科普：到底什么是 CE、C++、C+L 波段

前几天写光通信那篇文章的时候，提到了CE、C++、C+L波段。很多同学问，之前知道的都是O波段、E波段、C波段、L波段，没听说过什么CE、C++、C+L波段，这是啥意思？今天，小枣君就专门给大家解释一下。▉传统波段大家都知道，光纤通信，就是利用光作为信息载体，在纤芯中传输，进行通信。然而，并不是所有的光，都适合光纤通信。光的波长不同，在光纤中的传输损耗就不同。光纤的核心——纤芯（石英纤维）为了尽可能减小损耗，保证传输效果，科研工作者一直在致力于寻找频率（波长）最合适的光。上世纪70年代初，光纤通信开启实用化落地的进程。当时主要的研发对象，是多模光纤。多模光纤的纤芯直径更大，容许不同模式的光在一根光纤上传输。最早被使用的光，是波长为850nm的光，这个波段（band），也被直接称为850nm波段。后来，到了70年代末80年代初，单模光纤开始了大规模的应用。经过测试，工程师们发现，1260nm~1360nm波长范围的光，由色散导致的信号失真最小，损耗最低。所以，他们将这一波长范围采纳为早期的光通信波段，并命名为O-band（O波段）。O，是“Orignal（原始）”的意思。此后的三四十过年，经过漫长的摸索和实践，专家们逐渐总结出一个“低损耗波长区域”，也就是1260nm~1625nm区域。这个波长区域范围的光，最适合在光纤中传输。这个区域被进一步划分成了五个波段，分别是：O波段，E波段，S波段，C波段和L波段。随着技术的不断演进变化，专家们还验证了光纤传输损耗和光波波长之间的规律，如下图所示：最常用的波段，被称为C波段（1530nm~1565nm）。C，是“conventional（常规）”的意思。C波段表现出的损耗最低，被广泛用于城域网、长途、超长途以及海底光缆系统。WDM波分复用系统中，也经常用到C波段。C波段旁边的L波段（1565nm~1625nm），是损耗第二低的波段，也是行业的主流选择之一。当C波段不足以满足带宽需求的时候，也会采用L波段作为补充。L，是“long-wavelength（长波长）”的意思。S波段（1460nm~1530nm），也就是“short-wavelength（短波长）”波段，光纤损耗比O波段要高一些。它经常被用于PON（无源光网络）系统的下行波长。PON就是家庭光纤宽带的那套系统。它的上行波长为1310nm，下行波长为1490nm。最后再来看看E波段。这个波段有点特别，它是五个波段中最不常见的波段。E，是“extended（扩展）”的意思。大家观察刚才那张波长和损耗关系图时，会发现，E波段有一个明显的不规则激凸。那是因为1370-1410nm波段，氢氧根离子（OH-）吸收，所以损耗急剧加大。这也被称为水峰。早期的时候，因为工艺限制，光纤玻璃纤维中，经常残留有水（OH基）杂质，导致E波段的衰减最高，无法正常使用。后来，玻璃制作过程中的脱水技术发明，E波段中最常用的光纤（ITU-TG.652.D）的衰减变得比O波段低，从而解决了水峰问题。（G.652.D也被称为低水峰光纤或无水峰光纤。）除了以上波段之外，其实还有一个波段会被用到，那就是U波段（ultra-long-wavelengthband，超长波段：1625-1675nm）。U频段则主要用于网络监控。汇总一下，如下表所示：▉波段的扩展趋势时至今日，波段的情况又发生了变化。随着网络数据流量的不断增长，光纤的容量需要进一步扩大。想要扩大容量，有这么几种办法：1、采用更牛逼的调制方式、频谱整形技术、各种复用手段（偏振复用，空分复用甚至角动量复用等）；2、扩大单根光纤中的纤芯数量；3、用更大的频谱带宽，增加波道数量。针对第三种方法，专家们就想出了，对现有的波段（前文提到的那些波段）进行扩展。CE波段传统C波段，指的是1529.16nm到1560.61nm的波段，从频率上看是195.9THz到191.6THz，大约可使用频谱范围是4THz。在50GHz间隔下，这个传统C波段可以支持80波，因此，也称为C80波段。而CE波段，是在C80波段的基础上，向长波长扩展了一点点，波长范围是1529.16-1567.14nm，大约可使用频谱范围是4.8THz。在50GHz间隔下，CE波段可以支持96波，因此，也称为C96波段。C96波段相比C80波段，传输容量可提升20%。C++波段再来看看C++波段方案。大家看到C++，一定会觉得很亲切。其实，这里的C++，和C++编程语言没有任何关系。C++，其实就是在C96扩展的基础上，进一步扩展，波长范围是1524-1572nm，大约可使用范围达到6THz，波长数可以扩展到120波。C++也因此被称为C120波段（也有称为SuperCBand）。C++波段相比C80波段，传输容量可提升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，可用频谱范围大约是4.8THz。因此，C+L波段，可以实现192个波长，频谱带宽接近9.6THz，传输容量提升将近1倍。画一张图，对比如下：再列个表，更方便对比：值得一提的是，C+L也有潜在的多种方案及频谱边界，例如：C4T+L4T：1529~1561nm（4THz）+1572~1606nm（4THz）C6T+L6T：1524~1572nm（6THz）+1575~1626nm（6THz）大家应该也看出来了，其实L波段也有L++波段的，有时候也被称为SuperLBand。▉结语以上，就是C、CE、C++、C+L波段的区别介绍。总的来看，光纤可用频谱资源已经可以拓展到非常大的范围。但是，想要真正实现，并没有那么简单。最主要的挑战，来自扩展频谱对光器件的更高要求。掺铒光纤放大器（EDFA），光调制器等有源器件，WSS这样的无源器件（受限于LCOS工艺），对新扩展的频谱范围并不能都直接进行支持，需要进行升级。尤其是L波段，在传输性能劣化方面更差，会增加运维复杂性，进而增加成本投入。另一方面，关于频谱扩展方案的具体标准，还有待进一步完善和明确。总而言之，频谱扩展是一条必经之路，但究竟这条路该怎么个走法，还需要时间告诉我们答案。