WDM/DWDM技术,什么是WDM/DWDM技术

WDM/DWDM技术,什么是WDM/DWDM技术

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。

WDM本质上是光域上的频分复用FDM技术。每个波长通路通过频域的分割实现，每个波长通路占用一段光纤的带宽。WDM系统采用的波长都是不同的，也就是特定标准波长，为了区别于SDH系统普通波长，有时又称为彩色光接口，而称普通光系统的光接口为"白色光口"或"白光口"。

通信系统的设计不同，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，所以相对于DWDM，CWDM称为稀疏波分复用技术。

DWDM简介

要了解DWDM以前，我们先由认识WDM是什么开始。WDM（Wavelength-Division Multi- plexing，多工分波器）是个能将一个（组）波长分成许多个波长的分波器，而所谓的分波器就如同大家所熟知的三棱镜一样，它可以把射入棱镜的白光（一组波长）分成七色光（七种波长）。在最早的光通迅中，一条光纤仅设计给一个特定波长的光传递，由于WDM技术的开发，使一条光纤可以由传递一个讯号变成传递多个讯号，在相同的铺设成本下，将光纤的使用率提高数倍，故WDM的观念在光纤用于通迅后不久便被提出。但是经WDM分波之后，每个波段分到的能量都太小，完全无法用于光纤讯号传送。直到1994年，可适用于WDM的放大器掺铒放大器（Erbium-Doped Fiber Amplifier，EDFA）成功商用化之后，WDM的使用才被业界注意。由于WDM实现了技术的提升，一个WDM可将一个光源分出越来越多的波长（或称信道，channels），所以为了区别起见，能分出较少波长者称作CWDM（Coarse WDM），分出波长密度较高者称作DWDM（Dense WDM）。

DWDM元件

DWDM就如同字面上的意思一样，是一个分出波长密度相对WDM较高的多工分波器，当前在光通迅界常用的DWDM大多是在1530～1565nm的波段中，分出32个或更多的波长。在当前市售的DWDM中，阿尔卡特（Alcatel）已推出能分出256信道的DWDM，朗讯（Lucent）所属的贝尔实验室也已经研发出1022信道的DWDM。

能将光以数个波长分出的元件就是DWDM元件，当前实现DWDM的方式有三种，分别是：薄膜滤光片（Thin Film Filter，TFF）、光纤波导（Array WaveGuide，AWG）、以及光纤光栅（Fiber Bragg Gratting，FBG）。根据富士总研2000年的调查，目前DWDM滤波元件市场中，三种技术的元件销售数量比重分别为：TFF 96％、FBG 3％和AWG 1％。但若以DWDM滤波模块市场来说，三种技术销售数量比重分别为：TFF 86％、FBG 6％和AWG 8％。虽然从销售比重上可看出采TFF实现方式的DWDM是当前市场的主流产品，不过由于TFF在规格进一步提升上有一定的困难，所以AWG及FBG实现方式也越来越受市场重视。

TFF的原理是采镀膜的方式，以气相沉积的原理，将所需膜层一层层镀在薄平板玻璃（如Ohara WMS-02）上，当光线通过不同种的滤波片后，不同的波长便被分别滤出，达到分波的效果。以此种实现方式生产的DWDM对环境的要求较小，因此易于投入商用化；不过在信道数目的提升上，TTF则因膜层数的等比增加而不易实现，所以TFF常用于16信道以下的DWDM实现。

AWG是在矽晶圆上沉积二氧化矽膜层，续以微影制程及反应式离子蚀刻法定义出数组波导，最后加上保护层即可制成；AWG原理是利用波导的物理特性将不同波长的波分出，这种技术能一次分出较多信道，不过波导易受温度等环境的影响，在大量商业化前需较好的绝热封装，这也是光纤波导最困难的技术障碍。

FBG是以紫外线照射光纤，使光纤丝中的部分材质变化成近似布拉格绕射光栅，利用光学绕射的特性将不同波长的波分出；FBG虽为以上三种制成方法中技术中成本最低、光学色散损失最小、也是大部分业者在技术上有机会切入的制程，但因实现方式的技术专利权属于加拿大UTC与CRC两家公司所有，厂商须花费60万美金取得授权，且量产后每个元件还需给付售价2.5％的权利金，因此目前厂商对开发光纤光栅技术并不积极。

DWDM系统

DWDM系统一般包含两类：一类是DWDM分波前后所须的元件，如EDFA、Mux／DeMux（Multiplexer／DeMultiplexer，合波／分波多工器）便属此类；一类是DWDM的应用，如OADM（Optical Add／Drop Multiplexer，光塞取多工器）、OXC（Optical Cross Connects，光交换链接器）。

