WDM технология на нещата

Мултиплексиране по дължина на вълната (WDM), WDM технология, която мултиплексира няколко оптични носещи сигнала върху едно оптично влакно чрез използване на различни дължини на вълните (т.е. цветове) на лазерната светлина. Тази техника позволява двупосочни комуникации през една нишка от влакно, наричана още дуплексиране с разделяне на дължината на вълната, както и умножаване на капацитета. Предаването от комбинирани източници се разделя на отдалечено място според индивидуалните дължини на вълната чрез де-мултиплексиране върху множество влакна. Технологията WDM често се използва за означаване на филтриращи продукти, които извършват мултиплексиране или де-мултиплексиране.


WDM технология е разделен на три различни модела на дължина на вълната: нормален WDM, груб WDM (CWDM) и плътен WDM (DWDM).


Нормален WDM наричан също bi-di, симплекс и единична стойка, използва двете нормални дължини на вълната 1310nm и 1550nm на влакна.

WDM технология
Фигура 1: WDM технология

Грубо мултиплексиране по дължина на вълната, CWDM е специфична WDM технология, дефинирана от Международния съюз по телекомуникации в ITU-T Препоръка G.694.2 Спектрални мрежи за WDM приложения: CWDM мрежа с дължина на вълната. Решетката е определена като 18 централни дължини на вълната, започващи от 1271 nm и разположени на 20 nm една от друга.

Мултиплексиране с разделяне на плътна дължина на вълната, DWDM е специфична WDM технология, дефинирана от Международния съюз по телекомуникации в ITU-T Препоръка G.694.1 Спектрални мрежи за WDM приложения: DWDM честотна мрежа. Решетката е посочена като честота в THz, закотвена на 193.1 THz, с различни специфицирани канални разстояния от 12.5 GHz до 200 GHz, сред които 100 GHz е обичайно. На практика DWDM честотата обикновено се преобразува в дължина на вълната. Повечето използвани дължини на вълните на DWDM се намират в C-обхвата, т.е. 1530 – 1565 nm.

MUX, Продукт за филтриране на WDM, който извършва процес на мултиплексиране или комбиниране на два или повече оптични източника с различни дължини на вълната върху едно влакно.

DEMUX, Филтриращ продукт, който извършва процеса на де-мултиплексиране или разделяне на оптично предаване, съставено от мултиплексирани дължини на вълната върху отделни влакна, определени за всяка дължина на вълната.

mux и demux
Фигура 2: MUX и DEMUX поток на сигнала

Общ порт, За MUX продукт комбинираните канали се предават от общия порт. За DEMUX, комбинираните канали се получават в общия порт.

Порт за разширение или надстройка  За CWDM продуктите обикновено ще има надстройка или порт за разширение, но не и двете. Надграждането или експресният порт на CWDM MUX или DEMUX се използва за добавяне, премахване или преминаване през допълнителни канали. Например, от страна на CWDM MUX, този порт ще осигури начин за добавяне на предавателни канали към оптичната верига. От страна на CWDM DEMUX, разширението или надграждането може да се използва за предаване на канали надолу по веригата, които не са локално DEMUXED. Или може да се използва и за добавяне на канал(и) за връщане към двупосочен участък на верига.

За DWDM продуктите целта на порта за надграждане е да може да добавя, премахва или преминава през C-лента DWDM канали, които не се използват, т.е. само канали, които се намират в лентата 1530-1565 nm. Ако DWDM продуктът също има порт за разширение, тогава този порт обикновено се използва за допълнителни канали, намиращи се извън C-обхвата, като повечето от CWDM каналите.

DWDM филтър, тънкослоен филтър
Фигура 3: DWDM филтър каскадно в WDM технология

порт за наблюдение, WDM продуктите могат да предоставят портове за наблюдение. За наблюдение на проба с ниска мощност на оптичния сигнал, възникващ в общия порт, обикновено при 5% или по-малко ниво на мощност. Портът за наблюдение може също да се използва за инжектиране на сигнал извън лентата. Ако продуктът има два порта за наблюдение за една и съща верига, портовете ще бъдат насочени. Единият порт ще следи предавания сигнал, а другият за получения сигнал. Ако веригата има един порт за наблюдение, тогава тя почти винаги е двупосочна и ще наблюдава както предаване, така и получаване на оптични сигнали.

дължина на вълната,В практиката на WDM дължини на вълните като дължина на вълната на комуникационен лазер, спецификации за дължина на вълната за оптични филтри и дължини на вълните на оптични канали за предаване през влакна са дадени като λ, дължината на вълната в нанометри (nm), както би се случило във вакуум.

