WDM技术术语介绍

波分复用(WDM,Wavelength Division Multiplexing)技术带来了前所未有的带宽容量提升,提高带宽的同时还节省成本,成为现代通讯网络的一种理想解决方案。

波分复用(WDM,Wavelength Division Multiplexing)技术带来了前所未有的带宽容量提升,提高带宽的同时还节省成本,成为现代通讯网络的一种理想解决方案。WDM也因此名气大增,变得家喻户晓。不过,很多时候,我们只知道什么是WDM,却未曾真正了解WDM。事实上,WDM中有着各式各样的术语,要弄清楚的确是一件让人头疼的事。今天,我们就来会一会这些“WDM的术语们”。

WDM基本术语

WDM

WDM是一种将两种或多种不同波长的光载波信号(携带各种信息)在发送端经复用器(亦称合波器,Multiplexer)汇合在一起,并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输的技术。这么说估计你还是一头雾水,其实这和光照射菱镜会出现彩虹的原理类似,一束白色的光里面有多种颜色的光,WDM就是将光谱中所有颜色的光分开,让它们在一根光纤上传输,各个颜色(波长)的光都承载不同的信号,并且互不干扰。

WDM

粗波分复用(CWDM)

CWDM是由国际电信同盟(ITU,International Telecommunication Union)在ITU-T G.694.2频谱网格中定义的一种特殊的WDM技术,它使用的波长在1270 nm到1610 nm之间,信道间隔为20 nm。CWDM是电信或企业网络大量传输数据中极具成本效益的技术。

密集波分复用(DWDM)

DWDM也是由ITU在ITU-T G.694.1频谱网格中定义的一种特殊的WDM技术。它的网格是以频率计算的,单位是兆赫(THz),DWDM的频谱网格固定在193.1THz,信道间隔则从12.5千兆赫(GHz)到200 GHz不等,其常见的信道间隔是100 GHz。在实际应用中,DWDM的频率通常被转换成波长,在C波段光谱上最多可传输80个信道(波长),而且这80个信道同时可以以1550 nm的波长传输。

CWDM VS DWDM

WDM光纤传输系统

单纤双向传输

单纤双向传输即在一根光纤上进行双向通信。它利用两组相同的波长在一根光纤上进行双向传输。在单线双向传输系统中,各个信道可以进行双向传输。

双纤单向传输

双纤单向传输即在两根光纤上进行通信,一根光纤用于传输方向的通信,另一根光纤用于接收方向的通信。在双纤单向传输系统中,同一波长通常既用于传输方向又用于接收方向。在冗余系统中,第二根光纤可用作备用光纤,或者作为反方向的光路。

双线双向WDM和单纤双向WDM

上行/下行

传输信号的传输方向可以用上行和下行来表示。下行是指通讯从服务供应商向服务使用者发送的方向,上行则相反。

网络拓扑结构

网络拓扑结构

通过在光纤上的多通道使用,WDM产品使光纤网络的效率更高。网络是无形的,但是可以通过光纤的布线或拓扑结构来鉴别。有时,网状、环形、点对点、点对多点等网络拓扑结构中会使用特定的WDM产品,因此,在选择WDM产品时,要十分注意您所使用的网络类型。一个网络通常是由多个不同的子网络拓扑结构组成。

环形拓扑结构

城区网络的基础设施通常是环形拓扑结构。环形拓扑结构的网络是一个闭合的环路,由一系列光纤段组成,这些光纤段的终点位于环路中的各个节点,各节点通过光纤段只与两个相邻的节点相连。环形网络通常是双纤双向系统。

WDM环形拓扑结构

节点

在网络拓扑结构中,节点是网络单个分支或多个分支的终点。WDM网络由一组节点构成,这些节点通过光纤(物理拓扑)相连,这样在各个节点间建立起光路连接后,一个逻辑拓扑结构就覆盖了整个网络。在光纤中使用WDM技术能让一个节点变成多个服务区,因此扩大了用户群和可用的带宽。

WDM中最常用的滤波技术

阵列波导光栅

阵列波导光栅可分为无热阵列波导光栅和热阵列波导光栅两种,通常在WDM系统中用作光复用器/解复用器。无热阵列波导光栅与标准的热阵列波导光栅有相同的性能,但是不需要使用电源和软件,且对温度没有要求。

