生）。

电再生器体积大、耗电多、成本高。

掺铒光纤放大器虽然可以用来作再生器使用，但它只是解决了系统损耗受限的难题，而无法解决色散的影响，这就对光源的光谱性能提出了极高的要求。

未来的全光中继器不需要光-电-光的处理过程，可以对光信号直接进行再定时、再整形和再放大，而且与系统的工作波长、比特率、协议等无关。

由于它具有光放大功能，所以解决了损耗受限的难题，又因为它可以对光脉冲波形直接进行再整形，所以也解决了色散受限方面的难题。

光交叉连接设备（OXC）。

未来的OXC可以利用软件对各路光信号灵活的交叉连接。

OXC对全光网络的调度、业务的集中与疏导、全光网络的保护与恢复等都将发挥作用。

光分插复用器（OADM）。

采用的OADM只能在中间局站上、下固定波长的光信号，使用起来比较僵化。

未来的OADM对上、下光信号将完全可控，通过网管系统就可以在中间局站有选择地上、下一个或几个波长的光信号，使用起来非常方便，组网（光网络）十分灵活。

参考文献：
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