信息产业部电信传输研究所 张海懿
随着以ＩＰ为代表的数据业务的爆炸增长，新的高速率大容量传输技术应运而生，以满足网络不断增长的带宽需求。近年来以波分复用（ＷＤＭ）技术为代表的高速大容量传输系统发展非常迅速，并在世界范围内得到非常广泛的应用，在北美的骨干网上大量地装备了波分复用系统，我国的干线网上波分复用系统也占有相当大的比重。相信未来随着全光网技术的进一步发展，会更加带动ＷＤＭ技术的进一步发展。
ＷＤＭ技术及其特点
ＷＤＭ技术是指将多个波长复用在一根光纤上进行传输的技术。ＷＤＭ系统的参考配置如图１所示，它在发送端用合波器，将各个特定波长的光载波信号复用在一起，送到一根光纤上进行传输，在接收端用分波器，将这些不同波长承载不同信号的光载波分离开来，送到相应的接收端，在光纤上传输的过程中用掺铒光纤放大器进行无再生的光放大。由于不同波长的光载波信号可以看作互相独立（不考虑光纤非线性时），因而只需将两个方向的信号分别安排在不同波长传输，也可实现双向传输。
ＷＤＭ系统具有下列参考点：Ｓ１…Ｓｎ：是通路１…ｎ在发射机光输出连接器处的光纤上的参考点；ＲＭ１…ＲＭｎ：是通路１…ｎ在ＯＭ／ＯＡ的光输入连接器处的光纤上的参考点； ＭＰＩ－Ｓ：是ＯＭ／ＯＡ的光输出连接器后面光纤上的参考点；Ｓ＇：是线路光放大器的光输出连接器后面光纤上的参考点； Ｒ＇：线路光放大器的光输入连接器前面光纤上的参考点； ＭＰＩ－Ｒ：是ＯＡ／ＯＤ的光输入连接器前面光纤上的参考点； ＳＤ１…ＳＤｎ：是ＯＡ／ＯＤ的光输出连接器处的参考点； Ｒ１…Ｒｎ：接收机光输入连接器处的参考点。
根据系统是否配有波长转换器，可以将系统分为集成式系统、开放式系统和半开放式系统。集成式系统指的是ＷＤＭ系统所承载的ＳＤＨ信号的发送机发出的是ＷＤＭ系统要求的特定波长信号；开放式系统指的是在发送端和接收端都配有波长转换器（ＯＴＵ）的ＷＤＭ系统；半开放式系统指的是仅在发送端配有波长转换器（ＯＴＵ）的ＷＤＭ系统。根据在一根光纤上传输光信号的方向可以将系统分为单纤单向系统和单纤双向系统。
波分复用系统最大的优点是节约光纤。它将原来需要多对光纤承载的系统复用在一对或一根光纤上传输，大大节约光纤的用量，对于租用光纤的运营商更有吸引力；其次ＷＤＭ系统大大延长了无电中继的传输距离，减少中继站的数目，节约了建设和运行维护成本；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，可以承载多种业务，在现在多业务需求的运营环境下很有竞争力；利用ＷＤＭ技术选路来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。
ＷＤＭ技术回顾及展望
回顾ＷＤＭ系统的发展历程，从通路数方面看，通路数呈现出越来越多的趋势，通路数从早期的２路、８路到如今的３２通路、４０通路，直至１００多个通路的ＷＤＭ试验系统也已经出现。从单通路的传输速率来看，也呈现越来越高的趋势。从应用的形式来看，早期是点到点无光放大器的系统，后来出现了线路光放大器，现在又出现了在线路上上下波长的ＯＡＤＭ，使得ＷＤＭ系统的应用越来越灵活，随着适用于环形网的ＯＡＤＭ与ＯＸＣ设备的进一步商用化，全光网将逐步成为现实。
一、容量逐步变大
从ＷＤＭ系统发展的历史来看，早期的ＷＤＭ系统是简单的两波分复用系统，使用的两个波长分别是处于１３１０ｎｍ和１５５０ｎｍ窗口的波长。发送端Ｔｘ１和Ｔｘ２分别产生的是１３１０ｎｍ和１５５０ｎｍ窗口的波长信号，用简单的两波分复用器将两个波长的信号合并在一起，在一根光纤上传输，接收端用分波器将这两个波长信号分离开来。这种系统的特点是实现起来容易，对ＷＤＭ器件的要求低，无光放大器，传输距离较短，只是一种较为粗糙的ＷＤＭ系统。
