CWDM(疏波分复用)在城域网中的应用（转)

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CWDM(疏波分复用)在城域网中的应用
余其炯 Yu Qijiong

波分复用（WDM）的特点
波分复用是99年新涌现出的技术，它是增加光纤传输容量的最佳解决方案。
波分复用是利用单根光纤，采用光波分复用技术传输多个载波，实现超大容量光传输的一种手段。
波分复用的工作原理是：首先进行波长转换，即通过波长转换器或采用光/电/光转换方式，将传输的信号由标准波长（如1550nm，1310nm）转换为WDM系统使用的系列工作波长之一。该多路光信号通过光复用器（或光合波器）耦合到一根光纤上，经过放大后，在线路上传输。传输的线路上、每隔一定距离设置光线路放大器（掺铒光纤放大器EDFA）对信号进行光中继放大，到达接收端后，将放大的信号经解复用器（或光分波器）解复用成多路光信号，再经过波长转换，将每路光信号的工作波长还原成原来发送的标准波长。
图1 波分复用(WDM)工作原理框图
光波复用除简单的波分复用外，尚有密集波分复用（DWDM）和疏波分复用（CWDM）。最早投入使用的双窗口，即在1310nm，1550nm光纤的两个工作窗口上各运行一个系统就属于WDM。把波长间隔在1nm以下的称为DWDM。例如40nm的EDFA窗口分为多波长及信道时，可达40个波长，而EDFA的可用增益带为1525~1560nm，内有35nm，扩展后可达80nm，这样可将WDM各波长的信号同时放大。在实际应用中，有时也把波长在8个以上的称为DWDM。疏波分复用的波长间隔为20nm。
采用DWDM，可在已有的光纤链路上，不增加中继设备（即用原来的光放大器），仅在终端安装相应的波分复用设备，就可以增大容量，并且可在需要的中继段（或城市）上提供分/插（上/下）电路功能。

DWDM用于城域网
90年代后期，DWDM技术开始从长途应用延伸到城域网中，为城域网快速地增加带宽提供了有效的手段。DWDM原来用于长途上的一些要求也发生了变化，如距离从3000km变为300km，信道数从160条变为4-16条。城域网应用中的一些新要求也提出来了，如除STM-16（2．5Gb/s）,STM-64(10Gb/s)外,还需要千兆比特以太网,企业系统连接(ESCON),DI视频及多协议支撑等。
城域网还要求在中心局（CO）间采用，真正的环形，拓朴，做到任意信道可以互相连接。为了保证已有SDH城域环状网络不会中断，在波长层还增添了新的协议。
把DWDM引入到城域网中虽然做了很多努力，但是却仍然存在着色散，光功率管理，和光分/插复用（DADM）节点的损失等问题。为此，厂商们开发了一种“数字光纤”的解决方案。该方案包括的可配置的OADM，在每个节点上都具有内置的光放大和灵活的功率管理。采用这种方式，可以由本地和远端管理来分插波长，而且在城域环上每个节点上波长的光功率都一样。“数字光纤”虽然解决了在城域网应用中的上述问题，但是DWDM用于城域网中最大的问题是成本太贵。

CWDM用于城域网
上面已经讲到，城域网中采用DWDM价格太贵。2002年的统计数据也表明了全球DWDM在城域网的销售额比2001年下降了33%。正是在这种情况下，老的CWDM又迎来了机会。
CWDM间隔为20nm的波长在1270 nm到1610 nm间有18个波长。其中有2-5个波长在用ITU-T G..652光纤时，由于在E频段的水峰（Water peak）影响而不能使用。新的G.652C光纤移走了该水峰值，保证了18个波长都能使用。
把CWDM和DWDM做一个比较。当18个DWDM波长在光放大C波长里，间隔约1.6nm(200GH)时，为了达到这么窄的波长间隔，DWDM的激光器需要增加功率及冷却设备，以保持波长的准确性。这样，配有强力制冷风扇的DWDM设备机架就会占据更大的机房空间。而CWDM激光器则可以在没有冷却设备的情况下工作，并且可在很大的环境温度范围内保持20nm间隔的波长的准确性。CWDM滤波器的制造精度在保持性能和质量的要求下可以比DWDM低。综上所述，CWDM用于城域网、其成本可比DWDM用于城域网低50%。
对于2.5Gb/s，传输距离达80km的情况，低成本的，直接调制的CWDM激光器和直接调制的DWDM激光器是采用同样的半导体技术。因而，尽管CWDM由于无冷却要求和制造容差等因素使其成本显著下降，但是CWDM允许的色散补偿并不比DWDM大。
全光城域网包含了许多分/插节点，其积累的光功率损失使网络距离限制到小于80km。但是通过添加新型的半导体光放大器（SOA），可使具有许多光分/插节点的城域网络的距离在2.5Gb/s时，延伸到80km。
CWDM宽间隔波长的缺点是衰减容差较低，从而限制了光纤内的波长数和信号传输距离。CWDM适用于中心局（CO）到楼群间的城域网接入，环形连接，基站链路，以及银行和政府部门的存储域网络（SAN）。
CWDM和DWDM主要性能比较如下表示。
表1 CWDM和DWDM主要性能比较

