一 引言
21世紀是一個信息化的社會，大量的信息傳送需要大容量的系統波分復用(WDM)技術。WDM的實現使得光纖到戶已不再是遙不可及的夢想。WDM系統不僅僅能使系統的容量成倍增長，同時它可以利用波長完成路由和交換等功能。雖然WDM網絡的 帶寬可以滿足每個用戶的需求，即使傳來更令人興奮的消息：在試驗室中實現了4000個信道的WDM系統，但是系統的波長數目仍然大大少于實際的節點數目和 用戶數目。這就使得當兩個或多個波長信號向相同的節點連接時造成波長競爭，這時WDM網絡會有很高的阻塞率。解決上述問題的關鍵技術就是利用波長變換 (WC)。波長變換即為波長的再分配和再利用以解決交叉連接中的波長競爭、有效地進行路由選擇、降低網絡的阻塞率。從而提高網絡的靈活性和可擴展性，同時 也有利于網絡的運行、管理和控制，以及通道的保護倒換。
實現波長變換有光電光(OEO)變換和全光變換兩大類。光電光型已經實用，但是其變換效率低，對信號不透明。目前研究熱點集中在全光波長變換上，本文主要討論全光波長變換的應用和其在全光網中的作用。
二 波長變換在WDM中的應用
根據全光波長變換功能和控制信號的不同大致可分為兩種：光閥型和光頻混合型，在光閥型中沒有新的波長產生，而在光頻混合型中有新的波長產生。在WDM網 絡中以波長作為通道，每個通道通過其波長識別建立連接，不同的節點間的通道分配以不同的波長。信息從源到目的節點的過程中，波長一直保持不變，也就是“一 波到底”，在這種波長通道(WP)方案中，波長是在整個網內分配的，通道波長具有全網意義。
波長通道具有固定性和連續性。當建立新的連接時，只有分配的某一波長在連接通路的所有鏈路段上都未被占用時，連接才能建立。為避免出現阻塞，網絡必須有足夠的波長數來支持。在實際中由于濾波器與放大器的 帶寬有限，所以可用波長數有限，不足以支持大容量的需要，并且每波長通道的利用率很低。因此在設計中提出一種新的波長通道方案，在連接通路的不同鏈路上可 以采用不同波長，波長只在鏈路上有局部意義。如所示，這種通道稱為“虛”波長通道(VWP)，使用這種方案可提高波長重用率，減少全網所需波長，對避免波 長碰撞阻塞、故障排除和網絡升級擴容有重大意義。在節點處設置波長變換器，以避開正在使用的波長( 1)，使信號轉換到其它未被占用的波長( 2)上。
波長變換在WDM中的應用非常靈活，下面介紹三種主要的應用方案。
1. 光開關矩陣與波長變換組合在OXC結構中的應用
為避免OXC交叉連接時可能出現的波長通道競爭，減少可能出現的阻塞，在空間光開關矩陣后接入M個波長變換器，提高波長的再利用率，保持OXC無阻塞透明傳輸特性。這種OXC具有廣播發送和上下路插分復用功能。
2. 分送耦合交換與波長變換組合在OXC結構中的應用
利用分送耦合交換(DCS)機制，可以設計不同的OXC結構。波長變換在這種結構中的應用是分送耦合交換的基本單元是星形耦合器(SC)和光開關。每個 光開關有1個輸入、2個輸出，能形成4種狀態：輸入信號不發送；輸入信號發送到第一個輸出口；輸入信號發送到第二個輸出口；輸入信號發送到兩個輸出口。在 分送耦合交換結構中波長變換置于分送耦合開關之前，由于它具有波長選擇功能，因而可同時起到調光濾波器的作用，簡化了結構。這種結構除了需要個交叉點，還 需要個波長變換器，所以結構還是相當復雜。其阻塞特性為嚴格無阻塞、路由策略為虛波長通道、模塊為性波長或鏈路、傳輸性能中。
3. 基于波長變換為交換單元的OXC結構
基于波長交換的OXC結構方案中，交換直接在波長域進行。在結構的輸入端，首先對每根輸入光纖上的M個光信號波長用波長變換器變到光譜的相鄰區域，然后 分送到星型耦合器、可調光濾波器和波長變換器，從中選擇各自的信道，并將其變換到合適的光波長，再由星型耦合器合路后送至輸出段口。這種OXC結構，當星 型耦合器設計有足夠冗余時，還具有波長和鏈路的模塊性，便于網絡升級擴容。這種結構中沒有空間開光，也沒有交叉點，但要用較多的光濾波器TF和波長變換器 WC，所以傳輸特性會有所不足。阻塞特性為嚴格無阻塞、路由策略為虛波長通道、模塊性為波長或鏈路、傳輸性能較差。
在以上3種方案中加入波長變換器后，相對無波長變換的光網絡會使網絡的傳輸特性有所下降。這就需要我們來研究高性能的波長變換器，以適應網絡發展的需求。
三 波長變換在WDM的作用
波長變換對WDM網絡的性能產生什么影響，也是我們需要討論的一大熱點話題。概括地說：波長變換器對于頻帶資源基本耗盡(波長數量固定且業務量接近飽和)的網絡作用不大。對于集中管理交換和環形網的影響也不明顯，而對于大容量的網格網， 由于波長變換器的加入會使得網絡阻塞率大大降低。有研究資料顯示，在2.5Gb/s的全光網中不加波長變換器會比加波長變換器的網絡大概損失2~3倍的容 量。如果在21%的節點上加波長變換可以減少一半的損失；如果在35%的節點上加波長變換可以減少75%的容量損失。事實上，波長變換器的作用大小與 WDM光網絡節點數、波長數、波長從源到目的地所經過的節點數以及業務量都有密切關系。
波長變換除了降低網絡阻塞率 外，在實現網間的互聯及分布式網管系統方面的作用也是顯而易見的。譬如對內部所有波長可以進行調度和分配的子網，在子網和上層網絡連接時，可以通過波長變 換把信號變換到空閑波長上，實現網絡的分布式管理。此外，波長變換還具有適配功能，把非標網絡種波長轉換到網絡標準波長上來。
理想的波長變換器應用到WDM網絡中應具有諸如對各種調制方式的信號透明、具有高速的變換速率、消光比無劣化等等特性的要求。但是就目前實際研究，所有波長變換的方法只能滿足其中的幾個要求，這就是說對于特定的網絡需要選擇特定的波長變換器。
四 總結
本文介紹、分析了全光波長變換在WDM中的幾種主要應用方案和其在WDM中發揮的作用。在迅速發展的全光網中，波長變換器有著廣闊的應用前景和巨大的市場潛力。因此全光波長變換技術一直是近幾年的研究熱點之一，進一步研究高性能的波長變換器是我們追求的目標。