WDM/DWDM技術,什么是WDM/DWDM技術

波分復用(WDM)是將兩種或多種不同波長的光載波信號(攜帶各種信息)在發送端經復用器(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行傳輸的技術；在接收端，經解復用器(亦稱分波器或稱去復用器，Demultiplexer)將各種波長的光載波分離，然后由光接收機作進一步處理以恢復原信號。這種在同一根光纖中同時傳輸兩個或眾多不同波長光信號的技術,稱為波分復用。

WDM本質上是光域上的頻分復用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，也就是特定標準波長，為了區別于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(稀疏波分復用)和DWDM(密集波分復用)。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稱為稀疏波分復用技術。

DWDM簡介

要了解DWDM以前，我們先由認識WDM是什么開始。WDM（Wavelength-Division Multi- plexing，多工分波器）是個能將一個（組）波長分成許多個波長的分波器，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）分成七色光（七種波長）。在最早的光通迅中，一條光纖僅設計給一個特定波長的光傳遞，由于WDM技術的開發，使一條光纖可以由傳遞一個訊號變成傳遞多個訊號，在相同的鋪設成本下，將光纖的使用率提高數倍，故WDM的觀念在光纖用于通迅后不久便被提出。但是經WDM分波之后，每個波段分到的能量都太小，完全無法用于光纖訊號傳送。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的使用才被業界注意。由于WDM實現了技術的提升，一個WDM可將一個光源分出越來越多的波長（或稱信道，channels），所以為了區別起見，能分出較少波長者稱作CWDM（Coarse WDM），分出波長密度較高者稱作DWDM（Dense WDM）。

DWDM元件

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

能將光以數個波長分出的元件就是DWDM元件，當前實現DWDM的方式有三種，分別是：薄膜濾光片（Thin Film Filter，TFF）、光纖波導（Array WaveGuide，AWG）、以及光纖光柵（Fiber Bragg Gratting，FBG）。根據富士總研2000年的調查，目前DWDM濾波元件市場中，三種技術的元件銷售數量比重分別為：TFF 96％、FBG 3％和AWG 1％。但若以DWDM濾波模塊市場來說，三種技術銷售數量比重分別為：TFF 86％、FBG 6％和AWG 8％。雖然從銷售比重上可看出采TFF實現方式的DWDM是當前市場的主流產品，不過由于TFF在規格進一步提升上有一定的困難，所以AWG及FBG實現方式也越來越受市場重視。

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在薄平板玻璃（如Ohara WMS-02）上，當光線通過不同種的濾波片后，不同的波長便被分別濾出，達到分波的效果。以此種實現方式生產的DWDM對環境的要求較小，因此易于投入商用化；不過在信道數目的提升上，TTF則因膜層數的等比增加而不易實現，所以TFF常用于16信道以下的DWDM實現。

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

FBG是以紫外線照射光纖，使光纖絲中的部分材質變化成近似布拉格繞射光柵，利用光學繞射的特性將不同波長的波分出；FBG雖為以上三種制成方法中技術中成本最低、光學色散損失最小、也是大部分業者在技術上有機會切入的制程，但因實現方式的技術專利權屬于加拿大UTC與CRC兩家公司所有，廠商須花費60萬美金取得授權，且量產后每個元件還需給付售價2.5％的權利金，因此目前廠商對開發光纖光柵技術并不積極。

DWDM系統

DWDM系統一般包含兩類：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系統中最重要的元件之一。以32信道的DWDM為例，光源經此DWDM后每信道的光能大約是原光源能量的1％，所以不需經光電轉換便可放大光能量的EDFA對DWDM來說，是一個絕對必要的元件。在EDFA的制造上是以常規石英系光纖為母材摻進鉺離子，由于鉺離子的摻入，提供了一個1550nm的能帶，使得原本的訊號和高功率泵激激光（pumping laser，波長980nm或1480nm，功率10～1500mW）得以提高光訊號的強度，而不需將光訊號轉成電訊號后才得以放大。

Mux／DeMux是DWDM系統使用中不可或缺的兩種元件。DWDM使光導纖維網絡能同時傳送數個波長的訊號，而Mux則是負責將數個波長匯集至一起的元件；DeMux則是負責將匯集至一起的波長分開的元件。當前Mux／DeMux的開發較不受重視，且一般能生產DWDM元件的廠商也多具備生產能力。但未來Mux／DeMux將朝向多信道數及高速開發以外，推測也會陸續朝包含衰減器、加／解密等增加追加價值的方向開發。

OADM是DWDM系統中一個重要的應用元件，其作用是在一個光導纖維傳送網絡中塞入／取出（Add-Drop）多個波長信道；置OADM于網絡的結點處，以控制不同波長信道的光訊號傳至適當的位置。塞入／取出波道固定的OADM已進入量產，不過可藉由外部命令控制塞入／取出波道的OADM仍在開發中。

OXC是下一代光通迅的路由交換機，用在因DWDM而生成的多波道數據路由及線路調度，其功能包含網絡的路由器及電信的交換機。OXC設置于網絡上重要的匯接點，匯集各方不同波長的輸入，再將各訊號以適當的波長輸送至合適的光導纖維中。它可提供光導纖維切換（Fiber switching，連接不同光導纖維，波長不轉換）、波長切換 （Wavelength switching，連接不同光導纖維，波長經轉換）、及波長轉換（Wavelength conversion，輸出至同一光導纖維，波長經轉換）三種切換功能。OXC并提供路由恢復、波長管理、及話務彈性調度，準備在下一代IP Over DWDM的電信／網絡體系結構中，直接以光訊號傳送替換現有的電訊號交換／路由的地位。

DWDM相關設備

目前DWDM 的相關設備有下列幾種：

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

光放大器

具有光信號格式與位元速率之透通性，運作于1550 nm區域有相當高之增益、高光輸出功率及低雜訊指數，光放大器依據不同應用有下列三種：

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)

目前應用于多波長DWDM系統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及幫浦光輸出)。EDFA直接放大1550 nm區域無需使用電子式再生器，可在相當大之波長范圍內提供平坦增益，亦即單一EDFA能同時提供多個波長通路之增益,已取代大部分之再生器應用，成為長途光纖網路之構成部分。

DWDM 終端機

DWDM 終端機配合光放大器可應用于光傳輸網路 ,在傳送端可接受多個波長之光信號輸入，并轉換成符合ITU-T G.692固定波長之光信號，經多工混合、光放大后傳至光傳送網路，在接收端可接收來自光傳送網路之信號，經光前置放大、解多工、及光濾波器后輸出。

DWDM 終端機有下列兩種型式：

(1) 開放式系統(Open System)：通常稱為轉頻式(transponder-based) DWDM，在SDH及DWDM設備間有轉頻器，可介接不同廠家的SDH設備。 (2) 整合式系統(Integrated System)：通常稱為被動式(passived) DWDM，SDH設備已具有ITU-T G.692之介面功能。 開放式系統和整合式系統之優缺點之比較如表1 所示

表1開放式系統和整合式系統之比較

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

STM-64的多工對于支流信號(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限，PDH、ATM、SDH、及IP等任何信號格式皆可輸入，增加網路傳輸之彈性。若未來光塞取多工機 (Optical Add-Drop Multiplexer ,OADM)及光交接機(Optical Cross-Connect, OXC)的問世，可直接以光波長為交接單位，免除O/E/O的轉換步驟，可提升網路調度的效率。在解決與日俱增的用戶頻寬需求及提升網路容量之方案中，DWDM在技術上提供了不同之選擇。