CWDM關鍵技術及應用
http://www.chinatelecom.com.cn 　2003年06月23日 　　中國電信集團北京研究院 張成良 

CWDM（粗波分復用）技術的出現使運營商找到一種低價格、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，在城域傳送網已經有了一定應用。許多國內外制造商也開始研發(fā)和陸續(xù)推出產品，ITU也在加速其標準化進程。CWDM技術提高了光纖利用率，給運營商和用戶以更大的靈活性。本文將討論CWDM 特點、波長選擇、光纖類型等關鍵技術，并對CWDM和DWDM 進行詳細比較，最后對CWDM 的應用和發(fā)展予以了展望。

1、CWDM 系統優(yōu)點

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

1.1 器件成本低

CWDM技術將大大降低建設和運維成本，特別是激光器和復用器/解復用器成本。對于波長間隔小于50GHz DWDM系統，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確性和穩(wěn)定性。光復用器（濾波器型）則需要精確的上百層多層介質膜器件，為了防止同頻和異頻串擾，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雜技術，大大降低了設備成本。

1.2 功耗低

DWDM系統激光器集成了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，單盤功耗控制是系統設計中的一個困難問題。采用無致冷激光器的CWDM系統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小于DFB激光器。DWDM光發(fā)射機尺寸是CWDM光發(fā)射機的5倍左右。由于CWDM激光器結構和簡單的控制電路，單個模塊可以實現多路光收發(fā)，目前商用器件已經做到4路transceiver集成在一個尺寸僅為16cm′9cm′1.65cm的模塊，相當于一路DWDM系統光轉發(fā)器大小。CWDM系統不使用光放大器，因此有可能設計成結構緊湊的臺式或者是盒式設備，非常方便安裝和維護。

2、CWDM 關鍵技術

2.1  波長選擇

G.694.2定義了18個從1270nm～1610nm CWDM標稱波長，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，其熱漂移系數約為0.08nm/°C。標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（如復用器）幾乎不隨溫度變化，一般認為無源器件標稱中心波長應該對準激光器35°C時的輸出信號波長，因為35°C在整個工作溫度范圍的中間。也就是說，無源器件標稱中心波長應該是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稱溫度與實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際環(huán)境剛好工作在（1270nm/1290nm/…/1610nm）。



實際應用中，CWDM 產品主要有兩種形式，8波長系統和16波長系統。8波長系統是目前應用比較多的系統。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。但是考慮到已經敷設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，而目前此類光纖應用很少。CWDM 主要用于光纖缺乏的接入區(qū)域，8波的容量大部分可以滿足系統要求。

2.2波長間隔

根據目前激光器制造技術，無致冷激光器在工作條件下及其整個壽命期內，其波長變化應在+/-6~7nm 之內。考慮到足夠的相鄰通道隔離度和一定的的保護帶(一般為最小通道間隔約三分之一)，G.694.2選取20nm為CWDM系統的通道間隔。

CWDM系統無制冷激光器在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通道間波長間隔都必須足夠寬以滿足無致冷激光器波長偏移的要求，如圖1所示。



通常CWDM系統通道間隔為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。

2.3 光纖選型

城域內敷設的大部分都是常規(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，工作在波長區(qū)（1460－1625）nm，不能開通16波CWDM 系統。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。

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波系統都有困難。G.655B 光纖截止波長低一些，可以開通8波系統，因此G.655光纖最多開通8波CWDM 系統。

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

2.4 CWDM 與DWDM 比較

城域DWDM來源于長途DWDM技術，技術成熟，傳輸距離遠，波長數多（32/40），可以組建比較大的OADM環(huán)網（200km），適用于城域網核心層。CWDM是針對網絡邊緣需求產生的技術，設備體積小，功耗低，價格便宜。適用于城域網接入層，解決光纖短缺的問題，運營商在競爭區(qū)域可以租用單根光纖傳送多種業(yè)務。

CWDM 系承載客戶速率一般在2.5Gb/s以下、波長數目為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），功率預算小，傳輸距離短，一般小于20公里。而DWDM系統在城域網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（40公里以上），承載業(yè)務量大（波長數量多），而這要求系統有更大的功率預算，需要高功率的光放大器。

DWDM 系統組網一般為環(huán)網拓撲，節(jié)點采用的都是有保護功能的OADM ，而且具有網管系統可配置的波長上下能力，網管系統比較完善。而CWDM 系統則有可能采用背對背復用器/解復用器結構，不采用OADM 節(jié)點。即使采用OADM 節(jié)點，也基本上為全部上下波長或單一波長上下的簡單結構，系統對波長的配置能力比較差，網管系統非常簡單。

從保護方式上，城域DWDM 系統一般為環(huán)網拓撲，采用光復用段保護或光通道保護環(huán)系統，對所有業(yè)務都進行保護，以提高系統可靠性。而CWDM 一般為點到點線性或環(huán)形拓撲，線性系統一般沒有保護，環(huán)網多選用簡單的光通道保護，根據各波長承載業(yè)務重要性選擇是否保護。

3、CWDM 標準化情況

G695規(guī)定了CWDM 系統技術要求。對其最重要的光接口參數規(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進行規(guī)范，而對其內部所有接口都不進行定義，也就是實現群路光接口的橫向兼容性，內部接口不進行規(guī)范。另一種“黑盒子”方式是在CWDM系統對外的單個通路口SS、RS橫向兼容、內部MPI-S、MPI-R縱向兼容的方式，也就是在CWDM 系統對業(yè)務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系統各個接口都進行標準化，以實現完全橫向兼容性。從長遠看系統應實現完全橫向兼容性。但是考慮到短時間內無法完成，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。也有廠商提出單向12波長系統，更有人主張雙向6＋6、雙向4＋4波長應用方式，采用單纖雙向方式解決雙向傳輸問題�？紤]到城域網光纖長度較短，色散和損耗都不會成為系統受限因素，對于G.652、G.655光纖應有著相同的應用代碼。

小結

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

張成良：現任中國電信集團北京研究院技術部主任、高級工程師，國內通信標準研究組傳送網組長。曾任信息產業(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和光聯網技術的研究，曾主持制定國內通信行業(yè)標準“光波分復用系統總體技術要求”“32*10 Gb/s WDM線路系統技術要求”、“160*10 Gb/s WDM線路系統技術要求”，負責承擔863-300重大項目《中國高速信息示范網光網絡性能測試》，長期參與運營商光傳送網建設，具有豐富的主持大型網絡設備測試和評估的經驗。