CWDM和DWDM混合傳輸

作者：H. Hinderthur L. Friedric

人們通常認(rèn)為CWDM系統(tǒng)是一種低成本替代品，是用來替代現(xiàn)在被廣泛應(yīng)用的DWDM系統(tǒng)的。因?yàn)镃WDM技術(shù)的優(yōu)勢在于采用了成本比較低的不需要冷卻的分布反饋激光器和價(jià)格低廉的無源濾波器。而且，如果采用CWDM技術(shù)，就能夠使用更廉價(jià)的小型收發(fā)機(jī)。然而，由于CWDM信道間隔比較大，所以系統(tǒng)可用的波長數(shù)會(huì)減小，這樣也就限制了系統(tǒng)的傳輸容量。

根據(jù)現(xiàn)在的ITU G.694.2，以20nm為間隔的話最多可以容納18個(gè)CWDM波長。對(duì)許多應(yīng)用來說，一般的標(biāo)準(zhǔn)單模光纖（SSF）在其中8個(gè)波長上的損耗會(huì)相當(dāng)大。因此，基于G.694.2的CWDM技術(shù)在SSF上只能使用8個(gè)波長，他們分別是1470、1490、1510、1530、1550、1570、1590和1610nm。到目前為止，只要客戶的WDM網(wǎng)絡(luò)需要更多的信道，就都必須轉(zhuǎn)換成使用DWDM。因?yàn)镈WDM的波長間隔小，所以允許大量地提高信道數(shù)（一般可以有32、64、128個(gè)信道），而且信道間隔可以達(dá)到200、100，甚至50GHz，但是每個(gè)信道的成本也顯著增加了。因此客戶必須評(píng)估出他們的業(yè)務(wù)量在未來的發(fā)展情況，從而決定是以較低的初期成本安裝靈活性比較差的CWDM系統(tǒng)，還是以較高的初期成本安裝靈活性比較好的DWDM系統(tǒng)。

在下面考慮的情況中，“DWDM”專指信道間隔為100GHz的DWDM系統(tǒng)。此外，CWDM和DWDM系統(tǒng)的成本差異一般在20%到40%之內(nèi)。

圖1

圖1所示的是上文談及的廣泛使用的CWDM波長分布，其信道間隔為20nm。當(dāng)使用SFF傳輸時(shí)，在1470-1610nm以外的信道，光衰減將會(huì)急劇增加。所以，為了達(dá)到合適的傳輸性能，CWDM最多只有8個(gè)波長。與之相比，DWDM在C波段和L波段即便在更窄的光譜范圍內(nèi)仍然可以使用更小的信道間隔。例如對(duì)一個(gè)100GHz的DWDM，它的兩個(gè)相鄰信道間的間隔一般是大約0.8nm，那么至少可以有64個(gè)信道——在C波段有32個(gè)信道，再加上L波段的32個(gè)信道（有一些系統(tǒng)在L波段可以有更多信道）。

單級(jí)CWDM系統(tǒng)向DWDM系統(tǒng)升級(jí)
有幾家WDM設(shè)備制造商能夠提供CWDM和DWDM之間的過渡產(chǎn)品，他們采用的方法是當(dāng)已經(jīng)全部安裝完畢的CWDM系統(tǒng)的容量需要擴(kuò)充時(shí)，就用DWDM濾波器來擴(kuò)充每一個(gè)CWDM信道的端口。如圖1所示，最多可以有8個(gè)間隔為100GHz的DWDM信道對(duì)應(yīng)到一個(gè)CWDM信道。所以，原理上一個(gè)CWDM信道最多可以相當(dāng)于八個(gè)DWDM信道。這種方法最大的缺點(diǎn)在于，一方面不是所有的CWDM信道在光譜上能與相應(yīng)的DWDM信道重疊，另一方面大約有50%的DWDM信道因?yàn)榕c保護(hù)頻帶和/或CWDM濾波的邊緣（紅色箭頭）重疊而不能使用。八信道CWDM系統(tǒng)向DWDM系統(tǒng)升級(jí)的步驟見表1。

表1

我們假設(shè)對(duì)單個(gè)有源和無源器件的規(guī)格選擇是合適的，那么通過對(duì)光譜重疊情況的簡單計(jì)算我們得到了表1中的數(shù)字。在這種方案中，可實(shí)現(xiàn)的最大信道數(shù)是32路。值得注意的是，在這樣的CWDM濾波器結(jié)構(gòu)中，升級(jí)的每一個(gè)步驟都會(huì)使傳輸系統(tǒng)中的服務(wù)中斷，因?yàn)镃WDM有源器件需要針對(duì)DWDM波長在升級(jí)過程中更換。另一種情況是，使用兩級(jí)濾波器的CWDM傳輸結(jié)構(gòu)。這種方法允許使用者在服務(wù)進(jìn)行過程中升級(jí)到DWDM波長，同時(shí)與單級(jí)方法相比能夠?qū)崿F(xiàn)相當(dāng)高的信道靈活性。
　　
CWDM系統(tǒng)中的波段結(jié)構(gòu)
基于波長帶寬的兩級(jí)濾波器結(jié)構(gòu)一般都是用在DWDM系統(tǒng)中的。使用這種方法的主要技術(shù)原因是為了在波長信道群中間，也就是所謂的信道帶寬中達(dá)到較高的光隔離度。因?yàn)槎喙?jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)總的光功率會(huì)存在很大的差異，所以必須做到光隔離才能支持信號(hào)在多節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中無差錯(cuò)傳輸。而且為每個(gè)波長帶寬提供濾波器模塊的更深一層的優(yōu)勢就是系統(tǒng)的模塊化程度提高了，這樣可以降低投資，使波長升級(jí)簡化。

