WDM是一种使各种光信号可以通过单根光纤传输的技术。它的原理与频分复用(FDM)基本相同。也就是说，几个信号是使用不同的载波发送的，占用了频谱的非重叠部分。对于WDM，使用的光谱带在1300或1550 nm的范围内，这是两个波长窗口，在该窗口处，光纤的信号损耗非常低。

最初，每个窗口都用于传输单个数字信号。随着分布式反馈(DFB)激光器，掺er光纤放大器(EDFA)和光电探测器等光学组件的发展，很快意识到每个传输窗口实际上可以被多个光学信号使用，每个光学传感器占据一个总波长窗口的牵引力较小。

实际上，在窗口内复用的光信号的数量仅受这些组件的精度限制。使用当前的技术，可以将100多个光通道复用到一条光纤中。该技术随后被称为密集WDM (DWDM)。

DWDM的主要优势在于其潜在的成本效益，可以将光纤带宽增加很多倍。世界各地现有的大型光纤网络可以突然使其容量成倍增加，而无需花费很长的新光纤。显然，新的DWDM设备必须连接到这些光纤。另外，可能需要光再生器。

ITU(T)正在标准化要使用的波长的数量和频率。使用的波长集不仅对于互操作性很重要，而且对于避免光信号之间的破坏性干扰也很重要。

下表给出了基于50 GHz，锚定至193.10 THz参考的最小信道间隔的标称中心频率。请注意，C值(光速)等于2.99792458 x 108 m / sec。用于在频率和波长之间转换。

ITU-T网格(在C频段内)，ITU(T)建议书G.692

网络内的DWDM

一个典型的SDH网络在每个节点的每一侧都将有两条光纤，一条将传输到其邻居，另一条将从其邻居接收。

虽然站点之间有两条光纤听起来并不算太糟糕，但实际上，即使站点之间不构成同一网络的一部分，也可能会有许多系统在运行。

仅使用上面显示的两个网络，站点C和D之间现在需要四根光纤，并且站点之间的铺设非常昂贵。这就是DWDM网络发挥作用的地方。

使用DWDM系统，站点C和D之间所需的光纤量减少为单根光纤。现代DWDM设备可以复用多达160个通道，这代表了光纤投资的巨大节省。由于DWDM设备仅适用于物理信号，因此根本不影响网络的SDH层。就SDH网络而言，SDH信号不会终止或中断。站点之间仍然存在直接连接。

DWDM网络是独立于协议的。它们传输光的波长，并且不在协议层运行。

DWDM系统可以在铺设光纤时为网络运算符节省大量资金，甚至可以在远距离传输时节省更多。使用光放大器，可以将DWDM信号传输到远距离。

放大器接收多波长DWDM信号，然后将其放大以到达下一个站点。

运算放大器会放大红色或蓝色的λ，如果放大红色的λ，则会放弃接收到的蓝色通道，反之亦然。为了在两个方向上放大，需要两种类型的放大器之一。

为了使DWDM系统以令人满意的方式工作，应均衡进入光放大器的波长。

这涉及将所有进入DWDM系统的光源设置为相似的光功率水平。未均衡的波长在传输流量时可能会显示错误。

一些制造商的DWDM设备通过测量输入通道的光功率并建议需要调整功率的通道来协助现场技术人员。

波长均衡可以通过几种方法完成。可以在光纤管理框架和DWDM耦合器之间安装可变光衰减器-工程师可以在DWDM耦合器侧调整信号。

替代地，源设备可以具有可变输出光发射机，这允许工程师通过源设备处的软件来调整光功率。

某些DWDM耦合器的每个接收通道都内置有衰减器，工程师可以在DWDM接入点调整每个通道。

当多个频率的光通过光纤时，可能会发生称为四波混合的情况。在光纤内以由原始波长的频率确定的波长/频率产生新的光波长。新波长的频率由f123 = f1 + f2-f3给出。

波长的存在会不利地影响光纤内的光信噪比，并影响波长内流量的BER。

WDM组件

WDM组件基于各种光学原理。下图给出了单个WDM链路。 DFB激光器用作发射器，每个波长一个。光多路复用器将这些信号合并到传输光纤中。光放大器用于泵浦光信号功率，以补偿系统损耗。

