摘要：在城域网建设中，光纤网络的敷设成本非常高，因此，急需一种面向城域网接入层的低成本技术。文章通过CWDM与DWDM两种城域网构建技术的比较，分析了CWDM技术在系统成本及性能等方面的优势，基于CWDM的主要技术参数，探讨了CWDM技术在城域网中的应用。
关键词：城域网；接入层；CWDM；DWDM；低成本
1 引言
城域网（Metropolitan Area Network）是在一个城市范围内所建立的计算机通信网，简称MAN。目前，在城域网的建设中，尽管光缆的成本在不断下降，但挖沟、铺设以及其他的安装成本仍然相当高，因而光纤短缺是城域网中普遍存在的问题。CWDM是一种面向城域网接入层的WDM传输技术，从原理上讲，它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，其低成本、高可用的特点，为运营商提供了解决方案。
2 CWDM与DWDM
2.1 CWDM与DWDM的应用比较
WDM技术基本上分为CWDM和DWDM（密集波分复用）两类，两者的主要区别在于光谱中的信道间隔不同，在DWDM系统中，波长间隔为0.2～1.2nm；而在CWDM系统中，波长间隔宽了很多，业界中通常使用20nm为标准。
城域网与长途干线网具有不同的业务特点。城域网的业务灵活多样，接入业务多变。虽然用户较长途干线网用户群少得多，但是它要有足够的带宽来满足接入用户的业务需求。尽管光缆的成本在不断下降，但挖沟、铺设以及其安装成本仍然相当高，因而光纤短缺是城域网中普遍存在的问题。以上就决定了城域网的组建需要同时兼有带宽和成本这两点优势。
目前适合城域网的DWDM大多继承长途骨干网的特点，大多是端到端的逻辑连接，拓扑结构不灵活，不支持网状结构，不适应城域网内复杂机动的多逻辑拓扑。在城域网范围内，网络成本主要来源于接入端设备的成本而不是传输线路成本，所以DWDM在价格方面不具备很大的优势。而CWDM通过降低对波长的窗口要求而实现全波长范围内（1260～1620nm）的波分复用，并大大降低光器件的成本，可实现在80km内较高的性能价格比。
2.2 CWDM的优势
2.2.1 CWDM系统设备成本较低
CWDM技术成本优势首先表现在光器件上，由于采用了20nm的波长间隔，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，因此激光器无需温度控制机制，较宽的波长间隔使得光复用器/解复用器的结构大大简化，也使得成本可以大大降低。对于波长间隔从0.2nm到1.2nm的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。另外，激光片的成品率低也增加了DWDM激光器的造价，带帕尔帖（Peltier）冷却设备和热敏电阻的蝶形封装DWDM激光器要比无冷却的同轴封装CWDM激光器贵得多。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。CWDM采用的多通道激光收发器作为中继，DWDM采用EDFA作为中继。CWDM也能和DWDM同样支持多种业务接口。而CWDM则不需要激光器致冷、波长锁定和精确镀膜等复杂技术，大大降低了设备成本。
2.2.2 CWDM系统设备功耗低
光传输系统的运营成本更多的取决于系统的维护和系统的消耗的功率。DWDM系统激光器集成了帕尔帖致冷器，采用的温度检测和控制电路需消耗较大的功率，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消耗0.5W左右。CWDM系统避免了DWDM复用信道数量和传输速率的增加，从而导致的功耗和温控设计问题。CWDM系统的低功耗减少不间断电源的配置，降低成本。
2.2.3 CWDM系统体积小，集成度高
