DWDM入门简介
发布时间：2008-12-02 10:10:41 热度：3653
1.简介
随着快速网际接取(Internet Access)、视讯(Video)等电信服务之宽频化，使主干(Backbone)网路之传输容量亦须随之提升。目前，商用SDH STM-16 (2.5 Gb/s)系统，在未来将有容量匮乏之虞，因此不少厂家企图将SDH传输系统容量提升至10 Gb/s (STM-64)，若要将SDH传输系统容量再提升至40 Gb/s(STM-256)，仍有待半导体技术之突破。近几年来由于半导体雷射、光放大器、光滤波器等光元件技术日趋成熟，使得DWDM技术蓬勃发展，DWDM除了避开高速TDM传输带来的问题外也改善现有光纤缺乏现象，并提供大容量、多样化之宽频服务，可使网路经营者在有效成本下，将传输频宽提升至16、32、64甚至128倍。这些技术之发展，将主导主干网路架构之未来趋势。
高密度分波多工 ( Dense Wavelength Division Multiplexing，DWDM ) 之示意架构如图1所示，传送端可结合n个波长之光信号在同一条光纤上传送，网路之传输容量可大为增加。
图1 高密度多工示意架构图
2. DWDM的好处
2.1 电网路演进至光网路
DWDM技术奠定了由电网路演进至光网路之基础，传统的电网路(Electronic Networking) 无法直接在光层(Optical Layer)进行多工(multiplexing)、切换(switching)、或路由改接(routing)等动作，在网路节点需使用光电转换设备将光信号转换为电信号再将电信号转回光信号，如此一来总体传输速率会因使用光电转换设备而受到限制，无法将光纤与生俱来无限频宽的潜力好好发挥。
以DWDM为机制之光网路可直接在光层作信号之运作来解决上述问题，因此克服了传统传输瓶颈而带来了”Virtual fibre”的观念，将既有光纤作最有效率的利用。
2.2 网路多样化的服务
DWDM和传送速率(Bite Rate)及规约(Protocols)无关，也就是说可提供和服务形式完全无关的传送网路，例如:一个对传送速率及规约完全透通(Transparent)的DWDM网路可和ATM、IP、SDH等信号介接，提供网路多样化的服务。
2.3 降低成本、提升服务品质
由于在光层进行信号的指配或调度，相较于传统上在电层的频宽调度来的更简单而有效率，可减少费用支出。另外在网路上光纤被切断(cable cut)或光信号故障时，可在光层进行信号保护切换或网路路由回复 (Restoration)的动作，相对于传统上在电层作回复的动作其切换时间较短，使网路之可用度(availability)提高而改善服务品质。
2.4 提升传输距离及增加网路容量
高速之STM-64 TDM (Time Division Multiplexing) 传输上的最大问题在于光纤的分散(Dispersion) 现象严重，对于传送之光信号会产生劣化效应，因此，若不使用电子式再生器或其他补偿技巧 ，理论上STM-64信号可在G.652光纤内传送约60公里。若以8个波长的DWDM技术传送，每个波长为2.5Gb/s之信号，其传输容量可为20 Gb/s，其传输距离可达600公里以上而不需电子式再生器，而需要光放大器。
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。
3. 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：
3.1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。
3.2 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
3.3光塞取多工机 (Optical Add-Drop Multiplexer, OADM)
ＸＸ光塞取多工机 (Optical Add-Drop Multiplexer ,OADM)，可以在一个光传输网路之中间站塞入或取出个别的波长通道。一般而言，它是置于两个DWDM终端机之间来代替某一光放大器，目前大部份厂家已研制出固定型光塞取多工机，它对于要塞入或取出的波道必须事先设定，至于另一种称为可任意设定之光塞取多工机，则可藉由外部指令对于要塞入或取出的波道作任意的指配。
3.4 光交接机(Optical Cross-Connect, OXC)
在电信网路中使用于DWDM波长愈来愈多时，对于这些波道须作弹性之调度或路由之改接，此时必须藉由光交接机 ，来完成此项功能，通常它可置于网路上重要的汇接点，在其输入端可接收不同波长信号，经由光交接机将它们指配到任一输出端，光交接机在连接至DWDM光纤时有以下三种切换方式：
