光波分复用技术在光纤传输现状和运用范文

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摘要：光波分复用技术是光纤通信中最重要的传输和扩展技术之一。其主要原理是在同一根光纤中同时传输不同波长的光信号，从而使单位时间内的信息传输量增加一倍。简要介绍了光波分复用技术的特点，实现方法和当前的应用。该技术具有快速、灵活、经济、可靠的优点。目前主要的实现方法主要为“复用传输-中继-接收解复用”的传输结构，此结构已经在我国的网络通信系统中得到了广泛的应用，同时随着相关的研究也越来越成熟，也展望了光波分复用技术的发展方向。

关键词：光波分复；光纤传输；现状与应用

一、前言

光纤通信为人类社会的信息传输开辟了新的视野。自20世纪70年代问世之后，它已成为信息技术领域的研究热点。通信技术不断创新，新设备不断开发，传输速率逐渐加快。光纤通信在该国社会经济发展中的作用越来越重要。随着互联网的普及，许多国家的数据流量已大大超过语音业务流量，并已成为发展核心网络的巨大动力。数据服务对网络带宽有很高的需求，并且需要高动态网络分配功能。传统的手动配置网络连接不利于通信网络的发展，光波分复用（WDM）技术的发明为通信网络带来了新的曙光，并带来了新的传输思路[1]。

二、通信光纤与光波分复用

（一）通信光纤系统的基本描述

光纤通信不仅具有更宽的传输频率和更大的通信能力，而且具有更细的直径和更轻的重量。它可以有效地节省成本，属于目前阶段替换电缆的最佳材料。尽管当前的光纤通信已经被广泛使用，但是在网络速度和容量方面仍然存在一些缺点。需要不断的研究和发展，以期找到一种适当的方法来弥补这些缺点。其中，复用技术在通信光纤的应用中起着非常重要的作用。广播复用技术的使用可以提高信道的传输效率，且并广泛用于数据通信中。

（二）光波分复用技术

为了提高网络的通信效率，在通信技术的发展中，人们逐渐设计出多种复用技术，包括时分复用（TDM）、频分复用（FDM）、码分复用（CDMA）和波分复用（WDM）。波分复用（WDM）是通过复用器（Multiplexer）在发送端将两个或多个波长不同（载有各种信息）的光载波信号组合在一起，并耦合到光线路传输技术的同一根光纤上；在接收端，各种波长的光载波由多路分解器分离，然后由光接收器进一步处理以恢复原始信号。在同一根光纤中同时传输两个或更多个不同波长的光信号的技术称为波分复用[2]。光波分复用技术具有以下优点：（1）高传输带宽：充分利用光纤的低损耗带宽，增加光纤的传输能力，是光缆物理极限的两倍甚至几倍。光缆能传送信息，电势可达25THz。（2）更好的信号兼容性：具有在同一根光纤中传输2个或多个异步信号的能力，这有利于数字信号和模拟信号的兼容性。它与数据速率和调制模式无关，位于行的中间，可以灵活地取出或添加到通道中。（3）灵活使用：对于已建成的光纤系统，特别是早期铺设的芯线少的光缆，只要原有系统具有一定的功率余量，就可以进一步提高容量以实现传输多个单向或双向信号。原始系统发生了重大变化，并且具有很强的灵活性。（4）运行成本低：由于减少了使用的光纤数量，大大降低了建设成本。由于光纤数量少，因此在发生故障时可以快速方便地进行恢复。同时，共享有源光学设备降低了传输多个信号或增加新服务的成本。（5）可靠性：大大减少了系统中的有源设备，使运行过程可靠稳定。波分复用技术提高了通信信号的传输效率。但是，波分复用技术在通信光纤传输中仍然存在一些缺陷。在未来的研究和应用中，有必要结合其他技术来提高波分复用技术的使用效果。随着社会的不断发展和科学技术水平的不断提高，现有的WDM技术已经无法解决光纤传输中的问题，一些新兴技术不断涌现。波分复用技术与时间的进步相结合，可以使波分复用技术在通信光纤传输中的应用达到社会发展的要求[3]。

