波分复用技术

浅议波分复用技术

一、波分复用技术的概念

波分复用(WDM)是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；在接收端，经解复用器(亦称分波器或称去复用器，Demultiplexer)将各种波长的光载波分离，然后由光接收机作进一步处理以恢复原信号。这种在同一根光纤中同时传输两个或众多不同波长光信号的技术，称为波分复用。

系统的设计不同，每个波长之间的间隔宽度也有不同。按照通道间隔的不同，WDM可以细分为CWDM（稀疏波分复用）和DWDM （密集波分复用）。CWDM的信道间隔为20nm，而DWDM的信道间隔从0.2nm 到1.2nm。

CWDM和DWDM的区别主要有二点：一是CWDM载波通道间距较宽，因此，同一根光纤上只能复用5到6个左右波长的光波，“稀疏”与“密集”称谓的差别就由此而来；二是CWDM调制激光采用非冷却激光，而DWDM采用的是冷却激光。冷却激光采用温度调谐，非冷却激光采用电子调谐。由于在一个很宽的波长区段内温度分布很不均匀，因此温度调谐实现起来难度很大，成本也很高。CWDM避开了这一难点，因而大幅降低了成本，整个CWDM系统成本只有DWDM的30%。CWDM是通过利用光复用器将在不同光纤中传输的波长结合到一根光纤中传输来实现。在链路的接收端，利用解复用

器将分解后的波长分别送到不同的光纤，接到不同的接收机。

二、CWDM技术简介

1．CWDM标准制定情况

美国的1400nm商业利益组织正在致力于为CWDM系统制定标准。目前建议草案考虑的CWDM系统波长栅格分为三个波段。“O 波段”包括四个波长: 1290、1310、1330和1350nm，“E波段”包括四个波长: 1380、1400、1420 和1440nm，“S＋C+L”波段包括从1470nm到1610nm的范围，间距为20nm的八个波长。这些波长利用了光纤的全部光谱，包括在1310、1510和1550nm 处的传统光源，从而增加了复用的信道数20nm的信道间距允许利用廉价的不带冷却器的激光发射机和宽带光滤波器，同时，它也躲开了1270nm高损耗波长，并且使相邻波段之间保持了30nm的间隙。

尽管目前还没有CWDM的技术标准,在市场上已经存在一个事实上的城域网标准：IEEE已经制定了万兆以太网10GbE标准。CWDM的标准将据此来制定。

CWDM的复用/解复用器和激光器正在逐渐形成自己的标准。相邻波长间隔根据无冷却的激光器在很宽的温度范围内工作产生的波长漂移来决定。目前被确定为20nm,其中心波长为：1491,1511,1531等一直到1611nm。而在1300nm波段,IEEE 以太网定义通道宽度为20nm,但是中心波长为1290,1310,1330和1359nm。在1400nm波段如何定义还不知道。目前已经成立CWDM用户组开始结束CWDM城域网标准的混乱状态。

虽然CWDM目前尚没有形成统一的技术标准,不过,CWDM用户组已经成立,估计不远的将来,这种混乱的局面将结束。目前已经有设备生产厂商着手开发CWDM的传输设备,并已经有设备投入商用化,能够支持从100Mbit/s-2.5Gbit/s的传输速率。

2．CWDM系统的关键技术与模块

（1）新型光纤技术

光纤具有丰富的频带资源和优异的传输性能，是通信网络理想的传输媒质。影响光信号传输距离的光纤参数主要有衰减、色散和非线性。城域网覆盖范围通常在50～80km左右，一般不需要光放大器和中继设备，光纤色散和非线性并非关键问题。

CWDM对传输媒质没有特殊要求，各种单模光纤和多模光纤都可以采用CWDM技术。城域内目前大量使用G.652光纤。这种光纤因残留有氢氧根离子，导致1383nm波长附近出现明显的吸收峰。E波段吸收峰引起传输损耗的典型值约为1dB/km，极大影响了WDM系统的传输距离和可用波长范围。目前商用的4波、8波和16波CWDM系统通常选取1290～1610nm的波长范围，如O波段：1290nm、1310nm、1330nm、1350nm；E波段：1380nm、1400nm、1420nm、1440nm；以及S + C+L波段8个波长：1470～1610nm。

为了扩展光纤的可用波长范围，提高复用信道数量，许多公司纷纷推出各种新型的G.652C光纤。其中零水峰光纤（ZWPF）有效消除氢氧根吸收峰的影响，提供更低的相邻信道信号衰减。对ZWPF

