WDM/DWDM技術(shù),什么是WDM/DWDM技術(shù)

波分復(fù)用(WDM)是將兩種或多種不同波長(zhǎng)的光載波信號(hào)(攜帶各種信息)在發(fā)送端經(jīng)復(fù)用器(亦稱合波器，Multiplexer)匯合在一起，并耦合到光線路的同一根光纖中進(jìn)行傳輸?shù)募夹g(shù)；在接收端，經(jīng)解復(fù)用器(亦稱分波器或稱去復(fù)用器，Demultiplexer)將各種波長(zhǎng)的光載波分離，然后由光接收機(jī)作進(jìn)一步處理以恢復(fù)原信號(hào)。這種在同一根光纖中同時(shí)傳輸兩個(gè)或眾多不同波長(zhǎng)光信號(hào)的技術(shù),稱為波分復(fù)用。

WDM本質(zhì)上是光域上的頻分復(fù)用FDM技術(shù)。每個(gè)波長(zhǎng)通路通過頻域的分割實(shí)現(xiàn)，每個(gè)波長(zhǎng)通路占用一段光纖的帶寬。WDM系統(tǒng)采用的波長(zhǎng)都是不同的，也就是特定標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)，為了區(qū)別于SDH系統(tǒng)普通波長(zhǎng)，有時(shí)又稱為彩色光接口，而稱普通光系統(tǒng)的光接口為"白色光口"或"白光口"。

通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不同，每個(gè)波長(zhǎng)之間的間隔寬度也有不同。按照通道間隔的不同，WDM可以細(xì)分為CWDM(稀疏波分復(fù)用)和DWDM(密集波分復(fù)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(duì)于DWDM，CWDM稱為稀疏波分復(fù)用技術(shù)。

DWDM簡(jiǎn)介

要了解DWDM以前，我們先由認(rèn)識(shí)WDM是什么開始。WDM（Wavelength-Division Multi- plexing，多工分波器）是個(gè)能將一個(gè)（組）波長(zhǎng)分成許多個(gè)波長(zhǎng)的分波器，而所謂的分波器就如同大家所熟知的三棱鏡一樣，它可以把射入棱鏡的白光（一組波長(zhǎng)）分成七色光（七種波長(zhǎng)）。在最早的光通迅中，一條光纖僅設(shè)計(jì)給一個(gè)特定波長(zhǎng)的光傳遞，由于WDM技術(shù)的開發(fā)，使一條光纖可以由傳遞一個(gè)訊號(hào)變成傳遞多個(gè)訊號(hào)，在相同的鋪設(shè)成本下，將光纖的使用率提高數(shù)倍，故WDM的觀念在光纖用于通迅后不久便被提出。但是經(jīng)WDM分波之后，每個(gè)波段分到的能量都太小，完全無法用于光纖訊號(hào)傳送。直到1994年，可適用于WDM的放大器摻鉺放大器（Erbium-Doped Fiber Amplifier，EDFA）成功商用化之后，WDM的使用才被業(yè)界注意。由于WDM實(shí)現(xiàn)了技術(shù)的提升，一個(gè)WDM可將一個(gè)光源分出越來越多的波長(zhǎng)（或稱信道，channels），所以為了區(qū)別起見，能分出較少波長(zhǎng)者稱作CWDM（Coarse WDM），分出波長(zhǎng)密度較高者稱作DWDM（Dense WDM）。

DWDM元件

DWDM就如同字面上的意思一樣，是一個(gè)分出波長(zhǎng)密度相對(duì)WDM較高的多工分波器，當(dāng)前在光通迅界常用的DWDM大多是在1530～1565nm的波段中，分出32個(gè)或更多的波長(zhǎng)。在當(dāng)前市售的DWDM中，阿爾卡特（Alcatel）已推出能分出256信道的DWDM，朗訊（Lucent）所屬的貝爾實(shí)驗(yàn)室也已經(jīng)研發(fā)出1022信道的DWDM。

能將光以數(shù)個(gè)波長(zhǎng)分出的元件就是DWDM元件，當(dāng)前實(shí)現(xiàn)DWDM的方式有三種，分別是：薄膜濾光片（Thin Film Filter，TFF）、光纖波導(dǎo)（Array WaveGuide，AWG）、以及光纖光柵（Fiber Bragg Gratting，F(xiàn)BG）。根據(jù)富士總研2000年的調(diào)查，目前DWDM濾波元件市場(chǎng)中，三種技術(shù)的元件銷售數(shù)量比重分別為：TFF 96％、FBG 3％和AWG 1％。但若以DWDM濾波模塊市場(chǎng)來說，三種技術(shù)銷售數(shù)量比重分別為：TFF 86％、FBG 6％和AWG 8％。雖然從銷售比重上可看出采TFF實(shí)現(xiàn)方式的DWDM是當(dāng)前市場(chǎng)的主流產(chǎn)品，不過由于TFF在規(guī)格進(jìn)一步提升上有一定的困難，所以AWG及FBG實(shí)現(xiàn)方式也越來越受市場(chǎng)重視。

