城域CWDM技术及其发展趋势

shujuren

城域CWDM技术及其发展趋势　
2004-7-1
谢光


一、　前言　

　　随着数据业务的飞速发展，对传输网的带宽需求越来越高。目前世界各国的骨干光通信网络格局已经基本形成，光通信的市场主体正在逐步向城域网转移，各大运应商纷纷将重点转向城域网的建设，需要设备制造商提供低成本的解决方案。鉴于城域网具有传输距离短、业务种类较多等许多不同于骨干网的特点，人们提出了粗波分复用(CWDM，Coarse　Wavelength　Division　Multiplexing)技术。　

　　粗波分复用(CWDM)是一种波长间隔为20nm的波分复用技术，它延续了密集波分复用高带宽的技术优势，同时也具有DWDM技术所不具备的多业务接口、成本低、功耗低、体积小等诸多优点，使其在城域光网络中具有非常广阔的应用前景。许多国内外制造商也开始研发和陆续推出相关产品，ITU-T和中国通信标准化协会也正在加速CWDM的国际和国内的标准化进程。　

二、CWDM技术产生的背景　

　　前几年，随着DWDM的广泛应用，众多厂家包括系统和器件供应商，为了取得风险投资商的青睐，盲目追求技术上的领先。它们中间有很多产品在技术上确实非常领先，并都曾经风光一时，但也往往脱离了或者超出了实际市场的需求。最终导致前几年光通信领域投资过热，使光通信市场出现了很大的泡沫。而CWDM的出现却相反，它是在光通信泡沫最多时，由少数有远见的人沉着思考后的产物。CWDM是由DWDM衍生而来，在器件技术上与DWDM器件相比根本谈不上先进，但CWDM技术完全是根据市场的需要量身定制的，它不仅具有DWDM的技术优势，而且价格更接近市场需求，从而为光传输在城域网的应用，也为真正的全光网络的实现铺平了道路。从这个意义上讲，CWDM的出现，其重要意义并不亚于DWDM。　

　　CWDM技术的首次商用是在20世纪80年代初，在多模光纤中用来传输数字视频信号。Quante企业推出了一个工作在850nm窗口、每信道的速率为140Mb/s的四波系统，这些系统首先应用在有线电视的广播链路。后来CWDM的市场应用主要是采用850nm多模光纤在局域网中实现短距离的传输，通过采用新出现的VCSEL激光器和常规的介质薄膜滤波器技术满足市场对低成本的要求。　

三、CWDM　技术特点　

　　CWDM　技术的最大优势在于其低成本，主要表现在CWDM系统所需的有源器件、无源器件成本较低，并且无需光放大器，简化了系统设计。其次是系统功耗较低、体积较小便于集成、业务接口灵活等特点。

1．成本低　

　　CWDM技术成本优势首先表现在光器件上，由于采用了20nm的波长间隔，使得CWDM系统所用的激光器和复用器/解复用器的成本可以降低。对于波长间隔小于50GHz　的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。另外，激光片的成品率低也增加了DWDM激光器的造价，带Peltier冷却设备和热敏电阻的蝶形封装DWDM激光器要比无冷却的同轴封装CWDM激光器贵得多。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　则不需要激光器致冷、波长锁定和精确镀膜等复杂技术，降低了设备成本。其次，CWDM系统主要用于城域范围内，一般传输距离较短，无需EDFA等光放大器进行放大，简化了系统的设计，无需采用功率均衡技术。

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需消耗较大的功率，每波长需要消耗4W左右，CWDM的无致冷激光器及其控制电路每波长只需消耗0.5W左右。在DWDM系统中，随着复用的波长数的增加以及单信道传输速率的提高，功率损耗及其温度管理成了电路板设计的关键问题。　

　　另外，采用无致冷激光器的CWDM系统的低功耗减少了电源备用蓄电池，有利于系统运营商降低成本。

3．体积小、易于集成　

　　同轴封装的无致冷CWDM激光器物理尺寸远小于带致冷蝶型封装的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激光器结构和控制电路简单，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的模块上，　仅相当于一路DWDM系统光转发器的大小。同时CWDM系统不使用光放大器，因此可以设计成结构紧凑的台式或者是盒式设备，便于安装和维护。

4．业务接口灵活　

　　CWDM系统主要应用于城域网，提供多业务的透明传输，客户侧业务接口灵活，可支撑以下业务：

◆SDH业务：支撑ITU-T　G.707建议规范的STM-?（?=1、4和16）的SDH业务；

◆以太网业务：支撑10M/100M和千兆以太网业务；

◆ATM业务：支撑采用ITU-T　G.707建议规范的STM-?(?=1、4和16)的ATM业务；

◆未来可能广泛应用的其他业务（如：Fiber　Channel、ESCON、FICON、Digital　Video、10GE等等）；

◆8/34/140Mb/s的PDH业务。　

四、CWDM技术相关标准　

　　2002年6月，ITU-T　G.694.2建议提出了波长间隔为20nm，工作波长从1270nm到1610nm的18个复用波长的分配方案。2003年，根据实际器件的情况，ITU-T又将中心波长增加了1nm。2003年10月，针对点对点CWDM系统应用的光接口参数建议G.695在ITU-T　15组获得通过。到目前为止，有关CWDM的国内国际标准都已经基本成熟，下面分别叙述如下：