阵列波导光栅

光纤布拉格光栅

光纤布拉格光栅是通用的波长滤波器,用于复用和解复用WDM信号。不仅如此,光纤布拉格光栅还可以减少降低光纤中WDM信号质量的色散。

光纤布拉格光栅

薄膜滤波

薄膜滤波技术应用极早且十分广泛,这是因为它特有的属性能达到光通信系统的严格要求。与其他技术相比,薄膜滤波器的主要优点是它在小尺寸设备中应用时有极高的准确性。

薄膜滤波器

WDM系统的硬件设备

复用器

WDM复用器是一种将不同波长的光信号复用或糅合到一根光纤上传输的设备。

WDM设备

与复用器相反,解复用器是将混合光信号中不同波长的光信号解复用或分离,并使分离的光信号以各自的波长在不同的光纤上传播。

光分插复用器(OADM,Optical Add-Drop Multiplexer)

光分插复用器是在WDM系统中使用的一种设备,其功能是从传输光路中有选择地上下本地接收和发送某些波长信道,同时不影响其它波长信道的传输。

滤波片型波分复用器(FWDM,Filter-Based Wavelength Division Multiplexer)

滤波片型波分复用器是一种以薄膜滤波技术为基础的WDM复用器。滤波片型波分复用器能在较宽的波长范围内将不同波长的光糅合或分开,广泛应用于掺铒光纤放大器、拉曼放大器和WDM光纤网络中。

迷你波分复用器

正如其名称一样,迷你波分复用器是一种体积相对较小的多信道WDM产品,因此能在提供较多信道的情况下用在光纤接线盒、管线熔接盒和熔接固定盒中。迷你波分复用器使用的是自由空间多次反射技术,光是从一个滤波元件直接反射到下一个滤波元件,而不是平行地射入到光纤中。此外,抗弯曲光纤的使用还可以让单个薄膜滤波与多通道产品相连。

带通滤波器

带通滤波器应用于带通波分复用器(BWDM,Bandpass Wavelength Division Multiplexer)中。这种滤波器通带较宽,有多个信道。例如,DWDM红/蓝C波段滤波器是用来分离或糅合C波段DWDM系统和高功率放大系统中的红色波段波长和蓝色波段波长,这和普通的FWDM工作原理类似,唯一的不同之处在于,这两个波长在WDM系统中结合的同时又被分离到红/蓝滤波器中。

WDM硬件设备上的端口类型

默认端口

默认端口是WDM设备中复合信道的连接点。在复用产品中,复合信道从默认端口中传出,在解复用产品中,复合信道从默认端口传入。

扩容/升级端口

在CWDM产品中,通常要么会有扩容端口,要么会有升级端口,但这两者不会同时出现在一个WDM产品中。CWDM复用器/解复用器上的扩容端口或升级端口是用来增加、终止或通过新增信道,这些新增信道能串联两个CWDM复用器/解复用器,从而在光纤链路不变的情况下加倍增加了通道容量。

在DWDM产品中,升级端口的作用是增加、终止或通过没有使用的C波段DWDM信道(即波段在1530nm-1565nm之间的信道)。如果DWDM产品在设有升级端口的同时还设有扩容端口,那么扩容端口通常是供波长在C波段以外的新增信道使用,例如大多数CWDM信道。

1310nm端口

1310nm端口是一种频带较宽的端口,用途是增加其他特殊的CWDM波长,例如,8信道的CWDM可能会在使用1470nm到1610nm的波长的同时需要1310nm端口。1310nm端口通常在一些传统网络中使用,有时也用作回程通路。假设现存的传统网络使用的是1310nm端口,而且所有的光纤已经全部被占用,这时如果想要增加网络容量,可以在使用1310nm端口的同时,在光纤中增加其他的CWDM波长。1310nm端口还支持LR光模块、LX光模块等。

