科普:到底什么是 CE、C++、C+L 波段

鮮棗課堂 2021/5/18 20:53:56 責(zé)編:騎士

前幾天寫(xiě)光通信那篇文章的時(shí)候,提到了 CE、C++、C+L 波段。

很多同學(xué)問(wèn),之前知道的都是 O 波段、E 波段、C 波段、L 波段,沒(méi)聽(tīng)說(shuō)過(guò)什么 CE、C++、C+L 波段,這是啥意思?

今天,小棗君就專(zhuān)門(mén)給大家解釋一下。

▉ 傳統(tǒng)波段

大家都知道,光纖通信,就是利用光作為信息載體,在纖芯中傳輸,進(jìn)行通信。

然而,并不是所有的光,都適合光纖通信。光的波長(zhǎng)不同,在光纖中的傳輸損耗就不同。

光纖的核心 —— 纖芯(石英纖維)

為了盡可能減小損耗,保證傳輸效果,科研工作者一直在致力于尋找頻率(波長(zhǎng))最合適的光。

上世紀(jì) 70 年代初,光纖通信開(kāi)啟實(shí)用化落地的進(jìn)程。當(dāng)時(shí)主要的研發(fā)對(duì)象,是多模光纖。

多模光纖的纖芯直徑更大,容許不同模式的光在一根光纖上傳輸。

最早被使用的光,是波長(zhǎng)為 850nm 的光,這個(gè)波段(band),也被直接稱(chēng)為 850nm 波段。

后來(lái),到了 70 年代末 80 年代初,單模光纖開(kāi)始了大規(guī)模的應(yīng)用。

經(jīng)過(guò)測(cè)試,工程師們發(fā)現(xiàn),1260nm~1360nm 波長(zhǎng)范圍的光,由色散導(dǎo)致的信號(hào)失真最小,損耗最低。

所以,他們將這一波長(zhǎng)范圍采納為早期的光通信波段,并命名為 O-band(O 波段)。O,是“Orignal(原始)”的意思。

此后的三四十過(guò)年,經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的摸索和實(shí)踐,專(zhuān)家們逐漸總結(jié)出一個(gè)“低損耗波長(zhǎng)區(qū)域”,也就是 1260nm~1625nm 區(qū)域。這個(gè)波長(zhǎng)區(qū)域范圍的光,最適合在光纖中傳輸。

這個(gè)區(qū)域被進(jìn)一步劃分成了五個(gè)波段,分別是:O 波段,E 波段,S 波段,C 波段和 L 波段。

隨著技術(shù)的不斷演進(jìn)變化,專(zhuān)家們還驗(yàn)證了光纖傳輸損耗和光波波長(zhǎng)之間的規(guī)律,如下圖所示:

最常用的波段,被稱(chēng)為 C 波段(1530nm~1565nm)。C,是“conventional(常規(guī))”的意思。

C 波段表現(xiàn)出的損耗最低,被廣泛用于城域網(wǎng)、長(zhǎng)途、超長(zhǎng)途以及海底光纜系統(tǒng)。WDM 波分復(fù)用系統(tǒng)中,也經(jīng)常用到 C 波段。

C 波段旁邊的 L 波段(1565nm~1625nm),是損耗第二低的波段,也是行業(yè)的主流選擇之一。當(dāng) C 波段不足以滿(mǎn)足帶寬需求的時(shí)候,也會(huì)采用 L 波段作為補(bǔ)充。L,是“l(fā)ong-wavelength(長(zhǎng)波長(zhǎng))”的意思。

S 波段(1460nm~1530nm),也就是“short-wavelength(短波長(zhǎng))”波段,光纖損耗比 O 波段要高一些。它經(jīng)常被用于 PON(無(wú)源光網(wǎng)絡(luò))系統(tǒng)的下行波長(zhǎng)。

PON 就是家庭光纖寬帶的那套系統(tǒng)。

它的上行波長(zhǎng)為 1310nm,下行波長(zhǎng)為 1490nm。

最后再來(lái)看看 E 波段。

這個(gè)波段有點(diǎn)特別,它是五個(gè)波段中最不常見(jiàn)的波段。E,是“extended(擴(kuò)展)”的意思。

大家觀察剛才那張波長(zhǎng)和損耗關(guān)系圖時(shí),會(huì)發(fā)現(xiàn),E 波段有一個(gè)明顯的不規(guī)則激凸。

那是因?yàn)?1370-1410nm 波段,氫氧根離子(OH-)吸收,所以損耗急劇加大。這也被稱(chēng)為水峰。

早期的時(shí)候,因?yàn)楣に囅拗疲饫w玻璃纖維中,經(jīng)常殘留有水(OH 基)雜質(zhì),導(dǎo)致 E 波段的衰減最高,無(wú)法正常使用。

