第3章 DWDM技术 【基础知识】 光纤具有巨大的潜在带宽，为了充分利用这些带宽，可以在不同频段上安排不同的光 信道，光的波分多路就是光的频分多路(FDM),习惯上称为波分多路复用(WDM)。WDM 是在同一根光纤中同时传输多个不同波长光信号的技术。WDM技术的出现使光传输系统 容量成百倍地增长。 3.1WDM技术概述 3.1.1工作原理 光波分复用(WDM)技术就是在单根光纤内同时传送多个不同波长的光波，使得光 纤通信系统容量得以倍增的一种技术。WDM在发送端采用光复用器（合波器）将不同波 长的信号与光载波合并起来送入一根光纤进行传播：在接收端，再由一个光解复用器（分 波器)将这些承载不同信号波长的光载波分开。这种技术不仅适用于单模或多模光纤通信 系统，同时也适用于单向或双向传输。WDM系统的原理如图3.1所示。 光发送机 光纤 ,光接收机] 光发送机2 光放大器 光接收机 … 用器 光发送机 光接收机川 图3.1波分复用系统原理图 WDM系统有以下优点。 (1)可以充分利用光纤的带宽资源，使一根光纤的传输容量比单波长增加几倍、几十 倍、几百倍，可大量节约光纤。 (2)对不同的信号具有很好的兼容性。利用WDM技术，不同性质的信号（音频、视 频、数据、文字、图像等)可以调制在不同的波长上，各个波长相互独立，对数据格式
第 3 章 DWDM 技术 【基础知识】 光纤具有巨大的潜在带宽，为了充分利用这些带宽，可以在不同频段上安排不同的光 信道，光的波分多路就是光的频分多路（FDM），习惯上称为波分多路复用（WDM）。WDM 是在同一根光纤中同时传输多个不同波长光信号的技术。WDM 技术的出现使光传输系统 容量成百倍地增长。 3.1 WDM 技术概述 3.1.1 工作原理 光波分复用（WDM）技术就是在单根光纤内同时传送多个不同波长的光波，使得光 纤通信系统容量得以倍增的一种技术。WDM 在发送端采用光复用器（合波器）将不同波 长的信号与光载波合并起来送入一根光纤进行传播；在接收端，再由一个光解复用器（分 波器）将这些承载不同信号波长的光载波分开。这种技术不仅适用于单模或多模光纤通信 系统，同时也适用于单向或双向传输。WDM 系统的原理如图 3.1 所示。 图 3.1 波分复用系统原理图 WDM 系统有以下优点。 （1）可以充分利用光纤的带宽资源，使一根光纤的传输容量比单波长增加几倍、几十 倍、几百倍，可大量节约光纤。 （2）对不同的信号具有很好的兼容性。利用 WDM 技术，不同性质的信号（音频、视 频、数据、文字、图像等）可以调制在不同的波长上，各个波长相互独立，对数据格式
第3章DWDM技术 95 速率的传输是透明的，因此可以同时进行传输。 (3)透明传输。波分复用通道对数据格式是透明的，即与信号速率及电调制方式无关。 一个WDM系统可以承载多种格式的“业务”信号。 (4)网络生存性好。利用WDM技术选路实现网络交换和恢复，从而可能实现未来透 明的、具有高度生存性的光网络。 (5)可以灵活组网。使用WDM的选路技术，可以在不改变光缆设施的条件下，调整 光通信网的网络结构，在通信网设计中具有灵活性和自由度，便于提高系统功能和扩展应 用范围。 按照工作波长的波段不同WDM系统可以分为两类：一类是在整个长波长波段内信道 间隔较大的波分复用，称为粗波分复用(CWDM):另一类是在1550nm波段的密集波分复 用(DWDM)。 早期的波分复用(WDM)通常只具有1310nm和1550nm两个通道（波长）的系统， 由于没有合适的光放大器，它只为一些短距离的应用提供双倍的传输容量。随着1550m窗 口掺铒光纤放大器的商用化，人们不再利用1310nm窗口而采用1550nm窗口传送多路光 载波信号。相对于原来的2波长WDM系统，1550m窗口波长间隔更加紧密，只有0.8~ 2nm,甚至小于0.8nm,人们称这种波分复用系统为密集波分复用系统(DWDM)。DWDM 和WDM的工作原理相同。 3.1.2WDM、DWDM与CWDM WDM是波分复用，分为DWDM和CWDM。DWDM是密集波分复用，波段间隔密 集(0.4nm或0.8nm),波道数量多，技术要求高，主要使用在干线上，本地网和城域网也 大量使用。单波道传输速率高，系统容量大。