ＷＤＭ技术的发展与器件产业的发展有着相当大的关系，可以说是器件产业的发展驱动了ＷＤＭ技术的进步。随着光放大器技术逐渐成熟，工作波长处于１５５０ｎｍ的掺铒光纤放大器商用化之后，为工作在１５５０ｎｍ窗口的密集波分复用系统奠定了基础。另外，波分复用器件的技术也不断发展，插损较小、通带特性较好的波分复用器件相继出现。在这样的前提下，８通路ＷＤＭ系统在９０年代初期商用化，当时合波器使用较多的是简单的耦合器型器件，因波长不多，相应的插损也不大，分波器则百花齐放，光栅型、介质薄膜滤波器型和阵列波导型ＷＤＭ器件都有应用。很快更多波长的波分复用器件也迅速商用化，因此在一两年的时间内，１６通路的ＷＤＭ系统也迅速商用化。ＷＤＭ系统通路数下一步发展的目标是３２通路或４０通路，它与８通路向１６通路过渡不同，整个系统对光放大器提出了更严格的要求。３２通路系统要求光放大器的增益平坦带宽更宽，以容纳３２或４０个波长，同时波分复用器件因通路数较多，也要求插损增加不大，而且通路特性要好。在３２或４０通路的ＷＤＭ系统中的合波器和分波器一般采用波长敏感器件，如介质膜滤波器型ＷＤＭ器件和阵列波导型ＷＤＭ器件，也有部分厂商使用波长不敏感型ＷＤＭ器件作为合波器，３２和４０通路的ＷＤＭ系统在去年都相继商用化。在实验室中已有６４个波长、１２８波长、１６０波长甚至１０００余个波长的试验系统。
目前对Ｌ波段的应用也成为大家关注的热点。常规波段的频率资源通过增加波长数目，减小频率间隔，可以尽最大可能地应用资源，但这些频率资源仍是有限的。为了进一步增加波长数，对长波长区域的应用成为下一步发展的潮流，当然这还取决于适用于该波段的波分复用器件和光放大器等技术的进一步成熟。
从单通路速率的发展角度来看，在两波分复用系统的应用当中，单通路采用的是较低速率的ＳＤＨ系统或ＰＤＨ系统，如１５５Ｍｂｉｔ／ｓ、６２２Ｍｂｉｔ／ｓ或１４０Ｍｂｉｔ／ｓ等。目前应用最广泛的是单通路速率为ＳＤＨ ２．５Ｇｂｉｔ／ｓ。在ＷＤＭ系统迅速发展的９０年代中期，ＳＤＨ ＳＴＭ－１６的技术已经非常成熟，有关的芯片和器件已经大规模生产，成本大大降低，对于ＳＴＭ－１６已经没有任何技术瓶颈。而ＳＴＭ－６４的技术还未完全商用化，有些技术瓶颈如色散补偿、高速芯片和ＦＥＣ等尚未突破，但网络对于高速系统已经有需求，加之ＷＤＭ系统所必需的波分复用器件和光放大器等技术已经成熟。因此，当时的ＷＤＭ系统的基本速率是可以达到的ＳＤＨ最高速率ＳＴＭ－１６。这样的发展趋势持续到现在，目前几乎所有的传输设备厂商都有单通路速率为２．５Ｇｂｉｔ／ｓ的ＷＤＭ设备产品。单通路速率为ＳＴＭ－６４（１０Ｇｂｉｔ／ｓ）的ＷＤＭ系统已经相继出现。由于当时对向ＴＤＭ还是ＷＤＭ方向发展存在争议，ＴＤＭ １０Ｇｂｉｔ／ｓ的技术在９０年代中期只有个别公司有商用化产品，开发ＴＤＭ １０Ｇｂｉｔ／ｓ产品的多为北美和日本的厂商，国内在开发这方面产品时也遇到比较大的困难。到现在为止北电网络公司的单纤双向３２×１０Ｇｂｉｔ／ｓ ＷＤＭ系统已经商用化，在世界范围内已经敷设，１６０×１０Ｇｂｉｔ／ｓ的产品已经在现场作了验证；朗讯公司的ＯＬＳ４００Ｇ ＷＤＭ产品也已经商用化；另外，富士通等日本公司的单通路速率为１０Ｇｂｉｔ／ｓ的ＷＤＭ系统也已经有产品。国内的类似产品也正在开发当中。可以预见在不久的将来，基于ＳＴＭ－６４的ＷＤＭ系统将广泛商用化并会在我国的干线网上应用，而且系统的通路数还会逐渐加大，从１６到３２（４０）、６４（８０）、１２８甚至１６０通路。
二、应用形式越来越灵活
