CWDM无源波分技术及其在广电网络中的应用

CWDM 无源波分技术及其
在广电网络中的应用
【摘 要】光纤被认为是迄今为止最优的传输媒质，被各运营商利用来突破接入带宽“瓶颈”。

广电在部署HFC 网络的同时也进行了FTTH 网络的建设，本文针对OLT 下移时，在FTTH 网络或C -DOCSIS 网络应用中遇到的光链路资源不足的情况，结合接入网与城域网的业务与带宽需求，着重介绍一种CWDM 无源波分技术及其系统构造，这种系统及其技术能够有效地解决光纤资源不足无法开展业务的问题，并提高OLT 下移所需的上联端口带宽。

为广电网络建设提供更加丰富可靠的参考与解决方案。

【关键词】密集波分，光纤到户，OLT ，PON ，C -DOCSIS
【中图分类号】 TN943.5 【文献标识码】 B 【DOI 编码】
10.16171/ki.rtbe.20190002012【本文献信息】陈海彬.CWDM 无源波分技术及其在广电网络中的应用[J].广播与电视技术，2019,Vol.46(2).
CWDM Passive Wavelength Division and Its Application
in Broadcasting Network
Chen Haibin
（Guangzhou Digital Media Group Co. LTD, Guangdong 510010, China ）
Abstract Optical fiber is considered to be the best transmission medium so far, and is used by various operators to break through the "bottleneck" of accessing bandwidth. Radio and TV industry carried out the construction of FTTH network while deploying HFC network. In this paper, when the OLT moves down, the optical link resources encountered in the FTTH network or C-DOCSIS network application are insufficient. Combined with the business and bandwidth of accessing network and metropolitan network, this paper focuses on a CWDM passive wavelength division technology and its system architecture. This system and technology effectively solve the problem that the fiber resources are insufficient to carry out the business, and improve the interconnect port bandwidth the OLT required to move down. It provides more abundant and reliable reference and solutions for the construction of radio and television network.Keywords CWDM, FTTH, OLT, PON, C-DOCSIS, CMC
陈海彬
（广州珠江数码集团股份有限公司，广东 510220）
0 引言
CWDM （Coarse Wavelength Division Multiplexer ）技术凭借其无制冷激光器、可直接调制、无需波长锁定、低成本、功耗低、体积小、业务接口灵活等特点，使得采用CWDM 组网具有明显的成本优势。

加上CWDM 又继承了波分复用系统的优势，使得该类型网络组网较为简单灵活，在市场上有一定规模的应用。

本文将介绍利用CWDM 技术结合OLT +FTTH 或OLT +C -DOCSIS 技术进行组网，解决有线电视接入网建设中遇到的瓶颈，以提高有线电视网络的业务承
载和支撑能力。

1 广电行业发展现状
随着三网融合的发展，C -DOCSIS 技术受到追捧的同时，FTTH 光纤到户技术在有线电视网络中也得到了大规模应用，两种技术的应用使得 PON 网络的部署和需求越来越多。

虽然PON 网络可以实现 “长距离、大带宽、广覆盖”，但是在实际部署过程中，PON 网络的建设存在两大问题，使得PON 网络不能实现“长距离、广覆盖”的目标。

光纤耗用大，在OLT 集中布放的模式下，用户密集区域需要耗用大量的主
干光纤，才能覆盖更多用户；传输距离短，光路损耗预算不够，在PON网络接入中，由于光纤资源的跳点多、熔接点多，以及光分路器分光，整个线路上光功率衰减较大，一般实际部署的PON 传送距离仅 5km〜8km，无法覆盖较远的小区，尤其是近年来农村网络的大力发展，这些问题导致农村FTTH 网络的发展遇到了很大的瓶颈。

在实际网络建设中，有线电视网络根据自己的优势（大量的有源交接箱或微小型机房），对PON网络建设中的OLT 进行下移，布放在有源交接箱或微小型机房，解决光纤耗用大、传输距离短、光路损耗预算不够的问题，实现FTTH网络的全面覆盖建设。

