CWDM-经济百科

CWDM (Coarse wavelength divISIon multiplexing,稀疏波分复用)

什么是CWDM

CWDM又称稀疏波分复用，粗波分复用。是一种利用光复用器将在不同光纤中传输的波长复用到一根光纤中传输的技术，它的通道比密集波分复用（DWDM）少，但比标准波分复用（WDM）多。

CWDM的优势

1.低成本的硬件

CWDM和DWDM系统之间的成本差别主要是由于硬件和运营成本方面的差别造成的。虽然DWDM系统中的激光器比CWDM系统中的激光器昂贵，但是对于长途传输和大容量的大型城域环形网而言，带冷却器的DFB激光器更为经济。DWDM的收发设备要比CWDM系统的同类产品贵四、五倍，DWDM的收发设备价格高与激光器的许多因素相关。CWDM的激光器与DWDM激光器制造上的波长容差是—个非常关键的因素，另外，激光片的成品率真低也增加了DWDM激光器的造价。此外，带PEhier冷却设备和热敏电阻的蝶形DWDM激光器要比无冷却的同轴CWDM激光器贵得多。在复用器和解复用器方面，DWDM和CWDM的造价差别主要是由于CWDM的滤波器包含的层数少，故CWDM滤波器的成本比DWDM滤波器的成本低。DWDM系统中使片的IOOGHZ滤波器一般大约有150层，而CWDM系统的2Onto滤波器大约有5O层。CWDM滤波器的成本比DWDM滤波器的成本要少50％，预计在未来的2到3年内，自动化生产的成本可望再降1／3。此外，新的滤波器和复用器解复用器技术的采用有望进一步缩减成本。

2.功耗降低

光传输系统的运营成本取决于系统的维护和系统消耗的功率。即使DWDM和CDM系统的维护成本都可以接受，DWDM系统的功耗要比CWDM系统的功耗高得多。在DWDM系统中，随着复用的波长总数的增加以及单信道传输速率的增加，功率损耗及其温度管理变成了电路板设计的关键问题。CWDM系统中采用不带冷却器的激光器，系统功耗低，有利于系统运营商节约开支。

3.物理尺寸更小

CWDM激光器要比DWDM激光器小得多，不带冷却器的激光器一般是由激光片和密封在带有玻璃窗口的金属容器中的监控光电极管构成的。DWDM激光发射机的尺寸大约是CWDM激光发射机体积的五倍。

CWDM的关键技术

1.光源技术

目前在CWDM系统中使用的光源主要是：垂直腔面发射激光器(VESEL Vertical—Cavity Surface—Emitting Laser)和DFB激光器。VCSEI，及其阵列是一种新型的半导体激光器，VCSEI与常规的侧向出光的端面发射激光器在结构上不同，VCSEI：的发光束垂直于芯片表面。这种光腔取向的不同导致VCSEI具有有别于常规的端面发射激光器的突出特点]。这种性能独特的VC—SEI易于实现二维平面列阵；小发射角和圆形对称的远、近场分布．使其与光纤的耦合效率大大提高，现已证实与多模光纤的耦合效率大于90%：由于VCSEI的光腔长极短，导致纵模间距拉大．可在较宽的温度范围内得到单纵模工作；VCSEL结构非常适合大批量生产，因而价格低。由于VCSEL光源的这些特点，它得到了越来越广泛的应用，特别是在低成本千兆以太网中的应用。虽然VCSEL输出功率较低，但对于短距离应用LAN不是什么重要限制。现在850nm的VCSEL最为成熟，1300nm、1550nm的VCSEL技术也已有突破。