来说，损耗值以1/λ４的速度(由于瑞利散射效应减弱以及OH吸收峰的消除)逐渐减小，在1550nm附近得到最小值。这种光纤的色散系数与传统单模光纤相同，大体分布在13～19ps/nm·km。ZWPF 光纤提供的有效波长范围比传统单模光纤多出100nm，使CWDM 信道数量增益高达33%以上。同时，G.652C光纤完全与传统单模光纤兼容，支持所有标准的系统规范。

目前，ZWPF光纤越来越受到业界的关注。MRV公司和LUNX 公司推出的16波CWDM系统就采用了OFS的AllWave光纤产品，传输距离可达70km。Transmode公司宣称已经实现2.5Gbit/s速率的全波CWDM传输系统，无中继放大情况下传输距离超过80km。

（2）光收发模块

光收发模块是光通信系统的主要部件。目前常见的光收发模块有分立的光发射模块、光接收模块和光收发一体模块三种。它们的发展趋势是小型化、低成本、低功耗、远距离、高速率和热插拔。

CWDM收发模块通常采用DFB激光器或垂直腔表面发射激光器（VCSEL）作为光源。CWDM系统使用的DFB激光器无需集成致冷器，温度漂移系数约为0.08nm/℃。这种激光器在0到70℃温度范围内的波长热漂移约6nm左右，加上制造过程的波长容差±（2～3）nm，整体波长变化范围在12nm以内。因此，CWDM信道间隔和通道宽度足够适应无致冷DFB激光器的波长变化，激光器的工作温度范围也相对较宽。而DWDM系统采用的DFB激光器温度漂移系数为Δλ／１0（nm/℃），波长容差的典型值为±0.1nm。

除温度外，CWDM无致冷激光器还需要考虑的问题就是色散代价。激光器芯片的优化设计能够延长色散受限系统的传输距离。

VCSEL是一种新型的半导体激光器。与常规边缘发射激光器的结构不同，VCSEL激光器的出光窗口在芯片表面，发光束方向与芯片表面垂直，无需解调就可以进行在线测试和封装，有利于实现低成本、大规模的工业化生产。VCSEL激光器具有的低功耗和高效的光纤耦合特性，能够便利地制成二维阵列，实现大规模光电集成。目前应用最为广泛的商用VCSEL激光器及收发模块通常都是850nm发射波长的多模芯片，其原因是受成本、输出功率和技术成熟度等因素的限制。近年来，VCSEL激光器相关技术发展迅速。随着现代高速光纤网络的发展，VCSEL有望取代DFB激光器，成为光通信领域最理想、最有前途的低成本光源。

CWDM系统使用的接收模块与DWDM系统基本相同，主要采用PIN型或APD型探测器及其组件。CWDM接收模块要求带宽覆盖的范围较宽，以便捕获所有特定的比特速率和传输协议。PIN型接收模块成本较低，设计相对简单，而APD型接收模块的灵敏度至少提高9～10dB增益。

（3）复用器/解复用器（MUX/DEMUX）

复用器/解复用器是波分复用光传输系统的关键器件。MUX/DEMUX的重要性能指标包括中心波长、插入损耗、信道隔离度和通带宽度等。目前常用的MUX/DEMUX有干涉膜滤波器型、光纤光栅型和阵列波导光栅AWG型和熔融拉锥耦合型等。

其中，干涉膜滤波技术近年来发展较为成熟，这种器件具有信道灵活、隔离度较高、插入损耗较低和热稳定性好等优点，适合信道数量不多的波分复用系统。目前商用的CWDM复用器/解复用器主要也是采用干涉膜滤波技术来设计。CWDM复用器/解复用器对薄膜滤波技术要求相对较低，导致生产时间缩短、效率提高以及原材料需求降低。基于干涉膜滤波技术的DWDM复用器/解复用器造价通常是CWDM同类产品的两倍左右。DWDM系统使用的0.8nm滤波器一般大约需要150层介质薄膜，而CWDM系统的20nm滤波器大约有50层。

此外，熔融拉锥耦合技术在CWDM产品中也有应用。熔融拉锥耦合技术的工作原理是将两根（或两根以上）去除涂覆层的光纤以一定的方式靠拢排放，在高温下熔融并同时向两侧拉伸，最终在加热区形成双锥体形的特殊波导结构实现传输功率的耦合。由于耦合系数与波长有关，因此主要用来制作信道间隔较宽的波分复用器件。相对薄膜滤波型模块来说，熔融拉锥耦合型CWDM模块成本要低得多。

