wdm:提高帶寬激光技術-中文百科頻道

光學術語

WDM波分複用(WDM，WavelengthDivisionMultiplexing)是指，在1根光纖上承載多個波長（信道)系統，将1根光纖轉換為多條“虛拟”纖，每條虛拟纖獨立工作在不同波長上。由于WDM系統技術的經濟性與有效性，使之成為當前光纖通信網絡最廣泛使用的光波複用技術。

DWDM可以支持150多束不同波長的光波同時傳輸，每束光波最高達到10Gb/s的數據傳輸率。這種系統能在一條比頭發絲還細的光纜上提供超過1Tb/s的數據傳輸率。

光通信是由光來運載信号進行傳輸的方式。在光通信領域，人們習慣按波長而不是按頻率來命名。因此，所謂的波分複用(WDM，WavelengthDivisionMultiplexing)其本質上也是頻分複用而已。WDM是在1根光纖上承載多個波長(信道)系統，将1根光纖轉換為多條“虛拟”纖，當然每條虛拟纖獨立工作在不同波長上，這樣極大地提高了光纖的傳輸容量。

兩個波長

這種複用技術在20世紀70年代初時僅用兩個波長：1310nm窗口一個波長，1550nm窗口一個波長，利用WDM技術實現單纖雙窗口傳輸，這是最初的波分複用的使用情況。

粗波分複用

繼在骨幹網及長途網絡中應用後，波分複用技術也開始在城域網中得到使用，主要指的是粗波分複用技術。CWDM使用1200~1700nm的寬窗口，主要應用波長在1550nm的系統中，當然1310nm波長的波分複用器也在研制之中。粗波分複用(大波長間隔)器相鄰信道的間距一般≥20nm，它的波長數目一般為4波或8波，最多16波。當複用的信道數為16或者更少時，由于CWDM系統采用的DFB激光器不需要冷卻。

在成本、功耗要求和設備尺寸方面，CWDM系統比DWDM系統更有優勢，CWDM越來越廣泛地被業界所接受。CWDM無需選擇成本昂貴的密集波分解複用器和“光放”EDFA，隻需采用便宜的多通道激光收發器作為中繼，因而成本大大下降。如今，不少廠家已經能夠提供具有2~8個波長的商用CWDM系統，它适合在地理範圍不是特别大、數據業務發展不是非常快的城市使用。

密集波分複用

密集波分複用技術(DWDM)可以承載8～160個波長，而且随着DWDM技術的不斷發展，其分波波數的上限值仍在不斷地增長，間隔一般≤1.6nm，主要應用于長距離傳輸系統。在所有的DWDM系統中都需要色散補償技術(克服多波長系統中的非線性失真——四波混頻現象)。在16波DWDM系統中，一般采用常規色散補償光纖來進行補償。

而在40波DWDM系統中，必須采用色散斜率補償光纖補償。DWDM能夠在同一根光纖中把不同的波長同時進行組合和傳輸，為了保證有效傳輸，一根光纖轉換為多根虛拟光纖。采用DWDM技術，單根光纖可以傳輸的數據流量高達400Gbit/s，随着廠商在每根光纖中加入更多信道，每秒太位的傳輸速度指日可待。

技術水平

就現有WDM系統傳輸容量的試驗水平來看，北電等公司的1.6Tbit/s(160(10Gbit/s)WDM系統已經成功。在後來的展覽上，北電推出80(80Gbit/s的WDM系統，總容量為6.4Tbit/s。此外，朗訊公司采用80nm譜寬的光放大器創造了波長數高達1022的世界記錄。同時，我們了解到一些世界著名公司現有的WDM系統的各項指标。

在國内，WDM技術的研究和開發不僅活躍，而且進展也十分迅速。武漢郵電科學研究院(WRI)、北京大學、清華大學、郵電部五所先後進行了傳輸實驗或者建設試驗工程。例如：武漢郵電科學研究院在1997年10月成功地進行了16(2.5Gbit/s600km單向傳輸系統，1998年10月在北京‘98國際通信展覽會上展示了32(2.5Gbit/s的WDM傳輸系統，并且容量為40(10Gbit/s的WDM系統也進行了傳輸實驗，更高技術水平的WDM系統正在實驗當中。

華為，愛立信，中興，烽火等廠家均有WDM相關布局，華為的WDM全球市場占有率已經躍居第一。100GWDM産品已經正式商用，400G技術驗證以及實驗已經在實驗室開展測試。

