CWDM技术浅析

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CWDM技术浅析
白杉　周洁


　　CWDM（Coarse Wavelength Division Multiplexing）系统，即稀疏波分复用系统，或称粗波分复用技术，作为一种经济实用的短距离WDM传输系统，在城域网应用中越来越受到大家的认可并已经实用化。CWDM可应用于大都市和城域接入网，同时还可以应用于中小城市的城域核心网，在我国的实际应用中应该非常有前途。　　

一、DWDM的主要特点

　　CWDM是波分复用（WDM）技术的一种，相对于DWDM而言，CWDM具有更宽的波长间隔，业界通行的标准间隔为20nm。常用的波长为1470nm、1490nm、1510nm、1530nm、1550nm、1590nm以及1610nm。波分复用系统一般被分为3大类：密集波分复用（DWDM），波长间隔小于8nm，典型的波长间隔为0.8nm；稀疏波分复用（CWDM），波长间隔小于50nm，典型的波长间隔为20nm（ITU建议）；宽波分复用（WWDM），波长间隔在50nm以上。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。

　　WWDM的波长间隔太大，可用波长不够使用。典型的DWDM的波长间隔在0.8nm以下，温度变化引起的波长漂移与波长间隔相比不可忽视，因此要采用成本高昂的方法来稳定温度。但CWDM的波长间隔可达20nm，因而对激光器以及冷却系统的要求大为降低，可以大幅节省成本。有研究指出，在城域范围内，设备成本要远大于光纤成本，而CWDM的成本是DWDM的30%。

　　需要指出的是，对波分复用系统来说，最关键的资源是光纤的可用波长范围，尤其对CWDM，它的波长间隔决定了需要很宽的波长范围。OFS企业的零水峰全波光纤（AllWave），在这方面起到了很好的作用。由于消除了1 400nm附近的巨大的氢氧根损耗，全波光纤的可用波长范围比其他的G.652光纤多了大约100nm，也就是说，20nm的CWDM信道大约为33%。在城域网和接入网的典型光纤系统中，它能够使网络的容量增加超过50%，应用成本减少40%。

　　CWDM和DWDM有一定的相似性，区别主要有3点：（1）CWDM光波通道间距较宽，同一根光纤上复用光波长数比DWDM少。（2）CWDM光调制采用非冷却激光，用电子调谐；而DWDM采用的是冷却激光，用温度调谐。由于在一个很宽的光波长区段内温度分布很不均匀，因此温度调谐实现起来难度很大，成本也很高。CWDM避开了这一难点，因而大幅度降低了成本，目前CWDM系统成本一般只有DWDM的30%。（3）CWDM系统的功耗和物理尺寸比DWDM系统小。

二、CWDM的优势

　　目前城域网内的传输一般可以采用ATM、SDH或DWDM网，但这几种解决方案都存在建设周期长、开通维护成本高、实际应用不灵活等方面的缺点。城域网的特点是传输距离较短，无需使用放大器，若采用和广域网一样的DWDM设备，无疑将会在成本上得不偿失。因此，低成本、易开通、应用灵活的CWDM为城域接入网与核心网的连接提供了全新的解决方案。

　　1．成本低，功能强

　　DWDM的收发设备要比CWDM系统的同类产品贵四五倍，DWDM的收发设备价格高与激光器的许多因素相关。CWDM的激光器与DWDM激光器制造上的波长容差是一个非常关键的因素，DWDM激光器的波长容差的典型为0.1nm。然而CWDM激光器的波长容差却高达±（2~3）nm。在城域网中，由于传输距离短，不必使用放大器，对光纤的传输衰减值也不太敏感，采用CWDM粗波分复用技术可以降低对器件、部件的性能要求，从而大幅度降低成本。

　　CWDM技术充分利用了城域网传输距离短的特点，不必受EDFA放大波段的限制，可以在1　310~1560nm的整个光纤传输窗口上，以比DWDM系统　宽得多的波长间隔进行波分复用。由于波长间隔宽、传输距离短，CWDM无须选择价格昂贵的高波长稳定度和高色散容限的激光器，这可以大幅度降低激光器成本。CWDM还无须选择成本昂贵的密集波分复用器和解复用器，只须选择低价的粗波分复用器和解复用器；无须采用比较复杂的控制技术以维护较高的系统要求；无须采用EDFA，只须采用便宜得多的多通道激光收/发器作为中继。由于器件成本和系统要求的降低，因此CWDM系统的造价比DWDM系统有大幅下降。