圖2

圖2所示的，就是把這樣的一個(gè)帶寬理念應(yīng)用到CWDM系統(tǒng)的情況。在這個(gè)實(shí)例中，我們將八個(gè)信道分為兩個(gè)波段，A和B，每一個(gè)包含四個(gè)CWDM波長（A波段，1470、1490、1590、1610nm；B波段，1510、1530、1550、1570nm）。A波段的波長對(duì)稱的分布在B波段兩邊。在實(shí)際的應(yīng)用中，使用一個(gè)帶通濾波器就可以把波長分成A和B兩個(gè)波段。帶通濾波器的通帶邊緣的規(guī)格是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的CWDM信道濾波器來設(shè)定的。如圖2所示，這種分波段方案的最重要的特點(diǎn)就是B波段完全覆蓋了DWDM的C波段（用紅色箭頭標(biāo)示）。所以，同時(shí)使用CWDM的A波段和DWDM的C波段是可行的。另外，B波段又重新使用了一組CWDM的四個(gè)波長，這四個(gè)波長是在光網(wǎng)絡(luò)中廣泛使用了很多年的�？梢哉f，大體上，這種對(duì)稱的分波段方案支持市場上出現(xiàn)的所有無源光器件，還允許同時(shí)使用CWDM和標(biāo)準(zhǔn)DWDM的C波段。

圖3

圖3所示的是與上述方案相似的一個(gè)非對(duì)稱波段結(jié)構(gòu)。在這種方案中，波長的分配是A波段包括1470、1490、1510和1610nm；B波段包括1530、1550、1570和1590nm。這樣的話，因?yàn)镈WDM的C波段和L波段完全覆蓋了B波段，所以不對(duì)稱波段方案就支持同時(shí)使用CWDM和DWDM的C波段和L波段，使得系統(tǒng)的靈活性大大提高。然而，第一種方案是基于標(biāo)準(zhǔn)器件設(shè)計(jì)的，第二種方案就是針對(duì)用于帶通濾波器和信道濾波器模塊的特定無源器件而設(shè)計(jì)的。

兩級(jí)CWDM系統(tǒng)向DWDM系統(tǒng)升級(jí)
因?yàn)樵贑WDM系統(tǒng)中引入了第二個(gè)濾波器，所以大大提高了整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的靈活性。圖4所示的是WDM終端可能的系統(tǒng)升級(jí)步驟。單純的CWDM結(jié)構(gòu)如圖4a、4b和4c。圖4a中，CWDM帶寬濾波器本身只是被用作一個(gè)獨(dú)立的濾波器，它類似于一個(gè)兩信道的WDM系統(tǒng)，該系統(tǒng)有兩個(gè)波長，可以分別與上面提到的A波段和B波段的任何波長相匹配。既然這種基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是單級(jí)的，那么在插入第二級(jí)濾波器模塊時(shí)，就需要中斷服務(wù)。

然而，因?yàn)槟壳暗脑S多WDM模塊都具備了TDM功能，所以，即便是一個(gè)二信道WDM的終端也可以根據(jù)系統(tǒng)TDM的端口密度支持4、8、16或者更多路的應(yīng)用。圖4b和4c所示的是CWDM升級(jí)的兩個(gè)步驟，每次增加四個(gè)信道。與八信道模塊相比，這種信道濾波器模塊的四個(gè)信道之間的間隔在升級(jí)過程中可以減少最初的投資。圖4d和4e所示的是CWDM/DWDM混合系統(tǒng)，其中帶通濾波器的端口A和端口B分別連接到系統(tǒng)的CWDM和DWDM部分。一般來說，DWDM部分自身就有DWDM帶寬濾波器和DWDM信道濾波器（也就是另一個(gè)二級(jí)濾波器）。然而圖4e所示的結(jié)構(gòu)需要非對(duì)稱的帶通濾波器，而圖4d中的結(jié)構(gòu)既可以用非對(duì)稱分段方式也可以用對(duì)稱分段方式。

圖4

根據(jù)圖4，系統(tǒng)有兩種主要的升級(jí)方式是可行的：一種是在一個(gè)純粹的CWDM系統(tǒng)內(nèi)（如圖4 a-b-c）升級(jí)；另一種是先升級(jí)到CWDM/DWDM混合系統(tǒng)（如圖4 a-b-d），然后再進(jìn)一步擴(kuò)展到如圖4e。

表2

表2針對(duì)不同的結(jié)構(gòu)總結(jié)了信道相應(yīng)的靈活性——步驟a、b、d和e提供了一種移入方式，使混合系統(tǒng)的容量最大可達(dá)到68個(gè)信道。為了實(shí)現(xiàn)不中斷服務(wù)的升級(jí)，根據(jù)步驟a，就應(yīng)該避免進(jìn)行單級(jí)操作。又因?yàn)閺牟襟Ec、d和e升級(jí)需要調(diào)換B波段的CWDM信道。所以，a和c不能夠?qū)崿F(xiàn)進(jìn)一步的不中斷服務(wù)的升級(jí)。

與標(biāo)準(zhǔn)的單級(jí)系統(tǒng)相比，這里所講的針對(duì)CWDM系統(tǒng)的兩級(jí)濾波器概念具備兩個(gè)主要的優(yōu)勢：
　　
在升級(jí)過程中，由于使用2、4和8信道CWDM系統(tǒng)這樣的低成本結(jié)構(gòu)，提高了濾波器的信道間隔，降低了初期投資。
　　
實(shí)現(xiàn)了不中斷服務(wù)的升級(jí)，而且該系統(tǒng)還支持符合ITU標(biāo)準(zhǔn)的所有的DWDM信道間隔。