在接收器端，光解复用器分离每个波长，以在光链路末端将其传送到光接收器。光信号通过光ADM(OADM)添加到系统中。

这些光学设备等效于数字ADM，可沿传输路径整理和分离光信号。 OADM通常由阵列波导光栅(AWG)制成，尽管也使用了其他光学技术，例如光纤布拉格光栅。

WDM的关键组件是光开关。该设备能够将光信号从给定的输入端口切换到给定的输出端口。它等效于电子交叉开关。光开关使光网络得以构建，因此可以将给定的光信号路由到其适当的目的地。

另一个重要的光学组件是波长转换器。波长转换器是一种将给定波长的光信号转换为不同波长的另一个信号，并保持相同数字内容的设备。此功能对WDM网络很重要，因为它在跨网络路由光信号时提供了更大的灵活性。

光学运输网络

WDM网络是通过在选定的特定拓扑中连接波长交叉连接(WXC)节点而构建的。 WXC通过波长复用器和解复用器，开关和波长转换器来实现。

下图描述了通用的WXC节点体系结构。

在同一根光纤中多路复用的光信号到达光解复用器。信号被分解成几个波长载波，然后发送到一组光开关。光学开关将几个波长信号路由到一组输出中。

多路复用器，信号被多路复用并注入到输出光纤中进行传输。为了提供更多的路由灵活性，可以在光开关和输出多路复用器之间使用波长转换器。 WXC已经研究了很多年。 WXC的困难在于串扰和消光比。

波长交叉连接节点

光传输网络(OTN)是通过光路提供传输服务的WDM网络。光路径是一条高带宽管道，它以每秒几吉比特的速度传输数据。光路的速度取决于光学组件(激光，光学放大器等)的技术。目前可以达到STM-16(2488.32 Mbps)和STM-64(9953.28 Mbps)的速度。

一个OTN由WXC节点和一个管理系统组成，该系统通过监视功能(例如监视光学设备(放大器，接收器)，故障恢复等)来控制光路的建立和拆除。假设光路径的每个都提供骨干带宽容量，则它们的建立和拆除将在较长的时间范围内进行，例如数小时甚至数天。

根据要提供的传输服务，OTN的部署方式具有很大的灵活性。这种灵活性的原因之一是大多数光学组件对信号编码都是透明的。仅在需要将光信号转换回电子域的光学层的边界处，编码才有意义。

因此，在光层之上运行以支持诸如SDH，ATM，IP和帧中继之类的各种传统电子网络技术的透明光学服务在未来可能成为一种场景。

光学层进一步分为三个子层-

• 与OTN客户端连接的光通道层网络，提供光通道(OCh)。

• 光复用层网络，它将各种通道复用为单个光信号。

• 光学传输段层网络，可在光纤上传输光信号。

OTN框架格式

与使用SDH帧相似，对OCh的访问预计将通过当前定义的OC帧进行。基本帧大小对应于STM-16速度或2488.32 Mbps，它构成了基本OCh信号。下图描述了可能的OCh帧格式。

光通道框架

帧的最左区域(如下图所示)保留用于开销字节。这些字节将用于OAM＆P功能，类似于前面讨论的SDH帧的开销字节。

但是，可能会支持其他功能，例如提供深色光纤(为单个用户保留两个端点之间的波长)和基于波长的APS。保留帧的最右边区域，以对所有有效载荷数据执行前向纠错(FEC)方案。光传输层上的FEC增加了最大跨距长度，并减少了转发器的数量。可以使用里德-所罗门代码。

几个OCh将在光域中复用在一起，以形成光复用器信号(OMS)。这与将几个STM-1帧多路复用为STM-N SDH帧格式并行。可以将多个OCh进行复用以形成OMS。

光学客户端信号放置在OCh有效负载信号内。客户信号不受OCh帧格式的限制。取而代之的是，客户信号只需要是恒定比特率的数字信号。其格式也与光学层无关。

WDM环

从概念上讲，WDM环与SDH环没有太大区别。 WXC以环形拓扑互连，类似于SDH环中的SDH ADM。 SDH环和WDM环之间的主要体系结构差异源自波长交换和转换的WXC功能。

例如，这些功能可用于提供SDH技术中无与伦比的保护级别。换句话说，除了路径和线路保护之外，还可以提供波长或光路径保护。

光学APS协议与SDH APS一样复杂。可以在OCh级别或在光复用部分/光传输部分级别提供保护。某些额外的保护功能可以在SDH环中没有并行实现。例如，可以通过将来自给定波长的光信号转换为不同的波长来避免发生故障的光路(例如激光故障)，从而避免信号重新路由。

