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-T G.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-wavelength band，超长波段：1625-1675 nm）。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 Super C Band）。

　　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 Super L Band。

▉ 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。