　　CWDM系统虽然成本较低，但也能和DWDM一样支撑多业务接口，例如可提供SDH接口实现IP/Ethernet over SDH，可为路由器和ATM交换机提供光纤直连接口实现IP/Ethernet over Optic，等等。CWDM系统也可以通过使用OUT和OADM，与使用标准波长的DWDM系统互连、成环或接入DWDM骨干层。此外，CWDM还可以兼容在城域网中已得到广泛应用的旧　1　310nm SDH系统。未来CWDM技术还具有应用于长途传输的潜在能力，一旦宽带的LAMAN光放大器进入商用，CWDM技术有可能进入长途传输领域。

　　2．系统功耗低

　　在DWDM系统中，采用DFB（分布反馈）激光器作为光源，温度漂移系数为0.08nm/℃，它需要采用冷却技术来稳定波长，以防止由于温度变化而使波长漂移到复用器和解复用器的滤波器通带之外。CWDM系统采用的DFB激光器不需要冷却，当CWDM系统工作在0~70℃的温度范围内，其激光器的波长一般会有6nm的漂移。这个波长漂移再加上激光器生产过程造成的±3nm波长变化，总共大约有±12nm的变化。这样就要求光滤波器的通带和激光器信道间距必须足够宽。DWDM激光器采用的冷却器及控制电路每波长要消耗大约4W的功率，而没有冷却器的CWDM激光器仅消耗0.5W的功率。四波CWDM光传输系统大约消耗10~15W的功率，然而类似的DWDM系统却要消耗高达30W的功率。在DWDM系统中，随着复用的波长总数的增加以及单信道传输速率的增加，功率损耗及其温度管理成了电路板设计的关键问题。

　　3．体积小

　　CWDM激光器要比DWDM激光器小得多，不带冷却器的激光器一般是由激光片和密封在带有玻璃窗口的金属容器中的监控光电二级管构成的。DWDM激光发射机的尺寸大约是CWDM激光发射机体积的5倍，也就是说，如果DWDM激光发射机的体积为100cm3，那么没有冷却器的CWDM激光器体积仅仅为20cm3。

　　如今，厂家已经能够提供具有2~8个波长的商用CWDM系统，将来这些系统有望在1　290~1　610nm的频谱内扩展到16个复用波长。目前，大多数CWDM系统工作在从1　470~1　610nm的范围内，其信道间距为20nm。由于到目前为止，已经安装的大部分光纤中有残留水分，使得其在1　400nm波长附近的光信号衰减。这个附加损耗会限制系统在长途传输中的使用，但是对于城域网使用的CWDM系统而言，这并不是一个障碍。

　　4．对系统要求不高

　　CWDM最大的特点即是对波分复用设备系统要求不高。CWDM无须选择成本昂贵的密集波分解复用器和EDFA，只需采用便宜得多的多通道激光收/发器作为中继，因而成本下降。DWDM在运行10G以上业务的时候，需要采用G.655光纤，而CWDM对光纤没有特殊要求，G.652、G.653、G.655光纤均可采用，因此可以大量利用以前铺设的光缆。目前适合城域网的DWDM大多继承长途骨干网的特点，大多是端到端的逻辑连接，拓扑结构不灵活，不支撑网状结构，不适应城域网内复杂机动的多逻辑拓扑。在长途骨干网DWDM设备的成本远低于铺设新光纤及增加光放的成本，所以经济。但在城域网范围内，网络成本主要来源于接入端设备的成本而不是传输线路成本，所以DWDM在价格方面不具备很大的优势。而CWDM通过降低对波长的窗口要求而实现全波长范围内（1260~1620nm）的波分复用，并降低光器件的成本，可实现在0~80km内较高的性能价格比。因而在城域网中采用CWDM技术可以大幅度降低单位波长成本，即降低单位波长的租用价格。



三、CWDM的技术标准

　　美国的1　400nm商业利益组织正在致力于为CWDM系统制定标准。目前建议草案考虑的CWDM系统波长栅格分为3个波段。“O波段”包括4个波长：1290nm、1310nm、1330nmt和1350nm；“E波段”包括4个波长：1380nm、1400nm、1420nm、1440nm；“S+C+L”波段包括从1　470nm到1　610nm的范围、间距为20nm的8个波长。这些波长利用了光纤的全部光谱，包括在1　310nm、1　510nm、1　550nm处的传统光源，从而增加了复用的信道数。20nm的信道间距允许利用低价的不带冷却器的激光发射机和宽带光滤波器，同时，它也躲开了1270nm高损耗波长，并且使相邻波段之间保持了30nm的间隙。

　　尽管目前还没有CWDM的技术标准，但在市场上已存在一个事实上的城域网标准：IEEE已经制定了万兆以太网10GbE标准。CWDM的标准将据此来制定。

　　对城域网和接入网的业务提供商而言，CWDM系统的开发及其标准的制定是很及时的。随着宽带需求遍及边缘网络，低价传输系统就显得非常迫切。今天的CWDM技术正好适应了这一需求，它为城域网的接入网提供了一种可升级的体系结构。