Централна дължина на вълната, е дължината на вълната, при която е центриран определен сигнален канал. Международният съюз по телекомуникации (ITU) е определил стандартната оптична честотна мрежа (централна честота на канала) с разстояние от 100 GHz въз основа на референтната честота от 193.10 THz (1552.52 nm), така наречената ITU мрежа. Дължините на вълните в центъра на канала се избират на дължините на вълните, съответстващи на мрежата на ITU.

Канал В практиката на WDM каналът е единично и уникално предаване на определена дължина на вълната, което може да се появи заедно с други канали с различни дължини на вълната. Каналът за предаване може също да се отнася до физическия път от край до край. Разстояние между каналите (GHz), е честотната разлика между две централни честоти на съседни канали в DWDM компоненти или модули. DWDM MUX/DEMUX устройствата в BaySpec имат канално разстояние от 50, 75,100 и 200GHz.

Отместване на централната дължина на вълната (pm) е относително отклонение на действителната централна дължина на вълната на определен канал по отношение на стандартната мрежа на ITU. Дрейфът на дължината на вълната може да е резултат от неподходящо подравняване и дизайн на оптичната система.

Ширина на честотната лента на канала (nm) се определя като диапазон на максимална дължина на вълната (или честота) около съответната централна дължина на вълната (или честота) при дадено ниво на мощност. Сега индустрията добре приема дефиницията за 0.5 dB по-ниско ниво на мощност. Обърнете внимание, че поради изместването на централната дължина на вълната на канал, честотната лента на работния канал може да бъде по-малка от тази, когато централната дължина на вълната е точно в мрежата на ITU.

Термична стабилност на дължината на вълната (pm/°C) определя максималния дрейф на дължината на вълната на спектралния център на конкретен канал, дължащ се на температурни промени по отношение на стойността на централната дължина на вълната при стайна температура (23° C).

Пропускателна лента, спецификация, която дава диапазона от дължини на вълните около номиналната централна дължина на вълната на филтъра, който се придържа към определената загуба на вмъкване. На практика това е толерансът на филтъра за лазерно отклонение от централната дължина на вълната. Например типичната лента на пропускане за CWDM филтри е ± 6.5 nm около централната дължина на вълната. Така че лазер от 1551 nm може да работи в диапазон от 1544.5 nm до 1557.5 nm, без да се натъква на допълнителна загуба на канал.

Вмъкната загуба, загубата на мощност на сигнала в резултат на поставянето на WDM филтър в предавателна линия или оптично влакно и обикновено се изразява в децибели (dB).

Загуба при връщане, Когато сигналът от оптично влакно навлезе или напусне оптичен компонент (като конектор за оптично влакно), прекъсването и несъответствието на импеданса ще доведат до отражение или връщане. Загубата на мощност на отразения или върнатия сигнал се нарича обратна загуба (RL). Загубата на вмъкване е главно за измерване на стойността на резултатния сигнал, когато оптичната връзка срещне загубата, докато загубата на връщане е за измерване на стойността на загубата на сигнал при отражение, когато оптичната връзка срещне достъп до компонента.

Загуба, зависима от поляризация (PDL), Загубата, проявена от WDM филтър, зависи от оптичната поляризация на светлината. PDL е най-голямата разлика в максималната загуба на вмъкване, възникваща при всички състояния на оптична поляризация. PDL за WDM продукт е определен като най-големият разрешен PDL за всеки канал.

Дисперсия на поляризационния режим (PMD) е форма на модална дисперсия, при която две различни поляризации на светлина във вълновод, които обикновено се движат с една и съща скорост, се движат с различни скорости поради случайни несъвършенства и асиметрии, причинявайки произволно разпространение на оптични импулси.

Изолация на канала (dB), се нарича също преслушване в далечния край при дадена дължина на вълната, което е съотношението на интензитета на светлината в нежелания порт към интензитета на светлината в желания порт. Така че това е мярка за това колко добре са разделени различните дължини на вълната на изхода на демултиплексор с плътно разделяне на дължината на вълната.

Изолация на несъседни канали (Кръстосано смущение на несъседен канал) (dB) е относителното количество нежелана мощност, която се появява в лентата на пропускане на определен канал от несъседните канали. Обикновено се отчитат само първите два несъседни канала (лявата и дясната страна).

Канал Ripple, Пулсацията се дефинира като максималната вариация от пик до пик в dB на вмъкната загуба през лентата на пропускане на филтъра. Пулсацията на WDM продукта е посочена като най-голямата разрешена пулсация, възникваща във всеки канал.

Насоченост (dB) се нарича също кръстосано смущение в близкия край, което е съотношението на оптичната мощност, пусната във входен порт, към оптичната мощност, връщаща се към всеки друг входен порт. В DWDM насочеността се прилага само към MUX устройства.

Работна температура (°C) е температурният диапазон, при който устройството може да работи и да поддържа своите спецификации.

