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2.3 WDM设备的传输方式 2.3.1 单向WDM
如图1-2所示，单向波分复用系统采用两根光纤，一根光纤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。
1光源λ……1检测器λ……1 1波分复用N波分复用1N光源λλ……λN检测器λ NNN+1检测器λ……1光源λ波分复用波分复用1N+11……2N检测器λNλ……λN光源λ2NN
图1-2 WDM的单向传输方式
这种WDM系统可以充分利用光纤的巨大带宽资源，使一根光纤的传输容量扩大几倍至几十倍。在长途网中，可以根据实际业务量的需要逐步增加波长来实现扩容，十分灵活。在不清楚实际光缆色散的前提下，也是一种暂时避免采用超高速光系统而利用多个2.5Gbit/s系统实现超大量传输的手段。
2.3.2 双向WDM
如图1-3所示，双向波分复用系统则只用一根光纤，在一根光纤中实现两个方向光信号的同时传输，两个方向光信号应安排在不同波长上。
单纤双向WDM传输方式允许单根光纤携带全双工通路，通常可以比单向传输节约一半的光纤器件，由于两个方向传输的信号不交互产生FWM（四波混频）产物，因此其总的FWM产物比双纤单向传输少很多，但缺点是该系统需要采用特殊的措施来对付光反射（包括由于光接头引起的离散反射和光纤本身的瑞利后向反射），以防多径干扰；当需要将光信号放大以延长传输距离时，必须采用双向光纤放大器以及光环形器等元件，但其噪声系数稍差。
1光源λ……1检测器λ…… 11单根光纤NN光源λ检测器λ波分复用波分复用1 NNN+1检测器λ……N+1λλ……λ……λNN+12NN+1光源λN+1……2N检测器λ2N光源λ2N2N
2004-01-12
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图1-3 WDM的双向传输方式
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ITU-T建议G.692文件对于单纤双向WDM和双纤单向WDM传输方式的优劣并未给出明确的看法。实用的WDM系统大都采用双纤单向传输方式。
2.4 开放式与集成式系统
DWDM通常有两种应用形式： ? 开放式DWDM ? 集成式DWDM
开放式DWDM系统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。
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。 根据工程的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。
2.5 WDM系统组成
N路波长复用的WDM系统的总体结构主要由发送和接收光复用终端（OMT）单元与中继线路放大（ILA）单元三部分组成，如果按组成模块来分有：
? 光波长转换单元（OTU）；
? 波分复用器：分波/合波器（ODU/OMU）； ? 光放大器（BA/LA/PA）； ? 光监控信道/通路（OSC）；
光波长转换单元（OTU）将非标准的波长转换为ITU-T所规范的标准波长，系统中应用光/电/光（O/E/O）的变换，即先用光电二极管PIN或APD把接收到的光信号转换为电信号，然后该电信号对标准波长的激光器进行调制，从而得到新的合乎要求的光波长信号。
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波分复用器可分为发端的光合波器。光合波器用于传输系统的发送端，是一种具有多个输入端口和一个输出端口的器件，它的每一个输入端口输入一个预选波长的光信号，输入的不同波长的光波由同一输出端口输出。光分波器用于传输系统的接收端，正好与光合波器相反，它具有一个输入端口和多个输出端口，将多个不同波长信号分类开来。
光放大器不但可以对光信号进行直接放大，同时还具有实时、高增益、宽带、在线、低噪声、低损耗的全光放大器，是新一代光纤通信系统中必不可少的关键器件。在目前实用的光纤放大器中主要有掺铒光纤放大器（EDFA）、半导体光放大器（SOA）和光纤拉曼放大器（FRA）等，其中掺铒光纤放大器以其优越的性能被广泛应用于长距离、大容量、高速率的光纤通信系统中，作为前置放大器、线路放大器、功率放大器使用。
光监控信道是为WDM的光传输系统的监控而设立的。ITU-T建议优选采用1510nm波长，容量为2Mbit/s。靠低速率下高的接收灵敏度（优于-50dBm）仍能正常工作。但必须在EDFA之前下光路，而在EDFA之后上光路。
2.6 WDM的优势
光纤的容量是极其巨大的，而传统的光纤通信系统都是在一根光纤中传输一路光信号，这样的方法实际上只使用了光纤丰富带宽的很少一部分。为了充分利用光纤的巨大带宽资源，增加光纤的传输容量，以密集WDM（DWDM）技术为核心的新一代的光纤通信技术已经产生。 WDM技术具有如下特点： ? 超大容量
