DWDM入門簡(jiǎn)介

1.簡(jiǎn)介

隨著快速網(wǎng)際接取(Internet Access)、視訊(Video)等電信服務(wù)之寬頻化，使主干(Backbone)網(wǎng)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(lái)將有容量匱乏之虞，因此不少?gòu)S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(dǎo)體技術(shù)之突破。近幾年來(lái)由于半導(dǎo)體雷射、光放大器、光濾波器等光元件技術(shù)日趨成熟，使得DWDM技術(shù)蓬勃發(fā)展，DWDM除了避開高速TDM傳輸帶來(lái)的問(wèn)題外也改善現(xiàn)有光纖缺乏現(xiàn)象，并提供大容量、多樣化之寬頻服務(wù)，可使網(wǎng)路經(jīng)營(yíng)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(shù)之發(fā)展，將主導(dǎo)主干網(wǎng)路架構(gòu)之未來(lái)趨勢(shì)。 

高密度分波多工 ( Dense Wavelength Division Multiplexing，DWDM ) 之示意架構(gòu)如圖1所示，傳送端可結(jié)合n個(gè)波長(zhǎng)之光信號(hào)在同一條光纖上傳送，網(wǎng)路之傳輸容量可大為增加。

圖1 高密度多工示意架構(gòu)圖

2. DWDM的好處

2.1 電網(wǎng)路演進(jìn)至光網(wǎng)路

DWDM技術(shù)奠定了由電網(wǎng)路演進(jìn)至光網(wǎng)路之基礎(chǔ)，傳統(tǒng)的電網(wǎng)路(Electronic Networking) 無(wú)法直接在光層(Optical Layer)進(jìn)行多工(multiplexing)、切換(switching)、或路由改接(routing)等動(dòng)作，在網(wǎng)路節(jié)點(diǎn)需使用光電轉(zhuǎn)換設(shè)備將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)再將電信號(hào)轉(zhuǎn)回光信號(hào)，如此一來(lái)總體傳輸速率會(huì)因使用光電轉(zhuǎn)換設(shè)備而受到限制，無(wú)法將光纖與生俱來(lái)無(wú)限頻寬的潛力好好發(fā)揮。

以DWDM為機(jī)制之光網(wǎng)路可直接在光層作信號(hào)之運(yùn)作來(lái)解決上述問(wèn)題，因此克服了傳統(tǒng)傳輸瓶頸而帶來(lái)了”Virtual fibre”的觀念，將既有光纖作最有效率的利用。

2.2 網(wǎng)路多樣化的服務(wù)

DWDM和傳送速率(Bite Rate)及規(guī)約(Protocols)無(wú)關(guān)，也就是說(shuō)可提供和服務(wù)形式完全無(wú)關(guān)的傳送網(wǎng)路，例如:一個(gè)對(duì)傳送速率及規(guī)約完全透通(Transparent)的DWDM網(wǎng)路可和ATM、IP、SDH等信號(hào)介接，提供網(wǎng)路多樣化的服務(wù)。

2.3 降低成本、提升服務(wù)品質(zhì)

由于在光層進(jìn)行信號(hào)的指配或調(diào)度，相較于傳統(tǒng)上在電層的頻寬調(diào)度來(lái)的更簡(jiǎn)單而有效率，可減少費(fèi)用支出。另外在網(wǎng)路上光纖被切斷(cable cut)或光信號(hào)故障時(shí)，可在光層進(jìn)行信號(hào)保護(hù)切換或網(wǎng)路路由回復(fù) (Restoration)的動(dòng)作，相對(duì)于傳統(tǒng)上在電層作回復(fù)的動(dòng)作其切換時(shí)間較短，使網(wǎng)路之可用度(availability)提高而改善服務(wù)品質(zhì)。

2.4 提升傳輸距離及增加網(wǎng)路容量

高速之STM-64 TDM (Time Division Multiplexing) 傳輸上的最大問(wèn)題在于光纖的分散(Dispersion) 現(xiàn)象嚴(yán)重，對(duì)于傳送之光信號(hào)會(huì)產(chǎn)生劣化效應(yīng)，因此，若不使用電子式再生器或其他補(bǔ)償技巧 ，理論上STM-64信號(hào)可在G.652光纖內(nèi)傳送約60公里。若以8個(gè)波長(zhǎng)的DWDM技術(shù)傳送，每個(gè)波長(zhǎng)為2.5Gb/s之信號(hào)，其傳輸容量可為20 Gb/s，其傳輸距離可達(dá)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(duì)于支流信號(hào)(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(shè)限，PDH、ATM、SDH、及IP等任何信號(hào)格式皆可輸入，增加網(wǎng)路傳輸之彈性。若未來(lái)光塞取多工機(jī) (Optical Add-Drop Multiplexer ,OADM)及光交接機(jī)(Optical Cross-Connect, OXC)的問(wèn)世，可直接以光波長(zhǎng)為交接單位，免除O/E/O的轉(zhuǎn)換步驟，可提升網(wǎng)路調(diào)度的效率。在解決與日俱增的用戶頻寬需求及提升網(wǎng)路容量之方案中，DWDM在技術(shù)上提供了不同之選擇。