后來(lái),玻璃制作過(guò)程中的脫水技術(shù)發(fā)明,E 波段中最常用的光纖(ITU-T G.652.D)的衰減變得比 O 波段低,從而解決了水峰問(wèn)題。(G.652.D 也被稱(chēng)為低水峰光纖或無(wú)水峰光纖。)

除了以上波段之外,其實(shí)還有一個(gè)波段會(huì)被用到,那就是 U 波段(ultra-long-wavelength band,超長(zhǎng)波段:1625-1675 nm)。U 頻段則主要用于網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。

匯總一下,如下表所示:

▉ 波段的擴(kuò)展趨勢(shì)

時(shí)至今日,波段的情況又發(fā)生了變化。

隨著網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量的不斷增長(zhǎng),光纖的容量需要進(jìn)一步擴(kuò)大。

想要擴(kuò)大容量,有這么幾種辦法:

1、采用更牛逼的調(diào)制方式、頻譜整形技術(shù)、各種復(fù)用手段(偏振復(fù)用,空分復(fù)用甚至角動(dòng)量復(fù)用等);

2、擴(kuò)大單根光纖中的纖芯數(shù)量;

3、用更大的頻譜帶寬,增加波道數(shù)量。

針對(duì)第三種方法,專(zhuān)家們就想出了,對(duì)現(xiàn)有的波段(前文提到的那些波段)進(jìn)行擴(kuò)展。

CE 波段

傳統(tǒng) C 波段,指的是 1529.16nm 到 1560.61nm 的波段,從頻率上看是 195.9THz 到 191.6THz,大約可使用頻譜范圍是 4THz。在 50GHz 間隔下,這個(gè)傳統(tǒng) C 波段可以支持 80 波,因此,也稱(chēng)為 C80 波段。

而 CE 波段,是在 C80 波段的基礎(chǔ)上,向長(zhǎng)波長(zhǎng)擴(kuò)展了一點(diǎn)點(diǎn),波長(zhǎng)范圍是 1529.16-1567.14nm,大約可使用頻譜范圍是 4.8THz。在 50GHz 間隔下,CE 波段可以支持 96 波,因此,也稱(chēng)為 C96 波段。

C96 波段相比 C80 波段,傳輸容量可提升 20%。

C++ 波段

再來(lái)看看 C++ 波段方案。

大家看到 C++,一定會(huì)覺(jué)得很親切。其實(shí),這里的 C++,和 C++ 編程語(yǔ)言沒(méi)有任何關(guān)系。

C++,其實(shí)就是在 C96 擴(kuò)展的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步擴(kuò)展,波長(zhǎng)范圍是 1524-1572nm,大約可使用范圍達(dá)到 6THz,波長(zhǎng)數(shù)可以擴(kuò)展到 120 波。C++ 也因此被稱(chēng)為 C120 波段(也有稱(chēng)為 Super C Band)。

C++ 波段相比 C80 波段,傳輸容量可提升 50%。

C+L 波段

最后看看 C+L 波段方案。

L 波段 1565nm 到 1625nm,如果按照 1570~1611nm 算,可用頻譜范圍大約是 4.8THz。因此,C+L 波段,可以實(shí)現(xiàn) 192 個(gè)波長(zhǎng),頻譜帶寬接近 9.6THz,傳輸容量提升將近 1 倍。

畫(huà)一張圖,對(duì)比如下:

再列個(gè)表,更方便對(duì)比:

值得一提的是,C+L 也有潛在的多種方案及頻譜邊界,例如:

C4T+L4T:1529~1561nm(4THz) +  1572~1606nm(4THz)

C6T+L6T:1524~1572nm(6THz) +  1575~1626nm(6THz)

大家應(yīng)該也看出來(lái)了,其實(shí) L 波段也有 L++ 波段的,有時(shí)候也被稱(chēng)為 Super L Band。

▉ 結(jié)語(yǔ)

以上,就是 C、CE、C++、C+L 波段的區(qū)別介紹。

總的來(lái)看,光纖可用頻譜資源已經(jīng)可以拓展到非常大的范圍。但是,想要真正實(shí)現(xiàn),并沒(méi)有那么簡(jiǎn)單。

最主要的挑戰(zhàn),來(lái)自擴(kuò)展頻譜對(duì)光器件的更高要求。

摻鉺光纖放大器(EDFA),光調(diào)制器等有源器件,WSS 這樣的無(wú)源器件(受限于 LCOS 工藝),對(duì)新擴(kuò)展的頻譜范圍并不能都直接進(jìn)行支持,需要進(jìn)行升級(jí)。尤其是 L 波段,在傳輸性能劣化方面更差,會(huì)增加運(yùn)維復(fù)雜性,進(jìn)而增加成本投入。

另一方面,關(guān)于頻譜擴(kuò)展方案的具體標(biāo)準(zhǔn),還有待進(jìn)一步完善和明確。

總而言之,頻譜擴(kuò)展是一條必經(jīng)之路,但究竟這條路該怎么個(gè)走法,還需要時(shí)間告訴我們答案。

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