什么是WDM波分復用 以及WDM工作原理

在同一根光纖中同時讓兩個或兩個以上的光波長信號通過不同光信道各自傳輸信息的技術稱之為波分復用技術（WDM）。WDM (Wavelength Division Multiplexing) 是將兩種或多種不同波長的光載波信號（攜帶著各種信息），在發送端經過合波器（Multiplexer）匯合在一起，并耦合到同一根光纖中進行傳輸，而在接收端經分波器（Demultiplexer）將各種波長的光信號分離出來，然后由光接收機進一步處理恢復為原信號。

簡單來說，可以看下圖，在傳統傳輸模式中，一根光纖只能傳輸攜帶一種信息的光載波信號，如果是要不同的業務，就需要無數根不同的、獨立的光纖來進行傳輸。但如果業務信息量多的話，就需要鋪設大量的光纖來進行傳輸，這對布線空間以及成本都是一個極大的挑戰。而一個WDM系統的應用則可以快速解決上述問題。WDM系統可以承載多種格式的“業務”信號，如ATM、IP等，通過復用、解復用的技術將多種業務信號通過一根光纖就可傳輸，大大的減少了光纖用量，是網絡擴充和發展中理想的擴容手段。 在引入寬帶新業務，比如CATV, HDTV, B-ISDN等，只需要增加一個附加波長即可。

WDM系統的基本構成主要分雙纖單向傳輸和單纖雙向傳輸兩種方式。雙纖單向是指所有光路同時在一根光纖上沿同一方向傳送，不同的波長承載不同的光信號，在發送端復合通過一根光纖進行傳輸，在接收端經解復用，完成多路光信號的傳輸，而反方向則通過另一根光纖傳送。兩個方向的傳輸分別由兩根光纖完成。單纖雙向是指光通路在一要光纖上同時向兩個不同的方向傳輸，所用的波長相互分開，以實現彼此雙方全雙工的通信聯絡。

通用的WDM系統主要由網絡管理系統、光發送機、光中繼放大、光接收機、光監控信道五個部分組成。

WDM系統總體結構示意圖

其中簡單的WDM系統里面主要有收發器、WDM波分復用器、跳線、暗光纖組件。

在整個WDM系統中，光波分復用器和解復用器是WDM技術中的關鍵部件，其性能的優劣對系統的傳輸質量具有決定性作用。

WDM波分復用的優勢

大容量

WDM的一個重要特點是可以充分利用光纖的帶寬資源，在不改變現有網絡基本架構的基礎上，增加數據傳輸容量，使一根光纖的傳輸容量比單波長增加多倍。如DWDM系統在一對光纖中最多可支持192個波長，每個波長的傳輸能力高達100Gbit/s ~約400Gbit/s和一個Terabit / s。

兼容性好

WDM對不同的信號具有很好的兼容性，在同一根光纖中傳輸圖像、數據及話音等不同性質信號時，各個波長相互獨立，互不干擾，保證傳輸的透明性。

高度的網絡靈活性，經濟性和可靠性

波分復用技術允許在不中斷現有流量服務的情況下根據需要連接新通道，從而使升級變得更加容易。在網絡升級和擴容時，無需對光纜線路進行改造，增加波長即可開通或疊加新業，在大容量長途傳輸時節省大量光纖和3R再生器，傳輸成本顯著下降。

波長路由

WDM技術是實現全光網絡的關鍵技術之一。在將來有望實現的全光網絡中，通過改變和調整光信號在光路上的波長，可以實現各種電信業務的上/下和交叉連接。

什么是復用Mux和解復用Demux？

復用器MUX

合波器MUX的主要作用是將多個信號波長合在一根光纖中傳輸。在發送端，N個光發射機分別工作在N個不同波長上，這N個波長間有適當的間隔分隔，分別記為λ1，λ2...λn。這N個光波作為載波分別被信號調制而攜帶信號。一個合波器將這些不同波長的光載波信號進行合并，耦合入單模光纖。由于不同波長的光載波信號可以看作互相獨立（不考慮光纖非線性時），從而在一根光纖中可實現多路光信號的復用傳輸。通過多路復用，通信運營商可以避免維護多條線路，有效地節約了運營成本。