1．国内器件相关标准



　　目前，国内针对CWDM系统的有源和无源器件标准正在制定，就无源器件而言，相关的行业标准征求意见稿已经出来。CWDM器件性能参数主要指标如表1所示。

2．系统相关标准

(1)　CWDM系统波长栅格定义



　　2002年，　ITU-T建议　G.694.2定义了18个从1270nm到1610nm　的CWDM标称中心波长，波长间隔为20nm。但后来考虑到无源器件滤波特性(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℃时的输出信号波长，因为35℃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*o加上激光器输出从23℃到35℃的波长漂移值，即*o+0.08nm/℃×(35℃-23℃)　=　*o+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），详情见表2。





（2）　CWDM系统应用光接口　

　　2003年10月ITU－T　G.695建议规定了CWDM　系统应用的光接口参数。建议针对当前CWDM系统的两种应用方式(单纤单向和单纤双向)的光接口参数规范了“Black　Box”和“Black　Link”两种方式(见图1和图2)。　





　　“Black　Box”方式可以理解为CWDM网元包括一个合波单元和光发射机或者一个分波单元和光接收机。这种方式只要求对CWDM网元的群路光接口MPI-S、MPI-R和CWDM网元对外的单个通路光接口Ss、Rs进行规范，而对其内部所有接口都不进行定义，也就是实现CWDM网元群路光接口和支路光接口的横向兼容性。目前国内CWDM设备厂商烽火网络有限企业推出的C15000系列产品就是针对这种方式设计的。而“Black　Link”方式可以理解为CWDM网元仅仅包括一个合波单元或者一个分波单元。在这种方式中，CWDM系统中合波单元和分波单元来自同一个厂商，而光发射机和光接收机有可能来自不同的厂商，所以要求对RPs、RPR、Ss、Rs各个接口都进行标准化，以实现完全横向兼容性。

　　另外，　作为CWDM的其他应用，ITU-T　G.695　增加了单纤双向系统的应用代码以及“Black　Box”和“Black　Link”两种方式光接口参数的定义(图3和图4所示方式)。





　　ITU-T　G.695针对CWDM　的各种应用代码规定了其物理层的光接口参数，具体可参见ITU-T　G.695。该建议最多已经定义了16通道的系统，单通道传输速率包括1.25G和2.5G两种。目前商用的CWDM系统多为单纤单向4波长或8波长系统，也有厂商推出单纤单向16波长系统，更有人主张双向6＋6、双向4＋4、双向2＋2波长应用方式，采用单纤双向方式解决双向传输问题。　

五、CWDM技术的发展趋势　

　　前面已经提到过，CWDM是在特定的历史背景下产生的，如果一味地模仿DWDM，把DWDM上的功能都搬过来，势必会增加CWDM的成本，这样会使CWDM失去其原有的优势。但是大家可以适当在CWDM系统上开发一些类似MSTP上的多业务汇聚功能，提高CWDM系统单波长的利用率。

◆在CWDM系统上增加子速率复用功能。如完成多个STM-1和STM-4信号与STM-16信号的复用和解复用，再配合STM-16的CWDM　光转发单元，来实现STM-1和STM-4信号的接入和传输；另外也可以完成8路FE信号到STM-4信号的复用和解复用以及2路GE信号到STM-16信号的复用和解复用，来实现单波长多路以太网信号的接入和传输。

◆在CWDM系统上增加二层交换功能。将二层交换机和CWDM系统整合在一起，提高CWDM系统在网络边缘的接入和汇聚能力和使用的灵活性，拓展CWDM设备的使用范围。

◆在CWDM系统增加媒体转换功能，实现与光纤收发器的融合，达到在两芯光纤上完成多路光纤收发器功能的目的。

◆在CWDM系统的节点上采用3R　的电交叉功能，实现CWDM系统的动态可配置的分插复用功能和解决衰耗和色散受限的CWDM网络问题，提高CWDM系统组环的灵活性，实现可再生的CWDM网络。

◆CWDM系统可以充分利用光纤的带宽升级为16波，单信道速率可以提高到10Gb/s。目前国内CWDM系统的领先厂商烽火网络有限企业已经推出了基于SDH和以太网的单信道速率10Gb/s的8波商用CWDM系统，以及基于SDH单信道速率为2.5Gb/s的16波商用CWDM系统。　

摘自　光纤通信技术