(1) 光纤切换 (Fiber switching)：可连接任一输入光纤到任一输出光纤，但不会改变光纤内之波长。
(2) 波长切换 (Wavelength switching)：同一输入光纤内之多个波长，可分别交接至不同输出光纤，较有弹性。
(3) 波长转换 (Wavelength conversion)：不同输入光纤内之相同波长，经转换后可以不同波长汇入同一输出光纤。
光交接机可提供下列几种应用:
(1) 路由回复
在光纤被切断(Cable Cut)或话务雍塞时，对于网路上正在运作的波道可提供自动保护切换功能，尤其对于与日俱增的数据话务(如IP/WDM)将益形重要，因为IP/WDM它没有在SDH这层作保护。
(2) 波长管理
在网路中对于DWDM系统中之多种波长可作任意交接或指配，例如:可将部份波长租给特定客户或其它的网路业者。
(3) 话务之调度和集中
可将类别相同之话务集中一起送至某指定目的地，或将多路只有部份装满之话务务集中一起传送，以提高光纤之利用率，让网路调度更有弹性及效率。
3. 标准制定团体
3.1光网路标准制定团体
(1) 国际电信联合会(ITU)
ITU有两个工作小组和光网路标准订定有关，一是Study Group 13，另一个是Study Group 15。Study Group 13主要工作是光网路一般架构标准之研拟，Study Group 15是著重在光网路传输系统及相关设备规格之研拟。
(2) 欧洲电信标准协会(ETSI)
ETSI主要在SDH及DWDM标准研拟，并和ITU-T保持密切联络。
(3) 美国国家标准协会(ANSI)
在ANSI中的T1工作小组负责北美地区DWDM规格之拟定， ANSI有三个小组和光网路标准有关，其中T1X1小组著重网路架构、功能需求及各营运者间介面规格草拟，T1M1小组著重于网路管理，尤其是一般性的讯息模式(Information Modeling)及网路性能监视(Performance Monitoring) 规格草拟，T1A1小组是著重在光传输层性能参数之检验。
3.2光网路标准制定之预定进度
(1) 初期是拟定Point-to-Point DWDM 系统标准，已在1998年底前完成
(2) 中期是拟定光塞取多工机及光交接系统标准，预计在2000年中旬完成。
(3) 后期包括对光网路存活率(Survivability)及保护架构作更明确、更严谨的定义，此项工作预计在2000年以后完成
3.3 光网路之各项标准草案
ITU-T 的Study Group 15及Study Group 13 目前正进行各项标准草案之研拟，包括下列各项标准草案：
(1) 已完成之光网路标准草案有：
＊G.681：包含光多工器.、光放大器之局间和长途光系统之功能特性。
＊G.691：包含光放大器和STM-64介面的单通道SDH系统之光介面。
＊G.692：包含光放大器之多通道系统之光介面。
(2) 正在草拟中之光网路标准草案有：
＊G.875：定义管理资讯模型
＊G.874：定义光网路管理观
＊G.798 ：定义光设备组件及子系统
＊G.872 ： 定义光网路架构
＊G.709 ：定义光网路节点介面
＊G.959.1：定义网路元件之实体层介面
7.常见问题：
问题一：WDM与DWDM有不同？
回答一：基本上尚无一个严谨的定义，但是一般认为，波道间距 (channel spacing)大于1nm且波道总数低于8以下，称之 为WDM系统，反之，若波道间距小于1nm且波道总数大 于8以上者，即称之为DWDM系统，现有的商用系统大 部份属于后者。
问题二：DWDM最多能传送几个波道？
回答二：DWDM到底能传送几个波道(channel)，必须考虑光纤的损 失特性及半导体雷射、光滤波器、光放大器等技术的配合，以现有的商用技术，C band(1530 ~1565nm)加L band(1565 ~1615nm)，采用ITU-T建议0.8nm波道间距，约可传送100 个波道；若采用0.4nm波道间距，则可传送200个波道。
问题三：DWDM的每个波道可载送那些信号？
回答三：理论上毫无限制 (必须配合波道间距)，但是为了有效运用 波道，现有产品以传送STM-16及STM-64信号为主，低于2.5Gb/s时，则先在transponder集缩或多工，视各厂家产架构而定，特殊应用与设计则不在此限。
问题四：DWDN系统中用何种镜片？
回答四：DWDM系统中所用镜片大致有薄膜镜片、阵列波导光栅(AWG)光纤光栅阵列、干涉光纤等，使用则视波导数而定，第一种为使用光学镀膜方式制作，第二种使用平面波导制作技术达成。
