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[城域网技术] CWDM技术的发展与思考 [复制链接]

shujuren

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少将

注册：2004-5-20

发表于 2004-12-8 14:05:00 |显示全部楼层

CWDM技术的发展与思考
中国联通云南分企业车力军
中国联通云南分企业数据互联网业务部副经理

　　导读：本文全面先容了光纤粗波分复用技术（CWDM）的发展背景、技术优势、国际最新标准化进展；简述了CWDM应用现状，最后阐明了其存在的问题及其对策，指出随着技术的完善，CWDM在我国城域网（MAN）、接入网建设中具有远大的发展前景。随着信息时代的到来，人们对光通信带宽的需求日益剧增，增加光路带宽的方法有两种：一是提高光纤的单信道传输速率；二就是增加单光纤中传输的波长数，即采用波分复用技术（WDM）。

　　

　　目前宽带城域网（BMAN）正成为信息化建设的热点， DWDM（密集波分复用）的巨大带宽和传输数据的透明性，无疑是当今光纤应用领域的首选技术。然而， MAN等具有传输距离短、拓扑灵活和接入类型多等特点，如照搬用于长途传输的DWDM，必然成本过高；同时早期DWDM对MAN等的灵活多样性也难以适应。面对这种低成本城域范围的宽带需求，CWDM（粗波分复用）技术应运而生。实际CWDM技术的研发雏形和首次使用是在20世纪80年代，在多模光纤中用来传输数字视频信号。然而当时该系统没有引起电信服务商足够的兴趣。直到近几年城域网开始发展，CWDM才真正引起了业界的重视，于是加大了技术投入，并很快成为一种实用性的设备。 CWDM的特点

　　CWDM技术目前定义有三个可用光波段（Band），各段波长分别是：

　　O Band：1270、1290、1310、1330和1350

　　E Band：1370, 1390, 1410, 1430，1450

　　S+C+L Band: 1470, 1490, 1510, 1530, 1550, 1570, 1590, 1610（单位：nm），因此一个光纤链路最大可容纳18个波长。 CWDM系统的最大特点是成本低，此外还具有功率损耗低和体积小等特点。

图１　ＣＷＤＭ、ＤＷＤＭ波段范围

CWDM和DWDM

　　CWDM与DWDM接近，区别有两点：（1）CWDM光波通道间距较宽，同一根纤上光波段复用光波长数比DWDM的少；（2）CWDM调制激光采用非冷却激光，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，因而大幅降低了成本，目前CWDM系统成本一般只有DWDM的30%。此外，CWDM系统的功耗和物理尺寸均比DWDM系统的小得多。

　　到目前为止，已经安装使用的大部分光纤中有残留水分，使得尤其在1400nm波长附近的光信号衰减较大，这也是DWDM只能使用1500 nm波段窗口的原因之一。但是对于在城域网使用的CWDM系统而言，由于是非长距离传输，OH离子的衰耗影响不大，因此CWDM设计是全光段的。 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OTU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可以兼容在城域网中已得到广泛应用的旧1310nm SDH系统。更深入一层，CWDM技术还具有应用于长途传输的潜在能力,一旦宽带的RAMAN光放大器进入商用，CWDM技术有可能进入长途传输领域。

标准化工作

　　目前ITU-T 已通过G.694.2标准, 规范了CWDM波长栅格：1270nm/1290nm...1470nm/1490nm...1610nm共18个波长。在最近的ITU-T年会上，对“CWDM系统应用光接口”中的光波长偏移指标也提出了建议。鉴于Alcatel（Italy）提交的文稿D.666也对该指标提出了建议，并明确表示该文稿是为支撑我国上海贝尔阿尔卡特文稿D.458的提议，因此实际上两篇文稿是放在一起进行讨论的。讨论一致认为有必要协调G.capp中波长偏移定义和G.694.2中CWDM系统波长栅格定义的关系，而且应该与目前市场上CWDM器件的参数定义保持一致。

　　Alcatel（Italy）的D.666中提出了两种解决此问题的建议：a）保持G.694.2波长栅格定义不变，在G.capp中定义一个不对称的波长偏移指标，这实际上就是D.458提出的方案；b）修改G.694.2中的波长栅格定义，在原来的基础上偏移(+1)nm，同时保持G.capp中对称的波长偏移定义。

　　与会专家经充分讨论，最后认为两方案实质上完全一致，但b方案更易于操作，于是决定将G.694.2的波长栅格偏移 +1nm（修改的G.694.2计划在2003年10月的SG15会议上进行表决），并保持G.capp中的对称波长偏移定义。

