CWDM标准与关键技术剖析

CWDM

1 CWDM的技术标准

CWDM是指信道之间的波长间隔较大的一种波分复用，即人们所称的粗波分复用。CWDM （粗波分复用）技术的出现使运营商找到一种低价格、高性能的传输解决方案，由于CWDM 具有低成本、低功耗、小体积等诸多优点，在城域传送网已经有了一定应用。许多国内外制造商也开始研发和陆续推出产品，ITU也在加速其标准化进程。CWDM技术提高了光纤利用率，给运营商和用户以更大的灵活性。

1.1 ITU－T的CWDM建议。

ITU－T面向城域网，2002年制定了G.694.2标准“针对WDM应用的光谱间隔：CWDM波长间隔”。在1270～1610nm范围内，建议了波长间隔20nm的18个可用波长，可以在G.652光纤上使用，如图所示。

1.2 IEEE的10GbE系列标准。

图1 1ITU－T G.694.2建议的CWDM波长可用范围和波长间隔

该系列主要包括850nm窗口的10GBaseSX-4 CWDM和1310nm窗口的10GBaseLX－4CWDM两个标准。10GBaseLX-4 CWDM同］TU－T建议1310nm窗口的标准相似，只是其波长间隔为24.5nm，即WWDM。由于仅采用了4个波长，波长间隔较大的信道之间能够容许更大的色散，每个信道传输速率可以达到3.125Gb/s，传输距离超过10km。在1310nm 窗口建议的可选信道波长为：1275.7nm（1269.0～l282.4nm）；1300.2nm（1293.5～1306.9nm）；1324.7nm（1318.0～1331.4nm）：1349.2nm（1342.5～1355.9nm）。

1.3 0IF的VSR－5标准。

在40Gb/s的VSR5中的4×10CWDM方案中，4路传输速率为10.264Gb/s至11.09Gb/s的并行数据信号，分别驱动4个波长在1269.0nm至1355.9nm的激光器。每个激光器的中心波长间隔为24.5nm，同IEEE的标准一致。从这些激光器发出的光经一个光复用器耦合到一根普通的单模光纤中，复用后的光信号以39.813Gb/s至43.018Gb/s的速率在光纤链路上传输。以上几个国际建议标准，趋向于统—采用波长间隔24.5nm的IEEE和0IF建议。这样在1260～1625nm的波长范围内，可用波长数为17个，16个波长可以在城域网或者局域网的范围内分配给用户使用，剩余一个波长用做管理信道。

2 CWDM系统优点

CWDM系统的最大的优势在于成本低，其主要表现在器件、功耗、集成度几个方面。

2.1 器件成本低

CWDM技术将大大降低建设和运维成本，特别是激光器和复用器/解复用器成本。对于波长间隔小于50GHz 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。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则不需要激光器制冷、波长锁定和精确镀膜等复杂技术，大大降低了设备成本。

2.2 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要约0.5W左右。对于多波长和高速率的DWDM系统，单盘功耗控制是系统设计中的一个困难问题。采用无致冷激光器的CWDM系统的低功耗减少电源备用蓄电池，降低成本。

2.3 体积小，集成度高

CWDM激光器物理尺寸上远小于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激光器结构和简单的控制电路，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，相当于一路DWDM系统光转发器大小。CWDM系统不使用光放大器，因此有可能设计成结构紧凑的台式或者是盒式设备，非常方便安装和维护。

3 CWDM系统的关键技术

3.1 传输介质。

由于CWDM在1260～1625nm的范围内采用了等间隔的波长信道，因此，推荐的传输介质是无水峰的ITU－T的G.652C光纤。但是对于波长数量较少的情况，可以避开水峰，例如VSR5的4×CWDM方案，采用普通G.652光纤即可。

色散位移G.653光纤由于四波混频等非线性效应的影响，对于C波段的DWDM系统不适用。四波混频效应是影响C波段DWDM传输系统性能的主要因素，它主要与光功率密度、信道间隔和光纤的色散等因素密切相关。光功率密度越大，信道间隔越小，光纤的非线性效应就越严重。DWDM通过增加光纤的有效传光面积，以减小光功率密度；在工作波段保留一定量的色散，减小光纤的色散斜率，增加波长间隔等方法来减小四波混频等非线性效应。但是对于CWDM系统，波长间隔超过20nm，并且传输距离相对较短，四波混频造成的信道串扰影响要小得多。因此G.653光纤也是CWDM系统的可选传输介质。

3.2 光源。

直接调制的无制冷分布反馈（Distributed Feedback Bragg，DFB）激光器的线宽窄，输出功率达到1mW，直接调制速率可以达到2.5Gb/s，在G.652光纤上传输距离能够超过80km，是比较理想的CWDM光源。光源的线宽和波长信道间隔直接决定了CWDM和DWDM所采用的激光器的不同。波长信道间隔决定了光源容许的由于制作工艺、温度特性及调制电流等造成的中心波长漂移范围。在DWDM系统中，由于工作波长较为密集，一般波长间隔只有几个纳米到零点几个纳米，因此要求用于系统使用的激光器波长必须精确，并具有良好的稳定性，要有与之相配套的波长检测与稳定技术。

ITU－T的G.694.2建议CWDM光滤波器的保护带宽等于信道间隔的三分之一，因此对20nm 间隔的信道，可用光滤波器的带宽不能超过13nm，因此CWDM光源的中心波长漂移不超过6.5nm即可。其温度特性较DWDM方案的要求也相对降低，在0～70℃范围内，波长漂移可以达到±4.2nm。

同DWDM技术采用的DFB光源相比，CWDM采用的无制冷DFB光源具有更大的优势，