CWDM关键技术及应用

CWDM关键技术及应用
http://www.chinatelecom.com.cn 　2003年06月23日 　　中国电信集团北京研究院 张成良 

CWDM（粗波分复用）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DWDM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、CWDM 关键技术

2.1  波长选择

G.694.2定义了18个从1270nm～1610nm 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°C~70°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l0加上激光器输出从23°C 到35°C的波长漂移值，即l0 + 0.08nm/°C *(35°C -23°C) = l0+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）。



实际应用中，CWDM 产品主要有两种形式，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+/-6~7nm 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)，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°C~70°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。



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CWDM 系统。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系统。

G.655A光纤由于截止波长在1430nm左右（LEAF光纤的截止波长在1470nm，根本无法在1460nm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CWDM 系统。

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CWDM 系统。对于采用全频带全波G.652C光纤，则可以开通16波CWDM 系统。

2.4 CWDM 与DWDM 比较

城域DWDM来源于长途DWDM技术，技术成熟，传输距离远，波长数多（32/40），可以组建比较大的OADM环网（200km），适用于城域网核心层。CWDM是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 如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DWDM系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 系统则有可能采用背对背复用器/解复用器结构，不采用OADM 节点。即使采用OADM 节点，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DWDM 系统一般为环网拓扑，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 一般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、CWDM 标准化情况

G695规定了CWDM 系统技术要求。对其最重要的光接口参数规范“黑盒子（black box）”和“非黑盒子（non-black box）”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CWDM系统对外的单个通路口SS、RS横向兼容、内部MPI-S、MPI-R纵向兼容的方式，也就是在CWDM 系统对业务光接口横向兼容的方式。

 

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G.652、G.655光纤应有着相同的应用代码。

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。

张成良：现任中国电信集团北京研究院技术部主任、高级工程师，国内通信标准研究组传送网组长。曾任信息产业部电信传输研究所传输与接入研究部主任、长期从事大容量光缆系统和光联网技术的研究，曾主持制定国内通信行业标准“光波分复用系统总体技术要求”“32*10 Gb/s WDM线路系统技术要求”、“160*10 Gb/s WDM线路系统技术要求”，负责承担863-300重大项目《中国高速信息示范网光网络性能测试》，长期参与运营商光传送网建设，具有丰富的主持大型网络设备测试和评估的经验。