光波分复用技术

摘要：本文从光波分复用基本原理入手，介绍了光波分复用系统的组成及各部分功能，和系统的分类。对WDM技术在实际应用中存在的问题及影响WDM系统性能因素进行了初步的探讨，并提出了光波分复用系统的安全保护方法。

关键词：光波分复用；扩容

一、光波分复用技术（WDM）的原理

WDM本质上是光域上的频分复用技术。其基本原理是根据每一信道光波频率（或波长）的不同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进入一根掺铒光纤放大器对光信号进行放大，再送入一根光纤进行传输。在接收端由波分复用器（分波器）将这些不同波长、承载不同信号的光载波分开，送往不同波长的光检测器，再对每个信号进行处理。因为每个光源以不同的波长工作，所以当在接收端转换成电信号时，可以完整的保持来自每个光源的独立信息，从而在一根光纤中可实现多路光信号的复用传输[1]。

二、WDM系统的组成和分类

1、WDM系统的组成及各部分功能

WDM系统一般包括光发射机、光中继放大器、光接收机、光监控信道和网络管理系统五部分。光发射机是光波分复用系统的核心，它发出的光信号波长不同，但精度和稳定度满足一定要求，信号经过光波分复用器合成一路送入光功率放大器放大，然后耦合到光纤上进行传输。光中继放大器一般采用掺铒光纤放大器（EDFA），主要是用于补偿光信号由于长距离传输所造成信号衰减。光接收机主要由前置放大器、光分波器等组成。光前置放大器首先放大经传输而衰减的光信号，然后利用分波器分离各特定波长的光信号而后进行接收；网络管理系统是通过光监控信道的物理层传送开销字节到其它节点或接收其它节点的开销字节对光波分复用系统迸行管理。主要实现配置、故障、性能、安全管理等功能，并与上层管理系统相连。

2、WDM系统的分类

光波分复用系统按照结构原理可分为双纤单向传输光波分复用系统和单纤双向传输光波分复用系统；按照线路中是否配置掺铒光纤放大器又可分为有线路放大器波分复用系统和无线路放大器波分复用系统；按照有无波长转发器还可分为集成式波分复用系统和开放式波分复用系统。双纤单向传输光波分复用系统是指同时采用两路单向光纤的光波复用系统，一路用于信号下传，另一路用于信号回传。单纤双向传输光波分复用系统是指光信号在一根光纤上同时向两个不同的方向传输，所用波长相互分开，以实现彼此双方全双工的通信联络。

三、WDM技术的优点及影响WDM系统性能因素

1、WDM技术的优点

（1）波分复用器件结构简单，体积小，可靠性高，易于和光纤耦合；（2）各波分复用信道对信息比特和数据格式是透明的，可以方便性的把一个已有的光纤通信系统改变为光波分复用通信系统；（3）可在一根光纤中实现多媒体传输和全双工通信；（4）可充分利用原有光纤干路扩大传输容量，以保持干线原有的通信枢纽地位，并能解决业务繁忙时信息溢出的矛盾；（5）可以在不改变光缆设施的条件下改变通信系统的组态，在光纤组网设计中有很大的灵活度和自由度；（6）在长途光纤干线中，可以使用WDM技术扩容避免系统高速化对光电器件性能带来的苛刻要求，进一步提高光纤传输容量；（7）可以与电复用方式，相互结合，联合复用使之达到更高的复用水平。

2、影响WDM系统性能因素

首先，光输入波长的稳定性是影响系统性能的一个重要因素，如果系统的中心频偏过大，会造成相邻信道间的串扰过大，增加误码率。其次，光线的色散是限制光纤通信系统的一个重要因素。对于模拟信号，色散限制其带宽；对于数字信号，则色散使光脉冲展宽，并且随着传输距离增加而增大，从而容易产生码间干扰，增加了误码率，进而限制了传输速率。再次，随着WDM系统中信道数增多，非线性效应成为影响系统性能的主要因素。

四、WDM系统安全问题及保护

（一）系统安全

对于含光放大器的WDM系统，安全问题特别重要。因为一般情况下，光放大器系统工作在高功率情况下，有的已经在光纤安全功率极限的边缘。对链路切断情况下可能引起的强烈“浪涌”效应更应加以重视。

（1）光“浪涌”的产生――在光缆突然被切断或其它原因导致信号丢失时，如果泵浦源不关闭。泵浦源还处于泵浦状态，使高能级泵浦状态下的离子浓度达到最大。这时，当信号经过一段时间恢复后。如果一个较高功率的信号进入掺铒光纤。将引起几乎所有的亚稳态离子发生受激辐射翻转。使EDFA输出达到一个最大值，即产生光“浪涌”。

（2）光浪涌的防止――当光缆切断或其它原因引起Los被检出时，当时间积累到一定长度，应减少直至切断向EDFA馈送的泵功率。而当链路恢复时，应待光信号恢复一定时间后，再恢复EDFA泵功率。对于WDM系统，只有当所有主通路的光信号都丢失时才启动EDFA自动功率关断进程。

（二）系统的保护

（1）基于单个波长的保护：基于单个波长在“SDH”层实施1+1或1:n的保护，所有的系统设备都需要有备份。SDH信号在发送端被永久桥接在工作系统和保护系统上。在接收端监视从这两个WDM系统收到的SDH信号状态，并选择更合适的信号。与此原理相一致，还可以实现基于单个波长，在SDH层实施1:n。

（2）光复用段（OMSP）保护：

只在光路上进行1+1保护，而不对终端设备进行保护。在发端和收端分别使用1×2光分路器或光开关。在发送端对合路的光信号进行分离，在接收端对光信号进行选路。在这种采用光分路器和光开关的光复用段保护方案系统中，只有光缆和WDM的线路系统是备份的。人们也可以用N:2耦合器来代替复用器和1:2分路器。

结 论

光波分复用技术优点相当多，一提出来就受到普遍重视，成为国际上在光纤通信高技术领域一个新的研究目标，被认为是可以实现的“大比特级容量的光网络”。光波分复用技术必将成为世界上最有发展前途的通信技术。