TFF的原理是采鍍膜的方式，以氣相沉積的原理，將所需膜層一層層鍍?cè)诒∑桨宀ＡВㄈ鏞hara WMS-02）上，當(dāng)光線通過不同種的濾波片后，不同的波長(zhǎng)便被分別濾出，達(dá)到分波的效果。以此種實(shí)現(xiàn)方式生產(chǎn)的DWDM對(duì)環(huán)境的要求較小，因此易于投入商用化；不過在信道數(shù)目的提升上，TTF則因膜層數(shù)的等比增加而不易實(shí)現(xiàn)，所以TFF常用于16信道以下的DWDM實(shí)現(xiàn)。

AWG是在矽晶圓上沉積二氧化矽膜層，續(xù)以微影制程及反應(yīng)式離子蝕刻法定義出數(shù)組波導(dǎo)，最后加上保護(hù)層即可制成；AWG原理是利用波導(dǎo)的物理特性將不同波長(zhǎng)的波分出，這種技術(shù)能一次分出較多信道，不過波導(dǎo)易受溫度等環(huán)境的影響，在大量商業(yè)化前需較好的絕熱封裝，這也是光纖波導(dǎo)最困難的技術(shù)障礙。

FBG是以紫外線照射光纖，使光纖絲中的部分材質(zhì)變化成近似布拉格繞射光柵，利用光學(xué)繞射的特性將不同波長(zhǎng)的波分出；FBG雖為以上三種制成方法中技術(shù)中成本最低、光學(xué)色散損失最小、也是大部分業(yè)者在技術(shù)上有機(jī)會(huì)切入的制程，但因?qū)崿F(xiàn)方式的技術(shù)專利權(quán)屬于加拿大UTC與CRC兩家公司所有，廠商須花費(fèi)60萬美金取得授權(quán)，且量產(chǎn)后每個(gè)元件還需給付售價(jià)2.5％的權(quán)利金，因此目前廠商對(duì)開發(fā)光纖光柵技術(shù)并不積極。

DWDM系統(tǒng)

DWDM系統(tǒng)一般包含兩類：一類是DWDM分波前后所須的元件，如EDFA、Mux／DeMux（Multiplexer／DeMultiplexer，合波／分波多工器）便屬此類；一類是DWDM的應(yīng)用，如OADM（Optical Add／Drop Multiplexer，光塞取多工器）、OXC（Optical Cross Connects，光交換鏈接器）。

EDFA是DWDM系統(tǒng)中最重要的元件之一。以32信道的DWDM為例，光源經(jīng)此DWDM后每信道的光能大約是原光源能量的1％，所以不需經(jīng)光電轉(zhuǎn)換便可放大光能量的EDFA對(duì)DWDM來說，是一個(gè)絕對(duì)必要的元件。在EDFA的制造上是以常規(guī)石英系光纖為母材摻進(jìn)鉺離子，由于鉺離子的摻入，提供了一個(gè)1550nm的能帶，使得原本的訊號(hào)和高功率泵激激光（pumping laser，波長(zhǎng)980nm或1480nm，功率10～1500mW）得以提高光訊號(hào)的強(qiáng)度，而不需將光訊號(hào)轉(zhuǎn)成電訊號(hào)后才得以放大。

Mux／DeMux是DWDM系統(tǒng)使用中不可或缺的兩種元件。DWDM使光導(dǎo)纖維網(wǎng)絡(luò)能同時(shí)傳送數(shù)個(gè)波長(zhǎng)的訊號(hào)，而Mux則是負(fù)責(zé)將數(shù)個(gè)波長(zhǎng)匯集至一起的元件；DeMux則是負(fù)責(zé)將匯集至一起的波長(zhǎng)分開的元件。當(dāng)前Mux／DeMux的開發(fā)較不受重視，且一般能生產(chǎn)DWDM元件的廠商也多具備生產(chǎn)能力。但未來Mux／DeMux將朝向多信道數(shù)及高速開發(fā)以外，推測(cè)也會(huì)陸續(xù)朝包含衰減器、加／解密等增加追加價(jià)值的方向開發(fā)。

OADM是DWDM系統(tǒng)中一個(gè)重要的應(yīng)用元件，其作用是在一個(gè)光導(dǎo)纖維傳送網(wǎng)絡(luò)中塞入／取出（Add-Drop）多個(gè)波長(zhǎng)信道；置OADM于網(wǎng)絡(luò)的結(jié)點(diǎn)處，以控制不同波長(zhǎng)信道的光訊號(hào)傳至適當(dāng)?shù)奈恢谩Ｈ耄〕霾ǖ拦潭ǖ腛ADM已進(jìn)入量產(chǎn)，不過可藉由外部命令控制塞入／取出波道的OADM仍在開發(fā)中。

