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DWDM


贡献者:DXY701121    浏览:27282次    创建时间:2009-07-12

波分复用(WDM)是将两种或多种不同波长的光载波信号(携带各种信息)在发送端经复用器(亦称合波器,Multiplexer)汇合在一起,并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输的技术;在接收端,经解复用器(亦称分波器或称去复用器,Demultiplexer)将各种波长的光载波分离,然后由光接收机作进一步处理以恢复原信号。这种在同一根光纤中同时传输两个或众多不同波长光信号的技术,称为波分复用。
WDM本质上是光域上的频分复用FDM技术。每个波长通路通过频域的分割实现,每个波长通路占用一段光纤的带宽。WDM系统采用的波长都是不同的,也就是特定标准波长,为了区别于SDH系统普通波长,有时又称为彩色光接口,而称普通光系统的光接口为"白色光口"或"白光口"。
通信系统的设计不同,每个波长之间的间隔宽度也有不同。按照通道间隔的不同,WDM可以细分为CWDM(稀疏波分复用)和DWDM(密集波分复用)。CWDM的信道间隔为20nm,而DWDM的信道间隔从0.2nm 到1.2nm,所以相对于DWDM,CWDM称为稀疏波分复用技术。
DWDM简介
要了解DWDM以前,我们先由认识WDM是什么开始。WDM(Wavelength-Division Multi- plexing,多工分波器)是个能将一个(组)波长分成许多个波长的分波器,而所谓的分波器就如同大家所熟知的三棱镜一样,它可以把射入棱镜的白光(一组波长)分成七色光(七种波长)。在最早的光通迅中,一条光纤仅设计给一个特定波长的光传递,由于WDM技术的开发,使一条光纤可以由传递一个讯号变成传递多个讯号,在相同的铺设成本下,将光纤的使用率提高数倍,故WDM的观念在光纤用于通迅后不久便被提出。但是经WDM分波之后,每个波段分到的能量都太小,完全无法用于光纤讯号传送。直到1994年,可适用于WDM的放大器掺铒放大器(Erbium-Doped Fiber Amplifier,EDFA)成功商用化之后,WDM的使用才被业界注意。由于WDM实现了技术的提升,一个WDM可将一个光源分出越来越多的波长(或称信道,channels),所以为了区别起见,能分出较少波长者称作CWDM(Coarse WDM),分出波长密度较高者称作DWDM(Dense WDM)。
DWDM元件
DWDM就如同字面上的意思一样,是一个分出波长密度相对WDM较高的多工分波器,当前在光通迅界常用的DWDM大多是在1530~1565nm的波段中,分出32个或更多的波长。在当前市售的DWDM中,阿尔卡特(Alcatel)已推出能分出256信道的DWDM,朗讯(Lucent)所属的贝尔实验室也已经研发出1022信道的DWDM。
能将光以数个波长分出的元件就是DWDM元件,当前实现DWDM的方式有三种,分别是:薄膜滤光片(Thin Film Filter,TFF)、光纤波导(Array WaveGuide,AWG)、以及光纤光栅(Fiber Bragg Gratting,FBG)。根据富士总研2000年的调查,目前DWDM滤波元件市场中,三种技术的元件销售数量比重分别为:TFF 96%、FBG 3%和AWG 1%。但若以DWDM滤波模块市场来说,三种技术销售数量比重分别为:TFF 86%、FBG 6%和AWG 8%。虽然从销售比重上可看出采TFF实现方式的DWDM是当前市场的主流产品,不过由于TFF在规格进一步提升上有一定的困难,所以AWG及FBG实现方式也越来越受市场重视。
TFF的原理是采镀膜的方式,以气相沉积的原理,将所需膜层一层层镀在薄平板玻璃(如Ohara WMS-02)上,当光线通过不同种的滤波片后,不同的波长便被分别滤出,达到分波的效果。以此种实现方式生产的DWDM对环境的要求较小,因此易于投入商用化;不过在信道数目的提升上,TTF则因膜层数的等比增加而不易实现,所以TFF常用于16信道以下的DWDM实现。
AWG是在矽晶圆上沉积二氧化矽膜层,续以微影制程及反应式离子蚀刻法定义出数组波导,最后加上保护层即可制成;AWG原理是利用波导的物理特性将不同波长的波分出,这种技术能一次分出较多信道,不过波导易受温度等环境的影响,在大量商业化前需较好的绝热封装,这也是光纤波导最困难的技术障碍。
FBG是以紫外线照射光纤,使光纤丝中的部分材质变化成近似布拉格绕射光栅,利用光学绕射的特性将不同波长的波分出;FBG虽为以上三种制成方法中技术中成本最低、光学色散损失最小、也是大部分业者在技术上有机会切入的制程,但因实现方式的技术专利权属于加拿大UTC与CRC两家公司所有,厂商须花费60万美金取得授权,且量产后每个元件还需给付售价2.5%的权利金,因此目前厂商对开发光纤光栅技术并不积极。
DWDM系统
DWDM系统一般包含两类:一类是DWDM分波前后所须的元件,如EDFA、Mux/DeMux(Multiplexer/DeMultiplexer,合波/分波多工器)便属此类;一类是DWDM的应用,如OADM(Optical Add/Drop Multiplexer,光塞取多工器)、OXC(Optical Cross Connects,光交换链接器)。
EDFA是DWDM系统中最重要的元件之一。以32信道的DWDM为例,光源经此DWDM后每信道的光能大约是原光源能量的1%,所以不需经光电转换便可放大光能量的EDFA对DWDM来说,是一个绝对必要的元件。在EDFA的制造上是以常规石英系光纤为母材掺进铒离子,由于铒离子的掺入,提供了一个1550nm的能带,使得原本的讯号和高功率泵激激光(pumping laser,波长980nm或1480nm,功率10~1500mW)得以提高光讯号的强度,而不需将光讯号转成电讯号后才得以放大。
Mux/DeMux是DWDM系统使用中不可或缺的两种元件。DWDM使光导纤维网络能同时传送数个波长的讯号,而Mux则是负责将数个波长汇集至一起的元件;DeMux则是负责将汇集至一起的波长分开的元件。当前Mux/DeMux的开发较不受重视,且一般能生产DWDM元件的厂商也多具备生产能力。但未来Mux/DeMux将朝向多信道数及高速开发以外,推测也会陆续朝包含衰减器、加/解密等增加追加价值的方向开发。
OADM是DWDM系统中一个重要的应用元件,其作用是在一个光导纤维传送网络中塞入/取出(Add-Drop)多个波长信道;置OADM于网络的结点处,以控制不同波长信道的光讯号传至适当的位置。塞入/取出波道固定的OADM已进入量产,不过可藉由外部命令控制塞入/取出波道的OADM仍在开发中。
OXC是下一代光通迅的路由交换机,用在因DWDM而生成的多波道数据路由及线路调度,其功能包含网络的路由器及电信的交换机。OXC设置于网络上重要的汇接点,汇集各方不同波长的输入,再将各讯号以适当的波长输送至合适的光导纤维中。它可提供光导纤维切换(Fiber switching,连接不同光导纤维,波长不转换)、波长切换 (Wavelength switching,连接不同光导纤维,波长经转换)、及波长转换(Wavelength conversion,输出至同一光导纤维,波长经转换)三种切换功能。OXC并提供路由恢复、波长管理、及话务弹性调度,准备在下一代IP Over DWDM的电信/网络体系结构中,直接以光讯号传送替换现有的电讯号交换/路由的地位。
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:
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。
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。



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