同轴封装的无致冷CWDM激光器物理尺寸远小于带致冷蝶型封装的DFB激光器。CWDM光发射机尺寸是DWDM光发射机尺寸的1/5。同时CWDM系统不使用光放大器，因此可以设计成结构紧凑的台式或盒式设备，便于安装和维护。
2.2.4 CWDM系统业务接口灵活
CWDM系统提供多业务的透明传输，客户侧业务接口灵活，可支持以下业务：PDH、ATM、STM-64/STM-16/STM-4/STM-1、OC-192/OC-48/OC-12/OC-3、FE、GE、10GE、FICON/ESCON/FIBERChannel/CATV。
3 CWDM主要技术参数
3.1 波长的选择
G.694.2从1270～1610nm定义了18个CWDM标称波长，波长间隔为20nm，允许在使用无致冷光源条件下各个波长同时传输，CWDM波长涵盖了单模光纤系统的O、E、S、C、L等5个波段。无致冷激光器的工作温度（管壳温度）范围为0～70℃，其热漂移系数约为0.08nm/℃。标称中心波长值是指在常温下即23％激光器的输出波长。无源器件滤波特性（如复用器）几乎不随温度变化，一般认为无源器件标称中心波长应该对准激光器35℃时的输出信号波长，因为35℃在整个工作温度范围的中间。也就是说，无源器件标称中心波长应该是10nm加上激光器输出从23℃到35℃的波长漂移值，即10nm+0.08nm/℃×（35℃-23℃）=10nm+lnm。为了解决激光器波长标称温度与实际工作温度不同造成的波长差异问题，ITU将G.694.2波长上移1nm，为1271，1291，…，161lnm，从而使激光器波长在实际环境刚好工作在1270，1290，…，1610nm。在实际应用中，CWDM产品有8波长和l6波长两种系统，使用较多的是8波长系统。理论上讲，从ITU给出的18个波长中任意选择8个都可以作为工作波长，但是考虑到已经敷设光纤的类型和损耗特性，8波长一般选在l460～l620nm，也就是S+C+L波段，避开了光纤E波段和损耗较大的O波段，不需要对光纤提出额外要求。
3.2 光纤的选择
现有城区内敷设的大部分都是常规G.652光纤，在1385nm波长处存在氢氧根离子吸收峰，受限波长间隔20nm的影响，一般会选择8波长系统，如果要开通16波长的系统，必须使用损耗平坦的新型G.652C“全波”光纤。
4 粗波分复用CWDM技术在城域网中的应用
CWDM系统在城域网使用中，因为它不是长距离传输，氧氢离子的衰耗小，所以它的设计是全光段的。在数据业务需求不高的城市，CWDM的低成本相对于DWDM的成本具有高性价比，同时CWDM系统具有多种业务接口，继而提高了它的适应性。CWDM系统和高性能路由交换机连接起来就可以构成宽带IP城域网，也可以把CWDM传输设备直接与路由交换机相连，由路由交换机直接驱动光传输设备。路由交换机对各波长和数据流都可以进行分或插。最简单的情况是初期一根光纤（TX/RX）只传输一路数据，即在此根裸纤上直接运行GE业务，如果接入业务增多或带宽要求增高，那么就可以采用CWDM系统，根据需要逐步在此根裸纤上增加波长通道。
CWDM系统在城域网应用中有城域环形、点到点、点到多点三种网络拓扑结构，因此CWDM系统在多种复杂网络环境下增强了它的适应能力。
城域网环形拓扑能够利用较少的管钱覆盖较大的物理范围，通过采用双光纤环，能使系统实现如SDH系统的自愈功能，保障业务顺畅。城域网络拓扑如图1所示。
参考文献：
[1]张洋.粗波分复用（CWDM）技术在城域网中的应用[J].中国科技纵横，2011（4）：170-170.
[2]徐正谋，张卫平.DWDM与CWDM技术优越性的初步探讨[J].龙岩学院学报，2007，25（6）：47-49.
论文作者:王必超
论文发表刊物:《基层建设》2017年4期
论文发表时间:2017/5/25
标签：波长论文; 激光器论文; 城域网论文; 系统论文; 光纤论文; 成本论文; 业务论文; 《基层建设》2017年4期论文;