但在实际应用过程中由于OLT本身及存量OLT的存在，会有以下两个问题：
1.1带宽需求大，OLT上联做端口聚合
由于OLT设备本身上联端口采用GE（少量10GE）速率，在接入用户增加，业务带宽需求持续加大的情况下，设备单个上联端口的接入容量已经无法满足多个用户聚集的需求，而导致用户业务体验不佳；即便有QoS的业务保障，但实际的上联GE接入已经超负荷。

尤其是在OTT模式存在的网络中，4K、8K、AR、VR等的超高清业务的突飞猛进，给设备上联端口的带宽带宽带来了新的挑战。

随着业务量的增长，会逐渐增加PON口的利用率，增加PON口进行覆盖，上联端口的带宽需求会有明显增加。

因而，有线电视FTTH网络在建设过程中，根据自身的优势（有源交接箱或微小型机房）将OLT下移，来满足PON 口的覆盖，解决光缆耗用大的问题的同时，也要考虑OLT设备上联端口的聚合。

1.2业务安全性强，OLT上联做端口需做保护
OLT设备是业务接入测的汇聚设备，在OLT下移的情况下，解决光纤资源不足、线路损耗大等问题的同时，对OLT 设备的管理、安全性、业务中断等提出了新的要求。

因而，有线电视FTTH网络在建设中需要解决OLT下移的问题，同时也需解决由此而产生的问题，如对OLT的上联端口做保护。

针对以上OLT下移在FTTH网络应用中遇到的问题和有线电视FTTH网络的需求，以下内容将着重介绍一种CWDM 无源波分技术及其系统构造，这种系统及其技术能够有效地解决以上两个问题，能极大地提高OLT下移而需要的上联端口带宽及设备安全性保护，通过一芯光缆实现OLT上联N （N=1〜8）端口的高度聚合，实现上联端口不同路由的保护。

从而保障FTTH的建设，在节约成本的同时，也拥有高性价比、强安全性和FTTH快速建设等特性。

2 CWDM技术的实现
在FTTH网络的设计中，PON网络为主要技术，主要由BRAS/SWITCH、OLT、ODN、ONU组成，CWDM技术作为解决BRAS/SWITCH、OLT之间连接的而带来的问题，是一种简单、有效、高性价比的技术。

CWDM的最重要的优点是设备成本低，主要来自于激光器结构简化，成品率高，复用/解复用设备结构简化。

除此之外，CWDM的另一个优点是可以降低网络的运营成本。

由于CWDM设备体积小、功耗低、维护简便。

由于其波长数较少，所以板卡备份量小。

使用8波的CWDM设备对光纤没有特殊要求，G.652、G.653、G.655光纤均可采用，可利用现有的光缆。

CWDM系统可以显著提高光纤的传输容量，提高对光纤资源的利用率。

城域网的建设都面临着一定程度的光纤资源的紧张或租赁光纤的昂贵价格。

目前典型的粗波分复用系统可以提供4/6/8/12/16个光通道，按照ITU-T的G.694.2规范最多可以达到18个光通道。

CWDM的另一个优点是体积小、功耗低。

CWDM系统的激光器无需半导体制冷器和温度控制功能，所以可以明显减小功耗，CWDM系统中简化的激光器模块使得其光收发一体化模块的体积减小，设备结构的简化也减小了设备的体积，节约机房空间。

与传统的TDM方式相比，CWDM具有速率和协议透明性，这使之更适应城域网高速数据业务的发展。

城域网中有许多不同协议和不同的速率的业务，CWDM提供了在一根光纤上提供不同速率的、对协议透明的传输通道，如以太网、A TM、POS、SDH等，而且CWDM的透明性和分插复用功能可以允许使用者直接上下某一个波长，而不用转换原始信号的格式。

