CWDM關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用
http://www.chinatelecom.com.cn 　2003年06月23日 　　中國電信集團(tuán)北京研究院 張成良 

CWDM（粗波分復(fù)用）技術(shù)的出現(xiàn)使運(yùn)營商找到一種低價(jià)格、高性能的傳輸解決方案，由于CWDM具有低成本、低功耗、小體積等諸多優(yōu)點(diǎn)，在城域傳送網(wǎng)已經(jīng)有了一定應(yīng)用。許多國內(nèi)外制造商也開始研發(fā)和陸續(xù)推出產(chǎn)品，ITU也在加速其標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程。CWDM技術(shù)提高了光纖利用率，給運(yùn)營商和用戶以更大的靈活性。本文將討論CWDM 特點(diǎn)、波長選擇、光纖類型等關(guān)鍵技術(shù)，并對CWDM和DWDM 進(jìn)行詳細(xì)比較，最后對CWDM 的應(yīng)用和發(fā)展予以了展望。

1、CWDM 系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

CWDM 系統(tǒng)的最大的優(yōu)勢在于成本低，其主要表現(xiàn)在器件、功耗、集成度幾個方面。

1.1 器件成本低

CWDM技術(shù)將大大降低建設(shè)和運(yùn)維成本，特別是激光器和復(fù)用器/解復(fù)用器成本。對于波長間隔小于50GHz DWDM系統(tǒng)，激光器需要采用精密的溫度控制電路來控制波長，有時需要采取波長鎖定器等來保證波長的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。光復(fù)用器（濾波器型）則需要精確的上百層多層介質(zhì)膜器件，為了防止同頻和異頻串?dāng)_，還必須采用多次濾波等。而CWDM 則不需要激光器制冷、波長鎖定和精確鍍膜等復(fù)雜技術(shù)，大大降低了設(shè)備成本。

1.2 功耗低

DWDM系統(tǒng)激光器集成了Peltier致冷器，采用的溫度檢測和控制電路消耗較大的功率，每波長需要消耗4瓦左右，CWDM的無致冷激光器及其控制電路每波長只需要約0.5瓦左右。對于多波長和高速率的DWDM系統(tǒng)，單盤功耗控制是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一個困難問題。采用無致冷激光器的CWDM系統(tǒng)的低功耗減少電源備用蓄電池，降低成本。

1.3體積小，集成度高

CWDM激光器物理尺寸上遠(yuǎn)小于DFB激光器。DWDM光發(fā)射機(jī)尺寸是CWDM光發(fā)射機(jī)的5倍左右。由于CWDM激光器結(jié)構(gòu)和簡單的控制電路，單個模塊可以實(shí)現(xiàn)多路光收發(fā)，目前商用器件已經(jīng)做到4路transceiver集成在一個尺寸僅為16cm′9cm′1.65cm的模塊，相當(dāng)于一路DWDM系統(tǒng)光轉(zhuǎn)發(fā)器大小。CWDM系統(tǒng)不使用光放大器，因此有可能設(shè)計(jì)成結(jié)構(gòu)緊湊的臺式或者是盒式設(shè)備，非常方便安裝和維護(hù)。

2、CWDM 關(guān)鍵技術(shù)

2.1  波長選擇

G.694.2定義了18個從1270nm～1610nm CWDM標(biāo)稱波長，波長間隔為20nm，這種間隔允許在使用無致冷光源條件下，各個波長的同時傳輸，CWDM波長涵蓋了單模光纖系統(tǒng)的O、E、S、C、L等五個波段。

無致冷激光器通常工作溫度（管殼溫度）范圍為0°C~70°C，其熱漂移系數(shù)約為0.08nm/°C。標(biāo)稱中心波長值是指在常溫下即23°C激光器輸出波長。無源器件濾波特性（如復(fù)用器）幾乎不隨溫度變化，一般認(rèn)為無源器件標(biāo)稱中心波長應(yīng)該對準(zhǔn)激光器35°C時的輸出信號波長，因?yàn)?5°C在整個工作溫度范圍的中間。也就是說，無源器件標(biāo)稱中心波長應(yīng)該是l0加上激光器輸出從23°C 到35°C的波長漂移值，即l0 + 0.08nm/°C *(35°C -23°C) = l0+1nm。為了解決激光器波長標(biāo)稱溫度與實(shí)際工作溫度不同造成的波長差異問題。ITU將G.694.2波長上移1nm（為1271nm/1291nm/…/1611nm），從而使激光器波長在實(shí)際環(huán)境剛好工作在（1270nm/1290nm/…/1610nm）。



