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1、引言
隨著以IP為代表的數(shù)據(jù)業(yè)務的爆炸增長，以及Internet在全球范圍內(nèi)的迅速發(fā)展，網(wǎng)絡帶寬的需求不斷增加。隨之出現(xiàn)了所謂的“光纖耗盡”現(xiàn)象和對代表通信容量的帶寬的“無限渴求”的現(xiàn)象。以美國為例，從1995年起，幾家主要長途電信業(yè)務承載商光纖通信系統(tǒng)的負載能力都接近飽和。為了提高通信系統(tǒng)的帶寬已成為焦點問題，波分復用技術(shù)(WDM)正是解決這一問題的關(guān)鍵技術(shù)，它將光波耦合復用到一根光纖中，從而更有效地提供帶寬，可以讓IP、ATM和同步數(shù)字序列/同步光纖網(wǎng)協(xié)議下承載的電子郵件、視頻、多媒體等數(shù)據(jù)都通過統(tǒng)一的光纖層傳輸[1]。
2、多路復用技術(shù)
多路復用技術(shù)包括：時分復用(TDM)、頻分復用(FDM)、碼分復用(CDMA)、波分復用(WDM)。
時分復用(TDM)：當信道達到的數(shù)據(jù)傳輸率大于各路信號的數(shù)據(jù)傳輸率總和時，可以將使用信道的時間分成一個個的時間片(時隙)，按一定規(guī)則將這些時間片分配給各路信號，每一路信號只能在自己的時間片內(nèi)獨占信道進行傳輸，所以信號之間不會互相干擾。
(1)頻分復用(FDM)
當信道帶寬大于各路信號的帶寬時，可以將信道分割成若干個子信道，每個子信道用來傳輸一路信號�；蛘哒f是將頻率劃分成不同的頻率段，不同路的信號在不同的頻段內(nèi)傳送，各個頻段之間不會相互影響，所以不同路的信號可以同時傳送。
(2)碼分復用(CDMA)
這種技術(shù)多用于移動通信，不同的移動臺(或手機)可以使用同一個頻率，但是每個移動臺(或手機)都被分配帶有一個獨特的“碼序列”，該序列碼與所有別的“碼序列”都有不同，所以各個用戶相互之間也沒有干擾。因為是靠不同的“碼序列”來區(qū)分不同的移動臺(或手機)，所以又叫做“碼分多址”技術(shù)
(3)波分復用(WDM)
這是FDM在光纖信道的一個變例。是指在一根光纖上不只是傳送一個載波，而是同時傳送多個波長不同的光載波。這樣一來，原來在一根光纖上只能傳送一個光載波的單一信道變?yōu)榭蓚魉投鄠�不同波長光載波的信道，從而使得光纖的傳輸能力成倍增加。
3、WDM的工作原理及其技術(shù)特點
光波分復用是將兩種或多種不同波長的光載波信號(攜帶有名種類型的信息)，在發(fā)送端經(jīng)復用器(亦稱合波器，multiplexer)把這些光載波信號匯合在一起，并耦合到光線路中同一根光纖中進行傳輸；在接收端經(jīng)分波器(亦稱解復用器或去復用器，demulti-plexer)將各種波長的光載波進行分離，然后由光接收機相應的進一步處理恢復信號。這種復用方式稱為波分復用。可以是單向傳輸，也可以是雙向傳輸[2]。
WDM本質(zhì)上是光域上的頻分復用(FDM)技術(shù)，WDM系統(tǒng)的每個信道通過頻域的分割來實現(xiàn)，如圖2所示。每個信道占用一段光纖的帶寬，與過去同軸電纜FDM技術(shù)不同的是：
(1)傳輸媒介不同，WDM系統(tǒng)是光信號上的頻率分割，而同軸系統(tǒng)是電信號上的頻率分割。
(2)在每個通路上，同軸電纜系統(tǒng)傳輸?shù)氖悄M的4KHZ語音信號，而WDM系統(tǒng)目前每個通路上傳輸?shù)氖菙?shù)字信號SDH2.5Gbit/s或更高速率的數(shù)字信號。
WDM技術(shù)之所以在近幾年得到迅猛發(fā)展，是因為它具有下述優(yōu)點：
(1)超大容量傳輸。
由于WDM系統(tǒng)的復用光通路速率可以為2.5Gbit/s、10Gbit/s等，而復用光通路的數(shù)量可以是4、8、16、32，甚至更多，因此系統(tǒng)的傳輸容量可以達到300-400Gbit/s，甚至更大。
(2)節(jié)約光纖資源。