这等效于SDH中的跨度交换，不同之处在于，即使两个光纤WDM环也可以提供这种OCh保护功能。但是，在OMS层中，像SDH一样，跨度保护将需要四个光纤环。这些额外的功能无疑会在光学层APS协议中引入额外的复杂性。

WDM环启动后，需要根据要支持的流量模式建立光路。

网格WDM网络

网状WDM网络由与WDM环相同的光学组件构成。但是，网状网络中使用的协议与环网中使用的协议不同。例如，网状网络中的保护是一个更复杂的主张，WDM网状网络中的路由和波长分配问题也是如此。

网状网络很可能成为连接WDM环网的骨干基础架构。这些连接中的某些有望实现光学连接，避免光学/电子瓶颈，并提供透明性。其他人则需要将光信号转换到电子域中，以进行监视管理，并可能需要进行计费。下图描述了WDM网络。

基础设施-在此图中，显示了以下三个拓扑层-

• 接入网
• 区域网络
• 骨干网

WDM网络基础架构

SDH环和作为接入网络的无源光网络(PON)都包括在内。它们通常基于总线，或者采用星型拓扑和媒体访问控制(MAC)协议来协调用户之间的传输。在此类网络中未提供路由功能。

这些架构适用于短距离最多支持数百个用户的网络。尽管PON比WDM环便宜一些，但由于缺少有源组件和功能(如波长路由)，在PON源处必需的激光器使第一代此类设备仍比SDH环贵。至少在不久的将来，这将有利于在接入网络级别使用SDH解决方案。

骨干网包含有源光学组件，因此提供诸如波长转换和路由之类的功能。骨干网将必须以某种方式与传统传输技术(例如ATM，IP，PSTN和SDH)接口。

下图描述了整个场景。图中涉及几种类型的接口。

覆盖承载ATM / IP流量的WDM传输网络。

SDH帧封装

必须定义OCh帧，以便可以轻松完成SDH帧封装。例如，整个STM-16xc必须作为OCh有效载荷携带。如果使用基本的STM-16光信道，由于OCh开销字节，可能无法将SDH-16xc封装到STM-16光信道中。

当前正在定义OCh帧格式。下图举例说明了将SDH帧封装到OCh帧中的情况。

SDH到WDM的接口

具有物理SDH接口的WDM设备将向SDH设备传送光信号。这些接口必须与SDH技术向后兼容。因此，SDH设备不需要知道用于传输其信号的WDM技术(例如，该设备可以属于BLSR / 4环)。

在这种情况下，WXC会将最初在SDH环中使用的波长掉落并添加到光学介质中。这样，WDM和SDH层就完全解耦了，这对于WDM与SDH传统设备的互操作性是必需的。

这给光学层中的波长选择带来了额外的限制，因为如果未提供波长转换，则与SDH设备接口的最后一跳波长必须与SDH设备用于终止光路的波长相同。在SDH设备中。

WDM链接

如上表所示，尽管WDM中的恢复速度比SDH技术更快，但WDM中的故障检测速度却较慢。 WDM / SDH保护机制的更安全覆盖要求更快的WDM保护方案。或者，如果SDH客户端可以承受此类过程导致的性能下降，则可以人为地降低SDH APS的速度。

高层不必要的故障恢复可能会导致路由不稳定和流量拥塞。因此，应不惜一切代价避免这种情况。故障持久性检查可用于高层，以避免对较低层的故障做出早期反应。

OMS子层的故障恢复可以替代由光学层提供服务的SDH信号的几种实例的恢复过程。因此，可以避免潜在的大量SDH客户端在其层上启动故障恢复过程。因此，在光学OMS子层进行一次故障恢复可以节省数百人。

向全光传输网络的演进

向全光WDM网络的演进可能会逐渐发生。首先，WXC设备将连接到现有光纤。为了使传统光纤链路适合WDM技术，在光学链路中可能需要一些额外的组件(例如EDFA)。 WXC将与传统设备(例如SDH和光纤分布式数据接口(FDDI))连接。

全光透明传输网络的一个优点是，可能会发生SDH功能转移到SDH上一层(IP / ATM)或下一层(WDM)SDH的情况，从而节省了网络的可升级性和维护性。假设包括语音在内的实时流量已打包(IP / ATM)，则这种层重组可能会影响传输网络。这可能导致VC的SDH信号消失。

关键问题是如何将数据包最有效地打包到SDH中，甚至直接打包到OCh帧中。无论出现什么新的封装方法，都必须具有与IP / PPP / HDLC和ATM封装的向后兼容性。