WDM technologie věcí

Multiplexování s vlnovou délkou (WDM), Technologie WDM, která multiplexuje několik optických nosných signálů na jediné optické vlákno pomocí různých vlnových délek (tj. barev) laserového světla. Tato technika umožňuje obousměrnou komunikaci přes jediný řetězec vlákna, nazývanou také duplex s dělením vlnové délky, a také znásobení kapacity. Přenos z kombinovaných zdrojů je oddělen na vzdáleném místě podle jednotlivých vlnových délek demultiplexováním na více vláken. Technologie WDM se často používá k označení filtračních produktů, které provádějí multiplexování nebo demultiplexování.


Technologie WDM je rozdělena do tří různých vzorů vlnových délek: normální WDM, hrubé WDM (CWDM) a husté WDM (DWDM).


Normální WDM také označovaný jako bi-di, simplex a single stand používá dvě normální vlnové délky 1310nm a 1550nm na vláknu.

technologie WDM
Obrázek 1: Technologie WDM

Multiplexování s hrubou vlnovou délkou, CWDM je specifická technologie WDM definovaná Mezinárodní telekomunikační unií v doporučení ITU-T G.694.2 Spektrální mřížky pro aplikace WDM: mřížka vlnových délek CWDM. Mřížka je specifikována jako 18 centrálních vlnových délek začínajících na 1271 nm a vzdálených od sebe 20 nm.

Husté multiplexování s dělením vlnových délek, DWDM je specifická technologie WDM definovaná Mezinárodní telekomunikační unií v doporučení ITU-T G.694.1 Spektrální mřížky pro aplikace WDM: frekvenční mřížka DWDM. Mřížka je specifikována jako frekvence v THz, zakotvená na 193.1 THz, s různými specifikovanými rozestupy kanálů od 12.5 GHz do 200 GHz, mezi nimiž je běžné 100 GHz. V praxi se frekvence DWDM obvykle převádí na vlnovou délku. Většina používaných vlnových délek DWDM se nachází v pásmu C, tj. 1530 – 1565 nm.

MUX, Filtrační produkt WDM, který provádí proces multiplexování nebo kombinování dvou nebo více optických zdrojů s různými vlnovými délkami na jediné vlákno.

DEMUX, Filtrační produkt, který provádí proces demultiplexování nebo separace optického přenosu složeného z multiplexovaných vlnových délek na jednotlivá vlákna přiřazená každé vlnové délce.

mux a demux
Obrázek 2: Tok signálu MUX a DEMUX

společný přístav, U produktu MUX jsou kombinované kanály přenášeny ze společného portu. Pro DEMUX jsou kombinované kanály přijímány na společném portu.

Rozšíření nebo upgrade portu  U produktů CWDM bude normálně k dispozici buď upgrade, nebo rozšiřující port, ale ne obojí. Upgrade nebo expresní port na CWDM MUX nebo DEMUX se používá k přidání, odstranění nebo průchodu dalšími kanály. Například na straně CWDM MUX tento port poskytne způsob, jak přidat přenosové kanály do optického obvodu. Na straně CWDM DEMUX lze rozšíření nebo upgrade použít k předání kanálů, které nejsou lokálně DEMUXOVANÉ. Nebo jej lze také použít k přidání zpětného kanálu (kanálů) na rozpětí obousměrného okruhu.

U produktů DWDM je účelem aktualizačního portu možnost přidávat, upouštět nebo procházet kanály DWDM v pásmu C, které se ještě nepoužívají, tj. pouze kanály, které se nacházejí v pásmu 1530-1565 nm. Pokud má produkt DWDM také rozšiřující port, pak se tento port běžně používá pro další kanály umístěné mimo pásmo C, jako je většina kanálů CWDM.

DWDM filtr, tenkovrstvý filtr
Obrázek 3: Kaskádování filtrů DWDM v technologii WDM

Monitorovací port, Produkty WDM mohou poskytovat monitorovací porty. Pro monitorování nízkopříkonového vzorku optického signálu vyskytujícího se na společném portu, obvykle na úrovni výkonu 5 % nebo nižší. Monitorovací port lze také použít k vložení signálu mimo pásmo. Pokud má produkt dva monitorovací porty pro stejný okruh, budou porty směrové. Jeden port bude monitorovat vysílaný signál a druhý pro přijímaný signál. Pokud má obvod jeden monitorovací port, pak je téměř vždy obousměrný a bude monitorovat jak vysílání, tak příjem optických signálů.

Vlnová délka,V praxi WDM jsou vlnové délky, jako je vlnová délka komunikačního laseru, specifikace vlnových délek pro optické filtry a vlnové délky optických přenosových kanálů přes vlákno, všechny uvedeny jako λ, vlnová délka v nanometrech(nm), jaká by nastala ve vakuu.

