簡介
DWDM密集型光波復用（DWDM：DenseWavelengthDivisionMultiplexing）是能組合一組光波長用一根光纖進行傳送。這是一項用來在現有的光纖骨幹網上提高頻寬的雷射技術。更確切地說，該技術是在一根指定的光纖中，多路復用單個光纖載波的緊密光譜間距，以便利用可以達到的傳輸性能（例如，達到最小程度的色散或者衰減）。這樣，在給定的信息傳輸容量下，就可以減少所需要的光纖的總數量。
隨著快速網際接取(InternetAccess)、視訊(Video)等電信服務之寬頻化，使主幹(Backbone)網路之傳輸容量亦須隨之提升。目前，商用SDHSTM-16(2.5Gb/s)系統，在未來將有容量匱乏之虞，因此不少廠家企圖將SDH傳輸系統容量提升至10Gb/s(STM-64)，若要將SDH傳輸系統容量再提升至40Gb/s(STM-256)，仍有待半導體技術之突破。由於半導體雷射、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，並提供大容量、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。這些技術之發展，將主導主幹網路架構之未來趨勢。
原理
飛速光纖-DWDM在實際操作過程中[2]，為了能夠合理的利用單模光纖在1.55pm低損耗區產生的寬頻資源，就需要根據不同的頻率以及波長將光纖的低損耗區劃分成多個光波道，而且需要在每個光波道建立載波即我們所說的光波，同時利用分波器在傳送端合併各種不同規定波長的信號，將這些合併起來的信號集體傳入一個光纖中，進行信號傳輸。傳輸到接收端時，在利用一個光解復用器將這些合併到一起的具有不同波長。不同光波的信號分解開分成最初的狀態實現了在一根光纖中可以傳輸多種不同信號的功能。
系統結構
DWDM從結構上分，目前有集成系統和開放系統。集成式系統：要求接入的單光傳輸設備終端的光信號是滿足G．692標準的光源。開放系統，是在合波器前端及分波器的後端，加波長轉換單元OTU，將當前通常使用的G．957接口波長轉換為G．692標準的波長光接口。這樣，開放式系統採用波長轉換技術？使任意滿足G．957建議要求的光信號能運用光－電－光的方法，通過波長變換之後轉換至滿足G．692要求的規範波長光信號，再通過波分復用，從而在DWDM系統上傳輸。
目前的DWDM系統可提供16/20波或32/40波的單纖傳輸容量，最大可到160波，具有靈活的擴展能力。用戶初期可建16/20波的系統，之後根據需要再升級到32/40波，這樣可以節省初期投資。其升級方案原理：一種是在C波段紅帶16波加藍帶16波升級為32波的方案；另一種是採用interleaver，在C波段由200GHz間隔16/32波升級為100GHz間隔20/40波。進一步的擴容求，可提供C+L波段的擴容方案，使系統傳輸容量進一步擴充為160波。
特點
DWDM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。
DWDM的一個關鍵優點是它的協定和傳輸速度是不相關的。基於DWDM的網路可以採用IP協定、ATM、SONET/SDH、乙太網協定來傳輸數據，處理的數據流量在100Mb/s和2.5Gb/s之間。這樣，基於DWDM的網路可以在一個雷射信道上以不同的速度傳輸不同類型的數據流量。從QoS（質量服務）的觀點看，基於DWDM的網路以低成本的方式來快速回響客戶的頻寬需求和協定改變。
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。
降低成本、提升服務品質
由於在光層進行信號的指配或調度，相較於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，相對於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。
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於光纖的分散(Dispersion) 現象嚴重，對於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的多工對於支流信號(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。
光放大技術
對於長距離的光傳輸來說，隨著傳輸距離的增長，光功率逐漸減弱，雷射器的光源輸出不超過3dBm，為了保證一定的誤碼率，接受端的接受光功率必須維持在一定的值上，例如－28dBm，因此光功率受限往往成為決定傳輸距離的主要因素。
光放大器（OA）的出現和發展克服了高速長距離傳輸的最大障礙——光功率受限，這是光通信史上的重要里程碑。OA的主要形式有半導體光放大器（SOA）和摻鉺光纖放大器（EDFA）兩種，前者近來發展速度很快，已經逐步開始商用，並顯示了良好的套用前景；後者較為成熟，已經大量套用，成為目前大容量長距離的DWDM系統在傳輸技術領域必不可少的技術手段。
