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新一代CWDM动态可重构技术——城域ROADM传输技术

深圳市华夏骏光电子有限公司


 CWDM(稀疏波分复用)技术多应用于城域汇聚和接入网部分,对于光纤资源短缺的城域网或者大型城域网的核心层乃至未来的汇聚和接入层面,CWDM是一种长期技术寿命解决方案。从CWDM 的发展来看,它也应该适应不同的业务发展需求。但是现采用CWDM技术的网络,上下波的数目是固定的,要改变波数就必须对采用CWDM技术的汇聚和接入部分进行调整,这是十分麻烦的一项工作。因此引出了动态可重构组网(ROADM)技术。利用该技术,可以实现灵活的波长保护和调度。
一、 CWDM技术的特点
1、 实现容易
CWDM技术充分利用了城域网波长间隔宽、传输距离短的特点,只采用多通道激光收发器,对复用器的选择也只需用粗波分复用器和解复用器,因此,无须采用比较复杂的控制技术以维护较高的系统要求。由于器件成本和系统要求的降低,使得实现起来也更加容易,但CWDM系统仍能和DWDM一样支持多业务接口。此外,CWDM可以兼容已在城域网中得到广泛应用的1310nm 的SDH系统,而目前的DWDM还做不到这点。CWDM技术还具有应用于长途传输的潜在能力,一旦宽带的 LAMAN (拉曼)光放大器进入商用,CWDM技术就有可能进入长途传输市场。
2、功耗低
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。在此方面CWDM系统的功耗要比DWDM系统的功耗要低得多。例如,DWDM激光器采用的冷却器及其控制电路每波长要消耗大约4W的功率。而没有冷却器的CWDM激光器仅消耗0.5W的功率。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。
3、 体积小
CWDM激光器要比DWDM激光器小得多,由于CWDM采用的为不带冷却器的激光器,它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二极管构成的,因此其激光发射机体积是DWDM激光发射机的五分之一。
4、 安全性与可靠性
CWDM的安全性主要由以下几方面得到保证:
  ▲ CWDM的独立性很强,不同波长的光波之间相互干扰小。
  ▲ 由于多波长利用单光纤传输,业务信号不易被截获。
CWDM的可靠性主要以业务的保护来实现,目前的保护主要分为两种,即点对点的保护和成环的保护,点对点的保护主要采用的方式是以光纤来保护光纤,而环路保护则多采用自动保护倒换的方式来实现。按保护的机理来分可以分为复用保护和通道保护,原理类似于DWDM。

二、 CWDM技术存在的问题
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。
CWDM设备支持的光通道(波长)数目一般不超过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。
上下波段数目不可调节,无法动态配置各节点业务流数目。
世界标准还要进一步完善。以适应现在CWDM快速发展的需要。
三、新一代CWDM动态可重构技术
采用新一代CWDM动态可重构技术的网络系统最主要是解决了原来波数不能动态分配的缺点,它具有4方面的特点,即ROADM、3R、1+1保护和网络管理,下面就这三个方面分别介绍。
1、 ROADM技术
采用ROADM技术后,可以根据用户的需要动态调整上下波的数目,在实际应用中可充分利用光纤资源,便于业务的合理分配和调整。
ROADM在CWDM系统中的应用方式可分为线性ROADM和环网ROADM两种,根据在光纤中的传输方式还可进一步分为双纤双向和单纤双向,下面给出单纤的作为示例。
图一为线性传输模式,给出了CWDM线性系统的参考点,即发送机(Tx)和接收机(Rx)之间的单个通道连接(Ss和Rs)。CWDM系统的网元包括一对OM和OD,还可以包括一个或多个ROADM。



图一 双纤双向的CWDM线性传输网


图一和图二中参考点的定义如下:
  - Ss参考点为CWDM网元支路输入侧的单通道发送端(Tx)输出点;
  - Rs参考点为CWDM网元支路输出侧的单通道接收端(Rx)输入点;
  - RPS是CWDM网元群路输出侧的链路参考点;
  - RPR是CWDM网元群路输入侧的链路参考点。
    图二给出了单纤双向、CWDM环网系统的参考点,即发送机(Tx)和接收机(Rx)之间的单个通道连接(Ss和Rs)。这里CWDM系统的网元包括环上的两个或多个ROADM。



图二 单纤双向应用的CWDM环网系统

2、 3R技术
这里讲的3R即ReAmplifier、ReShaping、ReTiming。在远距离光传输中,由于光的色散等原因光信号会产生不同程度的衰减,3R对光信号的远距离保真传输起着非常重要的作用。当检测到光信号衰减到一定的程度的时候就对该光信号实施3R操作恢复失真的信号。

 


3、 1+1保护
根据CWDM网络的特点,首先,CWDM网络中不采用EDFA作为放大器,其传输的距离受到一定的限制,因此,采取的保护方式不能使传输距离受太大的影响;其次,到目前为止,光域上能够准确检测的参数只有光功率、光信噪比和中心波长,而像误码率、LOS、LOF这类参数只能在信号的电域检测,而可检测的参数中,最方便、直接的参数是光功率,因此,故障判断的依据可采用光功率;第三,由于保护倒换有严格的时间要求,因此,故障检测不仅要求准确,而且要求快速。要满足以上条件,可采用1+1光复用段保护倒换。
1+1光复用段保护倒换原理是:在发送端,将合波后的光信号经过光耦合器分成具有完全相同信息的两路光信号,同时在主用、备用两根光纤上传输,为保护提供了冗余的路由,在接收端通过光开关,选择其中一路光信号作为接收信号,即完成并发选收的功能。在正常工作时,缺省配置是选择主用线路,当主用线路出现故障时,接收端检测到主用线路光功率丢失,产生告警,上报给网络管理系统,网络管理系统控制光开关,切换到备用线路,完成保护倒换。图三为1+1保护的示意图。




图三 1+1保护

4、 网络管理
为了方便管理设备,如今出产的通信设备大都带有网管功能。由于CWDM定位与城域网中,因此网管信息即可利用公网传输,也可利用光纤内部来传。网管的工作主要有以下三方面:
(1)、配置管理 配置管理是指通过对网络设备的监控和管理,实现光通道连接的建立和资源调度等管理内容。
(2)、性能管理 主要监控和管理光网络性能参数。在光网中包括检验光通道的功率管理,光放大器的增益均衡性能和通道的损耗与色散特性,带宽和误码率,还有输入输出信号的波长等等,保证光网络能够在正常的工作状态下运行。
(3)、故障管理 主要负责当故障发生时,探测故障,隔离故障器件,并且恢复由故障所引起的业务量损失。
这些网管功能的提供给用户带来了极大的方便,无论是本地还是远程都能对CWDM设备的状态进行监视和设置
总之,CWDM技术如今已发展成为城域网传输中性价比比较高的技术。而且采用动态可重构技术来组建CWDM网络具有业务透明性好、运营维护简单、可扩展性好、可动态配置等优点,已经受到业界的很大重视,随着市场的扩大和技术的发展,动态可重构的CWDM网络将有很大的发展前景。






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