再生的CWDM节点
传统的长距离网络，对所有的WDM信道都有全3R（再放大，再整形，再定时）的再生，所以成本非常昂贵。在城域网中虽然信道数不大（从4条到16条），节点间距离不远（2.5Gb/s时,<80km）,但是每个节点的所有波长都要全3R地再生,成本仍然昂贵,所以不采用这种方式。
而低成本的宽带CWDM部件（2.5Gb/s）,与多速率电子器件(如可编程时钟和数据恢复CDR),以及宽带交叉连接交换机的结合可为传统的WDM网络走出一条新路。
图2 有4条CWDM信道。在5个节点的城域核心环上，再生的CWDM互相间的距离为40km。
再生的CWDM可与任何型式的线性总线，集线器式，环形网络连接。其任意点到任意点，多信道传输和交换等功能支撑多协议的逻辑网和广播网络。作为数字解决方案，再生的CWDM网络可以像SDH网络一样地被管理和配置。网络设计只需要简单的线性计算，如链路预算和节点数目等。
数字光纤技术容易满足城域网应用中对容量增加，端到端的传输，逻辑网状连接和多协议等的需求，而且再生的CWDM比DWDM解决方案便宜。占据空间小，功耗小。
图2再生的CWDM网络及节点示意图
如图2示，再生的CWDM节点把所有的光信道解复用。每个信道里的数据信呈进行光电转换，以及放大（1R），再整形（2R）和供选择的再定时（3R）。每个信道的电信号交换到本地的分支接口和/或到CWDM输出端口，以便传送到下一个再生的CWDM节点。由于所有的波长全部被再生，是一种“数字——光纤”解决放案，但却没有全光DWDM系统里的昂贵的光放大和功率管理问题。

CWDM网络
电信运营商在城域网中用再生的CWDM网络，对业务提供者和客户都经济。其应用可以是包括色散移位（DS）光纤在内的任一种单模光纤的城域接入或城域网。在城域接入时，CWDM的低功率和占有空间小的优点使多信道，多协议的WDM技术可用于外线设备（OSP）。在已敷设了DS光纤的城域网里，再生的CWDM是4波长混合案例的一种理想和成本低的解决方案。因为迄今为止的4波长混合案例都仅限于把WDM用在比较昂贵的L波段的DWDM产品中。
CWDM为各种城域WDM的应用提供了一种有效的网络体系结构，使设计、安装、维护和升级简单、方便。网络设计只需采用简单的SDH/SONET长距离（LR）或中间距离（IR）的设计规范，而不需要复杂的光功率和色散计算。由于免除了专用波长接口及减少了占有的空间，使安装和维护都简化了。通过远程管理的环回和逐个链路地以及逐个信道地测试提高了网络诊断的水平。
当需要扩容时，可以增加另外的信道和节点，并无需对已有的光纤链路和波长信道进行再平衡。不论是保护的信道或是未保护的信道都可用光纤UPSR和BLSR保护选件支撑。具有信道再利用的保护的和未保护的业务的混合，可以支撑比CWDM波长数目更多的业务

城域WDM的前景
早在80年代初，CWDM技术就开始用于多信道的本地网（LAN），但是把它演进到电信级的城域网应用却是最近几年的事。
最近在城域CWDM应用中采用了新型的SOA使传输距离可增加到80km，说明CWDM技术的进步。预计在CWDM部件集成（滤波器和光电子）领域以及10Gb/s CWDM激光器的商用化等方面将会有进一步的发展。一旦这些器件问世，高达160Gb/s容量的再生的CWDM网将会在城域网中众多的全光CWDM解决方案中一展身手。
展望未来，再生的CWDM技术及在城域WDM网络市场上前景光明。