来源：国际光电产业资讯
随着快速网际接取(Internet Access)、视讯(Video)等电信服务之宽频化，使主干(Backbone)网路之传输容量亦须随之提升。目前，商用SDH STM-16 (2.5 Gb/s)系统，在未来将有容量匮乏之虞，因此不少厂家企图将SDH传输系统容量提升至10 Gb/s (STM-64)，若要将SDH传输系统容量再提升至40 Gb/s(STM-256)，仍有待半导体技术之突破。近几年来由于半导体雷射、光放大器、光滤波器等光元件技术日趋成熟，使得DWDM技术蓬勃发展，DWDM除了避开高速TDM传输带来的问题外也改善现有光纤缺乏现象，并提供大容量、多样化之宽频服务，可使网路经营者在有效成本下，将传输频宽提升至16、32、64甚至128倍。这些技术之发展，将主导主干网路架构之未来趋势。
高密度分波多工 ( Dense Wavelength Division Multiplexing，DWDM ) 之示意架构如图1所示，传送端可结合n个波长之光信号在同一条光纤上传送，网路之传输容量可大为增加。
图1 高密度多工示意架构图
2. DWDM的好处
2.1 电网路演进至光网路
DWDM技术奠定了由电网路演进至光网路之基础，传统的电网路(Electronic Networking) 无法直接在光层(Optical Layer)进行多工(multiplexing)、切换(switching)、或路由改接(routing)等动作，在网路节点需使用光电转换设备将光信号转换为电信号再将电信号转回光信号，如此一来总体传输速率会因使用光电转换设备而受到限制，无法将光纤与生俱来无限频宽的潜力好好发挥。
以DWDM为机制之光网路可直接在光层作信号之运作来解决上述问题，因此克服了传统传输瓶颈而带来了”Virtual fibre”的观念，将既有光纤作最有效率的利用。
2.2 网路多样化的服务
DWDM和传送速率(Bite Rate)及规约(Protocols)无关，也就是说可提供和服务形式完全无关的传送网路，例如:一个对传送速率及规约完全透通(Transparent)的DWDM网路可和ATM、IP、SDH等信号介接，提供网路多样化的服务。
2.3 降低成本、提升服务品质
由于在光层进行信号的指配或调度，相较于传统上在电层的频宽调度来的更简单而有效率，可减少费用支出。另外在网路上光纤被切断(cable cut)或光信号故障时，可在光层进行信号保护切换或网路路由回复 (Restoration)的动作，相对于传统上在电层作回复的动作其切换时间较短，使网路之可用度(availability)提高而改善服务品质。
2.4 提升传输距离及增加网路容量
高速之STM-64 TDM (Time Division Multiplexing) 传输上的最大问题在于光纤的分散(Dispersion) 现象严重，对于传送之光信号会产生劣化效应，因此，若不使用电子式再生器或其他补偿技巧 ，理论上STM-64信号可在G.652光纤内传送约60公里。若以8个波长的DWDM技术传送，每个波长为2.5Gb/s之信号，其传输容量可为20 Gb/s，其传输距离可达600公里以上而不需电子式再生器，而需要光放大器。
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。
3. 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：
3.1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。
3.2 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
3.3光塞取多工机 (Optical Add-Drop Multiplexer, OADM)
ＸＸ光塞取多工机 (Optical Add-Drop Multiplexer ,OADM)，可以在一个光传输网路之中间站塞入或取出个别的波长通道。一般而言，它是置于两个DWDM终端机之间来代替某一光放大器，目前大部份厂家已研制出固定型光塞取多工机，它对于要塞入或取出的波道必须事先设定，至于另一种称为可任意设定之光塞取多工机，则可藉由外部指令对于要塞入或取出的波道作任意的指配。
3.4 光交接机(Optical Cross-Connect, OXC)
在电信网路中使用于DWDM波长愈来愈多时，对于这些波道须作弹性之调度或路由之改接，此时必须藉由光交接机 ，来完成此项功能，通常它可置于网路上重要的汇接点，在其输入端可接收不同波长信号，经由光交接机将它们指配到任一输出端，光交接机在连接至DWDM光纤时有以下三种切换方式：
