[摘　要]　首先介绍通信设施使用多路复用技术的发展进程，然后叙述了波分复用在光纤传输线路中的应用，最后解释了波分复用在光核心网的应用。

[关键词]　波分复用；时分复用；光纤线路；光通信网

　　1　多路复用技术推动通信发展
　　多路复用技术一直为通信设施作出重要贡献。随着时代步伐的前进，通信设施的不断现代化，多路复用技术也相应地不断前进。当前通信界的主要课题是“组建通信网”，其包括深入发掘光纤的潜在传输能力和研制全光的核心网结构。
　　回顾50-70年代，铜线普遍采用频分复用（FDM）系统，例如架空明线的3路和12路载波电话（Carrier Telephone）、平衡电缆的12路和60路载波电话、小同轴电缆的300路载波电话、中同轴电缆的1800路和10800路载波电话都是采用调幅、载波遏止、单边带传送方式，频率间隔4kHz，依次排列，故称频分复用。
　　60年代起，脉冲编码调制（PCM）研制成功，每路电话占用频带4kHz（实际是300-3400Hz）的模拟信号转换为每路数字速率64kb／s的数字电话信号。于是，各路按时间划分依次排列，组成30路数字电话群，称为基群，数字速率约2Mb／s（附加控制用的数字信号）。其后，4个这样的基群按时间划分依次排列，组成120路数字电话的二级群，数字速率约8Mb／s。依次类推，4个二级群组成480路数字电话的三级群，数字速率约34Mb／s；4个三级群组成1920路数字电话的四级群，数字速率约140Mb／s。这些都是采用时间划分的方式，称为时分复用（TDM），为数字通信打下基础。
　　上述基群、二级群、三级群、四级群组成的数字群系列，称为“准同步数字群系列（PDH）”。后来数字通信网扩大容量，仍采用TDM技术，组成155Mb／s、622Mb／s、2.5Gb／s、10Gb／s各级群，称为“同步数字群系列（SDH）”。迄今为止，采用TDM技术组成的数字群，由于技术上的原因，数字速率暂以10Gb／s为最高群。现在的电信号宽带通信网就是以TDM组成的SDH为支柱。这个最高数字信号群10Gb／s表示电通信网的容量限度。
　　在通信业务不断发展，数字信号速率不断提高的今天，只有光纤才可能承担传输的任务，因此，原有的铜线电缆只能让位给光纤光缆。每根光纤上传送的光载波，就是受到电的TDM数字信号的调制，最高数字速率为10Gb／s。就是说，每根光纤正常传送一个波长的光载波，它的传输容量受到限制，最多只能是10Gb／s。为此考虑每根光纤同时传输多个不同波长的光载波，且波长间有足够的间隔，依次排列，各个光载波受到各自数字信号的调制，使多个不同的数字信号同时在这根光纤上传输。这就是光的波分复用技术（WDM）。如果这样的WDM有n路不同波长的光载波同时传输，那么一根光纤的传输容量就可以加大n倍，打破了电的TDM的限制。据近年国际会议报道，一些有实力的研究所已能使一根光纤采用100路WDM，每路传送10Gb／s，一根光纤同时传输100×10Gb／s＝1Tb／s。这意味着，光的WDM如与电的TDM结合使用，可以大大增加传输容量，发挥光纤的潜在能力。电的TDM限度为10Gb／s，而光的WDM可使容量加大100倍，即1Tb／s。由此可以推论，通信线路和通信网如欲扩大容量，就必须由电通信过渡至光通信。光纤利用WDM的路数越多，意味着相邻的两个光载波有较小的波长间隔，这被称为“密集波分复用（DWDM）”。至于什么样的波长间隔才称为密集，目前没有明确的定义，但可以笼统地说3路、6路只能算是一般的WDM，而16路、36路和100路就可以说是DWDM。因此光纤扩大传输能力，要利用WDM／DWDM，通信网扩大核心容量，也要利用WDM／DWDM。