實(shí)際應(yīng)用中，CWDM 產(chǎn)品主要有兩種形式，8波長系統(tǒng)和16波長系統(tǒng)。8波長系統(tǒng)是目前應(yīng)用比較多的系統(tǒng)。從理論上講，從ITU給出的18個波長選擇中任意選擇8個都可以作為工作波長。但是考慮到已經(jīng)敷設(shè)光纖的類型和損耗特性，8波長一般選在（1460－1620）nm，也就是S+C+L波段，避開了光纖水峰E波段和損耗較大的O 波段，不需要對光纖提出額外要求。16波長的系統(tǒng)將對光纖的類型提出要求，也就是必須采用損耗平坦的“全波”光纖，而目前此類光纖應(yīng)用很少。CWDM 主要用于光纖缺乏的接入?yún)^(qū)域，8波的容量大部分可以滿足系統(tǒng)要求。

2.2波長間隔

根據(jù)目前激光器制造技術(shù)，無致冷激光器在工作條件下及其整個壽命期內(nèi)，其波長變化應(yīng)在+/-6~7nm 之內(nèi)。考慮到足夠的相鄰?fù)ǖ栏綦x度和一定的的保護(hù)帶(一般為最小通道間隔約三分之一)，G.694.2選取20nm為CWDM系統(tǒng)的通道間隔。

CWDM系統(tǒng)無制冷激光器在0°C~70°C輸出光波長變化6nm左右，再加上激光器制造過程波長偏差約±3nm，總波長變化不會超過±6nm。光濾波器通帶以及相鄰?fù)ǖ篱g波長間隔都必須足夠?qū)捯詽M足無致冷激光器波長偏移的要求，如圖1所示。



通常CWDM系統(tǒng)通道間隔為20NM，而濾波器通帶寬度為13NM左右。激光器中心波長偏移必須考慮與濾波器通帶寬度相一致，必須確保激光器輸出波長在濾波器通帶范圍以內(nèi)。

2.3 光纖選型

城域內(nèi)敷設(shè)的大部分都是常規(guī)G.652光纖，也就是1385nm為水峰的光纖，在1385nm窗口的損耗在1dB左右，無法正常工作。這種光纖可以開通CWDM 8波系統(tǒng)，工作在波長區(qū)（1460－1625）nm，不能開通16波CWDM 系統(tǒng)。只有采用損耗平坦的新型G.652C“全波”光纖，才能開通16波長的CWDM系統(tǒng)。

G.655A光纖由于截止波長在1430nm左右（LEAF光纖的截止波長在1470nm，根本無法在1460nm工作，）,8波系統(tǒng)都有困難。G.655B 光纖截止波長低一些，可以開通8波系統(tǒng)，因此G.655光纖最多開通8波CWDM 系統(tǒng)。

考慮到成本、開通系統(tǒng)速率、傳輸距離等各方面因素，城域網(wǎng)內(nèi)多數(shù)敷設(shè)的都是G.652光纖。因此都可以正常開通8波CWDM 系統(tǒng)。對于采用全頻帶全波G.652C光纖，則可以開通16波CWDM 系統(tǒng)。

2.4 CWDM 與DWDM 比較

城域DWDM來源于長途DWDM技術(shù)，技術(shù)成熟，傳輸距離遠(yuǎn)，波長數(shù)多（32/40），可以組建比較大的OADM環(huán)網(wǎng)（200km），適用于城域網(wǎng)核心層。CWDM是針對網(wǎng)絡(luò)邊緣需求產(chǎn)生的技術(shù)，設(shè)備體積小，功耗低，價(jià)格便宜。適用于城域網(wǎng)接入層，解決光纖短缺的問題，運(yùn)營商在競爭區(qū)域可以租用單根光纖傳送多種業(yè)務(wù)。

CWDM 系承載客戶速率一般在2.5Gb/s以下、波長數(shù)目為8個或16個，考慮到成本一般沒有放大器（并且覆蓋CWDM 如此寬頻段的光放大器尚沒有商用化），功率預(yù)算小，傳輸距離短，一般小于20公里。而DWDM系統(tǒng)在城域網(wǎng)核心層采用的可能性更大，核心層的速率高（一般在10Gb/s），傳輸距離遠(yuǎn)（40公里以上），承載業(yè)務(wù)量大（波長數(shù)量多），而這要求系統(tǒng)有更大的功率預(yù)算，需要高功率的光放大器。