解復用器DEMUX

分波器DEMUX的主要作用是將一根光纖中傳輸的多個波長信號分離出來。在接收部分由一個分波器將不同波長的光載波信號分開， 由光接收機作進一步處理以恢復原信號。多路復用器(Demux)是一種對多路復用器進行反向處理的設備。

從原理上說，該器件是互易（雙向可逆）的，即只要將解復用器的輸出端和輸入端反過來使用，就是復用器。

WDM波分復用器 和 光分路器的區別

有很多人不能理解波分復用和光分路器之間的區別。簡單點來說，WDM是將線路中多個波長的光分開單獨傳輸，當然也可以復合多個波長的光一起傳輸；分路器是將一個波長的光按照使用的分成多束傳播，各束光的功率按照所使用的分路器規格來定。兩者的最重要區分就在前者是可以復合傳輸各種業務波長的光信號，而后者是僅僅傳輸一個波長的光來按照一定的分光比例來分光。

影響WDM波分復用器的性能指標有哪些？

1. 工作波段

WDM器件的工作波段，如1550波長區分三個波段：S波段（短波長波段 1460~1528nm）、C波段（常規波段 1530~1565nm）、L波段（長波長波段 1565~1625nm）。

2. 信道數和信道間隔

信道數指波分復用/解復用器可以合成或分離的信道的數量，這個數字可以從4到160不等，通過增加更多的頻道來增強設計, 常見的信道數有4、8、16、32、40、48等。信道間隔（channel spacing）是指兩個相鄰信道的標稱載頻的差值，可以用來防止信道間干擾。按ITU-T G.692的建議，間隔小于200GHz(1.6nm)的有100GHz（0.8nm）、50GHz（0.4nm）和25GHz等，目前優先選用的是100GHz和50GHz信道間隔。

3. 插入損耗

插入損耗是光傳輸系統中波分復用器(WDM)插入引起的衰減。 波分復用器本身對光信號的衰減作用，直接影響系統的傳輸距離。通常地，插入損耗越低，信號衰減越少。

4. 隔離度

隔離度指各個波道信號之間的隔離程度， 隔離度值高能夠有效防止信號之間相互串擾導致傳輸信號失真。

5. 偏振相關損耗PDL

偏振相關損耗PDL是在固定溫度、波長及同Band下，不同極化態所造成的最大與最小Loss之間距離，即所有輸入偏振狀態下插入損耗的最大偏差。

除了以上，當然還有其它影響WDM器件的性能參數，如工作溫度、帶寬等。

如何區分O、E、S、C、L、U波段波長？

什么是O band？

O 波段是原始波段1260-1360 nm。O波段是歷史上用于光通信的第一個波長波段，信號失真（由于色散）最小。

什么是E band？

E波段（擴展波長波段：1360-1460 nm）是這幾個波段中最不常見的波段。 E波段主要用做O波段的擴展，但應用很少，主要是由于許多現有光纜在E波段都顯示出高衰減，并且制造過程非常耗能，因此在光通信的使用受到限制。

什么是 S band？

S波段（Short-wavelength Band）（短波波段：1460-1530 nm）中的光纖損耗比O波段的損耗低，S波段作為許多PON（無源光網絡）系統使用。

什么是C band？

C波段（Conventional Band）范圍從1530 nm到1565 nm，代表的是常規波段。光纖在C波段中表現出最低的損耗，在長距離傳輸系統中占有較大的優勢，通常應用在與WDM結合的許多城域，長途，超長途和海底光傳輸系統中使用 和EDFA技術。隨著傳輸距離變長，并且開始使用光纖放大器代替光對電子對光中繼器，C波段變得越來越重要。隨著可使多個信號共享一條光纖的DWDM（密集波分復用）的出現，C波段的使用得到了擴展。

什么是L band？

L波段（Long-wavelength Band）（長波長波段：1565-1625 nm）是第二低損耗的波長波段，常常在C波段不足以滿足帶寬需求時被使用。隨著摻b光纖放大器（EDFA）廣泛可用，DWDM系統向上擴展到了L波段，最初常被用于擴展地面DWDM光網絡的容量。現在，它已被引入海底電纜運營商，以做同一件事-擴展海底電纜的總容量。