CWDM是粗波分复用，波道间隔宽(20nm), 波道数量少（稀疏波分复用系统一般工作在1260~1620nm波段，间隔为20nm,可复用 16个信道，其中1400m波段由于损耗较大，一般不用)，技术要求低，主要使用在城域 网的接入网中。CWDM调制激光采用非冷却激光，而DWDM采用冷却激光，整个CWDM 系统的成本只有DWDM的30%。 CWDM与DWDM相比，区别主要体现在以下几个方面： (1)CWDM载波通道间距较宽，一根光纤上只能复用2~16个波长的光波，复用波长 数目较DWDM少。 (2)DWDM采用的是冷却激光，而CWDM调制激光采用非冷却激光，成本要低得多。 (3)CWDM对光纤介质没有特殊要求，应用范围较广，但传输距离一般限于城域网范 围：在干线部分DWDM仍然有着无法替代的优势。 (4)CWDM比DWDM具有更大的成本优势。 DWDM无疑是当今光纤应用领域的首选技术，但价格比较昂贵。CWDM体现了 DWDM的很多优点，同时成本在可接受的范围内，成为不少大城市的城域接入、中小城
第 3 章 DWDM 技术 95 速率的传输是透明的，因此可以同时进行传输。 （3）透明传输。波分复用通道对数据格式是透明的，即与信号速率及电调制方式无关。 一个 WDM 系统可以承载多种格式的“业务”信号。 （4）网络生存性好。利用 WDM 技术选路实现网络交换和恢复，从而可能实现未来透 明的、具有高度生存性的光网络。 （5）可以灵活组网。使用 WDM 的选路技术，可以在不改变光缆设施的条件下，调整 光通信网的网络结构，在通信网设计中具有灵活性和自由度，便于提高系统功能和扩展应 用范围。 按照工作波长的波段不同 WDM 系统可以分为两类：一类是在整个长波长波段内信道 间隔较大的波分复用，称为粗波分复用（CWDM）；另一类是在 1550nm 波段的密集波分复 用（DWDM）。 早期的波分复用（WDM）通常只具有 1310nm 和 1550nm 两个通道（波长）的系统， 由于没有合适的光放大器，它只为一些短距离的应用提供双倍的传输容量。随着 1550nm 窗 口掺铒光纤放大器的商用化，人们不再利用 1310nm 窗口而采用 1550nm 窗口传送多路光 载波信号。相对于原来的 2 波长 WDM 系统，1550nm 窗口波长间隔更加紧密，只有 0.8～ 2nm，甚至小于 0.8nm，人们称这种波分复用系统为密集波分复用系统（DWDM）。DWDM 和 WDM 的工作原理相同。 3.1.2 WDM、DWDM 与 CWDM WDM 是波分复用，分为 DWDM 和 CWDM。DWDM 是密集波分复用，波段间隔密 集（0.4nm 或 0.8nm），波道数量多，技术要求高，主要使用在干线上，本地网和城域网也 大量使用。单波道传输速率高，系统容量大。CWDM 是粗波分复用，波道间隔宽（20nm）， 波道数量少（稀疏波分复用系统一般工作在 1260～1620nm 波段，间隔为 20nm，可复用 16 个信道，其中 1400nm 波段由于损耗较大，一般不用），技术要求低，主要使用在城域 网的接入网中。CWDM 调制激光采用非冷却激光，而 DWDM 采用冷却激光，整个 CWDM 系统的成本只有 DWDM 的 30%。 CWDM 与 DWDM 相比，区别主要体现在以下几个方面： （1）CWDM 载波通道间距较宽，一根光纤上只能复用 2～16 个波长的光波，复用波长 数目较 DWDM 少。 （2）DWDM 采用的是冷却激光，而 CWDM 调制激光采用非冷却激光，成本要低得多。 （3）CWDM 对光纤介质没有特殊要求，应用范围较广，但传输距离一般限于城域网范 围；在干线部分 DWDM 仍然有着无法替代的优势。 （4）CWDM 比 DWDM 具有更大的成本优势。 DWDM 无疑是当今光纤应用领域的首选技术，但价格比较昂贵。CWDM 体现了 DWDM 的很多优点，同时成本在可接受的范围内，成为不少大城市的城域接入、中小城