3. DWDM相關(guān)設(shè)備

目前DWDM 的相關(guān)設(shè)備有下列幾種：

(1) 光放大器，(2) DWDM 終端機(jī)，(3) 光塞取多工機(jī)，(4) 光交接機(jī)。

茲將DWDM 相關(guān)設(shè)備之主要功能敘述如下：

3.1光放大器

具有光信號(hào)格式與位元速率之透通性，運(yùn)作于1550 nm區(qū)域有相當(dāng)高之增益、高光輸出功率及低雜訊指數(shù)，光放大器依據(jù)不同應(yīng)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(yīng)用于多波長(zhǎng)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(lái)混合傳輸光信號(hào)及幫浦光輸出)。EDFA直接放大1550 nm區(qū)域無(wú)需使用電子式再生器，可在相當(dāng)大之波長(zhǎng)范圍內(nèi)提供平坦增益，亦即單一EDFA能同時(shí)提供多個(gè)波長(zhǎng)通路之增益,已取代大部分之再生器應(yīng)用，成為長(zhǎng)途光纖網(wǎng)路之構(gòu)成部分。

3.2 DWDM 終端機(jī)

DWDM 終端機(jī)配合光放大器可應(yīng)用于光傳輸網(wǎng)路 ,在傳送端可接受多個(gè)波長(zhǎng)之光信號(hào)輸入，并轉(zhuǎn)換成符合ITU-T G.692固定波長(zhǎng)之光信號(hào)，經(jīng)多工混合、光放大后傳至光傳送網(wǎng)路，在接收端可接收來(lái)自光傳送網(wǎng)路之信號(hào)，經(jīng)光前置放大、解多工、及光濾波器后輸出。

DWDM 終端機(jī)有下列兩種型式：

(1) 開放式系統(tǒng)(Open System)：通常稱為轉(zhuǎn)頻式(transponder-based) DWDM，在SDH及DWDM設(shè)備間有轉(zhuǎn)頻器，可介接不同廠家的SDH設(shè)備。

(2) 整合式系統(tǒng)(Integrated System)：通常稱為被動(dòng)式(passived) DWDM，SDH設(shè)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(diǎn)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(jī) (Optical Add-Drop Multiplexer, OADM)

　　ＸＸ光塞取多工機(jī) (Optical Add-Drop Multiplexer ,OADM)，可以在一個(gè)光傳輸網(wǎng)路之中間站塞入或取出個(gè)別的波長(zhǎng)通道。一般而言，它是置于兩個(gè)DWDM終端機(jī)之間來(lái)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(jī)，它對(duì)于要塞入或取出的波道必須事先設(shè)定，至于另一種稱為可任意設(shè)定之光塞取多工機(jī)，則可藉由外部指令對(duì)于要塞入或取出的波道作任意的指配。

3.4 光交接機(jī)(Optical Cross-Connect, OXC)

在電信網(wǎng)路中使用于DWDM波長(zhǎng)愈來(lái)愈多時(shí)，對(duì)于這些波道須作彈性之調(diào)度或路由之改接，此時(shí)必須藉由光交接機(jī) ，來(lái)完成此項(xiàng)功能，通常它可置于網(wǎng)路上重要的匯接點(diǎn)，在其輸入端可接收不同波長(zhǎng)信號(hào)，經(jīng)由光交接機(jī)將它們指配到任一輸出端，光交接機(jī)在連接至DWDM光纖時(shí)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(huì)改變光纖內(nèi)之波長(zhǎng)。

(2) 波長(zhǎng)切換 (Wavelength switching)：同一輸入光纖內(nèi)之多個(gè)波長(zhǎng)，可分別交接至不同輸出光纖，較有彈性。

(3) 波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換 (Wavelength conversion)：不同輸入光纖內(nèi)之相同波長(zhǎng)，經(jīng)轉(zhuǎn)換后可以不同波長(zhǎng)匯入同一輸出光纖。

光交接機(jī)可提供下列幾種應(yīng)用: 

(1) 路由回復(fù)
    在光纖被切斷(Cable Cut)或話務(wù)雍塞時(shí)，對(duì)于網(wǎng)路上正在運(yùn)作的波道可提供自動(dòng)保護(hù)切換功能，尤其對(duì)于與日俱增的數(shù)據(jù)話務(wù)(如IP/WDM)將益形重要，因?yàn)镮P/WDM它沒(méi)有在SDH這層作保護(hù)。