發展前景

WDM是一種在光域上的複用技術，形成一個光層的網絡既“全光網”，将是光通訊的最高階段。建立一個以WDM和OXC(光交叉連接)為基礎的光網絡層，實現用戶端到端的全光網連接，用一個純粹的“全光網”消除光電轉換的瓶頸，将是未來的趨勢。WDM技術還是基于點到點的方式，但點到點的WDM技術作為全光網通訊的第一步，也是最重要的一步，它的應用和實踐對于全光網的發展。

用途

DWDM能夠在同一根光纖中，把不同的波長同時進行組合和傳輸。為了保證有效，一根光纖轉換為多個虛拟光纖。所以，如果你打算複用8個光纖載波（OC），即一根光纖中傳輸8路信号，這樣傳輸容量就将從2.5Gb/s提高到20Gb/s。由于采用了DWDM技術，單根光纖可以傳輸的數據流量最大達到40Gb/s。随着廠商在每根光纖中加入更多信道，每秒兆兆位的傳輸速度指日可待。

技術

波分複用(WDM)是将兩種或多種不同波長的光載波信号(攜帶各種信息)在發送端經複用器(亦稱合波器，Multiplexer)彙合在一起，并耦合到光線路的同一根光纖中進行傳輸的技術；在接收端，經解複用器(亦稱分波器或稱去複用器，Demultiplexer)将各種波長的光載波分離，然後由光接收機作進一步處理以恢複原信号。這種在同一根光纖中同時傳輸兩個或衆多不同波長光信号的技術，稱為波分複用。

WDM本質上是光域上的頻分複用FDM技術。每個波長通路通過頻域的分割實現，每個波長通路占用一段光纖的帶寬。WDM系統采用的波長都是不同的，也就是特定标準波長，為了區别于SDH系統普通波長，有時又稱為彩色光接口，而稱普通光系統的光接口為"白色光口"或"白光口"。

通信系統的設計不同，每個波長之間的間隔寬度也有不同。按照通道間隔的不同，WDM可以細分為CWDM(稀疏波分複用)和DWDM(密集波分複用)。CWDM的信道間隔為20nm，而DWDM的信道間隔從0.2nm到1.2nm，所以相對于DWDM，CWDM稱為稀疏波分複用技術。

特點

(1)超大容量傳輸。

由于WDM系統的複用光通路速率可以為2.5Gbit/s、10Gbit/s等，而複用光通路的數量可以是4、8、16、32，甚至更多，因此系統的傳輸容量可以達到300-400Gbit/s，甚至更大。

(2)節約光纖資源。

對于單波長系統而言，1個SDH系統就需要一對光纖；而對于WDM系統來講，不管有多少個SDH分系統，整個複用系統隻需要一對光纖。例如，對于16個2.5Gbit/s系統來說，單波長系統需要32根光纖，而WDM系統僅需要兩根光纖。

(3)各信道透明傳輸，平滑升級、擴容。

隻要增加複用信道數量和設備就可以增加系統的傳輸容量以實現擴容，WDM系統的各複用信道是彼此相互獨立的，所以各信道可以分别透明地傳送不同的業務信号，如語音、數據和圖像等，彼此互不幹擾，這給使用者帶來了極大的便利。

(4)利用EDFA實現超長距離傳輸。

EDFA具有高增益、寬帶寬、低噪聲等優點，且其光放大範圍為1530(1565nm，但其增益曲線比較平坦的部分是1540(1560nm)它幾乎可以複蓋WDM系統的1550nm的工作波長範圍。所以用一個帶寬很寬的EDFA就可以對WDM系統的各複用光通路信号同時進行放大，以實現系統的超長距離傳輸，并避免了每個光傳輸系統都需要一個光放大器的情況。WDM系統的超長傳輸距離可達數百公裡同時節省大量中繼設備，降低成本。

(5)提高系統的可靠性。

由于WDM系統大多數是光電器件，而光電器件的可靠性很高，因此系統的可靠性也可以保證。

(6)可組成全光網絡。

全光網絡是未來光纖傳送網的發展方向。在全光網絡中，各種業務的上下、交叉連接等都是在光路上通過對光信号進行調度來實現的，從而消除了E/O轉換中電子器件的瓶頸。WDM系統可以和OADM、OXC混合使用，以組成具有高度靈活性、高可靠性、高生存性的全光網絡，以适應帶寬傳送網的發展需要。