　　CWDM的复用/解复用器和激光器正在逐渐形成自己的标准。相邻波长间隔根据无冷却的激光器在很宽的温度范围内工作产生的波长漂移来决定。目前被确定为20nm，其中心波长为：1　491nm、1　511nm、1　531nm等一直到1　611nm。而在1　300nm波段，IEEE以太网定义通道宽度为20nm，但是中心波长为1　290nm、1　310nm、1　330nm、1　350nm。

　　虽然CWDM目前尚没有形成统一的技术标准，不过，CWDM用户组已经成立，估计不远的将来，这种混乱的局面将结束。目前已经有设备生产厂商着手开发CWDM的传输设备，并已经有设备投入商用化，能够支撑从100Mbit/s~2.5Gbit/s的传输速率。



四、CWDM的进展现状

　　1．国际

　　目前，国际上一些企业已推出CWDM相关产品。美国出品的CWDM模块支撑8个CWDM信道，不久后有望在全波谱内扩展到16个波长。还有企业推出的CWDM系统据称有全面网管功能，能对设备远程监控、配置和告警。此外，CWDM已做成板卡放入近期热门的GPON（千兆PON）系统中。前不久，美国时代华纳企业已签署长期采购协议，将用包含CWDM模块的WavSystem设备在纽约、俄亥俄等地部署千兆城域网。

　　目前国际上正研发将CWDM和一种并行光纤技术结合在一起的光收发器，使用并行光纤可在单一链路中达到120Gbit/s的传输速率。该技术用CWDM将4个波长的激光复用到12条光纤的每一条上，这种结构使系统能够同时传输48个光信道的数据，每一个信道数据传输速率为2.5Gbit/s，总速率可达120Gbit/s。如果传输速率增加到10Gbit/s，每根光纤的波长数量增加到8个，那么在单套并行光纤中传输数据速率可达960Gbit/s。非常明显，这些技术的结合能够极大地提高光纤带宽性能，减少所需光纤链路的数量，对干线传输极具吸引力，使以前根本不可能或极其昂贵的应用成为现实。

　　在光纤方面，目前美国朗讯开发的全波光纤和康宁企业的SMF28-e光纤（G.652C）基本消除了水峰衰耗和宏弯损耗，而其他性能与常规单模G.652光纤相同；日本推出了两种适于CWDM的低含水量光纤，该光纤最大限度消除光纤中OH－离子残留量，降低了传输损耗。预计这些光纤的使用，将极大地促进CWDM技术的广泛普及，尤其在中长距离通信的应用。日本住友电气推出2种最适于CWDM的Metro通信光纤。住友电工通过开发削减作为传输损失的主要因素的光纤中OH基残留量的制造方法，降低了传输损失，使光纤易于应用到CWDM通信。具体来说，是将1.4*9滋m附近的传输损失降低到与1.31*9滋m的损失同等以下的水平。

　　2．国内

　　在我国沿海发达地区，一些市话光缆纤芯使用率已达70%~80%；过去的城域网以SDH网络占主导地位，当时主要考虑传输话音，因此无论带宽提供还是接口种类，它们都难以适应传输新兴业务的需要；另一方面，现在越来越多的用户要求电信服务商提供端到端的波长或子波长出租业务。这些需求和现状正好可以用低成本的CWDM设备加以解决，而不必新增光缆和抛弃过去的设备，避免了挖地沟、埋管道等市政建设带来的麻烦和长时间的建设工期。在建设大城域网（BMAN）方面，用CWDM系统与高性能路由交换设备结合，可从路由交换端口直接驱动光传输设备，因此这种配置可方便地构成宽带IP城域网。

　　烽火网络凭借敏锐的市场感知力，早在2001年就对CWDM立项。烽火网络F-engineCWDM设备包括C15000和C15100两个系列。C15000系列包括C15004（四路双向汇聚）、C15008（八路双向汇聚）、C15009（光分插复用设备）3种型号，提供4或8个双向传输通道；兼容多种速率接口，提供100Mbit/s~2.5Gbit/s速率兼容的光模块；支撑多种业务接入，包括SONET/SDH、ATM、Ethernet、Fiber Channel等电信和数据业务；支撑长达80km的无在线放大传输；提供本地串口管理和以太网接口的远程SNMP管理等。F-engineC15100系列产品采用模块化的子架式结构设计，提供8个光传输通道，最大传输容量为40Gbit/s；除具有C15000的所有功能之外，还提供了1+1的冗余电源保护和1+1通道保护功能；所有模块支撑热插拔和网管功能。


----《现代通信》
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