EDFA是DWDM系统中最重要的元件之一。以32信道的DWDM为例，光源经此DWDM后每信道的光能大约是原光源能量的1％，所以不需经光电转换便可放大光能量的EDFA对DWDM来说，是一个绝对必要的元件。在EDFA的制造上是以常规石英系光纤为母材掺进铒离子，由于铒离子的掺入，提供了一个1550nm的能带，使得原本的讯号和高功率泵激激光（pumping laser，波长980nm或1480nm，功率10～1500mW）得以提高光讯号的强度，而不需将光讯号转成电讯号后才得以放大。

Mux／DeMux是DWDM系统使用中不可或缺的两种元件。DWDM使光导纤维网络能同时传送数个波长的讯号，而Mux则是负责将数个波长汇集至一起的元件；DeMux则是负责将汇集至一起的波长分开的元件。当前Mux／DeMux的开发较不受重视，且一般能生产DWDM元件的厂商也多具备生产能力。但未来Mux／DeMux将朝向多信道数及高速开发以外，推测也会陆续朝包含衰减器、加／解密等增加追加价值的方向开发。

OADM是DWDM系统中一个重要的应用元件，其作用是在一个光导纤维传送网络中塞入／取出（Add-Drop）多个波长信道；置OADM于网络的结点处，以控制不同波长信道的光讯号传至适当的位置。塞入／取出波道固定的OADM已进入量产，不过可藉由外部命令控制塞入／取出波道的OADM仍在开发中。

OXC是下一代光通迅的路由交换机，用在因DWDM而生成的多波道数据路由及线路调度，其功能包含网络的路由器及电信的交换机。OXC设置于网络上重要的汇接点，汇集各方不同波长的输入，再将各讯号以适当的波长输送至合适的光导纤维中。它可提供光导纤维切换（Fiber switching，连接不同光导纤维，波长不转换）、波长切换 （Wavelength switching，连接不同光导纤维，波长经转换）、及波长转换（Wavelength conversion，输出至同一光导纤维，波长经转换）三种切换功能。OXC并提供路由恢复、波长管理、及话务弹性调度，准备在下一代IP Over DWDM的电信／网络体系结构中，直接以光讯号传送替换现有的电讯号交换／路由的地位。

DWDM相关设备

目前DWDM 的相关设备有下列几种：

(1) 光放大器，(2) DWDM 终端机，(3) 光塞取多工机，(4) 光交接机。 兹将DWDM 相关设备之主要功能叙述如下：

光放大器

具有光信号格式与位元速率之透通性，运作于1550 nm区域有相当高之增益、高光输出功率及低杂讯指数，光放大器依据不同应用有下列三种：

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

目前应用于多波长DWDM系统之光放大器大部分是掺铒光纤放大器(Erbium-Doped Fiber Amplifier, EDFA)其主要组成包含一段掺铒光纤、帮浦雷射(Pump Laser)及DWDM组件(用来混合传输光信号及帮浦光输出)。EDFA直接放大1550 nm区域无需使用电子式再生器，可在相当大之波长范围内提供平坦增益，亦即单一EDFA能同时提供多个波长通路之增益,已取代大部分之再生器应用，成为长途光纤网路之构成部分。

DWDM 终端机

DWDM 终端机配合光放大器可应用于光传输网路 ,在传送端可接受多个波长之光信号输入，并转换成符合ITU-T G.692固定波长之光信号，经多工混合、光放大后传至光传送网路，在接收端可接收来自光传送网路之信号，经光前置放大、解多工、及光滤波器后输出。

DWDM 终端机有下列两种型式：

(1) 开放式系统(Open System)：通常称为转频式(transponder-based) DWDM，在SDH及DWDM设备间有转频器，可介接不同厂家的SDH设备。 (2) 整合式系统(Integrated System)：通常称为被动式(passived) DWDM，SDH设备已具有ITU-T G.692之介面功能。 开放式系统和整合式系统之优缺点之比较如表1 所示

表1开放式系统和整合式系统之比较

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

STM-64的多工对于支流信号(Tributary)的频率与格式，通常都有一定的限制，而DWDM的多工几乎完全不设限，PDH、ATM、SDH、及IP等任何信号格式皆可输入，增加网路传输之弹性。若未来光塞取多工机 (Optical Add-Drop Multiplexer ,OADM)及光交接机(Optical Cross-Connect, OXC)的问世，可直接以光波长为交接单位，免除O/E/O的转换步骤，可提升网路调度的效率。在解决与日俱增的用户频宽需求及提升网路容量之方案中，DWDM在技术上提供了不同之选择。