　　2　波分复用在传输线的应用
　　1550nm波长窗口分两个波段，C波段，1530-1560nm，宽30nm；L波段，1560-1610nm，宽50nm。两个波段总宽约80nm。如各个波长相互间隔为0.8nm，那么1.55μm窗口可以容许100路DWDM。这个1.55μm窗口还可利用成功的掺铒光纤放大器（EDFA）延长传输距离。EDFA有能力对波长宽度30-50nm，即C波段或L波段各提供平坦的功率增益和足够大的输出光功率。在将来真正利用完整的100路DWDM时，两个这样的光纤放大器联合运用，就能提供全部波长宽度80nm的放大特性，很近于理想。
　　另外，常规单模光纤（SMF）在制造过程中要设法消除原来在1385nm波长出现的OH-吸收损耗峰，使其成为“无吸收峰光纤”，在1400nm附近形成一个平坦的中等损耗和中等色散的波长窗口，波长宽度不小于100nm，以适宜于采用DWDM系统。尽管1400nm窗口的光纤放大器目前还没有研制成功，但通信网有许多线路，例如城市网的交换局间线路，距离都较短，每条线路长度不超过10km，因此需要DWDM系统，而不需要光纤放大器。在一个国家范围内这样的短距离线路为数不少，因此1400nm波长窗口的DWDM系统可以发挥很大作用。这样的无吸收峰光纤在国外已有少数单位能够制造供售。通信网的光纤传输线路可以利用1550nm窗口在中、长距离线路上采用DWDM和EDFA，利用1400nm窗口在短距离线路上采用DWDM系统，既发挥了光纤的巨大潜在传输容量，又减少了敷设新的光纤光缆，从而节约了大量资金和人力、物力。一对光纤能够双向提供数字信号速率高达10Tb／s，表明光的WDM比电的TDM的10Gb／s提高传输容量1000倍，真是令人钦佩！

　　3　WDM在光核心网的应用
　　近年光的WDM／DWDM技术兴起，使光纤真正提供通信使用的传输容量大大增加，光的作用远大于电的作用，如欲扩大通信网容量，适应快速增长的通信业务量，只能让电通信网向光通信网发展。组建通信网，广义讲，可以包括上述光纤传输线路，狭义地讲则是指通信网内部和指核心网，现在应该从光纤传输引伸至核心网，并且从电的核心网发展至光的核心网，在这种光通信网中，人们从光纤线路采用WDM的实际经验得到启发，觉得光的WDM有可能在光网内部发挥作用，代替过去电网内部使用的电TDM，即光的核心网内部可以主要依靠WDM／DWDM。只有在信号输入核心网的地方和从核心网输出的地方，才设置电／光转换和光／电转换的设备。在核心网以内，只是利用WDM的光信号，由不同波长操纵各种网络单元，因此，光的核心网是透明的光网，从输入以后至输出以前都是光信号。
　　光核心网内部的主要网络单元有：终端合波器和分波器（Terminal Multiplexer-Demultiplexer），光分插复用器（OADM），光交叉连接系统（OXC）及其附带的波长转换器。这些网络单元和电网的网络单元相似，只是电的TDM所用是台路器-分路器或合群器-分群器，ADM和XC都由数字控制，称为DADM和DXC，而OADM和OXC都由光波长控制，也称为WADM和WXC。电的核心网，都是按PDH或SDH排列的数字TDM信号，而光的核心网，则是WDM／DWDM系统的不同波长各自载荷不同的电信号，经调制成为光信号。
　　为了将电的TDM数字信号组成WDM／DWDM的光信号，需要光电子器件，最重要的当然是激光管LD（Laser Diode）。多少路的WDM信号需要多少路不同波长的光载波，也就需要多少路的半导体激光二极管，它们各自受到不同的电的TDM数字信号的直接调制或外部调制，后者则每一激光管各自配有外部调制器。这样，每一WDM系统将各有一个激光管阵列，即每一n路WDM系统必须有n个激光管连同各自的外部调制器排成一个阵列。为了避免WDM系统的这些光电子器件数目过多，将n路激光管阵列集成在同一芯片上，这就有必要发展光子集成工艺（PIC）。应该强调， WDM所需的每一波长的激光管，必须由精细工艺制成高性能，频率单一、狭窄而稳定的光束，尽管相邻波长的间隔很小，仍要保证互不干扰，当受到信号调制时，激光波长仍能保持稳定，不发生频率扫动（chirp）现象。在WDM系统的接收端，每一波长必然各有一个滤波器和检测器，多少路波长就有多少个滤波器和检测器，也需要用PIC技术集成在单一芯片上。由此可见，光电子集成（OEIC）和PIC在波分复用WDM／DWDM系统中是必不可少的。

摘自《光纤与电缆及其应用技术》