也就是说，光层提供了独立于业务层的传送结构。

CWDM具有很好的灵活性和可扩展性。

对于接入网业务来讲，业务提供的灵活性，特别是业务提供速度和随着业务发展进行扩展的能力非常重要。

利用CWDM技术可以在短时间内为用户开通业务，而且可以随着业务量的增加，可以通过插入新的OTU板进行容量的扩展。

提高业务质量。

在城域网中应用CWDM系统可以使光层恢复成为可能。

光层恢复比电层恢复要经济得多。

考虑到光层恢复是独立于业务和速率的，那么原来一些自身体制无保护功能的体系（如千兆以太网），则可以利用CWDM来进行保护。

由于CWDM技术的上述优点，所以CWDM在电信、广电、企业网、校园网等领域获得越来越多的应用。

CWDM的可用波段（单位：nm）：
1. O-Band：1270，1290，1310，1330，1350
2. E-Band：1370，1390，1410，1430，1450
3. S +C +L -Band ：1470，1490，1510，1530,1550，1570，1590，1610
CWDM 应用于FTTH 网络中的优势：
1. 性价比高：器件技术要求大幅度降低，成本随之降低，
稳定性好。

系统可靠性高：有源器件，尤其是EDFA 的大幅度减少，系统可靠性大大增加。

2. 系统设计灵活：未使用到EDFA ，所以传输距离只受到线路损耗影响。

3. 开通维护简单：设备结构简单，即插即用，开通方便。

4. 多协议支持：灵活支持多种接口，从100M 到10GE 。

CWDM 技术结构原理图如图1所示。

3 CWDM技术在FTTH网络中的应用和系统构造
CWDM 技术作为FTTH 网络中下移OLT 上联端口的聚合和保护的重要应用，其目标和定位是实现一根光纤中传输多路上联端口或对上联端口进行路由保护。

3.1 OLT 下移模式下，单纤传输多台OLT 数据的点对点
系统架构
在OLT 下移模式下，应用CWDM 技术，解决密集型区
域内多台OLT 下移而造成的上联端口接入光纤不
足问题，利用一芯光纤传输多个OLT 上联端口，如图2所示。

3.2 OLT 下移模式下，单纤传输多台OLT 数据的总线型系统架构
在OLT 下移模式下，应用CWDM 技术，解决
同一路由上多台OLT 下移而造成的上联端口接入
端口端口端口端口端口端口
sw
图2 点对点型系统构造
A1～A8
OLT1
OLT2OLT3OLT4
sw
A1～A8
A3～A8A4～A8A7,A8
A7,A8
A5,A6A3,A4A1,A2OLT1OLT2OLT3OLT4
sw
A1～A8
OLT上联OLT上联端口3OLT上联端口2OLT上联
端口1
sw
图3 总线型系统构造
光纤不足问题，利用一芯光纤传输多个OLT 上联端口，如图3所示。

3.3 OLT 下移模式下，OLT 上联端口聚合系统架构
在OLT 下移模式下，应用CWDM 技术，解决单台OLT 下移而造成的上联端口接入速率不足，利用一芯光纤对OLT 上联做端口聚合，如图4所示。

3.4 OLT 下移模式下，OLT 上联端口保护系统架构
在OLT 下移模式下，应用CWDM 技术，解决OLT 下移上联端口路由安全性，利用一芯光纤主备路由对OLT 上联做端口保护，如图5所示。

4 CWDM技术的其他典型应用
4.1城域网点对点大流量短距离传输
CWDM 城域网点对点传输系统（如图6所示），一端节点采用CWDM 模块，选择适合速率、距离及波长，通过复用/解复用等进行传输组网，可以根据实际需求，选择GE 、10GE 等不同速率，10km /20km /40km /80km 等不同传输距离模
A1～A8
A3～A8
A4～A8
主路由
A7,A8
A1～A8
A3～A8
A4～A8
A7,A8
A7,A8
A5,A6
A3,A4
A1,A2
A7,A8
A5,A6
A3,A4A1,A2
OLT1OLT2
OLT3
OLT4
sw
sw
图6 CWDM 城域网点对点传输系统
A1～A8
SW/BARS/PTN SW/BARS/PTN
图7 CWDM 多业务混传典型应用
1芯/2芯
光纤扩展单元
光纤扩展单元
PTN/
OTN
PTN/OTN
OTMn OTMn
OLT
OLT
λ1～λ6λ4～λ6
λ1 λ2 λ33路可扩展OADM
λ4 λ5 λ6
扩展系统
原系统
块，可根据实际需求进行适当扩展，具体扩展方案详见图8。

