波分复用

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缩写:WDM

定义:在波长域工作的波分技术

波分复用是指不同波长的信号合在一起传播,并且再次分开的技术。最多是被应用在光纤通信中用来在多个波长略有不同的信道中传输数据。采用这种方法可以极大的提高光纤链路的传输容量,可以通过结合使用有源器件例如光纤放大器可以提高使用效率。除了应用到电信中,波分复用还可以应用到单根光纤控制多个光纤传感器的情况。


电信系统中的WDM

理论上,采用单个信道中极其高的数据传输速率就可以达到单根光纤能承担的数据传输容量极限,这是对应的信道带宽非常大。然而由于二氧化硅单模光纤的低损耗传输窗口的带宽非常大(几十THz),这时的数据速率远远大于光电发射器和接收器能接受的数据速率。并且,传输光纤中存在的各种色散对宽带很宽的信道带来非常不利的效应,这样会极大的限制传输距离。波分复用技术可以解决这一问题,保持每个信号的传输速率在一个合适的水平(10 Gbit/s)的同时,通过多个信号的结合可以实现非常高的数据传输速率。

根据国际电信联盟(ITU)的标准可以将WDM分为两种:

  1. 粗波分复用(CWDM,ITU标准G.694.2[7])中信道数目较小,例如四个或者八个,比较大的20 nm的信道间距。标称波长范围是从1310nm到1610nm。发射器的波长容差相对较大,为±3 nm,因此未加稳定措施的分布反馈激光器可以使用。单信道的传输速率通常从1到3.125 Gbit/s。因此得到的总的数据速率在光纤到户没有实现的都市区域是有用的。
  2. 密集波分复用(DWDM,ITU标准G.694.1[6])是拓展到非常大数据容量的情况,同常在互联网骨干网络中需要使用。它包含很多的信道数目(40,80,160),因此对应的信道间距很小分别为12.5,50,100 GHz.所有通道的频率都以一个特定的193.10 THz(1552.5 nm)为参考标准。发射器需要满足很窄的波长容差的要求。通常发射器是采用温度稳定的分布反馈激光器。单信道的传输速率在1到10 Gbit/s之间,今后有望达到40 Gbit/s.

由于掺铒光纤放大器放大带宽很大,所有的信道可以在同一个装置中被放大(应用满标度的CWDM波长范围时除外)。然而,当增益与波长有关或者当存在光纤非线性数据信道间相互作用(串扰,信道干涉)时,就会出现问题。结合不同的技术,例如发展宽带(双波段)光纤放大器,增益平坦滤波器,非线性数据反馈等,该问题已经有了很大的改进。信道带宽,信道间距,传输功率,光纤和放大器类型,调制格式以及色散补偿机制等系统参数需要统筹考虑来达到最佳的总体性能水平。

尽管目前的光纤链路中单根光纤中只包含较少的信道数目,也需要更换可以满足多个信道同时工作的发射器和接收器,这比更换整个系统来得到更高的数据容量要便宜很多。这一方案虽然极大的提高的数据传输容量,却不需要添加额外的光纤。

除了提高传输容量,波分复用也使复杂的通信系统更加灵活。不同的数据信道可以存在与系统中不同的位置,其它的信道也很灵活的可以被提取出来。在这种情况下需要用到分插复用器,这一期间可以根据数据信道的波长被插入信道或者从信道中提取出来。分插复用器可以灵活的重新配置系统,从而为大量的处于不同位置的用户提供数据连接。

在许多情况下,可以用时分复用(TDM)代替波分复用。时分复用是不同信道根据到达时间的不同而不是波长不同而被区分开。


参考文献

[1] H. Ishio et al., “Review and status of wavelength-division-multiplexing technology and its application”, J. Lightwave Technol. 2 (4), 448 (1984)

[2] A. E. Willner and S.-M. Hwang, “Transmission of many WDM channels through a cascade of EDFA's in long-distance links and ring networks”, J. Lightwave Technol. 13, 802 (1995)

[3] N. S. Bergano and C. R. Davidson, “Wavelength division multiplexing in long-haul transmission systems”, J. Lightwave Technol. 14 (6), 1299 (1996)

[4] G. E. Keiser, “A review of WDM technology and applications”, Opt. Fiber Technol. 5 (1), 3 (1999)

[5] L. F. Mollenauer et al., “Demonstration of massive wavelength-division multiplexing over transoceanic distances by use of dispersion-managed solitons”, Opt. Lett. 25 (10), 704 (2000)

[6] ITU Standard G.694.1 (06/02), “Spectral grids for WDM applications: DWDM frequency grid”, International Telecommunication Union (2002)

[7] ITU Standard G.694.2 (12/03), “Spectral grids for WDM applications: CWDM wavelength grid”, International Telecommunication Union (2003)


参阅:光纤光纤耦合器时分复用