(2) 波長(zhǎng)管理

在網(wǎng)路中對(duì)于DWDM系統(tǒng)中之多種波長(zhǎng)可作任意交接或指配，例如:可將部份波長(zhǎng)租給特定客戶或其它的網(wǎng)路業(yè)者。

(3) 話務(wù)之調(diào)度和集中

可將類別相同之話務(wù)集中一起送至某指定目的地，或?qū)⒍嗦分挥胁糠菅b滿之話務(wù)務(wù)集中一起傳送，以提高光纖之利用率，讓網(wǎng)路調(diào)度更有彈性及效率。

3. 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)
略

4. 標(biāo)準(zhǔn)制定團(tuán)體

4.1光網(wǎng)路標(biāo)準(zhǔn)制定團(tuán)體 

(1) 國(guó)際電信聯(lián)合會(huì)(ITU)

ITU有兩個(gè)工作小組和光網(wǎng)路標(biāo)準(zhǔn)訂定有關(guān)，一是Study Group 13，另一個(gè)是Study Group 15。Study Group 13主要工作是光網(wǎng)路一般架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)之研擬，Study Group 15是著重在光網(wǎng)路傳輸系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備規(guī)格之研擬。

(2) 歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)(ETSI)

ETSI主要在SDH及DWDM標(biāo)準(zhǔn)研擬，并和ITU-T保持密切聯(lián)絡(luò)。

(3) 美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)(ANSI)

在ANSI中的T1工作小組負(fù)責(zé)北美地區(qū)DWDM規(guī)格之?dāng)M定， ANSI有三個(gè)小組和光網(wǎng)路標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)，其中T1X1小組著重網(wǎng)路架構(gòu)、功能需求及各營(yíng)運(yùn)者間介面規(guī)格草擬，T1M1小組著重于網(wǎng)路管理，尤其是一般性的訊息模式(Information Modeling)及網(wǎng)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(shù)之檢驗(yàn)。

4.2光網(wǎng)路標(biāo)準(zhǔn)制定之預(yù)定進(jìn)度

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

(2) 中期是擬定光塞取多工機(jī)及光交接系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)計(jì)在2000年中旬完成。

(3) 后期包括對(duì)光網(wǎng)路存活率(Survivability)及保護(hù)架構(gòu)作更明確、更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)亩�義，此項(xiàng)工作預(yù)計(jì)在2000年以后完成 

4.3 光網(wǎng)路之各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)草案

ITU-T 的Study Group 15及Study Group 13 目前正進(jìn)行各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)草案之研擬，包括下列各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)草案：

(1) 已完成之光網(wǎng)路標(biāo)準(zhǔn)草案有：

＊G.681：包含光多工器.、光放大器之局間和長(zhǎng)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(wǎng)路標(biāo)準(zhǔn)草案有：

＊G.875：定義管理資訊模型

＊G.874：定義光網(wǎng)路管理觀

＊G.798 ：定義光設(shè)備組件及子系統(tǒng)

＊G.872 ： 定義光網(wǎng)路架構(gòu)

＊G.709 ：定義光網(wǎng)路節(jié)點(diǎn)介面

＊G.959.1：定義網(wǎng)路元件之實(shí)體層介面

5.參考書目與文獻(xiàn)

[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(shù)研討會(huì)」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(shù)語(yǔ)及縮寫 

7.常見問(wèn)題：

問(wèn)題一：WDM與DWDM有不同？

回答一：基本上尚無(wú)一個(gè)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)亩�義，但是一般認(rèn)為，波道間距 (channel spacing)大于1nm且波道總數(shù)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(shù)大 于8以上者，即稱之為DWDM系統(tǒng)，現(xiàn)有的商用系統(tǒng)大 部份屬于后者。

問(wèn)題二：DWDM最多能傳送幾個(gè)波道？

回答二：DWDM到底能傳送幾個(gè)波道(channel)，必須考慮光纖的損 失特性及半導(dǎo)體雷射、光濾波器、光放大器等技術(shù)的配合，以現(xiàn)有的商用技術(shù)，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(gè)波道；若采用0.4nm波道間距，則可傳送200個(gè)波道。

問(wèn)題三：DWDM的每個(gè)波道可載送那些信號(hào)？

回答三：理論上毫無(wú)限制 (必須配合波道間距)，但是為了有效運(yùn)用 波道，現(xiàn)有產(chǎn)品以傳送STM-16及STM-64信號(hào)為主，低于2.5Gb/s時(shí)，則先在transponder集縮或多工，視各廠家產(chǎn)架構(gòu)而定，特殊應(yīng)用與設(shè)計(jì)則不在此限。

問(wèn)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(dǎo)光柵(AWG)光纖光柵陣列、干涉光纖等，使用則視波導(dǎo)數(shù)而定，第一種為使用光學(xué)鍍膜方式制作，第二種使用平面波導(dǎo)制作技術(shù)達(dá)成。