DWDM入門簡介

1.簡介

隨著快速網際接取(Internet Access)、視訊(Video)等電信服務之寬頻化，使主干(Backbone)網路之傳輸容量亦須隨之提升。目前，商用SDH STM-16 (2.5 Gb/s)系統(tǒng)，在未來將有容量匱乏之虞，因此不少廠家企圖將SDH傳輸系統(tǒng)容量提升至10 Gb/s (STM-64)，若要將SDH傳輸系統(tǒng)容量再提升至40 Gb/s(STM-256)，仍有待半導體技術之突破。近幾年來由于半導體雷射、光放大器、光濾波器等光元件技術日趨成熟，使得DWDM技術蓬勃發(fā)展，DWDM除了避開高速TDM傳輸帶來的問題外也改善現有光纖缺乏現象，并提供大容量、多樣化之寬頻服務，可使網路經營者在有效成本下，將傳輸頻寬提升至16、32、64甚至128倍。這些技術之發(fā)展，將主導主干網路架構之未來趨勢。 

高密度分波多工 ( Dense Wavelength Division Multiplexing，DWDM ) 之示意架構如圖1所示，傳送端可結合n個波長之光信號在同一條光纖上傳送，網路之傳輸容量可大為增加。

圖1 高密度多工示意架構圖

2. DWDM的好處

2.1 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(tǒng)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(jié)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(fā)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(tǒng)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。

2.2 網路多樣化的服務

DWDM和傳送速率(Bite Rate)及規(guī)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(guī)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。

2.3 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(tǒng)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(tǒng)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。

2.4 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。

3. 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：

3.1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(qū)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(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。

3.2 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(tǒng)(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(tǒng)(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(tǒng)和整合式系統(tǒng)之優(yōu)缺點之比較如表1 所示

表1開放式系統(tǒng)和整合式系統(tǒng)之比較

3.3光塞取多工機 (Optical Add-Drop Multiplexer, OADM)

　�。兀毓馊�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。

3.4 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(tǒng)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(yè)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。

3. 相關標準
略

4. 標準制定團體

4.1光網路標準制定團體 

(1) 國際電信聯合會(ITU)

ITU有兩個工作小組和光網路標準訂定有關，一是Study Group 13，另一個是Study Group 15。Study Group 13主要工作是光網路一般架構標準之研擬，Study Group 15是著重在光網路傳輸系統(tǒng)及相關設備規(guī)格之研擬。

(2) 歐洲電信標準協會(ETSI)

ETSI主要在SDH及DWDM標準研擬，并和ITU-T保持密切聯絡。

(3) 美國國家標準協會(ANSI)

在ANSI中的T1工作小組負責北美地區(qū)DWDM規(guī)格之擬定， ANSI有三個小組和光網路標準有關，其中T1X1小組著重網路架構、功能需求及各營運者間介面規(guī)格草擬，T1M1小組著重于網路管理，尤其是一般性的訊息模式(Information Modeling)及網路性能監(jiān)視(Performance Monitoring) 規(guī)格草擬，T1A1小組是著重在光傳輸層性能參數之檢驗。

4.2光網路標準制定之預定進度

(1) 初期是擬定Point-to-Point DWDM 系統(tǒng)標準，已在1998年底前完成

(2) 中期是擬定光塞取多工機及光交接系統(tǒng)標準，預計在2000年中旬完成。

(3) 后期包括對光網路存活率(Survivability)及保護架構作更明確、更嚴謹的定義，此項工作預計在2000年以后完成 

4.3 光網路之各項標準草案

ITU-T 的Study Group 15及Study Group 13 目前正進行各項標準草案之研擬，包括下列各項標準草案：

(1) 已完成之光網路標準草案有：

＊G.681：包含光多工器.、光放大器之局間和長途光系統(tǒng)之功能特性。

＊G.691：包含光放大器和STM-64介面的單通道SDH系統(tǒng)之光介面。

＊G.692：包含光放大器之多通道系統(tǒng)之光介面。

(2) 正在草擬中之光網路標準草案有：

＊G.875：定義管理資訊模型

＊G.874：定義光網路管理觀

＊G.798 ：定義光設備組件及子系統(tǒng)

＊G.872 ： 定義光網路架構

＊G.709 ：定義光網路節(jié)點介面

＊G.959.1：定義網路元件之實體層介面

5.參考書目與文獻

[1] Barry Flanigan ,Susen Sarker, "WDM, Global Strategies for Next Generation Networks,"1998,Ovum Ltd。

[2]Peter Radley,"Alcatel Telecommunications Review,"3rd Quarter,1998。

[3]Lucent Technologies：「密集分波多工技術研討會」September,1998。

[4]ITU-T Recommendation G.692："Optical interfaces for multichannel systems with optical amplifiers" October, 1998。

[5]D.M. Spirit and M. J. O'Mahony , High Capacity Optical Transmission  EXPLAINED, Wiley , New York1995.

[6]Rajiv Ramaswami and Kumar N. Sivarajan , Optical Networks , Morgan
Kaufmann Publishers, Inc. 1998.

6.名詞術語及縮寫 

7.常見問題：

問題一：WDM與DWDM有不同？

回答一：基本上尚無一個嚴謹的定義，但是一般認為，波道間距 (channel spacing)大于1nm且波道總數低于8以下，稱之 為WDM系統(tǒng)，反之，若波道間距小于1nm且波道總數大 于8以上者，即稱之為DWDM系統(tǒng)，現有的商用系統(tǒng)大 部份屬于后者。

問題二：DWDM最多能傳送幾個波道？

回答二：DWDM到底能傳送幾個波道(channel)，必須考慮光纖的損 失特性及半導體雷射、光濾波器、光放大器等技術的配合，以現有的商用技術，C band(1530 ~1565nm)加L band(1565 ~1615nm)，采用ITU-T建議0.8nm波道間距，約可傳送100 個波道；若采用0.4nm波道間距，則可傳送200個波道。

問題三：DWDM的每個波道可載送那些信號？

回答三：理論上毫無限制 (必須配合波道間距)，但是為了有效運用 波道，現有產品以傳送STM-16及STM-64信號為主，低于2.5Gb/s時，則先在transponder集縮或多工，視各廠家產架構而定，特殊應用與設計則不在此限。

問題四：DWDN系統(tǒng)中用何種鏡片？

回答四：DWDM系統(tǒng)中所用鏡片大致有薄膜鏡片、陣列波導光柵(AWG)光纖光柵陣列、干涉光纖等，使用則視波導數而定，第一種為使用光學鍍膜方式制作，第二種使用平面波導制作技術達成。