對于單波長系統(tǒng)而言，1個SDH系統(tǒng)就需要一對光纖；而對于WDM系統(tǒng)來講，不管有多少個SDH分系統(tǒng)，整個復用系統(tǒng)只需要一對光纖。例如，對于16個2.5Gbit/s系統(tǒng)來說，單波長系統(tǒng)需要32根光纖，而WDM系統(tǒng)僅需要兩根光纖。
(3)各信道透明傳輸，平滑升級、擴容。
只要增加復用信道數(shù)量與設備就可以增加系統(tǒng)的傳輸容量以實現(xiàn)擴容，WDM系統(tǒng)的各復用信道是彼此相互獨立的，所以各信道可以分別透明地傳送不同的業(yè)務信號，如語音、數(shù)據(jù)和圖像等，彼此互不干擾，這給使用者帶來了極大的便利。
(4)利用EDFA實現(xiàn)超長距離傳輸。
EDFA具有高增益、寬帶寬、低噪聲等優(yōu)點，且其光放大范圍為1530(1565nm，但其增益曲線比較平坦的部分是1540(1560nm)它幾乎可以覆蓋WDM系統(tǒng)的1550nm的工作波長范圍。所以用一個帶寬很寬的EDFA就可以對WDM系統(tǒng)的各復用光通路信號同時進行放大，以實現(xiàn)系統(tǒng)的超長距離傳輸，并避免了每個光傳輸系統(tǒng)都需要一個光放大器的情況。WDM系統(tǒng)的超長傳輸距離可達數(shù)百公里同時節(jié)省大量中繼設備，降低成本。
(5)提高系統(tǒng)的可靠性。
由于WDM系統(tǒng)大多數(shù)是光電器件，而光電器件的可靠性很高，因此系統(tǒng)的可靠性也可以保證。
(6)可組成全光網(wǎng)絡。
全光網(wǎng)絡是未來光纖傳送網(wǎng)的發(fā)展方向。在全光網(wǎng)絡中，各種業(yè)務的上下、交叉連接等都是在光路上通過對光信號進行調(diào)度來實現(xiàn)的，從而消除了E/O轉(zhuǎn)換中電子器件的瓶頸。WDM系統(tǒng)可以與OADM、0XC混合使用，以組成具有高度靈活性、高可靠性、高生存性的全光網(wǎng)絡，以適應帶寬傳送網(wǎng)的發(fā)展需要。
4、WDM的現(xiàn)有技術(shù)水平及國內(nèi)應用現(xiàn)狀
WDM技術(shù)的研究、開發(fā)與應用十分活躍。在國際上，體現(xiàn)在電信裝備公司投巨額資金競相研究、開發(fā)、宣傳展示產(chǎn)品，甚至出現(xiàn)了各公司之間的聯(lián)合、兼并，以增強在WDM技術(shù)領(lǐng)域里的競爭能力。
(1)WDM現(xiàn)有的技術(shù)水平
就現(xiàn)有WDM系統(tǒng)傳輸容量的試驗水平來看，北電等公司的1.6Tbit/s(160(10Gbit/s)WDM系統(tǒng)已經(jīng)成功。在后來的展覽上，北電推出80(80Gbit/s的WDM系統(tǒng)，總?cè)萘繛?.4Tbit/s。此外，朗訊公司采用80nm譜寬的光放大器創(chuàng)造了波長數(shù)高達1022的世界記錄。同時，我們了解到一些世界著名公司現(xiàn)有的WDM系統(tǒng)的各項指標。
在國內(nèi)，WDM技術(shù)的研究和開發(fā)不僅活躍，而且進展也十分迅速。武漢郵電科學研究院(WRI)、北京大學、清華大學、郵電部五所先后進行了傳輸實驗或者建設試驗工程。例如：武漢郵電科學研究院在1997年10月成功地進行了16(2.5Gbit/s600km單向傳輸系統(tǒng)，1998年10月在北京‘98國際通信展覽會上展示了32(2.5Gbit/s的WDM傳輸系統(tǒng)，并且容量為40(10Gbit/s的WDM系統(tǒng)也進行了傳輸實驗，更高技術(shù)水平的WDM系統(tǒng)正在實驗當中。
(2)國內(nèi)WDM技術(shù)的應用水平
WDM技術(shù)仍處于快速發(fā)展的階段，許多廠商的16、32通路的WDM系統(tǒng)已投入商用。目前數(shù)百吉比特每秒的WDM系統(tǒng)已經(jīng)在網(wǎng)絡中實際運行,2002年4月19日，武漢郵電科學研究院承擔的國家863重大項目“32×10Gbit/s SDH波分復用系統(tǒng)”在廣西南寧通過國家驗收。該系統(tǒng)首次在國內(nèi)實現(xiàn)了開滿32波滿配置400公里的無電再生傳輸。