96 通信专业实务（中级）一传输与接入专业考试辅导 市的城域骨干网以及企业校园网等应用环境的低成本解决方案。 目前，粗波分复用商用产品进入市场主要依靠的是低成本，以及易部署和易维护方面 的技术优势。但CWDM还存在一些不足之处，主要表现在： (1)提供多业务的能力有待增强。 (2)业务汇聚能力比较薄弱。 (3)网络应用结构简单，网络保护能力差。 目前，DWDM技术己经成为通信网络带宽高速增长的最佳解决方案。无论是光域网、 城域网还是接入网，都将以DWDM为传输平台。基于DWDM的光传送网将构成整个通 信网的基础。 一般情况下，如果不特指l310nm或1550nm的两波长波分复用系统，WDM指的就是 DWDM系统。 3.1.3基本类型 对于DWDM系统，从不同的角度可以划分为不同的类型。按DWDM的工作方式（或 传输方向)分，可分为双纤单向传输方式和单纤双向传输方式：按DWDM的接口方式分， 可分为集成式WDM传输系统和开放式WDM传输系统。 1.双纤单向传输系统 双纤单向传输是最常使用的一种方式，即在一根光纤中只完成一个方向光信号的传 输，反向光信号的传输由另一根光纤来完成，如图32所示，这种方式同一波长或波长组 在两个方向上可以重复利用。 光源入 检测器孔， 波分复用 波分复用 N 光源入w 检测器乙x N 检测器 光源2 N+] 波分复用 波分复用 2N 检测器入、 元…w 光源2， 图3.2双纤单向传输的WDM系统示意图 双纤单向传输系统能充分利用光纤巨大的带宽资源，能较好地发挥DWDM系统的扩 容优势，该方式比较灵活方便。 2.单纤双向传输 单纤双向传输系统是在一根光纤中实现两个方向光信号的同时传输，两个方向的光信 号应安排在不同波长上。如图3.3所示，单纤双向传输系统允许双向全双工通路通信，但
96 通信专业实务（中级）——传输与接入专业考试辅导 市的城域骨干网以及企业校园网等应用环境的低成本解决方案。 目前，粗波分复用商用产品进入市场主要依靠的是低成本，以及易部署和易维护方面 的技术优势。但 CWDM 还存在一些不足之处，主要表现在： （1）提供多业务的能力有待增强。 （2）业务汇聚能力比较薄弱。 （3）网络应用结构简单，网络保护能力差。 目前，DWDM 技术已经成为通信网络带宽高速增长的最佳解决方案。无论是光域网、 城域网还是接入网，都将以 DWDM 为传输平台。基于 DWDM 的光传送网将构成整个通 信网的基础。 一般情况下，如果不特指 1310nm 或 1550nm 的两波长波分复用系统，WDM 指的就是 DWDM 系统。 3.1.3 基本类型 对于 DWDM 系统，从不同的角度可以划分为不同的类型。按 DWDM 的工作方式（或 传输方向）分，可分为双纤单向传输方式和单纤双向传输方式；按 DWDM 的接口方式分， 可分为集成式 WDM 传输系统和开放式 WDM 传输系统。 1．双纤单向传输系统 双纤单向传输是最常使用的一种方式，即在一根光纤中只完成一个方向光信号的传 输，反向光信号的传输由另一根光纤来完成，如图 3.2 所示，这种方式同一波长或波长组 在两个方向上可以重复利用。 图 3.2 双纤单向传输的 WDM 系统示意图 双纤单向传输系统能充分利用光纤巨大的带宽资源，能较好地发挥 DWDM 系统的扩 容优势，该方式比较灵活方便。 2．单纤双向传输 单纤双向传输系统是在一根光纤中实现两个方向光信号的同时传输，两个方向的光信 号应安排在不同波长上。如图 3.3 所示，单纤双向传输系统允许双向全双工通路通信，但
第3章DWDM技术 97 是其技术要求比双纤单向传输系统高。 光源入 检测器入 N 光源w 单根光针 检测器入x N 波分复用 波分复用 N+I 检测器入： 入…元 光源入 41 …y 2V 光源2w 2N 检测器入2w 图3.3单纤双向传输的WDM系统示意图 单纤双向传输允许单根光纤实现双向传输业务，节省了纤芯和系统器件，但系统需要 解决双向传输中光波的反射问题，在进行线路放大时还要采用双向光纤放大器。 3.开放式DWDM系统 它的特点是对复用终端光接口没有特别的要求，只要求这些接口符合TU-T建议的光 接口标准。DWDM系统采用波长转换技术，将复用终端的光信号转换成指定的波长，不 同终端设备的光信号转换成不同的符合TU-T建议的波长，然后进行合波，如图3.4所示。 接口 接口 SDH OUT OUT SDH 解 用器 R2 EDFA EDFA 接口 用器 接口 SDH OUT OUT SDH 图3.4开放式WDM系统的组成 4.集成式DWDM系统 集成式DWDM系统没有采用波长转换技术，它要求复用终端的光信号的波长符合 DWDM系统的规范，不同的复用终端设备发送不同的符合ITU-T建议的波长，这样他们 在接入合波器时就能占据不同的通道，从而完成合波，如图3.5所示。 根据工程需要可以选用不同的应用形式。在实际应用中，开放式DWDM和集成式 DWDM可以混合使用