4.2 多业务混传典型应用
CWDM多业务混传典型应用，如图7，主要应用于数据专网业务、OLT上联等多业务模式下，在一芯光缆中，利用CWDM技术实现多业务的混合传输，解决由于光纤资源不足带来的问题。

4.3 CWDM应用中的扩展升级方案
光纤复用设备应具有扩展功能，最大可扩展到9路双向任意速率信号业务的传输。

以确保可同时满足SDH、PTN、OLT传输需求。

5 CWDM与网络建设
CWDM技术作为FTTH网络解决OLT上联端口聚合、端口保护的技术，实现了一芯光纤中传输多路OLT上联端口数据流及主备路由情况下的多个OLT上联端口主备保护，以及实现一芯光纤在城域网点对点大流量传输、多业务混合传输等网络建设中实现资源需求。

同时，CWDM技术在有线电视FTTH网络建设中在不改变网络架构的同时，也给整个网络建设带来以下三个影响：
5.1 FTTH高性价比—— 一芯光纤解决多个需求
FTTH网络中OLT下移后在进行端口聚合时需要增加纤芯数量，在资源不足区域，需要重新敷设光缆，利用CWDM 技术，按照图4模型实施，在节约光纤纤芯资源的同时，极大的提高了网络建设的效率。

5.2 FTTH延申性强—— CWDM可扩展
FTTH网络中OLT下移后在初期预算时可根据前期的用户接入数量进行OLT上联端口的聚合或保护，随着业务的不断发展及带宽需求的增加，可以按照图8模型进行系统扩展，方便、灵活、快捷。

5.3 FTTH灵活接入—— CWDM灵活性强
FTTH网络中可根据不同业务的需求进行业务的混合传输，对利用CWDM技术进行建设的网络中，对空余光纤资源可以用于其他专线业务的调配，利用图7的业务混穿模式，可以根据实际需求对新增业务进行快速部署。

CWDM技术的引入解决了FTTH网络建设中OLT下移端口聚合合保护带来的难题，也是FTTH网络，城域网点对点大流量传输、多业务混合接入等的一个很好的技术方向，特别是对于我国城市资源紧张、农村扩张快速的模式具有诱人的应用前景。

对于接入网和运营商的意义重大，对未来网络的部署和规划也将是一个突破。

6 结束语
广播电视行业的传统地位持续受到极大冲击，未来有线网络运营商的技术发展，在发挥同轴电缆优势的同时，应匹配不同场景将同轴光纤结合对现有网络进行升级改造，扩容接入网络带宽，降低设备投入成本，提升网络竞争力。

重视支撑体系建设与业务规划，减轻运维压力，提高经济效益。

借助高带宽的网络支撑能力，抓住新媒体融合的契机。

珠江数码针对不同的网络场景利用C-DOSIS、FTTH、PON与CWDM等技术进行网络改造，确保用户服务质量，并不断完善网络的部署与改造模型，为广电技术提供丰富可靠的参考与支持。

参考文献：
[1]韦乐平.光纤通信技术的发展与展望[J].电信技术,2006(11):13-17.
[2]唐明光.有线电视网络双向改造的技术选择[J].中国有线电视,2007(06):526-533.
[3]毛卫兵,徐江山,蒋新农,郭姚,高军良,林如俭,詹启军,杨基军,陈林,黄晓海,赵明科.有线网络如何应对OTT及智能终端时代的挑战[J].有线电视技术,2013,20(01):132-133.
作者简介：
陈海彬，男，1986年，本科，工程师，从事有线电视工作11年，主要负责:互动电视系统、宽带系统的运行管理、系统配置、故障前置处理和技术支持；传输网络的运行管理通过数据汇总及分析指导网络建设、优化资源使用，分前端机房电力、环境、安防系统的运行管理，CMTS、OLT、核心交换机管理与优化；曾参与过广州2010年亚运有线电视专网的建设与验收；集团C-DOCSIS现网部署等重大项目。