該項目是國家863計劃的重中之重項目。系統(tǒng)在STM-64上實現(xiàn)帶內(nèi)前向糾錯(FEC)功能。提供4個SDH 10Gbit/s終端復用器設備(MF9953-01A)，2個32×10Gbit/s WDM端機(GDB9953-01-32)，4個32×10Gbit/s WDM中繼機(GZB9953-01-32)及一個網(wǎng)元管理系統(tǒng)。把系統(tǒng)應用到實際工程，廣西的南寧至柳州，全長280km G.652光纖，分為4段(69+36+92+83km)，開通兩端10Gbit/s SDH設備，設南寧、柳州兩個終端站，九塘、來賓、賓陽三個光放大中繼站；WDM開通1個10Gbit/s波道和8個2.5Gbit/s波道，該工程在同一管理平臺上實現(xiàn)對SDH和WDM的統(tǒng)一管理，具有較完善的管理維護功能。
此外中國電信于2003年初啟動了北方九省(區(qū)、市)內(nèi)干線傳輸網(wǎng)的建設，黑吉區(qū)域網(wǎng)、遼寧區(qū)域網(wǎng)干線沿途經(jīng)過東北三省的大部分大中城市，工程采用烽火通信密集度緊湊度高的FONST系列DWDM/SDH光網(wǎng)絡設備，采用了優(yōu)越的OTU抖動抑制V-EDFA自動光功率調(diào)節(jié)、帶外FEC、波長穩(wěn)定、光在線性能監(jiān)測等多項關(guān)鍵技術(shù)來保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行[3]�？梢钥闯鯳DM技術(shù)在我國將會更廣泛的應用。
5、WDM發(fā)展前景
WDM技術(shù)的應用第一次把復用方式從電信號轉(zhuǎn)移到光信號，在光域上用波分復用(即頻率復用)的方式提高傳輸速率，光信號實現(xiàn)了直接復用和放大，不再回到電信號上處理，并且各個波長彼此獨立，對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式透明。因此，從某種意義上講，WDM技術(shù)的應用標志著光通信時代的“真正”到來。
當前，研究的熱點之一是DWDM，DWDM實驗室水平為：
1OO×l0Gbit/s(100波，每波10Gbit/s)，中繼距離400km；
30×40Gbit/s(30波，每波40Gbit/s)，中繼距離85km；
64×5Gbit/s(64波，每波5Gbit/s)，中繼距離720km。
密集波分復用DWDM商用水平為320Gbit/s，即一對光纖可傳送400萬話路，相當于0.05秒內(nèi)能傳完30卷大英百科全書。目前商用系統(tǒng)的傳輸能力僅是單根光纖可能傳輸容量(數(shù)十Tbit/s)的1/100。
WDM是一種在光域上的復用技術(shù)，形成一個光層的網(wǎng)絡既“全光網(wǎng)”，將是光通訊的最高階段。建立一個以WDM和OXC(光交叉連接)為基礎的光網(wǎng)絡層，實現(xiàn)用戶端到端的全光網(wǎng)連接，用一個純粹的“全光網(wǎng)”消除光電轉(zhuǎn)換的瓶頸，將是未來的趨勢�，F(xiàn)在WDM技術(shù)還是基于點到點的方式，但點到點的WDM技術(shù)作為全光網(wǎng)通訊的第一步，也是最重要的一步，它的應用和實踐對于全光網(wǎng)的發(fā)展[4]。
6、結(jié)束語
WDM技術(shù)具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢，對于一個幅員遼闊的發(fā)展中國家來說，推廣應用WDM技術(shù)顯得尤為重要。而全光網(wǎng)絡是未來信息傳送網(wǎng)的發(fā)展方向，它可以直接對光信號進行處理，不僅大大簡化了網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，降低了成本，而且極大地提高了網(wǎng)絡的穩(wěn)定性與可靠性。如果說20世紀的通信是電網(wǎng)絡的時代，那么21世紀的信息傳輸將會是全新的光網(wǎng)絡時代。
