光波分复用技术在光纤通信中的应用

摘 要 通过对光波分复用技术的原理、关键技术等问题的分析和光纤通信系统的介绍，引出光波分复用技术在光纤通信系统的具体应用，主要阐述其接入网和城域网建设中的应用，最后基于现状就光波分复用技术的发展趋势做出简单的预测和期望。

关键词 光波分复用技术；光纤通信；传输

中图分类号TN91 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2014）123-0205-02

0引言

光纤通信为人类社会的信息传递开辟新的天地，自1966年被发明出来后，就开始成为信息技术领域的研究热点，通信技术不断革新，新器件不断被研发出来，传输速率逐渐加快，光纤网络越来越多，光纤通信在国家社会经济发展中的作用越来越突出。随着互联网的普及，许多国家的数据业务流量已大大超出语音业务流量，并成为推动核心网络发展的巨大推动力。数据业务对网络带宽的需求较大，对网络的动态分配能力要求高，采用传统人工配置的网络连接方式不利于通信网络的发展，而光波分复用技术（WDM）的发明为通信网络带来新的曙光，带来了新的传输手段。

1 光波分复用技术（WDM）概述

WDM就是两种及以上的各自携带有大量信息（语音、数据、图像等）的不同波长的光载波信号在发射端经过复用器汇合，然后耦合到一根光纤中传输，在接收端再通过解复用器对不同波长的光信号进行分离，最后再由光接收机进行进一步处理，确保光信号的准确恢复。如图1所示为光波分复用技术原理示意图。一般来说，不同的光载波信号之间存在一定的间隔，由于当前的光器件和技术还不成熟，故而要实现光信道的十分密集光频分复用还不太可能，故而人们往往将同一窗口中间隔较小的波分复用技术成为密集波分复用技术。根据光纤传输的特点可知，光纤传输波段分成五个波段，分别为：O波段，波长1260mm～1350nm；E波段，波长1360mm～1460nm；S波段，波长1460mm～1530nm；C波段，波长1530mm～1565nm；L波段，波长1565mm～1625nm。当前，WDM技术主要应用C波段，每个波长之间的间隔为0.8mm～1.6nm，或是更低。在通信传输中，若能消除光纤中的OH所带来的损耗尖峰，则可以在五个波段内实现低损耗，也就是全波光纤，这使得波分复用系统的波长达340nm左右，能有效提高传输容量。

图1 WDM原理示意图

随着电信网的发展和互联网的普及，光纤传输上的光波分复用技术已非常常见，多在WDM链路交叉处设置光交叉连接设备，在原先的光纤链路物理层上形成一个新的光层，该光层将光纤链路中的所有波长信道连接起来，形成一个跨越式光通路，完成端到端的信息传输，这个光层就是我们所说的WDM光传输网络。另外，WDM的系统结构可分成光纤单向传输和光纤双向传输两种，这里就不一一介绍了。

2 光波分复用技术在光纤通信系统中的具体应用

2.1 光纤通信系统概述

光纤通信系统以光纤为传输介质，主要由数据源、光发送端、光学信道、光接收机等。其中，数据源中包括所有数据、语音业务经过信道编码形成的信号；光发送机将信号变成适合在光学信道上传输的光信号，并从中提取信息，转换成电信号，最后得到相应的语音、数据等信息。如图2所示为光纤通信系统结构示意图。

图2 光纤通信系统结构示意图

1970年，美国康宁公司研发出世界上首根套层光纤，其损耗率为20db/km，它使得光纤通信成为可能。1975年，贝尔实验室开展世界上第一次光纤点到点的通信试验。1977年，贝尔实验室和日本电报电话公司同时研制成功寿命在10年左右的半导体激光器，使得光纤通信步入实用化阶段。同年，美国兴建起世界首个光纤通信系统，传输速率为45MB/s，通信窗口为850nm。经过三四十年的发展，光纤通信有了巨大进步和革新，尤其是在上世纪90年代，光纤通信系统迎来其发展高峰期，大量的技术和设备被研发出来，解决了线路中的电子瓶颈，通信窗口也迅速移到1550nm。到今天，光波分复用技术的发明又为光纤通信系统带来新的发展面貌。

2.2 在光纤通信系统中的应用

第一，在接入网中的应用。光纤接入网的接入方式可分为无源接入和有源接入两种，其中，无源光网络是一种非常优质的接入方式，具有低成本、光纤少、中心局终端少、雷电影响小、电磁干扰少等优点，后期的运营维护成本也较少，其扩展性强，能随着技术的发展而升级改造。带宽大、传输距离可达20km。正是由于诸多的优点无源光网络接入方式成为光纤接入网的首选接入方式，其中，上行接入技术乃技术关键点和难点，不能采用以往的以太网CSMA/CD媒体接入控制方式进行上行接入，可以将光波分复用技术应用到其中，进行上行接入。基于光波分复用技术的波分多址上行接入方式以波长为用户端ONU的标识，实现上行接入，具有较大的带宽，能充分利用光纤的大带宽，实现对称宽带接入。同时，该种接入方式还能有效解决ONU测距、快速比特同步等困难，在网络管理和系统升级方面具有显著优势。随着光波分复用技术的发展，光波分复用器材价格越来越低，性能越来越优，这有效推动了无源光网络的发展。