（三）光波分复用的意义

为宽带网络建设提供了扩展平台。由于可以提供语音，数据和图像的完美融合传输，并且随着对光通信带宽的需求增加，光波分复用技术将成为光纤应用领域的首选技术。满足网络扩展的需求。由于主要通过改变基本速率和增加每根光纤的传输容量来增加光缆传输的总容量，因此使用光波分复用可以逐步扩展并升级有限数量的传输管电缆芯线。更低的花费。另外，还可以与IP技术结合，实现光波分复用系统中路由器数据的透明传输，从而简化了设备组成[4]。应用范围广泛。光波分复用系统不仅可以应对信息流量的快速增长，保护原始线路投资，减少建设和维护成本，而且在光子网络的建设和应用中具有独特的技术优势。此外，它将在超大容量光传输的发展和更广泛区域的信息传输的实现中发挥重要作用。为不断增长的网络规模提供扩展空间。由于具有透明性，可重构性和强大的网络生存能力等优点，未来的光波分复用技术光网络将朝着基于光波长选择和光波长切换的灵活组网的方向发展，并最终成为快速的网络，具有恢复和重建功能。

三、通信光纤传输中波分复用技术的应用分析

（一）无源光网络

光纤传输用于无源光网络，光纤进入网络有两种主要方式：有源和无源。无源光网络的主要特征是投资成本低、终端少、光纤少和抗干扰能力强。通信传输距离比较长，可达20km，因此无源光网络是光纤传输中使用最广泛的网络，也是首选。但是，这种方法的应用仍然存在一些不足，例如上行传输的连接问题[5]。采用光波复用技术可实现宽带计费对称性，解决了上行速率连接问题。光波复用技术也用于城市局域网中。在电信城域网中，由于业务量大和宽带速度相对较慢，不能满足企业的需求。因此，当前的局域网正在向IP优化的方向发展。在构造局域网时，如果结合使用波分复用技术，则可以有效地增加带宽。提高公司信号的传输效率还可以降低公司的运营成本。因此，它非常适合于城域网。光复用技术和IP技术的结合可以确保传输质量并提高系统性能。这种类型的局域网主要结合了光网络层和IP服务层。光网络具有一个光复用子层。该层的结构可以定位故障，保护线路并确保线路传输的质量。

（二）在接入网中的应用

光纤接入网的接入方式可以分为被动接入和主动接入。其中，无源光网络是一种高质量、低成本、光纤少、中心局终端少的接入方法，雷电影响小，电磁干扰少，后期运维成本也少，可扩展性强，可以随着技术的发展而升级。带宽大，传输距离可达20km。正是由于许多优点，无源光网络接入方法已成为光纤接入网络的首选接入方法。其中，上游接入技术是该技术的关键和难点，而以前的以太网CSMA/CD媒体访问控制无法使用。上行接入方式可以采用光波分复用技术进行上行接入。基于光波分复用技术的波分多址上行接入方法是利用波长作为用户侧ONU的标识来实现上行接入。它具有较大的带宽，可以充分利用光纤的大带宽来实现对称的宽带接入。同时，这种接入方式可以有效解决ONU测距和比特快速同步的难题，在网络管理和系统升级方面具有明显的优势。随着光波分复用技术的发展，光波分复用设备的价格越来越低，性能越来越好，有效地促进了无源光网络的发展。

（三）在城域网建设中的应用

传统的电信城域网无法适应数据业务的突变特性，承载多种业务的带宽效率较低。因此，城域网的当前发展目标是针对数据和多媒体服务应用的IP优化网络。基于IP和光波分复用技术的城域网已成为新型城域网的主要解决方案。它采用IPoverWDM传输技术，使IP数据包直接在光路上运行，减少了网络层之间的冗余部分。该方法节省了中间的AMT层和DSH层，传输效 率高，运行成本低，用户网络成本低，非常适合城域网的建设。从通信协议的角度来看，该方案的网络结构层是IP服务层和光网络层。光网络层可以分为光网络适配子层，光复用子层和光传输子层。其中，以光复用子层为核心，完成了光复用协议，复用带宽，保护线路和故障点定位的相关内容。该方案有效地利用了光纤的巨大带宽资源，提高了带宽和传输速率，实现了数据格式和调制方式的透明性，实现了与现有通信网络的兼容，支持网络升级，具有极高的推广性和生存性。同时，这种解决方案也有一定的缺陷。网络管理与其传输的信号和网络管理是分开的。它只是点对点拓扑，不能实现真正的光网络。在光纤通信系统中，如果不应用光波分复用技术，则需要投资更多的n-1根光纤。如果光纤通信模式是让多个用户共同工作，则光波分复用技术的应用可以更好地突出光波分复用技术的优势，可以使单根光纤的传输能力提高几倍，甚至可以提高几倍。甚至数十次，现有的光纤带宽资源都可以得到更好的利用。在长途运输中，M技术的应用可以帮助节省大量光纤，并降低光纤通信系统的开发和建设成本。WDM用波长路由取代了传统的电子信号路由，并用解复用器取代了光电转换开关，从而消除了诸如延迟和转发之类的瓶颈，并确保了传输的透明性。总而言之，光波分复用技术在光纤通信系统中具有广阔的应用空间，可以带来良好的应用效果，值得大力推广。