因為C波段和L波段這兩個傳輸窗口的傳輸衰減損耗最小，所以DWDM系統中信號光通常選擇在C波段和L波段。除了O波段到L波段外，還有另外兩個波段，即850 nm波段和U波段（超長波段：1625-1675 nm）。 850 nm波段是多模光纖通信系統的主要波長，結合了VCSEL（垂直腔表面發射激光器）。 U頻段主要用于網絡監控。

WDM技術根據不同的波長模式，又可以分為WDM，CWDM, DWDM。ITU對CWDM（ITU-T G.694.2）規定的波長范圍為1271至1611 nm，但在應用中考慮到1270-1470nm波段的衰減比較大，所以通常使用1470~1610nm的波段范圍。DWDM通道間隔更加密集，使用C波段（1530 nm-1565 nm）和L波段（1570nm-1610nm）傳輸窗口。普通WDM一般采用1310和1550nm波長。

什么是CWDM, DWDM, FWDM, LWDM, MWDM？

WDM承載方案有粗波分復用（CWDM）、密集波分復用（DWDM）以及中等波分復用（MWDM）、細波分復用（LWDM）。

CWDM粗波分復用器

CWDM（Coarse Wavelength Division Multiplexer）是稀疏波分復用器，也稱粗波分復用器。CWDM具有18個不同的波長通道，每個通道的不同波長相隔20nm，使用1270 nm至1610 nm的波長。CWDM支持的信道少于DWDM，因為它緊湊且具有成本效益，因此使其成為短距離通信的理想解決方案。CWDM系統的最大優勢在于成本低，器件成本主要表現在濾波器和激光器。20nm的寬波長間隔同樣給CWDM帶來了對激光器的技術指標要求低、光復用器/解復用器的結構簡化的優勢。結構簡化，成品率提高，故成本下降。

DWDM密集波分復用器

DWDM（Dense Wavelength Division Multiplexer）是密集波分復用器。DWDM的信道間隔為1.6/0.8/0.4 nm（200GHz/100 GHz/50 GHz），遠遠小于CWDM。與CWDM相比，具有更緊密波長間隔的DWDM，可以在一個光纖上承載8~160個波長，更適于長距離傳輸。 在EDFA的幫助下，DWDM系統可以在數千公里的范圍內工作。

FWDM濾波片式波分復用器

FWDM（Filter Wavelength Division Multiplexing）濾波片式波分復用器，是基于成熟的薄膜濾器技術。濾波片型波分復用器能在較寬的波長范圍內將不同波長的光糅合或分開，廣泛應用于摻鉺光放大器、拉曼放大器和WDM光纖網絡中。

MWDM中等波分復用

MWDM是重用CWDM的前6波，將CWDM的20nm的波長間隔壓縮為7nm，采用TEC（Thermal Electronic Cooler, 半導體制冷器）溫控技術實現1波擴為2個波。這樣就實現了容量提升的同時可以進一步節省光纖。MWDM就是在CWDM 6波的基礎上，左右偏移3.5nm擴展為12波（1267.5、1274.5、1287.5、1294.5、1307.5、1314.5、1327.5、1334.5、1347.5、1354.5、1367.5、1374.5nm）。MWDM主要是在中國5G前傳網絡環境下提出的。

LWDM

LWDM是基于以太網通道的波分復用Lan-WDM技術，也被稱為細波分復用。其通道間隔為200~800GHz，此范圍介于DWDM（100GHz、50GHz）和CWDM（約3THz）之間。LWDM是采用了位于O-band（1260nm～1360nm）范圍的1269nm到1332nm波段的12個波長，波長間隔為4nm（1269.23、1273.54、1277.89、1282.26、1286.66、1291.1、1295.56、1300.05、1304.58、1309.14、1313.73、1318.35nm）。LWDM工作波長的特點是位于零色散附近，色散小，穩定性好。同時LWDM可支持12波25G，容量提升，可進一步節省光纖。

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