CWDM粗波分复用传输技术出现,使电信运营商找到一

1、粗波分复用关键技术及应用张成良粗波分复用（CWDM ）技术的出现使运营商找到一种低价格、高性能的传输解 决方案，由于CWDM具有低成本、低功耗、小体积等诸多优点，在城域传送 网已经有了一定应用。许多国内外制造商也开始研发和陆续推出产品，ITU也在加速其标准化进程。CWDM技术提高了光纤利用率，给运营商和用户以更大 的灵活性。本文将讨论CWDM特点、波长选择、光纤类型等关键技术，并对CWDM 和DWDM进行详细比较，最后对CWDM的应用和发展予以了展望。1、CWDM系统优点CWDM系统的最大的优势在于成本低，其主要表现在器件、功耗、集成 度几个方面。1.1 器件成本低CWDM技术将大大降低建设和

2、运维成本，特别是激光器和复用器 /解复用 器成本。对于波长间隔小于 50GHz DWDM系统,激光器需要采用精密的温度 控制电路来控制波长，有时需要采取波长锁定器等来保证波长的准确性和稳定 性。光复用器（滤波器型）则需要精确的上百层多层介质膜器件，为了防止同 频和异频串扰，还必须采用多次滤波等。而 CWDM则不需要激光器制冷、波 长锁定和精确镀膜等复杂技术，大大降低了设备成本。1.2 功耗低DWDM系统激光器集成了 Peltier致冷器，采用的温度检测和控制电路消 耗较大的功率，每波长需要消耗4瓦左右，CWDM的无致冷激光器及其控制电 路每波长只需要约0.5瓦左右。对于多波长和高速率的 DWD

3、M系统,单盘功 耗控制是系统设计中的一个困难问题。采用无致冷激光器的CWDM系统的低 功耗减少电源备用蓄电池，降低成本。1.3 体积小，集成度高CWDM激光器物理尺寸上远小于 DFB激光器。DWDM光发射机尺寸是 CWDM光发射机的5倍左右。由于CWDM激光器结构和简单的控制电路，单 个模块可以实现多路光收发，目前商用器件已经做到4路transceiver集成在一个尺寸仅为16cm 9cm 1.65cm的模块，相当于一路DWDM系统光转发器大小。 CWDM系统不使用光放大器，因此有可能设计成结构紧凑的台式或者是盒式设 备，非常方便安装和维护。2、CWD岷键技术2.1波长选择国际电联(ITU)建

4、议 G.694.2定义了 18个从1270nm1610nm CWDM标 称波长，波长间隔为 20nm,这种间隔允许在使用无致冷光源条件下，各个波 长的同时传输，CWDM波长涵盖了单模光纤系统的 O、E、S、C、L等五个波 段。无致冷激光器通常工作温度(管壳温度)范围为0 C70 C,其热漂移系数约 为 0.08nm/ C。标称中心波长值是指在常温下即 23 C激光器输出波长。无源器件滤波特性(如复用器)几乎不随温度变化，一般认为无源器件标 称中心波长应该对准激光器 35 C时的输出信号波长，因为35 C在整个工作温 度范围的中间。也就是说，无源器件标称中心波长应该是0加上激光器输出从23 C

5、至 1135 c 的波长漂移值，即 0 + 0.08nm/ C *(35 C -23 C) = 0+1nm。为了 解决激光器波长标称温度与实际工作温度不同造成的波长差异问题。ITU将建议G.694.2波长上移1nm (为1271nm/1291nm/"1611nm),从而使激光器波长 在实际环境刚好工作在(1270nm/1290nm"/1610nm)。标称中心波长(nm)127112911311133113511371139114111431145114711491151115311551157115911611表1 CWDM系统标称中心波长实际应用中，CWDM产品主要有两种

6、形式，8波长系统和16波长系统。8波长系统是目前应用比较多的系统。 从理论上讲，从ITU给出的18个波 长选择中任意选择8个都可以作为工作波长。但是考虑到已经敷设光纤的类型 和损耗特性，8波长一般选在( 1460 1620) nm,也就是S+C+L波段，避开了 光纤水峰E波段和损耗较大的O波段，不需要对光纤提出额外要求。16波长 的系统将对光纤的类型提出要求，也就是必须采用损耗平坦的全波”光纤，而目前此类光纤应用很少。CWDM主要用于光纤缺乏的接入区域，8波的容量大 部分可以满足系统要求。2.2 波长间隔根据目前激光器制造技术，无致冷激光器在工作条件下及其整个寿命期内， 其波长变化应在+/-6

7、7nm之内。考虑到足够的相邻通道隔离度和一定的的保护 带（一般为最小通道间隔约三分之一），ITU建议G.694.2选取20nm为CWDM 系统的通道间隔。CWDM系统无制冷激光器在0 c70 C输出光波长变化6nm左右，再加上 激光器制造过程波长偏差约 3nm,总波长变化不会超过 6nm。光滤波器通带 以及相邻通道间波长间隔都必须足够宽以满足无致冷激光器波长偏移的要求， 如图1所示。Uhoroad ikcm rffs lbw 例勘*时铲 m i iwwcin or ipnwaftif1&J-?12 'isa IStl 1 包 1团Vc汕山母飞in图1无致冷激光器输出波长随温度变