目前使用的普通光纤可传输的带宽是很宽的，但其利用率还很低。使用DWDM技术可以使一根光纤的传输容量比单波长传输容量增加几倍、几十倍乃至几百倍。现在商用最高容量光纤传输系统为1.6Tbit/s系统，朗讯和北电网络两公司提供的该类产品都采用160x10Gbit/s方案结构。容量3.2Tbit/s实用化系统的开发已具备条件。 ? 对数据的“透明”传输
由于DWDM系统按光波长的不同进行复用和解复用，而与信号的速率和电调制方式无关，即对数据是“透明”的。一个WDM系统的业务可以承载多种格式的“业务”信号，如ATM、IP或者将来有可能出现的信号。WDM系统完成的是透明传输，对于“业务”层信号来说，WDM系统中的各个光波长通道就像“虚拟”的光纤一样。
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? 系统升级时能最大限度地保护已有投资
在网络扩充和发展中，无需对光缆线路进行改造，只需更换光发射机和光接收机即可实现，是理想的扩容手段，也是引入宽带业务（例如CATV、HDTV和B-ISDN等）的方便手段，而且利用增加一个波长即可引入任意想要的新业务或新容量。
? 高度的组网灵活性、经济性和可靠性
利用WDM技术构成的新型通信网络比用传统的电时分复用技术组成的网络结构要大大简化，而且网络层次分明，各种业务的调度只需调整相应光信号的波长即可实现。由于网络结构简化、层次分明以及业务调度方便，由此而带来的网络的灵活性、经济性和可靠性是显而易见的。 ? 可兼容全光交换
可以预见，在未来可望实现的全光网络中，各种电信业务的上/下、交叉连接等都是在光上通过对光信号波长的改变和调整来实现的。因此，WDM技术将是实现全光网的关键技术之一，而且WDM系统能与未来的全光网兼容，将来可能会在已经建成的WDM系统的基础上实现透明的、具有高度生存性的全光网络。
2.7 CWDM简介
DWDM（密集波分复用）无疑是当今光纤应用领域的首选技术，但其也存在着价格比较昂贵的一面。有没有可能以较低的成本享用波分复用技术呢？面对这一需求，CWDM(稀疏波分复用)应运而生。
稀疏波分复用，顾名思义，是密集波分复用的近亲，它们的区别有两点：（1）CWDM载波通道间距较宽，因此一根光纤上只能复用2到16个左右波长的光波，“稀疏”与“密集”称谓的差别就由此而来；（2）CWDM调制激光采用非冷却激光，而DWDM采用的是冷却激光，它需要冷却技术来稳定波长，实现起来难度很大，成本也很高。CWDM避开了这一难点，CWDM系统采用的DFB激光器不需要冷却，因而大幅降低了成本，整个CWDM系统成本只有DWDM的30%。随着越来越多的城域网运营商开始寻求更合理的传输解决方案，CWDM越来越广泛地被业界接受。
在同一根光纤中传输的不同波长之间的间距是区分DWDM和CWDM的主要参数。目前的稀疏波分复用系统一般工作在从1260nm到1620nm波段，间隔为20nm，可复用16个波长通道，其中1400nm波段由于损耗较大，一般不用。
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相对于密集波分复用系统，稀疏波分复用系统在提供一定数量的波长和100公里以内的传输距离的同时，大大降低了系统的成本，并具有非常强的灵活性。因此稀疏波分复用系统主要应用于城域网中。CWDM用很低的成本提供了很高的接入带宽，适用于点对点、以太网、SONET环等各种流行的网络结构，特别适合短距离、高带宽、接入点密集的通信场合，如大楼内或大楼之间的网络通信。
但是，CWDM是成本与性能折衷的产物，不可避免地存在一些性能上的局限。业内专家指出，CWDM目前主要存在以下三点不足：（1）CWDM在单根光纤上支持的复用波长个数较少，导致日后扩容成本较高；（2）复用器、复用调制器等设备的成本还应进一步降低，这些设备不能只是DWDM相应设备的简单改型；（3）CWDM还未形成标准。
综上所述，波分复用系统从20世纪90年代中期开始，受市场需要和技术发展的驱动，在国内外都呈现出了飞速发展的态式，主要应用于长途传输网的密集波分复用系统和应用于城域网以及以太网的稀疏波分复用系统都有了很大的突破并得到了大量的商用，同时，系统的发展主要取决于关键技术的突破和相关标准的制定，过去数年的发展都证明了这一点。
2.8 思考题
什么是WDM、DWDM以及CWDM？ 简述WDM设备的两种传输方式？ 什么是开放式与集成式系统？ 简述WDM系统的组成？
3 WDM传输媒质
? 目标：
掌握光纤的基本结构和种类。 了解光纤的基本特性。
3.1 光纤的结构
通信中使用的光纤，其核心部分是由圆柱形玻璃纤芯和玻璃包层构成，最外层是一种弹性耐磨的塑料护套，整根光纤呈圆柱形。 光纤的典型结构如图1-4所示。
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