WDM系統對EDFA有一個特殊的要求——增益平坦，因為通常情況下，EDFA在1．55um波長視窗的工作頻寬為30～40nm，將它用於WDM系統時，因各信道的波長不同而有增益偏差，經過多級放大後，增益偏差累積，低電平信道信號的SNR惡化，高電平信道信號也因光纖非線形效應而使信號特性惡化，最終造成整個系統不能正常工作。因此，要使各個信道上的增益偏差處在允許的範圍內，放大器的增益必須平坦。
增益均衡技術
利用損耗特性和放大器的增益波長特性相反的增益均衡器來抵消增益的不均勻性稱為增益均勻技術。這種技術的關鍵在於放大器的增益曲線和均衡器的損耗特性準確吻合，使綜合特性平坦。現在用的增益均衡器主要有標準光濾波器、介質多層模濾波器、光纖光柵及平面光波導等。
密集波分復用系統增益均衡用的光纖光柵是一種長周期光纖光柵。其光柵周期一般為數百微米。其損耗峰值波長和半功率點寬度可以由紫外光照射量或光柵長度來控制。因此，通過多個長周期光柵組合，可以構成具有與EDFA增益波長特性相反的增益均衡器。使用該技術，在1528nm到1568nm的40nm頻寬內，可以實現增益偏差在5%以內的頻寬增益平坦的EDFA。
光纖技術
這裡所說的“光纖技術”是指在進一步研究摻鉺光纖特性的基礎上，通過改變光纖材料或者利用不同光纖的組合來改變摻鉺光纖的特性，從而改善摻鉺光纖放大器（EDFA）的增益特性。光纖技術除了改善增益特性外，還可改善EDFA的噪聲特性和擴寬增益頻寬。
（1）摻鋁的EDF，是在光纖中除了摻鉺外還摻入一定的鋁，改變玻璃的組成成份，迫使鉺的放大能級分布改變，加寬可放大的頻率範圍。普通的以矽光纖為基礎的摻鉺光纖放大器EDFA的增益平坦區很窄，僅在1549nm至1561nm之間，大約12nm的範圍，通過摻鋁，可以將平坦區的範圍擴展為1540nm到1560nm。
（2）氟化物EDF，是在EDF中摻入一定比例的氟化物，使用這種光纖製作的光放大器，可以將增益的平坦區的波段擴展到1530～1560nm，在這30nm的區域內，增益的平坦度達到1．5dB。
（3）摻鉺碲化物光纖，是在EDF中摻入一定比例的碲化物。使用這種光纖製作的光放大器，可放大的頻帶特別寬，而且與石英系光纖的其他摻鉺光放大器相比，頻帶向長波長一側移動。
（4）摻釔EDF，是在摻鉺光纖中加入一定比例的釔（Y），由於釔（Y）可以作為鉺的激活劑，以工作792nm附近的光源作為泵浦源，製成鉺/釔光纖放大器在1544nm到1561nm波段的17nm頻寬內，可以獲得0．5dB以內的增益平坦度，輸出功率大於+26dBm，噪聲係數小於5dB。
（5）混合型EDFA，是使用不同摻雜材料的光纖進行組合，製作混合型EDFA。這種組合方式，不僅可以提高設計的自由度，而且還可以使增益平坦度、噪聲特性、放大效率均達到最佳。
在DWDM光傳送網路中，應根據系統使用的信道數、系統的要求來選擇使用不同種類的光放大器，要求越高性能越好的EDFA成本也越高。一般對於8個信道600km長度的DWDM系統，使用摻鋁EDFA的較多。
詳解
DWDM可伸縮的DWDM系統在促使服務供應商滿足消費者日益增長的頻寬需求這一領域所具有的重要性。DWDM是光纖網路的重要組成部分，它可以讓IP協定、ATM和同步光纖網路/同步數字序列（SONET/SDH）協定下承載的電子郵件、視頻、多媒體、數據和語音等數據都通過統一的光纖層傳輸。
1. 當前通信網路所面臨的問題
為了理解DWDM和光網互聯的重要性，我們就必須在通信產業、特別是服務供應商當前面臨何種問題這一大前提下來討論DWDM技術所帶來的強大功能。我們知道，在網路的設計和建設時期，工程設計人員必須對網路未來的頻寬需求作出合理的估計。目前，美國等地區鋪設的大多數網路對頻寬的需求估計都是來源於古典的工程公式概算，比如泊松（Poisson）機率分布模型等。結果呢，網路所需頻寬量的估測值通常按照某種統計假設條件給出，比如，一般認為個人在通常的情況下，在一個小時之內只會使用6分鐘的網路頻寬。然而，這一數學模型並沒有考慮到由於Internet接入（這一業務的數據流量的年增長率是300％）、傳真、多條電話線路、數據機、電話會議、數據和視頻傳輸等業務而產生的數據流量。如果考慮到這些因素，網路頻寬的用戶使用模型就和現有的設計初期估計大大不同了。實際上，在今天的日常生活中，許多人平均使用網路頻寬的時間是180分鐘甚至超過1個小時！
2. 解決頻寬危機
面對以上三個問題：日益增長的服務需求、光纜餘量用盡、統一的層次型頻寬管理。服務供應商必須找到一條在經濟上可行的解決方案。降低光纜耗用率的一個顯而易見的措施就是鋪設更多的光纜，對那些鋪設新光纜的成本可以保持最低的網路來說，這一措施可以證明是最為經濟的解決方案。但是，鋪設新光纜卻並不能促使服務供應商一定能提供新型服務，或者也不能讓運營商們獲得光傳輸層頻寬的統一管理能力。
3. 容量擴充和靈活性：DWDM