Температура на съхранение (°C) е температурният диапазон, при който устройството може да се съхранява без повреди и може да работи при работна температура в съответствие с неговите спецификации

Филтърен мултиплексор с разделяне на дължината на вълната (FWDM), Компонентът комбинира или разделя светлина с различни дължини на вълната в широк диапазон на дължината на вълната. Те предлагат много ниска загуба на вмъкване, ниска зависимост от поляризация, висока изолация и отлична устойчивост на околната среда. Способността за работа с висока мощност може да бъде постигната чрез уникална обработка на косички и висококачествено AR покритие. Тези компоненти се използват широко в оптични усилватели, WDM мрежи и оптични инструменти.

Филтри с червена/синя лента, е тънкослоен филтърен компонент, който е устройство с три порта. Единият порт се нарича „Общ“. Другите два порта осигуряват проводника за „лентата“ с две дължини на вълната. Двете ленти са синята (λ<1543nm) и червената (λ>1547nm). Едната лента минава през отразения крак, а другата лента минава през минаващия крак.

WDM технология на нещата
Фигура 4: Червен/син лентов филтър в WDM технологията.

В DWDM модул, който използва червен/син филтър, Mux може да се комбинира с Demux. Например, Mux комбинира DWDM канали в Red nad, докато Demux разделя DWDM канали в Blue Band. Използвайки червен/син филтър, можете да комбинирате червените канали за предаване и сините канали за приемане в едно влакно.

Оптичен мултиплексор за добавяне и пускане (OADM),  устройство, използвано в системи за мултиплексиране с разделяне на дължината на вълната за мултиплексиране и насочване на различни канали от светлина към или извън едномодово влакно (SMF). Това е вид оптичен възел, който обикновено се използва за формиране и изграждане на оптични телекомуникационни мрежи. „Добавяне“ и „премахване“ тук се отнасят до способността на устройството да добавя един или повече нови канала с дължина на вълната към съществуващ WDM сигнал с много дължина на вълната и/или да премахва (премахва) един или повече канали, предавайки тези сигнали към друг мрежов път. OADM може да се счита за специфичен тип оптична кръстосана връзка.

OADM в WDM технологията на нещата
Фигура 5: Поток на OADM сигнал

Атермално подредена вълноводна решетка (AAWG), Мултиплексорът с плътно разделяне на дължината на вълната (DWDM), базиран на технологията силициев диоксид върху силиций, е проектиран за приложения с раздалечаване на каналите на ITU, където не се изисква електрическо захранване. Той работи при 50GHz или 100GHz канално разстояние ITU Grid DWDM дължини на вълните от 1526nm до 1565nm. AAWG DWDM може да се използва за замяна на филтърния тип DWDM Mux DeMux за случаи, когато няма налично захранване. Ниската цена и високата производителност го правят идеалното решение за метрото и DWDM приложения на дълги разстояния.

Gaussian AWG е най-простият тип дизайн на AWG, при който формата на лентата на пропускане на отделния канал се описва от функция на Гаус. Гаусовите AWG осигуряват най-ниската загуба на вмъкване от всички типове AWG, но изискват по-строги толеранси на другите системни компоненти, за да се гарантира, че пикът на кривата на Гаус остава в лентата на пропускане в целия диапазон на работна температура.

Gaussian Pass Band (nm) определя клас DWDM MUX/DEMUX устройства, чиито профили на спектъра в лентата на пропускане са по същество Гаусови.

Лента за преминаване с плосък връх (nm) определя клас DWDM MUX/DEMUX устройства, чиито профили на спектъра в рамките на лентата на пропускане са относително плоски в сравнение с профила на Гаус. Профилът на спектъра с плосък връх може да бъде супергаусов или в идеалния случай подобен на кутия. 

Компактен CWDM е мини версия на CWDM. Технология за мултиплексиране по дължина на вълната, базирана на TFF (тънкослоен филтър), която работи по същия начин като CWDM. Разликата е, че CCWDM използва технология за свободно пространство и неговият размер на пакета е значително намален в сравнение с CWDM модулите, а загубата на вмъкване е по-ниска и по-последователна.

Мултиплексиране по дължина на вълната на локалната мрежа (LWDM), е една от най-новите xWDM технологии и се използва в 100G, 200G, 400G оптични връзки, които са адаптирани за използване в 25G SFP28 трансивъри. Тази иновация осигурява по-голяма гъвкавост в дизайна на мрежата и позволява внедряване на 5G с помощта на наличните 100G и 200G LAN-WDM трансивъри чрез използване на LAN WDM дължини на вълните. 

Мултиплексиране с разделение по дължина на вълната в метрото, също микрооптичен мултиплексор с разделяне на дължина на вълната (MWDM), се основава на 6-те дължини на вълната на CWDM, изместени с 3.5 nm наляво и надясно, за да се разшири до 12 вълни, и е един от рентабилните планове.