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
光塞取多工機 (Optical Add-Drop Multiplexer, OADM)
光塞取多工機 (Optical Add-Drop Multiplexer ,OADM)，可以在一個光傳輸網路之中間站塞入或取出個別的波長通道。一般而言，它是置于兩個DWDM終端機之間來代替某一光放大器，目前大部份廠家已研制出固定型光塞取多工機，它對于要塞入或取出的波道必須事先設定，至于另一種稱為可任意設定之光塞取多工機，則可藉由外部指令對于要塞入或取出的波道作任意的指配。
光交接機(Optical Cross-Connect, OXC)
在電信網路中使用于DWDM波長愈來愈多時，對于這些波道須作彈性之調度或路由之改接，此時必須藉由光交接機 ，來完成此項功能，通常它可置于網路上重要的匯接點，在其輸入端可接收不同波長信號，經由光交接機將它們指配到任一輸出端，光交接機在連接至DWDM光纖時有以下三種切換方式：
(1) 光纖切換 (Fiber switching)：可連接任一輸入光纖到任一輸出光纖，但不會改變光纖內之波長。 (2) 波長切換 (Wavelength switching)：同一輸入光纖內之多個波長，可分別交接至不同輸出光纖，較有彈性。 (3) 波長轉換 (Wavelength conversion)：不同輸入光纖內之相同波長，經轉換后可以不同波長匯入同一輸出光纖。
光交接機可提供下列幾種應用:
(1) 路由回復 在光纖被切斷(Cable Cut)或話務雍塞時，對于網路上正在運作的波道可提供自動保護切換功能，尤其對于與日俱增的數據話務(如IP/WDM)將益形重要，因為IP/WDM它沒有在SDH這層作保護。 (2) 波長管理 在網路中對于DWDM系統中之多種波長可作任意交接或指配，例如:可將部份波長租給特定客戶或其它的網路業者。 (3) 話務之調度和集中 可將類別相同之話務集中一起送至某指定目的地，或將多路只有部份裝滿之話務務集中一起傳送，以提高光纖之利用率，讓網路調度更有彈性及效率。
DWDM的好處
(1)電網路演進至光網路 DWDM技術奠定了由電網路演進至光網路之基礎，傳統的電網路(Electronic Networking) 無法直接在光層(Optical Layer)進行多工(multiplexing)、切換(switching)、或路由改接(routing)等動作，在網路節點需使用光電轉換設備將光信號轉換為電信號再將電信號轉回光信號，如此一來總體傳輸速率會因使用光電轉換設備而受到限制，無法將光纖與生俱來無限頻寬的潛力好好發揮。
以DWDM為機制之光網路可直接在光層作信號之運作來解決上述問題，因此克服了傳統傳輸瓶頸而帶來了”Virtual fibre”的觀念，將既有光纖作最有效率的利用。
(2)網路多樣化的服務 DWDM和傳送速率(Bite Rate)及規約(Protocols)無關，也就是說可提供和服務形式完全無關的傳送網路，例如:一個對傳送速率及規約完全透通(Transparent)的DWDM網路可和ATM、IP、SDH等信號介接，提供網路多樣化的服務。
(3)降低成本、提升服務品質 由于在光層進行信號的指配或調度，相較于傳統上在電層的頻寬調度來的更簡單而有效率，可減少費用支出。另外在網路上光纖被切斷(cable cut)或光信號故障時，可在光層進行信號保護切換或網路路由回復 (Restoration)的動作，相對于傳統上在電層作回復的動作其切換時間較短，使網路之可用度(availability)提高而改善服務品質。
(4)提升傳輸距離及增加網路容量 高速之STM-64 TDM (Time Division Multiplexing) 傳輸上的最大問題在于光纖的分散(Dispersion) 現象嚴重，對于傳送之光信號會產生劣化效應，因此，若不使用電子式再生器或其他補償技巧 ，理論上STM-64信號可在G.652光纖內傳送約60公里。若以8個波長的DWDM技術傳送，每個波長為2.5Gb/s之信號，其傳輸容量可為20 Gb/s，其傳輸距離可達600公里以上而不需電子式再生器，而需要光放大器。
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。
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