服務供應商還可以選擇的第三種方式就是密集波分復用——DWDM技術。DWDM首先把引入的光信號分配給特定頻帶內的指定頻率（波長，lambda），然後把信號復用到一根光纖中去，採用這種方式就可以大大增加已鋪設光纜的頻寬。由於引入（incoming）信號並不在光層終止，接口的速率和格式就可以保持獨立，這樣就允許服務供應商把DWDM技術和網路中現有的設備集成起來，同時又獲得了現有鋪設光纜中沒有得以利用的大量頻寬。
4. 容量擴充潛能
採用DWDM，服務供應商可以建立一種“隨心所欲增長頻寬”的網路，可以讓他們增加當前和未來新一代TDM系統以實現事實上無休止的網路擴張。DWDM還可以讓服務供應商靈活地擴充其網路中的任意部分，這是任何其他技術所不能提供的絕對優勢。運營商還可以籍此解決因為高頻寬需求而產生網路擁塞地區的頻寬問題。在兩節點之間存在多環交叉而產生光纖冗余的地區，該技術大有用武之地。
5. DWDM增量性增長
DWDM網路設計目標是：為急於解決用戶日益增長的頻寬需求問題的服務供應商提供漂亮的網路拓展方案。由於DWDM網路可以實現必要的容量擴張能力，所以，鋪設該技術下的基礎網路可以視為解決以上問題的最佳解決方案。對DWDM採用增量增長步驟，服務供應商就有可能在部署長期運營的網路同時減低其初始成本。
6. 光層作為承載層
光網除了能提供巨大的頻寬容量以外，光層還是運營商把自己現有的多種通信技術融合為統一物理網路的唯一方式。DWDM系統在同一根光纖上具備速率可調、傳輸數據格式無關等特性，同時還可以接受任何接口速率的組合形式（例如，同步、異步、OC–3、–12、–48或者–192）。如果某家運營商同時運營ATM和SONET網路，那么ATM信號就不必復用到DWDM 網路承載的SONET速率。由於光層無需額外的復用即可承載信號，運營商籍此可以很快地在網路中引入ATM或者IP數據而無需重複部署網路。光網互聯還有一個重要的優點：在光網這條公路上，任何類型的貨車都可以在上面跑。
7. DWDM系統關鍵特性
可接受的理想DWDM系統應該具備某些共有的關鍵特性。任何DWDM系統都應該具備這些特性以便運營商意識到該技術的巨大潛能。以下的問題有助於確定某個具體的DWDM系統是否符合要求。
相關設備
光放大器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，運作於1550 nm區域有相當高之增益、高光輸出功率及低雜訊指數，光放大器依據不同套用有下列三種：
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)
目前套用於多波長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，可在相當大之波長範圍內提供平坦增益，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套用，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套用於光傳輸網路 ,在傳送端可接受多個波長之光信號輸入，並轉換成符合ITU-T G.692固定波長之光信號，經多工混合、光放大後傳至光傳送網路，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、及光濾波器後輸出。
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下表1 所示
| 開放式系統 | 整合式系統 | |
| 優點 | 可介接多樣式的傳輸信號格式 (如:PDH, SDH etc…)支援不同廠家(Multivendor)的SDH設備 | SDH和DWDM功能整合一起設備費用較低，和既存的SDH網管容易整合 |
| 缺點 | 因需裝設轉頻器設備價錢較高，和既存的SDH網管系統不易整合 | 不能介接多樣式的傳輸信號格式(如:PDH, SDH etc…),只適合某一特定的SDH廠家 |
光塞取多工機 (Optical Add-Drop Multiplexer, OADM)
ＸＸ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，它是置於兩個DWDM終端機之間來代替某一光放大器，目前大部份廠家已研製出固定型光塞取多工機，它對於要塞入或取出的波道必須事先設定，至於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於要塞入或取出的波道作任意的指配。
光交接機(Optical Cross-Connect, OXC)
在電信網路中使用於DWDM波長愈來愈多時，對於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，通常它可置於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，光交接機在連線至DWDM光纖時有以下三種切換方式：
(1) 光纖切換 (Fiber switching)：可連線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，經轉換後可以不同波長匯入同一輸出光纖。