OXC是下一代光通迅的路由交換機(jī)，用在因DWDM而生成的多波道數(shù)據(jù)路由及線路調(diào)度，其功能包含網(wǎng)絡(luò)的路由器及電信的交換機(jī)。OXC設(shè)置于網(wǎng)絡(luò)上重要的匯接點(diǎn)，匯集各方不同波長(zhǎng)的輸入，再將各訊號(hào)以適當(dāng)?shù)牟ㄩL(zhǎng)輸送至合適的光導(dǎo)纖維中。它可提供光導(dǎo)纖維切換（Fiber switching，連接不同光導(dǎo)纖維，波長(zhǎng)不轉(zhuǎn)換）、波長(zhǎng)切換 （Wavelength switching，連接不同光導(dǎo)纖維，波長(zhǎng)經(jīng)轉(zhuǎn)換）、及波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換（Wavelength conversion，輸出至同一光導(dǎo)纖維，波長(zhǎng)經(jīng)轉(zhuǎn)換）三種切換功能。OXC并提供路由恢復(fù)、波長(zhǎng)管理、及話務(wù)彈性調(diào)度，準(zhǔn)備在下一代IP Over DWDM的電信／網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中，直接以光訊號(hào)傳送替換現(xiàn)有的電訊號(hào)交換／路由的地位。

DWDM相關(guān)設(shè)備

目前DWDM 的相關(guān)設(shè)備有下列幾種：

(1) 光放大器，(2) DWDM 終端機(jī)，(3) 光塞取多工機(jī)，(4) 光交接機(jī)。 茲將DWDM 相關(guān)設(shè)備之主要功能敘述如下：

光放大器

具有光信號(hào)格式與位元速率之透通性，運(yùn)作于1550 nm區(qū)域有相當(dāng)高之增益、高光輸出功率及低雜訊指數(shù)，光放大器依據(jù)不同應(yīng)用有下列三種：

光功率放大器 (Booster Amplifier, BA) 光前置放大器 (Pre-Amplifier, PA) 光線路放大器 (Line Amplifier, LA)

目前應(yīng)用于多波長(zhǎng)DWDM系統(tǒng)之光放大器大部分是摻鉺光纖放大器(Erbium-Doped Fiber Amplifier, EDFA)其主要組成包含一段摻鉺光纖、幫浦雷射(Pump Laser)及DWDM組件(用來混合傳輸光信號(hào)及幫浦光輸出)。EDFA直接放大1550 nm區(qū)域無需使用電子式再生器，可在相當(dāng)大之波長(zhǎng)范圍內(nèi)提供平坦增益，亦即單一EDFA能同時(shí)提供多個(gè)波長(zhǎng)通路之增益,已取代大部分之再生器應(yīng)用，成為長(zhǎng)途光纖網(wǎng)路之構(gòu)成部分。

DWDM 終端機(jī)

DWDM 終端機(jī)配合光放大器可應(yīng)用于光傳輸網(wǎng)路 ,在傳送端可接受多個(gè)波長(zhǎng)之光信號(hào)輸入，并轉(zhuǎn)換成符合ITU-T G.692固定波長(zhǎng)之光信號(hào)，經(jīng)多工混合、光放大后傳至光傳送網(wǎng)路，在接收端可接收來自光傳送網(wǎng)路之信號(hào)，經(jīng)光前置放大、解多工、及光濾波器后輸出。

DWDM 終端機(jī)有下列兩種型式：

(1) 開放式系統(tǒng)(Open System)：通常稱為轉(zhuǎn)頻式(transponder-based) DWDM，在SDH及DWDM設(shè)備間有轉(zhuǎn)頻器，可介接不同廠家的SDH設(shè)備。 (2) 整合式系統(tǒng)(Integrated System)：通常稱為被動(dòng)式(passived) DWDM，SDH設(shè)備已具有ITU-T G.692之介面功能。 開放式系統(tǒng)和整合式系統(tǒng)之優(yōu)缺點(diǎn)之比較如表1 所示

表1開放式系統(tǒng)和整合式系統(tǒng)之比較

光塞取多工機(jī) (Optical Add-Drop Multiplexer, OADM)

STM-64的多工對(duì)于支流信號(hào)(Tributary)的頻率與格式，通常都有一定的限制，而DWDM的多工幾乎完全不設(shè)限，PDH、ATM、SDH、及IP等任何信號(hào)格式皆可輸入，增加網(wǎng)路傳輸之彈性。若未來光塞取多工機(jī) (Optical Add-Drop Multiplexer ,OADM)及光交接機(jī)(Optical Cross-Connect, OXC)的問世，可直接以光波長(zhǎng)為交接單位，免除O/E/O的轉(zhuǎn)換步驟，可提升網(wǎng)路調(diào)度的效率。在解決與日俱增的用戶頻寬需求及提升網(wǎng)路容量之方案中，DWDM在技術(shù)上提供了不同之選擇。