粗波分复用器

WDM是将一系列载有信息、但波长不同的光信号合成一束，沿着单根光纤传输;在接收端再用某种方法，将各个不同波长的光信号分开的通信技术。这种技术可以同时在一根光纤上传输多路信号，每一路信号都由某种特定波长的光来传送，这就是一个波长信道。

在同一根光纤中同时让两个或两个以上的光波长信号通过不同光信道各自传输信息,称为光波分复用技术,简称WDM。光波分复用包括频分复用和波分复用。光频分复用(frequency-division multiplexing, FDM)技术和光波分复用(WDM)技术无明显区别,因为光波是电磁波的一部分,光的频率与波长具有单一对应关系。通常也可以这样理解,光频分复用指光频率的细分,光信道非常密集。光波分复用指光频率的粗分,光倍道相隔较远,甚至处于光纤不同窗口。

光波分复用一般应用波长分割复用器和解复用器(也称合波/分波器)分别置于光纤两端,实现不同光波的耦合与分离。这两个器件的原理是相同的。光波分复用器的主要类型有熔融拉锥型,介质膜型,光栅型和平面型四种。其主要特性指标为插入损耗和隔离度。通常,由于光链路中使用波分复用设备后,光链路损耗的增加量称为波分复用的插入损耗。当波长11,l2通过同一光纤传送时,在与分波器中输入端l2的功率与11输出端光纤中混入的功率之间的差值称为隔离度。

现在市场使用WDM技术的产品主要有CWDM和DWDM。

应用图2

波分复用器

WDM是将一系列载有信息、但波长不同的光信号合成一束，沿着单根光纤传输;在接收端再用某种方法，将各个不同波长的光信号分开的通信技术。波分复用器采用的就是这个技术。

CWDM是一种面向城域网接入层的低成本WDM传输技术。从原理上讲，CWDM就是利用光复用器将不同波长的光信号复用至单根光纤进行传输，在链路的接收端，借助光解复用器将光纤中的混合信号分解为不同波长的信号，连接到相应的接收设备。其原理如图1所示。与DWDM的主要区别在于:相对于DWDM系统中0.2nm到1.2nm的波长间隔而言，CWDM具有更宽的波长间隔，业界通行的标准波长间隔为20nm。ITU-T G.694.2规定的波长如表1所示。各波长所属的波段如图2所示，覆盖了单模光纤系统的O、E、S、C、L等五个波段。

由于CWDM系统的波长间隔宽，对激光器的技术指标要求较低。由于波长间隔达到20nm，所以系统的最大波长偏移可达-6.5℃~+6.5℃，激光器的发射波长精度可放宽到±3nm，而且在工作温度范围(-5℃~70℃)内，温度变化导致的波长漂移仍然在容许范围内，激光器无需温度控制机制，所以激光器的结构大大简化，成品率提高。

另外，较大的波长间隔意味着光复用器/解复用器的结构大大简化。例如，CWDM系统的滤波器镀膜层数可降为50层左右，而DWDM系统中的100GHz滤波器镀膜层数约为150层，这导致成品率提高，成本下降，而且滤波器的供应商大大增加有利于竞争。CWDM滤波器的成本比DWDM滤波器的成本要少50%以上，而且随着自动化生产技术和批量的增大会进一步降低。

CWDM的最重要的优点是设备成本低。具体情况前面已经介绍过了。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、供电方便，可以使用220V交流电源。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8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，如DWDM系统每个激光器要消耗大约4W的功率，而没有冷却器的CWDM激光器仅消耗0.5W的功率。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、ATM、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。对于城域业务来讲，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1天或者几个小时的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技术的最大问题是其相对于DWDM设备的成本优势仍不够明显。光收发模块和光器件是降低成本的关键。但由于市场规模不大，供应商的出货量不大，所以器件成本优势不明显。另外一个降低成本的方法是简化设备功能，而这种方法导致系统的可靠性和可管理能力降低。 价格不断降低的DWDM产品也给CWDM技术很大的压力，而且采用DWDM技术可以形成一个完整的城域DWDM网，所以可扩展性好，对CWDM的压力比较大。 目前的CWDM设备支持的光通道(波长)数目不超过8个，主要是E波段的光收发模块制造工艺还不成熟，另外，消除了水吸收峰的G.652C光缆在现网中应用较少，所以对E波段光收发模块的市场需求不大。更高速率和更远传输距离的CWDM系统还存在很多技术问题。如10G系统的色散问题、超宽带光放大技术等。另外，标准化进程需要加快，特别是对业务接口功能方面需要运营商的引导。

目前制约CWDM产品发展的关键因素之一是光收发模块和复用解复用器件的价格。随着市场的发展和制造工艺的进步，进一步降低设备成本是一个重要的发展方向。 开发E波段的光器件技术，使之尽快成熟。开发10G速率光通道技术，提高CWDM系统的容量和可升级性。支持各种业务接口是CWDM发展的方向。城域网接入层对多业务接口的需求是各厂商进一步开发多业务接口的动力，CWDM设备将提供FE、GE、SDH、ESCON、FC等多种业务接口。另外一个发展方向是能与MSTP或者高性能路由交换设备结合，作为MSTP设备或者高速路由器扩展线路侧容量的手段。 提供多层次的光层和业务层保护功能也是一个发展方向，以满足不同客户的需求。 网络管理技术和设备安全性、可靠性等方面进一步提高，提高在市场上的竞争力。 对于最新推出的G.652C光纤，由于G.652C光缆的价格是G.652B价格的两倍，而且E波段的CWDM光收发模块技术尚不成熟，短期内(1-2年)应用全波段CWDM设备的可能性不大，采用G.652C光缆存在投资大、短期内无效益的问题，所以G.652C光纤在城域用户光缆网中的应用受到一定限制。