波分複用技術
1 波分複用技術
波分複用指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,稱爲光波分複用技術,簡稱WDM。光波分複用包括頻分複用和波分複用。光頻分複用(FDM)技術和光波分複用(WDM)技術無明顯區別,因爲光波是電磁波的一部分,光的頻率與波長具有單一對應關係。通常也可以這樣理解,光頻分複用指光頻率的細分,光信道非常密集。光波分複用指光頻率的粗分,光倍道相隔較遠,甚至處於光纖不同窗口。
光波分複用一般應用波長分割複用器和解複用器(也稱合波/分波器)分別置於光纖兩端,實現不同光波的耦合與分離。這兩個器件的原理是相同的。光波分複用器的主要類型有熔融拉錐型,介質膜型,光柵型和平面型四種。其主要特性指標爲插入損耗和隔離度。通常,由於光鏈路中使用波分複用設備後,光鏈路損耗的增加量稱爲波分複用的插入損耗。當波長11,l2通過同一光纖傳送時,在與分波器中輸入端l2的功率與11輸出端光纖中混入的功率之間的差值稱爲隔離度。光波分複用的技術特點與優勢如下:
1.1 充分利用光纖的低損耗波段,增加光纖的傳輸容量,使一根光纖傳送信息的物理限度增加一倍至數倍。目前我們只是利用了光纖低損耗譜(1310nm-1550nm)極少一部分,波分複用可以充分利用單模光纖的巨大帶寬約25THz,傳輸帶寬充足。
1.2 具有在同一根光纖中,傳送2個或數個非同步信號的能力,有利於數字信號和模擬信號的兼容,與數據速率和調製方式無關,在線路中間可以靈活取出或加入信道。
1.3 對已建光纖系統,尤其早期鋪設的芯數不多的光纜,只要原系統有功率餘量,可進一步增容,實現多個單向信號或雙向信號的傳送而不用對原系統作大改動,具有較強的靈活性。
1.4 由於大量減少了光纖的使用量,大大降低了建設成本、由於光纖數量少,當出現故障時,恢復起來也迅速方便。
1.5 有源光設備的共享性,對多個信號的傳送或新業務的增加降低了成本。
1.6 系統中有源設備得到大幅減少,這樣就提高了系統的可靠性。目前,由於多路載波的光波分複用對光發射機、光接收機等設備要求較高,技術實施有一定難度,同時多纖芯光纜的應用對於傳統廣播電視傳輸業務未出現特別緊缺的局面,因而WDM的實際應用還不多。但是,隨着有線電視綜合業務的開展,對網絡帶寬需求的日益增長,各類選擇性服務的實施、網絡升級改造經濟費用的考慮等等,WDM的特點和優勢在CATV傳輸系統中逐漸顯現出來,表現出廣闊的應用前景,甚至將影響CATV網絡的發展格局。
2 技術原理
在模擬載波通信系統中，通常採用頻分複用方法提高系統的傳輸容量，充分利用電纜的帶寬資源，即在同一根電纜中同時傳輸若干個信道的信號，接收端根據各載波頻率的不同，利用帶通濾波器就可濾出每一個信道的信號。同樣，在光纖通信系統中也可以採用光的頻分複用的方法來提高系統的傳輸容量，在接收端採用解複用器（等效於光帶通濾波器）將各信號光載波分開。由於在光的頻域上信號頻率差別比較大，一般採用波長來定義頻率上的差別，該複用方法稱爲波分複用。WDM技術就是爲了充分利用單模光纖低損耗區帶來的巨大帶寬資源，根據每一信道光波的頻率（或波長）不同可以將光纖的低損耗窗口劃分成若干個信道，把光波作爲信號的載波，在發送端採用波分複用器（合波器）將不同規定波長的信號光載波合併起來送入一根光纖進行傳輸。在接收端，再由一波分複用器（分波器）將這些不同波長承載不同信號的光載波分開的複用方式。由於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複用傳輸。將兩個方向的信號分別安排在不同波長傳輸即可實現雙向傳輸。根據波分複用器的不同，可以複用的波長數也不同，從2個至幾十個不等，一般商用化是8波長和16波長系統，這取決於所允許的光載波波長的間隔大小。
WDM本質上是光頻上的頻分複用（FDM）技術。從中國幾十年應用的傳輸技術來看，走的是FDM-TDM- TDM FDM的路線。開始的明線、同軸電纜採用的都是FDM模擬技術，即電域上的頻分複用技術，每路話音的帶寬爲4KHz，每路話音佔據傳輸媒質（如同軸電纜）一段帶寬；PDH、SDH系統是在光纖上傳輸的TDM基帶數字信號，每路話音速率爲64kb/s；而ＷＤＭ技術是光纖上頻分複用技術，16（8）×2.5Gb/s的WDM系統則是光頻上的FDM模擬技術和電頻率上TDM數字技術的結合。
WDM本質上是光頻上的頻分複用FDM技術，每個波長通路通過頻域的分割實現。每個波長通路佔用一段光纖的帶寬，與過去同軸電纜FDM技術不同的是：
2.1 傳輸媒質不同，WDM系統是光信號上的頻率分割，同軸系統是電信號上的頻率分割利用。
2.2 在每個通路上，同軸電纜系統傳輸的是模擬信號4KHz語音信號，而WDM系統目前每個波長通路上是數字信號SDH2.5Gb/s或更高速率的數字系統。