第 3 章 DWDM 技术 97 是其技术要求比双纤单向传输系统高。 图 3.3 单纤双向传输的 WDM 系统示意图 单纤双向传输允许单根光纤实现双向传输业务，节省了纤芯和系统器件，但系统需要 解决双向传输中光波的反射问题，在进行线路放大时还要采用双向光纤放大器。 3．开放式 DWDM 系统 它的特点是对复用终端光接口没有特别的要求，只要求这些接口符合 ITU-T 建议的光 接口标准。DWDM 系统采用波长转换技术，将复用终端的光信号转换成指定的波长，不 同终端设备的光信号转换成不同的符合 ITU-T 建议的波长，然后进行合波，如图 3.4 所示。 图 3.4 开放式 WDM 系统的组成 4．集成式 DWDM 系统 集成式 DWDM 系统没有采用波长转换技术，它要求复用终端的光信号的波长符合 DWDM 系统的规范，不同的复用终端设备发送不同的符合 ITU-T 建议的波长，这样他们 在接入合波器时就能占据不同的通道，从而完成合波，如图 3.5 所示。 根据工程需要可以选用不同的应用形式。在实际应用中，开放式 DWDM 和集成式 DWDM 可以混合使用
98 通信专业实务（中级）一传输与接入专业考试辅导 S1 RI SDH SDH R2 用器 EDFA EDFA 解复用器 SDH SDH Sn Rn 图3.5集成式WDM系统的组成 3.2 DWDM系统组成 一般来说，WDM系统主要由以下5部分组成：光发射机、光中继放大、光接收机、 光监控信道和网络管理系统，如图3.6所示。 光发射机 光中继放大 光 光接收机 光转发 器1 接收1 光转发 器n 光监控信道 接收n 接收/发送 ””””””” 光监控信 道发送器 网络管理系统 图3.6WDM系统总体结构示意图 光发射机是WDM系统的核心，根据TU-T的建议和标准，除了对WDM系统中发射 激光器的中心波长有特殊的要求外，还需要根据WDM系统的不同应用（主要是传输光纤 的类型和无线电中继传输的距离)来选择具有一定色度色散容限的发射机在发送端首先将 终端设备（如SDH端机）输出的光信号，利用光传送单元(Optical Transponder Unit,.OTU) 把符合TU-TG957建议的非特定波长的光信号转换成具有稳定的特定波长的光信号，利 用合波器合成多通路光信号，通过光功率放大器(BA)放大输出通路光信号。 经过长距离光纤传输(80~120k)后，需要对光信号进行光中继放大。目前使用的 光放大器多数为掺铒光纤放大器(EDFA)。在WDM系统中，必须采用增益平坦技术，使 EDFA对不同波长的光信号具有相同的放大增益，同时，还需要考虑到不同数量的光信道 同时工作的各种情况，能够保证光信道的增益竞争不影响传输性能。在应用时，可根据具 体情况，将EDFA用作“线放(LA)”、“功放(BA)”“前放(PA)
98 通信专业实务（中级）——传输与接入专业考试辅导 图 3.5 集成式 WDM 系统的组成 3.2 DWDM 系统组成 一般来说，WDM 系统主要由以下 5 部分组成：光发射机、光中继放大、光接收机、 光监控信道和网络管理系统，如图 3.6 所示。 图 3.6 WDM 系统总体结构示意图 光发射机是 WDM 系统的核心，根据 ITU-T 的建议和标准，除了对 WDM 系统中发射 激光器的中心波长有特殊的要求外，还需要根据 WDM 系统的不同应用（主要是传输光纤 的类型和无线电中继传输的距离）来选择具有一定色度色散容限的发射机在发送端首先将 终端设备（如 SDH 端机）输出的光信号，利用光传送单元（Optical Transponder Unit，OTU） 把符合 ITU-T G.957 建议的非特定波长的光信号转换成具有稳定的特定波长的光信号，利 用合波器合成多通路光信号，通过光功率放大器（BA）放大输出通路光信号。 经过长距离光纤传输（80～120km）后，需要对光信号进行光中继放大。目前使用的 光放大器多数为掺铒光纤放大器（EDFA）。在 WDM 系统中，必须采用增益平坦技术，使 EDFA 对不同波长的光信号具有相同的放大增益，同时，还需要考虑到不同数量的光信道 同时工作的各种情况，能够保证光信道的增益竞争不影响传输性能。在应用时，可根据具 体情况，将 EDFA 用作“线放（LA）”、“功放（BA）”“前放（PA）