第二，在城域网建设中的应用。传统电信城域网无法适应数据业务突变性特点，承载多业务的带宽效率低。因此，当前城域网发展的目标为面向数据和多媒体业务应用的IP优化网络。基于IP和光波分复用技术建设的城域网成为新型城域网的主要方案，其采用IP over WDM传输技术，就是使IP数据包直接在光路上跑，减少网络层之间的冗余部分，该方法省去了中间的ATM层和SDH层，传输效率高、运行成本低，用户网络费用少，非常适合于城域网建设。从通信协议角度来讲，该方案的网络结构层次为IP业务层和光网络层，光网络层又可以分成光网络适配子层、光复用子层、光传输子层，其中，光复用子层为核心，它完成光复用协议的相关内容，复用带宽、保护线路、定位故障点。该方案有效应用了光纤的巨大带宽资源，提高带宽和传输速率，实现数据格式、调制方式的透明化，实现与现有通信网的兼容，支持网络升级，具有极高的推广性和生存性。同时，该方案也有一定缺点，网络管理与其传输的信号和网管分离开来，只是点对点的拓扑结构方式，没有实现真正意义上的光网络。

在光纤通信系统中，若没有应用光波分复用技术，则需要多投入n-1根光纤，若光纤通信方式为多个用户协同工作，则适用光波分复用技术能更好突出光波分复用技术的优势，实现单根光纤传输容量成几倍乃至几十倍的增长，更好利用现有的光纤带宽资源。在远距离运输中，适用WDM技术有助于节省大量光纤，降低光纤通信系统的开发建设成本。WDM以波长路由代替传统电子信号路由，以解复用器代替光电转换交换器，消除延迟转发等瓶颈问题，保证传输的透明性。总而言之，光波分复用技术在光纤通信系统中有广阔的应用空间，能带来良好的应用效果，值得大力推广。

2.2 光波分复用技术的发展趋势

随着光波分复用技术的发展和应用，光纤通信朝着高速率、大传输容量方向发展，光纤通信对光波分复用技术提出更高要求，进一步推动光波分复用技术的发展。作为一种对米元件依赖性强的技术，未来的WDM技术发展方向是研发出更多新的、性能更好的米元件，开发低价的小型集成光元件，如：放大器、光交叉连接器、光分插复用器、滤波器、信号调节器、光存储器等。其实现互通性和标准化服务，还必须实现传输协议和网关标准的规范化。伴随着光纤通信系统的发展，以WDM为基础的光网络层将逐步实现全光网络连接，实现用户与光纤通信网络的亲密接触，到时候，人们可以利用WDM技术实现可视电视、可视会议、远程技术等支援，进行语音、数据、图像等多媒体信息的传输、处理和交换。简单来说，WDM技术的完善将推动广电数字网络的发展，用户对广电数字网络的需求又成为WDM发展的巨大推动力。

WDM技术第一次实现了电信号到光信号的转换，它标志着光通信时代的到来。当前的研究重点是密集波分复用技术，其商用水平为320Gbit/s，也就是说，一对光纤可传送400万话路，商用系统的传输能力仅是单根光纤传输容量的百分之一。在光纤网络中，FTTH解决的是光纤通信“最后一公里”的问题，日本、美国、韩国紧锣密鼓的建设FTTH网络，进行大规模建设，将光波分复用就似乎应用其中，发展成为今天的WDM-PON。在我国，FTTH网络的技术越来越多，且理论也较为完善，但却还媒体一项技术被认为是完善的技术，这个时候充分利用无源光网络技术则是可行的一种选择，推动光波分复用技术的发展，逐渐根据社会需求，采用WDM-PON方式建设FTTH网络。

3结论

随着信息技术的发展和信息时代的繁荣，光纤到户成为可能，人们对其需求不断提高，而信息领域则要积极研发新技术，学会将更多新技术、新产品应用到光纤到户中，推动人类社会进步。光波分复用技术最为一种优质新技术，具有众多优点，在光纤网络中的应用能产生成本少、带宽大、传输容量大、传输速率大等优点，已被广大通信运营商所认可，并积极应用到光纤通信网络建设中。光波分复用技术在光纤通信系统中的应用有效降低成本，提高网络的可靠性和稳定性。如果说20世纪的通信是电网络时代，那么21世纪的通信则是全光网络时代。

参考文献

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