ＷＤＭ系统的应用也分为几个发展阶段。最简单的是无光放大器的ＷＤＭ系统。这种系统的传输距离很短，一般用于早期的两波分复用系统（１３１０ｎｍ／１５５０ｎｍ），存在的时间很短，应用也很少，仅仅是一种过渡产品。随后出现了有功率放大器和前置放大器的ＷＤＭ系统。这种系统也是适用于无电中继传输，距离较短，约为１００ｋｍ左右或更短，在本地网有一些应用，作为局间中继在上海等大城市开始陆续应用。当传输距离很短的时候，不用光放大器的系统也可以实现，但这并不是ＷＤＭ系统发展的主流，尤其是在干线网上，这种无电中继传输距离过短的ＷＤＭ系统的应用前景受到限制。目前应用最广泛的是有线路放大器的ＷＤＭ系统，对于８×２．５Ｇｂｉｔ／ｓ和１６×２．５Ｇｂｉｔ／ｓ可以有８×２２ｄＢ（即有７个线路放大器，两个光放大器之间的光放段目标传输距离为８０ｋｍ）、５×３０ｄＢ（即有４个线路放大器，两个光放大器之间光放段的目标损耗为３０ｄＢ）和３×３３ｄＢ（即有两个线路放大器，两个光放大器之间的光放段目标传输距离为１２０ｋｍ），这些ＷＤＭ系统的无电中继传输距离在３６０ｋｍ至６４０ｋｍ之间，根据线路上光纤的实际衰耗情况还可以酌情调整传输距离。
随着ＷＤＭ系统通路数增多，在两点之间对超大容量的需求并不是很多，为了使大容量的系统应用更加灵活，在线性链路上分插复用波长的ＯＡＤＭ已经出现，它的作用是在线性链路中间的光线放站上分插出几个波长。各个公司在线放站上分插的波长数各不相同，有４个波长、８个波长，大部分波长是固定的，但这几个波长可以配置为分插，也可以配置为直通。能够灵活上下所有波长的ＯＡＤＭ也处在开发过程当中。总的来说这种应用在线性链路上分插波长的ＯＡＤＭ是为了增强组网的灵活性，在近期内会有较多的应用，特别是对于通路数比较多的系统，而且这种产品分插复用波长的灵活性会越来越强，从固定分插到固定波长灵活分插到将来的完全灵活分插，应用方式会越来越随意而且灵活。
ＯＡＤＭ最能表现它的特点的应用还是在环网上。ＯＡＤＭ组环后不仅可以在节点上下波长，而且可以具有环网上的保护恢复功能，与以往的点到点线性系统相比，组网将有更大的灵活性。它也是全光网中的一种基本设备，在将来全光网的发展进程中，这种设备将占有比较重要的地位。支持环网的ＯＡＤＭ设备已经有商用化的产品，目前主要是用于城域网的产品，上海等大城市也将陆续开始试用，国内８６３计划支持的中国高速信息示范网中也在开发支持环网的ＯＡＤＭ设备。光交叉连接（ＯＸＣ）设备在全光网中起着与ＤＸＣ在ＳＤＨ网络中类似的作用，一方面使组网的方式较之采用ＯＡＤＭ设备更加灵活，另一方面又可以使用恢复算法在故障情况下对网络进行恢复，保证生存性目标的实现。
总的来说，ＷＤＭ技术的发展呈现出从简单到复杂，通路数从少到多，容量从小到大，应用灵活性越来越高的趋势。发展初期是两波分复用系统，通路数少，实现简单，传输距离短。随后出现了通路数为８等基于ＳＤＨ单通路速率２．５Ｇｂｉｔ／ｓ的ＷＤＭ系统，从无线路放大器到有线路放大器，将无电中继传输距离大大延长，通路数的增加也非常迅速，从８通路、１６通路到３２通路和１２８通路的ＷＤＭ系统均有商用化产品。下一步发展有两种趋势，一方面基于ＳＴＭ－１６的ＷＤＭ系统的通路数还会有所提高，另一方面单通路速率为ＳＴＭ－６４的ＷＤＭ系统也将有更加广泛的应用。ＴＤＭ ４０Ｇｂｉｔ／ｓ的传输技术也正在研究当中，可见大容量、高速率是ＷＤＭ传输始终未变的一个趋势。另外，用于未来全光网中的ＯＡＤＭ和ＯＸＣ设备的研究也受到广泛的重视，初期是应用于点到点线性系统上下波长的ＯＡＤＭ设备，支持环网功能的ＯＡＤＭ设备也已经相继问世。
从应用方面来看，我国从１９９７年开始在干线上安装ＷＤＭ系统，短短３年多的时间，干线上已经有１０多条ＷＤＭ系统，最高容量也将达到３２０Ｇｂｉｔ／ｓ。在省网中ＷＤＭ系统的应用也越来越广泛，开始在东部沿海地区，如广东省等有应用，现在从南到北有多个省份应用了ＷＤＭ系统，有些系统的容量也非常大，而且ＷＤＭ系统在本地网中的应用也初见端倪。总之，ＷＤＭ技术从技术和应用等方面发展都非常迅速，随着全光网技术的进一步发展，作为全光网基础的ＷＤＭ技术也将有更大的技术突破，为电信网的建设提供越来越优质的传输平台。
----《通信世界》
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