Středová vlnová délka, je vlnová délka, na které je vystředěn konkrétní kanál signálu. Mezinárodní telekomunikační unie (ITU) definovala standardní optickou frekvenční mřížku (středová frekvence kanálu) s rozestupem 100 GHz na základě referenční frekvence 193.10 THz (1552.52 nm), tzv. ITU Grid. Vlnové délky středu kanálu se volí na vlnových délkách odpovídajících ITU Grid.

Kanál, V praxi WDM je kanál jediný a jedinečný přenos na určené vlnové délce, který se může vyskytovat spolu s jinými kanály, které mají různé vlnové délky. Přenosový kanál může také odkazovat na fyzickou cestu end-to-end. Channel Spacing (GHz), je frekvenční rozdíl mezi dvěma sousedními středovými frekvencemi kanálu v komponentách nebo modulech DWDM. Zařízení DWDM MUX/DEMUX v BaySpec mají kanálovou rozteč 50, 75,100 200 a XNUMX GHz.

Posun středové vlnové délky (pm) je relativní drift skutečné centrální vlnové délky konkrétního kanálu vzhledem ke standardní mřížce ITU. Posun vlnové délky může být důsledkem nevhodného vyrovnání a konstrukce optického systému.

Průchod kanálu Šířka pásma (nm) je definován jako maximální rozsah vlnové délky (nebo frekvence) kolem odpovídající střední vlnové délky (nebo frekvence) při dané úrovni výkonu. Nyní průmysl dobře přijímá definici na úrovni výkonu o 0.5 dB nižší. Všimněte si, že v důsledku posunu střední vlnové délky kanálu může být propustná šířka pásma provozního kanálu menší, než když je střední vlnová délka přesně na mřížce ITU.

Stabilita tepelné vlnové délky (pm/°C) specifikuje maximální drift vlnové délky středu spektra konkrétního kanálu v důsledku kolísání teploty týkající se centrální hodnoty vlnové délky při pokojové teplotě (23° C).

Pass Band, specifikace, která udává rozsah vlnových délek kolem nominální střední vlnové délky filtru, který dodržuje specifikovaný vložný útlum. V praxi se jedná o toleranci filtru pro laserový drift od střední vlnové délky. Například typické propustné pásmo pro CWDM filtry je ± 6.5 nm kolem střední vlnové délky. Takže 1551 nm laser by mohl pracovat v rozsahu 1544.5 nm až 1557.5 nm, aniž by došlo ke ztrátě dalšího kanálu.

Ztráta vložení, ztráta výkonu signálu vyplývající z vložení WDM filtru do přenosového vedení nebo optického vlákna a je obvykle vyjádřena v decibelech (dB).

Návratová ztráta, Když signál optického vlákna vstupuje nebo opouští optickou součást (jako je konektor optického vlákna), diskontinuita a nesoulad impedance povede k odrazu nebo návratu. Ztráta výkonu odraženého nebo vráceného signálu se nazývá návratová ztráta (RL). Ztráta vložení slouží hlavně k měření hodnoty výsledného signálu, když optický spoj narazí na ztrátu, zatímco ztráta zpětného signálu má měřit hodnotu ztráty odrazem signálu, když optický spoj narazí na přístup ke komponentě.

Ztráta závislá na polarizaci (PDL), Ztráta vykazovaná WDM filtrem je závislá na optické polarizaci světla. PDL je největší rozdíl v maximální vložné ztrátě vyskytující se ve všech stavech optické polarizace. PDL pro produkt WDM je specifikováno jako největší povolené PDL pro jakýkoli kanál.

Polarizační vidová disperze (PMD) je forma modální disperze, kde se dvě různé polarizace světla ve vlnovodu, které se normálně pohybují stejnou rychlostí, pohybují různými rychlostmi v důsledku náhodných nedokonalostí a asymetrií, což způsobuje náhodné šíření optických pulzů.

Izolace kanálu (dB), se také nazývá přeslech na vzdáleném konci při dané vlnové délce, což je poměr intenzity světla na nežádoucím portu k intenzitě světla na požadovaném portu. Je to tedy míra toho, jak dobře jsou odděleny různé vlnové délky na výstupu demultiplexoru s hustým dělením vlnových délek.

Nesousedící kanálová izolace (Non-adjacent Channel Crosstalk) (dB) je relativní množství nežádoucího výkonu, který se vyskytuje v určitém propustném pásmu kanálu z nesousedních kanálů. Běžně se počítají pouze dva první nesousedící kanály (levá a pravá strana).

Channel Ripple, Zvlnění je definováno jako maximální variace mezi špičkami v dB vložného útlumu v propustném pásmu filtru. Zvlnění produktu WDM je specifikováno jako největší povolené zvlnění vyskytující se v jakémkoli kanálu.