1550nm端口

与1310nm端口相似,1550nm端口可以传输传统的1550nm光信号,还能支持ER光模块、ZR光模块、LX光模块、ZX光模块等。

监控端口

监控端口是用来监控或检测功率信号,该功率信号是指经CWDM复用器复用但未经解复用的信号。监控端口通常和检测或监测设备(例如功率计或网络分析仪等)连接。如果信号改变或未成功传输,网络管理员可以在不断开现有网络的情况下,利用监控端口检测故障。

WDM系统中的常见参数

波长

波长是指波在一个振动周期内传播的距离。在光纤中传播的单色光的波长λm用以下公式表示:

λm = λ / n = v / f其中,“λ”指光在真空中传播的波长 “n”指电解质的折射率 “v”指相速度,通过c/n计算得出 “c”指光在真空中的传播速度,即2.99792458 X 108 m/s “f”指光频
波长

注意:在WDM实际应用中,通信激光器的波长、光滤波器的波长规格、光在光纤上传播的传输通道的波长等都用“λ”表示,以纳米为单位的波长通常出现在真空中。

信道

在WDM系统中,各输入信道都有独特的波长,因此各个信道可以“平行”地穿过光纤。

通带

通带是指能够通过滤波器的频率或波长范围,它是WDM滤波器的参数之一。事实上,通带是以中心波长为中心分布的一定波长范围,例如,CWDM滤波器的典型通带在中心波长±6.5nm的范围内。因此,一个波长为1551nm的光可以在没有额外信道损耗的情况下,在1544.5nm到1557.5nm的范围内传输。

插入损耗

插入损耗

插入损耗是指WDM滤波器插入到光传输系统中造成的衰减,其数值通常是滤波器通带中产生的最大插入损耗。WDM产品的插入损耗是指通道端口产生的最大插入损耗。在WDM网络中,插入损耗是通信链接总损耗的一部分。不同薄膜滤波器的插入损耗值也各不相同,在用于WDM产品中之前,需要对薄膜滤波器进行筛选。

偏振损耗

WDM滤波器的损耗是随着光的光偏振而变化的。偏振损耗与整个光偏振过程产生的最大插入损耗不同。WDM产品的偏振损耗是指各信道产生的最大偏振损耗。

偏振模色散

偏振模色散是光纤中产生的线性现象,它会导致光接收器不能正确读取信号,造成高误码率。这属于另外一种偏振效应,会给长距离光纤传输系统造成损害。

回波损耗

回波损耗是指因传输链路或WDM系统中的光纤中断产生的信号回传/反射。为预防光源激光器出现问题,减少传输损耗,回波损耗的值越大越好。WDM产品的回波损耗是所有端口中产生的可计量的最小回波损耗。

带内波动

带内波动是指一个信道的滤波通带中的最大峰-峰损耗变化。

信道隔离度

信道隔离度是指一个波道信号对另一个波道的干扰程度,单位是dB。它是滤波器通带内的最大插入损耗和其他滤波器通道内的最小损耗之差。信道隔离度的计量方式是将扫光电源插入滤波器的默认端口,然后测量该滤波器通带和其他滤波器通带内的损耗。在其他滤波器中,与该滤波器的通带最接近的滤波器,其信号隔离度就称为相邻通道隔离度,与该滤波器的通带不接近的滤波器,其信号隔离度就称为不相邻通道隔离度。

操作温度

操作温度(℃)是指设备的各项性能都能达标时的运行温度范围。

存储温度

存储温度(℃)是指不影响其以后的正常使用得存储温度范围。

水峰

水峰是指OH-离子引起的损耗峰。现在,水峰及其水峰值上下的衰减可以超过2dB/km。

水峰

从WDM技术衍生出的新网络技术

波分复用无源光网络(WDM-PON,Wavelength Division Multiplexing-Passive Optical Network)

WDM-PON是接入和回程网络中的创新型概念,它是在物理一点到多点(P2MP)光纤基础设施的基础上使用WDM,不包含任何有源器件。WDM-PON可以长距离向多个端点提供高带宽。

WDM-PON

光传送网(OTN)

OTN用于支持使用WDM(而不是SONET/SDH)的光网络,它能传输、复用、转换、管理、监测和抵毁携带信号的光信道。

分组传送网

知识无止尽,您在本文看到的内容只是WDM术语的冰山一角,但是当您了解了本文所讲的这些术语后,您会对WDM有更深刻的了解。

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