四、影响密集波分复用技术推广和应用的因素分析

（一）非线性因素的影响

影响波分复用传输系统性能的关键因素是光纤的非线性特性。其原因包括：光功率密度、通道宽度、色散等。通常，光功率密度越大，但是通道间隔越小，这将导致严重的光纤非线性。纤维成本线性和色散之间的关系更加复杂，并且各种非线性随色散而变化。例如，当色散和零相对接近时，四波混频的幅度将起重要作用。

（二）色散因子的影响

光通信中的信号由许多单独的光脉冲代码组成。在分析光脉冲的频域时，我们可以发现频率分量非常不同。换句话说，波长中包含的成分是不同的。这主要是由于光纤中的色散，导致光脉冲中的频率分量不同，并且它们各自的传播速度也不同[6]。这样，当信号长距离传输时，脉冲将被拉伸。如果拉伸足够，则会导致信号产生误判或误判结果，从而使错误出现在表格中。因此，如果光散射现象非常明显，将对通信系统的正常运行产生巨大影响。为了尽可能避免光纤通信系统中信号传输的分散，主要有以下几种方法：1.使用光谱较窄的光源；2.由于脉冲宽度由色散系数确定，因此应使用色散系数较小的光纤；3.利用光纤的非线性特性；4.使用色散补偿光纤。

（三）长距离传输中的各种因素

使用光纤放大器时，自发辐射噪声会产生独特的噪声。光纤放大器具有广泛的放大范围。除了放大信号光之外，它还可以自发地放大随机光信号。实际上，自发生成的随机信号是噪声源。因此，随着经过的中继站数量的增加，背景噪声将逐渐增加，从而降低了系统的信噪比。增益不均匀会降低信噪比，因为光纤放大器会以不同的倍数放大不同波长的光信号。随着信号通过的中继站数量的增加，具有不同增益的信号的功率差将变得越来越大。结果，系统的信噪比逐渐降低。在传输过程中不可避免地会发生累积的抖动，但是如果中继器是光纤放大器，则调制信号的抖动将无法实现。因此，在光纤信号的传输中存在抖动，这将限制中继站的数量。

五、波分复用主要技术指标和产品选择

波分复用器的技术指标涉及使用中的损耗率，观察波长隔离的高度等。选择波分复用器时，应选择单极或多极融合锥波分复用器。多路复用器的带宽应为20mhz，并且波长隔离高度必须大于35dB。这种波分复用器被广泛用于通信光纤传输中。波分复用技术在通信光纤传输中的应用主要具有以下优点，可以大大扩展光纤的传输容量，解决传输不足的困难，并且传输带宽不受外围因素的限制。在传输较大信息的同时，可以保证传输质量，节省传输成本。现阶段在我国使用波分复用器具有简单的系统结构，相对较小的占用空间，使用过程中的高传输性能，高可靠性以及以低投资成本耦合光的能力。在一根光纤上可实现两个方向的传输。这在我国的通信和传输中得到了广泛的应用，特别是在彼此之间的距离相对较长，信号相对较差的一些项目中。需要进行工作沟通和数据传输，从而可以提高人们的工作和数据传输效率。

六、设备的安装和调试

安装波分复用器时，需要首先调试机器。通常，购买机器时会提供安装手册指南。员工需要阅读安装说明，并严格按照说明进行安装。在安装过程中，需要擦拭并消毒波分复用器的尾纤连接器，然后将其连接到光发射器连接器。如果发生意外故障，则应将信号直接发送到变送器。在开关操作期间，请严格执行以下步骤，以免在打开开关时先打开发射机，在关闭开关时先切断射频信号。如果不遵循开关设备的规程，很容易导致短路故障。打开光发射器电源后，如果发现该值不在指定范围内，则必须及时进行调整，并使用光功率计检查系统的问题点。当所有组件均处于正常状态时，就可以正常使用了。

七、结语

WDM技术具有明显的技术优势。对于广大的发展中国家，促进WDM技术的应用尤为重要。目前，密集波分复用（DWDM）系统的研究越来越受到重视。该技术的突破将大大提高网络信息的传输速度，并使现有的向全光网络的发展成为可能。波分复用系统已成为当今网络传输技术发展的重要动力。

作者：张景 单位：新疆油田公司数据公司