CWDM技术进入传统上由长距离技术统治的MAN市场时，由于传输距离较长，光源通常用无致冷的DFB激光器。在DWDM系统中采用DFV,激光器作为光源时，其温度漂移系数为0．08nm／C，它需要采用致冷技术来稳定波长，以防止由于温度变化使波长漂移到复用器和解复用器的滤波器通带之外。CWDM系统采用的DFB激光器不需要冷却．当CWDM系统工作在0C到7OC的温度范围内，其激光器的波长一般会有6nm的漂移。这个波长漂移再加上激光器生产过程造成的±3nm波长变化，总共大约有12nm的变化。这样就要求光滤波器的通带和激光器信道间距必须足够宽。在这些系统中，在信道带宽为13nm的情况下信道间距一般为2Onm。20nm的信道间距允许利用廉价的不带致冷器的激光发射机和宽带光滤波器，同时，它也躲开了1270nm高损耗波长，并且使相邻波段之间保持了3Onm的间隙。因此对激光器的要求大大降低。无论是对输出功率要求，还是对温度的敏感度要求和对色散容忍度的要求，乃至对封装的要求都远低于DWDM用的激光器；使系统成本明显下降。

2.光纤技术

常用的多模光纤，主要是IEC一60793—2光纤产品规范中的Ala类(50／125μm)和A1b类(62．5／125μm)两种类型。总的来说，由于62．5／1,25m、光纤芯径和数值孔径较大，具有较强的集光能力和抗弯曲特性，因此得到最广泛的应用这两种多模光纤具有同样的包层直径和机械性能，都能提供如以太网、令牌环和FDDI协议在标准规定的距离内所需的带宽，其性能已被过去十几年的应用所证明。而且，二者都能升级到吉位每秒的速率，都已得到各个标准化组织的认可。短波长系统，用850nm激光器作发射机光源，长波长系统，用1300nm激光器作发射机光源。I,AN的速率升级，其传输距离受到多模光纤带宽的限制。例如，千兆以太网规定的短波长模带宽200MHz·km的62．5／125fm光纤的最大传输距离为275n1，长波长模带宽500MHz·km的62．5／125fm光纤的最大传输距离为550ITI。至于考虑到10Gb／s以太网，传输距离受到多模光纤带宽限制的问题就更突出了。

为了克服多模光纤的带宽限制。朗讯、康宁、阿尔卡特等著名公司大力研究多模光纤通信技术。美国康宁、朗讯等公司联合向各个标准体提出了新一代多模光纤概念。例如，美国康宁公司的多模光纤，能以1Gh／s的速率传输3km，以10Gb／s的速率传输6001TI；美国朗讯贝尔实验室已经在1999年10月用多模光纤以10Gb，／s的速率传输了1．6km，如果采用CwDM技术，总传输速率将达到40Gb／s，同时仍保持2km的传输距离；今后还将发展100Gb／s一2km的多模光纤通信系统。人们确信，多模光纤系统不仅能够满足当前网络需求，也能保证将来的网络升级需求。

限制G．652光纤和G．653光纤工作波长范围的原因是1385rIM处存在水吸收峰和第3波段(153O～1565Dm)色散系数大。因此城域网WDM系统需开发出一种工作波长范围更宽的新型光纤。朗讯公司和康宁公司分别研制出全波光纤(AllWave)和城域网光纤(MetroCor光纤)。两种城域网光纤的工作波长范围均为128O～1625nrno通过光纤工作波长范围的拓宽，就可以将不同的业务安排在最适合它们的工作波段内进行了cwT)M传输。

3.复用器／解复用器技术

光波分复用器／解复用器是WDM系统中的关键部件。在WDM系统中用的典型光波分复用器／解复用器主要有光栅型、介质膜滤波器型、阵列波导(AWG)型。其中介质薄膜滤波器是使用最广泛的一种滤波器。在CWDM网络中，薄膜滤光器技术也是目前最为有实用价值的选择。

介质膜滤波器型光波分复用器的基本原理是利用多层介质膜滤光作用进行复用和解复用，即对一个或多个波长反射率高(或透过率高)，对其他波长则反射率低(或透过率低)。也就是说通过介质膜材料或结构的不同选择可以构成长波通、短波通和带通滤光器。基于薄膜滤波技术的DWDM和CWDM复用器／解复用器的造价差别主要是由于CWDM的滤波器包含的层数少，工艺要求低，故CWDM滤波器的成本比DWDM滤波器的成本低。DWDM系统中使用的100GHz滤波器一般大约有150层，而CWDM系统的20nm滤波器大约只有50层。CWDM滤波器的成本比DWDM滤波器的成本要少50%。