　　关于CWDM系统的标准，最近的ITU-T年会上 SG-15工作组通过了G.695的草案，估计该标准将在今年10月的ITU-T年会上通过。在上次年会上，NTT提出光接口参数应该规范"黑盒子（black box?quot;和"非黑盒子（non-black box）"两种方式。"黑盒子"方式只要求在MPI-S、MPI-R进行规范，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，以实现完全的横向兼容。经激烈讨论，会议认为从长远看系统应实现完全横向兼容性，但是考虑到2003年10月要对G.695达成共识，在短时间内无法完成，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。同时也可以采用在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。

CWDM应用于城域网的优势　

　　CWDM技术是应BMAN的需求而发展起来的。有调查表明，在我国沿海发达地区，有些市话光缆纤芯使用率已达70-80%；而且过去的MAN以SDH网络占主导地位，主要是考虑传输话音，因此无论带宽提供还是从接口种类，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，而且不必抛弃过去的设备和新增光路。在建设BMAN方面，用CWDM传输系统与高性能路由交换机结合，就可以从路由交换端口直接驱动光传输设备，同时路由交换机对各波长和数据流都可以进行分插处理。因此这种配置可方便构成宽带ＩＰ城域网。

　　CWDM用很低的成本提供了较宽的传输带宽和全透明的业务接入能力，适用于点对点、以太网、SDH环等各种流行的网络结构，特别适合中短距离、高带宽、接入信号类型多且无法预测的通信应用场合，如楼宇之间或城域的网络通信。尤其值得一提的是CWDM与PON（无源光网络）的钆涫褂谩ON是一种点对多点的光通信方式，通过与CWDM相结合，每个单独波长信道都可作为PON的虚拟光链路，实现中心节点与多个分布节点的宽带数据传输。

　　宽带IP城域网可采用IP over CWDM系统和NxGbE帧格式。由于以太网复用器可将N路GbE（千兆以太接口）用TDM方式合成传输，这种帧格式也是很容易实现的。而且由于这种可变速率的格式对光纤性能要求不高，一些性能下降的旧光纤也可以得到应用。此外，传输采用CWDM方式，路由器采用NxGbE端口组成的系统较SDH系统便宜得多。这样，以较优的性价比就在IP over CWDM宽带城域网中实现了100/1000Mbps速率接入。

CWDM的现状

　　

　　目前，国际国内一些企业已推出CWDM相关产品。美国出品的CWDM模块支撑8个CWDM信道，不久的将来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。

　　在光纤方面，目前美国郎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，而其它性能与常规单模G.652光纤相同；日本推出了两种适于CWDM的低含水量光纤，该纤最大限度消除纤中OH-离子残留量，降低了传输损耗。预计这些光纤的使用，将极大促进CWDM技术的广泛普及，尤其在中长距离通信的应用。

　　在光纤方面，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纤中OH离子残留量，降低了传输损耗。此外，康宁、朗讯等企业也生产出低含水量光纤。预计这些光纤的使用，将极大促进CWDM技术的广泛普及。

CWDM的问题和对策　

　　CWDM是成本与性能折衷的产物，不可避免还存在一些局限。以下几方面就是值得探讨的问题和一些发展对策：

　　一、 CWDM复用器、复用解调器等设备的成本应进一步降低，因为运营商在做城域网和接入网时将比较是用CWDM设备扩容还是埋设更多的光缆划算；

　　二、在单根光纤上CWDM支撑的复用波长个数还较少，主要是目前的商用CWDM系统还集中在1500nm窗口，全波段的CWDM尚在研发中，因此必须加快进度，以跟上应用的步伐，否则波长个数不足将导致CWDM日后扩容成本较高；

　　三、 CWDM系统的实际应用接口应进一步完善和丰富；同时要向提高上下波长灵活性的方向发展；

　　四、 CWDM系统与路由交换设备网管的统一问题应进入研究范畴。能做到这一点，CWDM在BMAN的应用将更加引人注目。

　　五、另一业界较为关注的发展趋势就是将CWDM、光交叉技术与GMPLS（通用多协议标记交换）等技术相结合，向智能光网络迈进，实现多业务处理、动态按需分配带宽。

结语

　　在当前信息时代大潮中，构建低成本高带宽的城域通信网将为整个信息化建设打下良好基础。随着宽带需求遍及边缘网络，低成本高容量光传输系统就显得非常迫切。在接入业务方面，信息现代化所能用到的话音、数据、视频通信等均要求在网络上实现完美汇聚传输。虽然我国特别是西部幅员辽阔，但城域接入层(小于20km), 甚至城域核心层(小于80km)的网络节点间距离并不是很大，同时在西部城市中早期铺设的光缆芯数有限。CWDM系统在价格、性能及维护性等多方面正好满足了电信发展的需求，为城域网和接入网提供了一种可升级的优势解决方案。可以相信, 光纤粗波分复用技术必定会成为今后几年我国城域网建设的热点。

----《中国通信》

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