優勢

DWDM的一個關鍵優點是它的協議和傳輸速度是不相關的。基于DWDM的網絡可以采用IP協議、ATM、SONET/SDH、以太網協議來傳輸數據，處理的數據流量在100Mb/s和2.5Gb/s之間，這樣，基于DWDM的網絡可以在一個激光信道上以不同的速度傳輸不同類型的數據流量。從QoS（質量服務）的觀點看，基于DWDM的網絡以低成本的方式來快速響應客戶的帶寬需求和協議改變。科技在日益更新，在國家幹線，省級幹線以及市級幹線用1600G，800G以及400G的也比比皆是。拿1600G為例：理論上，在光纜完全具備的情況下，一根光纖能走160條10G業務。大大提高了光纖利用率。當然對光纜的要求也很高，理論值和實際值是有偏差的，實際應用中為了避免故障率很少在同一根光纖上用百個信道的業務。

體系結構

Win32設備驅動程序體系結構

現狀

由于需要支持新的業務和新的PC外部設備類型對驅動程序開發造成了新的挑戰。新型總線增加了設備的數量和對設備驅動程序的需求。設備上各種功能的不斷增加使驅動程序的開發變得越來越複雜。同時，快速反應的交互式應用程序要求将軟件和硬件緊密的結合在一起。1997年，在用于Windows95和WindowsNT的統一的Win32驅動程序模型（WDM）有了進一步的發展，将這些因素全部考慮在内。WDM允許使用一個單一的驅動程序源（x86二進制）來同時在Windows95和WindowsNT中實現對新的總線和新設備的支持。

目标

WDM的關鍵目标是通過提供一種靈活的方式來簡化驅動程序的開發，使在實現對新硬件支持的基礎上減少并降低所必須開發的驅動程序的數量和複雜性。WDM還必須為即插即用和設備的電源管理提供一個通用的框架結構。WDM是實現對新型設備的簡便支持和方便使用的關鍵組件。

為了實現這些目标，WDM隻能以WindowsNTI/O子系統提供的一組通用服務為基礎。WDM改進了由一組核心擴展構成的功能實現對即插即用、設備電源管理、和快速反應I/O流的支持。除了通用的平台服務和擴展外，WDM還實現了一個模塊化的、分層次類型的微型驅動程序結構。類型驅動程序實現了支持通用總線、協議、或設備類所需的功能性接口。類驅動程序的一般特性是為邏輯設備的命令設置、協議、和代碼重用所需的總線接口實現标準化提供必要的條件。WDM對标準類接口的支持減少了Windows95和WindowsNT所需的設備驅動程序的數量和複雜性。

系統應用

WDM服務使實現一個用于WindowsNT和Windows95快速反應的模型成為可能。WDM提供了多個執行優先級包括核心态和非核心态線程、IRQ級别、和被延緩的程序調用（DPC）。所有的WDM類和微型驅動程序都作為核心态（第0層）的特權級線程（不會被CPU調度程序中斷）執行。32個IRQ級可以被用于區分硬件中斷服務的優先級。對于每個中斷，DPC被排入隊列等到被啟用中斷的IRQ服務例程完成後再執行。DPCs通過有效的減少中斷被禁止的時間，使系統對中斷的響應獲得了很大的提高。對于使用多處理器的基于x86的PC系統，在WindowsNT下對中斷的支持是以Intel的多處理器規範1.4版本為基礎的。

軟件應用

對于需要活動的多媒體的應用程序，WDM在核心态提供了快速反應的接口來處理I/O流。WDM的流接口是通過标準的WDM類接口提供出的。對于WDM，一個多媒體流完全可以用一個或多個軟件過濾器和設備驅動程序來處理。為了加速對I/O流的處理，WDM流可以直接對硬件進行訪問，避免了由于進行非核心态和核心态之間的轉換而造成的延遲，并且還省取了對中間I/O緩沖區的需要。

要充分利用WDM提供的優點，建議你使用即插即用兼容的電源管理輸入、聲音、圖形、和使用USB和IEEE1394的存儲外圍設備。

WDM驅動程序可以在WindowsNT上與現有的WindowsNT驅動程序共存，也可以在Windows95上與現有的Windows95驅動程序共存。現有的WindowsNT和Windows95驅動程序将繼續被支持，但是卻不能使用WDM的先進優點。由微軟提供的可擴展的WDM類驅動程序是支持新設備的最好選擇。在開始開發一個新的WDM類驅動程序之前，硬件開發者應當請教微軟公司以取得對特定設備類的支持信息。一旦有可能，就采用僅編寫一次類驅動程序，然後通過使用WDM的微型驅動程序來将其擴展成針對特定硬件接口的驅動程序的方法。