(1) 光纤切换 (Fiber switching)：可连接任一输入光纤到任一输出光纤，但不会改变光纤内之波长。
(2) 波长切换 (Wavelength switching)：同一输入光纤内之多个波长，可分别交接至不同输出光纤，较有弹性。
(3) 波长转换 (Wavelength conversion)：不同输入光纤内之相同波长，经转换后可以不同波长汇入同一输出光纤。
光交接机可提供下列几种应用:
(1) 路由回复
在光纤被切断(Cable Cut)或话务雍塞时，对于网路上正在运作的波道可提供自动保护切换功能，尤其对于与日俱增的数据话务(如IP/WDM)将益形重要，因为IP/WDM它没有在SDH这层作保护。
(2) 波长管理
在网路中对于DWDM系统中之多种波长可作任意交接或指配，例如:可将部份波长租给特定客户或其它的网路业者。
(3) 话务之调度和集中
可将类别相同之话务集中一起送至某指定目的地，或将多路只有部份装满之话务务集中一起传送，以提高光纤之利用率，让网路调度更有弹性及效率。
3. 标准制定团体
3.1光网路标准制定团体
(1) 国际电信联合会(ITU)
ITU有两个工作小组和光网路标准订定有关，一是Study Group 13，另一个是Study Group 15。Study Group 13主要工作是光网路一般架构标准之研拟，Study Group 15是著重在光网路传输系统及相关设备规格之研拟。
(2) 欧洲电信标准协会(ETSI)
ETSI主要在SDH及DWDM标准研拟，并和ITU-T保持密切联络。
(3) 美国国家标准协会(ANSI)
在ANSI中的T1工作小组负责北美地区DWDM规格之拟定， ANSI有三个小组和光网路标准有关，其中T1X1小组著重网路架构、功能需求及各营运者间介面规格草拟，T1M1小组著重于网路管理，尤其是一般性的讯息模式(Information Modeling)及网路性能监视(Performance Monitoring) 规格草拟，T1A1小组是著重在光传输层性能参数之检验。
3.2光网路标准制定之预定进度
(1) 初期是拟定Point-to-Point DWDM 系统标准，已在1998年底前完成
(2) 中期是拟定光塞取多工机及光交接系统标准，预计在2000年中旬完成。
(3) 后期包括对光网路存活率(Survivability)及保护架构作更明确、更严谨的定义，此项工作预计在2000年以后完成
3.3 光网路之各项标准草案
ITU-T 的Study Group 15及Study Group 13 目前正进行各项标准草案之研拟，包括下列各项标准草案：
(1) 已完成之光网路标准草案有：
＊G.681：包含光多工器.、光放大器之局间和长途光系统之功能特性。
＊G.691：包含光放大器和STM-64介面的单通道SDH系统之光介面。
＊G.692：包含光放大器之多通道系统之光介面。
(2) 正在草拟中之光网路标准草案有：
＊G.875：定义管理资讯模型
＊G.874：定义光网路管理观
＊G.798 ：定义光设备组件及子系统
＊G.872 ： 定义光网路架构
＊G.709 ：定义光网路节点介面
＊G.959.1：定义网路元件之实体层介面
7.常见问题：
问题一：WDM与DWDM有不同？
回答一：基本上尚无一个严谨的定义，但是一般认为，波道间距 (channel spacing)大于1nm且波道总数低于8以下，称之 为WDM系统，反之，若波道间距小于1nm且波道总数大 于8以上者，即称之为DWDM系统，现有的商用系统大 部份属于后者。
问题二：DWDM最多能传送几个波道？
回答二：DWDM到底能传送几个波道(channel)，必须考虑光纤的损 失特性及半导体雷射、光滤波器、光放大器等技术的配合，以现有的商用技术，C band(1530 ~1565nm)加L band(1565 ~1615nm)，采用ITU-T建议0.8nm波道间距，约可传送100 个波道；若采用0.4nm波道间距，则可传送200个波道。
问题三：DWDM的每个波道可载送那些信号？
回答三：理论上毫无限制 (必须配合波道间距)，但是为了有效运用 波道，现有产品以传送STM-16及STM-64信号为主，低于2.5Gb/s时，则先在transponder集缩或多工，视各厂家产架构而定，特殊应用与设计则不在此限。
问题四：DWDN系统中用何种镜片？
回答四：DWDM系统中所用镜片大致有薄膜镜片、阵列波导光栅(AWG)光纤光栅阵列、干涉光纤等，使用则视波导数而定，第一种为使用光学镀膜方式制作，第二种使用平面波导制作技术达成。
来源：国际光电产业资讯