8、化通常CWDM系统通道间隔为20NM ,而滤波器通带宽度为13NM左右。激光 器中心波长偏移必须考虑与滤波器通带宽度相一致，必须确保激光器输出波长 在滤波器通带范围以内。2.3 光纤选型城域内敷设的大部分都是常规 G.652光纤，也就是1385nm为水峰的光纤，在1385nm窗口的损耗在1dB左右，无法正常工作。这种光纤可以开通CWDM 8波系统，工作在波长区（1460-1625） nm不能开通16波CWD陈统。只有采 用损耗平坦的新型G.652C “全波”光纤，才能开通16波长的CWDM统。G.655A 光纤由于截止波长在 1430nm右（LEAF光纤的截止波长在1470nm 根本无法在14

9、60nm工作，）,8波系统都有困难。G.655B光纤截止波长低一些， 可以开通8波系统，因此G.655光纤最多开通8波CWD陈统。考虑到成本、开通系统速率、传输距离等各方面因素，城域网内多数敷设 的都是G.652光纤。因此都可以正常开通 8波CWD陈统。对于采用全频带全 波G.652C光纤，则可以开通16波CWD陈统。2.4 CWDM与 DWDM匕较城域DWDM源于长途DWDM术，技术成熟，传输距离远，波长数多（32/40）, 可以组建比较大的OAD际网（200kmj）,适用于城域网核心层。CWDMb针对网 络边缘需求产生的技术，设备体积小，功耗低，价格便宜。适用于城域网接入 层，解决光纤短缺

10、的问题，运营商在竞争区域可以租用单根光纤传送多种业务。CWDM系承载客户速率一般在2.5Gb/s以下、波长数目为8个或16个，考 虑到成本一般没有放大器（并且覆盖 CWDM匕此宽频段的光放大器尚没有商用 化），功率预算小，传输距离短，一般小于 20公里。而DWD燎统在城域网核 心层采用的可能性更大，核心层的速率高（一般在 10Gb/s）,传输距离远（40 公里以上），承载业务量大（波长数量多），而这要求系统有更大的功率预算， 需要高功率的光放大器。DWDM系统组网一般为环网拓扑，节点采用的都是有保护功能的OADM,而且具有网管系统可配置的波长上下能力，网管系统比较完善。而CWDM匕统则有可能采

11、用背对背复用器/解复用器结构，不采用OADM?点。即使采用OAD邮 点，也基本上为全部上下波长或单一波长上下的简单结构，系统对波长的配置 能力比较差，网管系统非常简单。从保护方式上，城域DWD源统一般为环网拓扑，采用光复用段保护或光 通道保护环系统，对所有业务都进行保护，以提高系统可靠性。而CWDM匕股为点到点线性或环形拓扑，线性系统一般没有保护，环网多选用简单的光通道 保护，根据各波长承载业务重要性选择是否保护。3、CWD晰准化情况ITU建议G.695规定了 CWDMS统技术要求。对其最重要的光接口参数规范 5了 “黑盒子(black box ) 和“非黑盒子(non-black box )

12、 两种方式。对“黑盒子”方式有两种理解，一种方式是只要求在mpi-s、MPI-R进行规 范，而对其内部所有接口都不进行定义，也就是实现群路光接口的横向兼容性， 内部接口不进行规范。另一种“黑盒子”方式是在CWD燎统对外的单个通路口 Ss、R横向兼容、内部MPI-S、MPI-R纵向兼容的方式，也就是在 CWDMR统对 业务光接口横向兼容的方式。TxTxMPI-SmMPI-RmCWDM NetworkCWDM NetworkElementElement图2 “黑盒子”方式TxSsSsRxRxomHodMPI-SmMPI-RmRxCWDM NetworkCWDM NetworkElementElem

13、ent图3 非黑盒子”方式而“非黑盒子”方式则要求对于 MPI-S、MPI-R、Ss、Rs系统各个接口都 进行标准化，以实现完全横向兼容性。从长远看系统应实现完全横向兼容性。但是考虑到短时间内无法完成，目前的建议版本仍然采用在群路口提供横向兼 容性的“黑盒子”方式（图2所示方式）。CWDM的应用代码目前尚没有完全确定，市场上多为单纤单向4波长或8 波长系统。也有厂商提出单向12波长系统，更有人主张双向6+6、双向4+4 波长应用方式，采用单纤双向方式解决双向传输问题。考虑到城域网光纤长度 较短，色散和损耗都不会成为系统受限因素，对于 G652、G.655光纤应有着相 同的应用代码。4、小结CWDM技术解决了光纤短缺和多业务透明传输两个问题，低成本是它的 最大优势，主要应用在城域网汇聚或接入层面，对于竞争区域的运营者有着比 较大的吸引力，可以在短时间建设网络并开展业务。目前 CWDM在国内市场 上已经有了一些应用，但是其稳定性和性能还需要观察，另外DWDM系统价格下降很快，也对CWDM的前景有一定挑战。作者简介：现任中国电信集团北京研究院技术部主任、高级工程师；中国通信标准化协会传送网与接入网