DWDM 系統(tǒng)組網(wǎng)一般為環(huán)網(wǎng)拓?fù)洌��?jié)點(diǎn)采用的都是有保護(hù)功能的OADM ，而且具有網(wǎng)管系統(tǒng)可配置的波長上下能力，網(wǎng)管系統(tǒng)比較完善。而CWDM 系統(tǒng)則有可能采用背對背復(fù)用器/解復(fù)用器結(jié)構(gòu)，不采用OADM 節(jié)點(diǎn)。即使采用OADM 節(jié)點(diǎn)，也基本上為全部上下波長或單一波長上下的簡單結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)對波長的配置能力比較差，網(wǎng)管系統(tǒng)非常簡單。

從保護(hù)方式上，城域DWDM 系統(tǒng)一般為環(huán)網(wǎng)拓?fù)�，采用光�?fù)用段保護(hù)或光通道保護(hù)環(huán)系統(tǒng)，對所有業(yè)務(wù)都進(jìn)行保護(hù)，以提高系統(tǒng)可靠性。而CWDM 一般為點(diǎn)到點(diǎn)線性或環(huán)形拓?fù)�，線性系統(tǒng)一般沒有保護(hù)，環(huán)網(wǎng)多選用簡單的光通道保護(hù)，根據(jù)各波長承載業(yè)務(wù)重要性選擇是否保護(hù)。

3、CWDM 標(biāo)準(zhǔn)化情況

G695規(guī)定了CWDM 系統(tǒng)技術(shù)要求。對其最重要的光接口參數(shù)規(guī)范“黑盒子（black box）”和“非黑盒子（non-black box）”兩種方式。

對“黑盒子”方式有兩種理解，一種方式是只要求在MPI-S、MPI-R進(jìn)行規(guī)范，而對其內(nèi)部所有接口都不進(jìn)行定義，也就是實(shí)現(xiàn)群路光接口的橫向兼容性，內(nèi)部接口不進(jìn)行規(guī)范。另一種“黑盒子”方式是在CWDM系統(tǒng)對外的單個通路口SS、RS橫向兼容、內(nèi)部MPI-S、MPI-R縱向兼容的方式，也就是在CWDM 系統(tǒng)對業(yè)務(wù)光接口橫向兼容的方式。

 

而“非黑盒子”方式則要求對于MPI-S、MPI-R、SS、RS系統(tǒng)各個接口都進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，以實(shí)現(xiàn)完全橫向兼容性。從長遠(yuǎn)看系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)完全橫向兼容性。但是考慮到短時間內(nèi)無法完成，目前的建議版本仍然采用在群路口提供橫向兼容性的“黑盒子”方式（圖2所示方式）。

CWDM 的應(yīng)用代碼目前尚沒有完全確定，市場上多為單纖單向4波長或8波長系統(tǒng)。也有廠商提出單向12波長系統(tǒng)，更有人主張雙向6＋6、雙向4＋4波長應(yīng)用方式，采用單纖雙向方式解決雙向傳輸問題。考慮到城域網(wǎng)光纖長度較短，色散和損耗都不會成為系統(tǒng)受限因素，對于G.652、G.655光纖應(yīng)有著相同的應(yīng)用代碼。

小結(jié)

CWDM 技術(shù)解決了光纖短缺和多業(yè)務(wù)透明傳輸兩個問題，低成本是它的最大優(yōu)勢，主要應(yīng)用在城域網(wǎng)匯聚或接入層面，對于競爭區(qū)域的運(yùn)營者有著比較大的吸引力，可以在短時間建設(shè)網(wǎng)絡(luò)并開展業(yè)務(wù)。目前CWDM 在國內(nèi)市場上已經(jīng)有了一些應(yīng)用，但是其穩(wěn)定性和性能還需要觀察，另外DWDM 系統(tǒng)價(jià)格下降很快，也對CWDM 的前景有一定挑戰(zhàn)。

張成良：現(xiàn)任中國電信集團(tuán)北京研究院技術(shù)部主任、高級工程師，國內(nèi)通信標(biāo)準(zhǔn)研究組傳送網(wǎng)組長。曾任信息產(chǎn)業(yè)部電信傳輸研究所傳輸與接入研究部主任、長期從事大容量光纜系統(tǒng)和光聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究，曾主持制定國內(nèi)通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“光波分復(fù)用系統(tǒng)總體技術(shù)要求”“32*10 Gb/s WDM線路系統(tǒng)技術(shù)要求”、“160*10 Gb/s WDM線路系統(tǒng)技術(shù)要求”，負(fù)責(zé)承擔(dān)863-300重大項(xiàng)目《中國高速信息示范網(wǎng)光網(wǎng)絡(luò)性能測試》，長期參與運(yùn)營商光傳送網(wǎng)建設(shè)，具有豐富的主持大型網(wǎng)絡(luò)設(shè)備測試和評估的經(jīng)驗(yàn)。