CWDM和DWDM混合传输

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作者：H. Hinderthur L. Friedric

人们通常认为CWDM系统是一种低成本替代品，是用来替代现在被广泛应用的DWDM系统的。因为CWDM技术的优势在于采用了成本比较低的不需要冷却的分布反馈激光器和价格低廉的无源滤波器。而且，如果采用CWDM技术，就能够使用更廉价的小型收发机。然而，由于CWDM信道间隔比较大，所以系统可用的波长数会减小，这样也就限制了系统的传输容量。

根据现在的ITU G.694.2，以20nm为间隔的话最多可以容纳18个CWDM波长。对许多应用来说，一般的标准单模光纤（SSF）在其中8个波长上的损耗会相当大。因此，基于G.694.2的CWDM技术在SSF上只能使用8个波长，他们分别是1470、1490、1510、1530、1550、1570、1590和1610nm。到目前为止，只要客户的WDM网络需要更多的信道，就都必须转换成使用DWDM。因为DWDM的波长间隔小，所以允许大量地提高信道数（一般可以有32、64、128个信道），而且信道间隔可以达到200、100，甚至50GHz，但是每个信道的成本也显著增加了。因此客户必须评估出他们的业务量在未来的发展情况，从而决定是以较低的初期成本安装灵活性比较差的CWDM系统，还是以较高的初期成本安装灵活性比较好的DWDM系统。

在下面考虑的情况中，“DWDM”专指信道间隔为100GHz的DWDM系统。此外，CWDM和DWDM系统的成本差异一般在20%到40%之内。

图1

图1所示的是上文谈及的广泛使用的CWDM波长分布，其信道间隔为20nm。当使用SFF传输时，在1470-1610nm以外的信道，光衰减将会急剧增加。所以，为了达到合适的传输性能，CWDM最多只有8个波长。与之相比，DWDM在C波段和L波段即便在更窄的光谱范围内仍然可以使用更小的信道间隔。例如对一个100GHz的DWDM，它的两个相邻信道间的间隔一般是大约0.8nm，那么至少可以有64个信道——在C波段有32个信道，再加上L波段的32个信道（有一些系统在L波段可以有更多信道）。

单级CWDM系统向DWDM系统升级
有几家WDM设备制造商能够提供CWDM和DWDM之间的过渡产品，他们采用的方法是当已经全部安装完毕的CWDM系统的容量需要扩充时，就用DWDM滤波器来扩充每一个CWDM信道的端口。如图1所示，最多可以有8个间隔为100GHz的DWDM信道对应到一个CWDM信道。所以，原理上一个CWDM信道最多可以相当于八个DWDM信道。这种方法最大的缺点在于，一方面不是所有的CWDM信道在光谱上能与相应的DWDM信道重叠，另一方面大约有50%的DWDM信道因为与保护频带和/或CWDM滤波的边缘（红色箭头）重叠而不能使用。八信道CWDM系统向DWDM系统升级的步骤见表1。

表1

我们假设对单个有源和无源器件的规格选择是合适的，那么通过对光谱重叠情况的简单计算我们得到了表1中的数字。在这种方案中，可实现的最大信道数是32路。值得注意的是，在这样的CWDM滤波器结构中，升级的每一个步骤都会使传输系统中的服务中断，因为CWDM有源器件需要针对DWDM波长在升级过程中更换。另一种情况是，使用两级滤波器的CWDM传输结构。这种方法允许使用者在服务进行过程中升级到DWDM波长，同时与单级方法相比能够实现相当高的信道灵活性。
　　
CWDM系统中的波段结构
基于波长带宽的两级滤波器结构一般都是用在DWDM系统中的。使用这种方法的主要技术原因是为了在波长信道群中间，也就是所谓的信道带宽中达到较高的光隔离度。因为多节点网络总的光功率会存在很大的差异，所以必须做到光隔离才能支持信号在多节点网络中无差错传输。而且为每个波长带宽提供滤波器模块的更深一层的优势就是系统的模块化程度提高了，这样可以降低投资，使波长升级简化。

图2

图2所示的，就是把这样的一个带宽理念应用到CWDM系统的情况。在这个实例中，我们将八个信道分为两个波段，A和B，每一个包含四个CWDM波长（A波段，1470、1490、1590、1610nm；B波段，1510、1530、1550、1570nm）。A波段的波长对称的分布在B波段两边。在实际的应用中，使用一个带通滤波器就可以把波长分成A和B两个波段。带通滤波器的通带边缘的规格是根据标准的CWDM信道滤波器来设定的。如图2所示，这种分波段方案的最重要的特点就是B波段完全覆盖了DWDM的C波段（用红色箭头标示）。所以，同时使用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组CWDM的四个波长，这四个波长是在光网络中广泛使用了很多年的。可以说，大体上，这种对称的分波段方案支持市场上出现的所有无源光器件，还允许同时使用CWDM和标准DWDM的C波段。

图3

图3所示的是与上述方案相似的一个非对称波段结构。在这种方案中，波长的分配是A波段包括1470、1490、1510和1610nm；B波段包括1530、1550、1570和1590nm。这样的话，因为DWDM的C波段和L波段完全覆盖了B波段，所以不对称波段方案就支持同时使用CWDM和DWDM的C波段和L波段，使得系统的灵活性大大提高。然而，第一种方案是基于标准器件设计的，第二种方案就是针对用于带通滤波器和信道滤波器模块的特定无源器件而设计的。

两级CWDM系统向DWDM系统升级
因为在CWDM系统中引入了第二个滤波器，所以大大提高了整个系统结构的灵活性。图4所示的是WDM终端可能的系统升级步骤。单纯的CWDM结构如图4a、4b和4c。图4a中，CWDM带宽滤波器本身只是被用作一个独立的滤波器，它类似于一个两信道的WDM系统，该系统有两个波长，可以分别与上面提到的A波段和B波段的任何波长相匹配。既然这种基础结构是单级的，那么在插入第二级滤波器模块时，就需要中断服务。

然而，因为目前的许多WDM模块都具备了TDM功能，所以，即便是一个二信道WDM的终端也可以根据系统TDM的端口密度支持4、8、16或者更多路的应用。图4b和4c所示的是CWDM升级的两个步骤，每次增加四个信道。与八信道模块相比，这种信道滤波器模块的四个信道之间的间隔在升级过程中可以减少最初的投资。图4d和4e所示的是CWDM/DWDM混合系统，其中带通滤波器的端口A和端口B分别连接到系统的CWDM和DWDM部分。一般来说，DWDM部分自身就有DWDM带宽滤波器和DWDM信道滤波器（也就是另一个二级滤波器）。然而图4e所示的结构需要非对称的带通滤波器，而图4d中的结构既可以用非对称分段方式也可以用对称分段方式。

图4