三、WDM系统介绍

1.激光器：由于WDM系统为每个系统采用不同的波长（一般波长间隔为100G或200G），因此激光器除了准确的工作波长外，在整个寿命期间波长偏移量都应在一定的范围内，以避免不同波长相互干扰，既必须工作在标准波长，具有很好的稳定性。

总体上，WDM点光源特点:比较大的色散容纳值，标准稳定的波长。

2.波分复用器件

WDM波分复用器件分为以下四类：

（1）光栅型波分复用器：角色散器件，具有优良的波长选择性。（2）介质薄膜滤波器型波分复用器：一般适用8-16路的复用（3）熔锥型波分复用器

（4）集成光波导型WDM器件：一般适用8-16路，16路以上3.光放大器：

（1）功率放大器：发送侧波分复用器之后放大信号。

（2）线路放大器：线路上的光放大器。

（3）前置放大器：接收侧解复用器之前，重要参数EDFA增益平坦度，EDFA增益均衡技术。

四、WDM系统的测试

1.WDM测试的物理量：

（1）波长的中心频率和波长间隔：测量每个通道波长的精确值，以确定DFB激光器的漂移，保证相邻波长不发生串扰。

（2）光信噪比：确定信号传输质量，噪声的测量必须基于通路之间的噪声电平。

（3）窜音：由于波分复用器/解复用器不完善带来的串扰，确定器件带来的通路间相互干扰。

（4）功率：各参考点的总功率、合路的功率。

（5）光监控通路：光监控通路的误码、抖动等。

（6）通路中心频率和中心频率偏移。

（7）光信噪比（OSNR）

（8）光放大器：

a)输入功率范围

b)输出功率范围

c)工作带宽

d)小信号增益

e)饱和输出功率

f)噪声系数

g)EDFA平坦度

（9）波分复用器的测试项目

a)插入损耗

b)隔离度：相邻通路在25dB以上，非通路在30dB以上。

c)极化相关损耗

d)温度特性

e)通带特性（通路3dB和1dB带宽）

2.测试仪表

（1）多波长计

（2）光谱仪

五、光收发模块

光收发模块需注意问题：

光信号的非线性是一个非常重要的因素，光器件的非线性与环境温度变化、工作电压的稳定性、光发射功率有很大的影响，因此光设备在

生产时需进行7-10天的热循环老化等等。工艺筛选、老化、测试也只能做到将这种变换控制在一定的范围；光信号在光纤中长距离传输，会引起光信号的功率衰减，传输频率漂移、相位失真，光信号色散效应同样也会引起光信号畸变；光信号到达接收端，接收光器件仍然要引起非线性失真，由光电转换后的信号进入解调，解调与调制一样会产生非线性畸变，特别是随着使用时间的延长、使用环境的恶化都会造成这些指标的变化。所以光收发模块的质量以及电源、结构设计对光端机的性能有很大影响，从输入信号调制-电光转换-光输出-光电转换-解调这五个过程，都会引起非线形失真，而这些信号畸变失真是固有的，所以也必然是不可消除的，一般也很难进行主管判断。

六、建议：

考虑到基站节传复用设备的重要性和特殊性，建议凯腾四方出具出厂检测报告、海威达公司出具34所出厂检测报告以及产品代理授权书，同时为保证产品质量做到公平公正送交广电总局进行质量检测。

（七）基站稳压电源

技术参数要求

备注：

1、报价含安装、调试、连接电缆等所有辅助材料；

2、报价含搬运设备至指定地点的搬运费。

质量、技术要求

1、稳压电源技术要求：所有报价设备的生产、制造、安装等各项技术标准，应当符合国家（强制性）标准、各项规范要求；

2、质量保证：应保证货物为全新、未使用的符合国家质量标准的合格品。报价方应保证其提供的设备在正确安装、正常使用和保养条件下，在规定的使用寿命期内具有满意的性能。

3、设备质保期按国家、厂商、行业标准执行，质保期由设备安装调试合格后开始计算。

4、报价为总报价，包括运输、存储、报关、包装、安装、调试、培训、技术服务、标准配件、专用工具、附件等一切费用。

5、响应单位在投标时提供的资料均应是真实的，若有虚假，由其自行承担一切后果。