Směrovost (dB) se také nazývá přeslech na blízkém konci, což je poměr optického výkonu spuštěného do vstupního portu k optickému výkonu vracejícímu se do jakéhokoli jiného vstupního portu. V DWDM je směrovost aplikována pouze na zařízení MUX.

Provozní teplota (°C) je teplotní rozsah, ve kterém lze zařízení provozovat a zachovat jeho specifikace.

Okolní teplota při uskladnění (°C) je teplotní rozsah, ve kterém může být zařízení skladováno bez poškození a může být provozováno při provozní teplotě podle jeho specifikací

Filtrační multiplexer s dělením vlnové délky (FWDM), Komponenta kombinuje nebo odděluje světlo různých vlnových délek v širokém rozsahu vlnových délek. Nabízejí velmi nízkou vložnou ztrátu, nízkou polarizační závislost, vysokou izolaci a vynikající environmentální stabilitu. Díky jedinečnému zpracování pigtailu a vysoce kvalitnímu AR povlaku lze dosáhnout vysokého výkonu. Tyto komponenty byly široce používány v optických zesilovačích, WDM sítích a optických přístrojích.

Červené/modré pásové filtry, je komponenta tenkovrstvého filtru, což je tříportové zařízení. Jeden port se nazývá „společný“. Další dva porty poskytují vedení pro dvouvlnné „pásmo“. Dva pruhy jsou modrý (λ<1543nm)a červený (λ>1547nm). Jeden pruh prochází odraženým ramenem a druhý pruh prochází kolem.

WDM technologie věcí
Obrázek 4: Červený/modrý pásový filtr v technologii WDM.

V modulu DWDM, který používá červený/modrý filtr, lze Mux kombinovat s demuxem. Například Mux kombinuje DWDM kanály v červeném nad, zatímco Demux odděluje DWDM kanály v modrém pásmu. Pomocí červeného/modrého filtru lze kombinovat červené vysílací kanály a modré přijímací kanály do jednoho vlákna.

Optický add-drop multiplexer (OADM),  zařízení používané v systémech multiplexování s vlnovou délkou pro multiplexování a směrování různých kanálů světla do nebo z jednovidového vlákna (SMF). Jedná se o typ optického uzlu, který se obecně používá pro vytváření a výstavbu optických telekomunikačních sítí. „Add“ a „drop“ zde označují schopnost zařízení přidat jeden nebo více nových vlnových kanálů k existujícímu vícevlnovému WDM signálu a/nebo vypustit (odebrat) jeden nebo více kanálů a předat tyto signály do jiné síťové cesty. OADM lze považovat za specifický typ optického křížového propojení.

OADM v technologii WDM věcí
Obrázek 5: Tok signálu OADM

Atermální uspořádaná vlnovodná mřížka (AAWG), Multiplexer s hustotou vlnovou délkou (DWDM) založený na technologii siliky na křemíku je navržen pro aplikace ITU s odstupem kanálů, kde není vyžadována žádná elektrická energie. Pracuje na 50GHz nebo 100GHz kanálovém rozestupu ITU Grid DWDM vlnových délek od 1526nm do 1565nm. AAWG DWDM lze použít k nahrazení filtrového typu DWDM Mux DeMux v případech, kdy není k dispozici žádné napájení. Nízká cena a vysoký výkon z něj dělají ideální řešení pro metro a aplikace DWDM na dlouhé vzdálenosti.

Gaussův AWG je nejjednodušší typ konstrukce AWG, kde je tvar propustného pásma jednotlivých kanálů popsán pomocí Gaussovy funkce. Gaussovské AWG poskytují nejnižší vložný útlum ze všech typů AWG, ale vyžadují užší tolerance na ostatních komponentách systému, aby se zajistilo, že vrchol Gaussovy křivky zůstane v propustném pásmu v celém rozsahu provozních teplot.

Pásmo Gaussian Pass (nm) určuje třídu zařízení DWDM MUX/DEMUX, jejichž profily spektra v propustném pásmu jsou v podstatě gaussovské.

Pásek Flat-Top Pass (nm) specifikuje třídu DWDM MUX/DEMUX zařízení, jejichž spektrální profily v propustném pásmu jsou relativně ploché ve srovnání s Gaussovým profilem. Profil spektra s plochým vrcholem může být super-gaussovský nebo ideálně krabicový. 

Kompaktní CWDM je mini verze CWDM. Technologie vlnového multiplexování založená na TFF (Thin Film Filter), která funguje stejně jako CWDM. Rozdíl je v tom, že CCWDM využívá technologii volného prostoru a velikost jeho balíku je ve srovnání s moduly CWDM výrazně menší a vkládací ztráta je nižší a konzistentnější.

Local Area Network Wavelength Division Multiplexing (LWDM), je jednou z nejnovějších technologií xWDM a použití v optických spojích 100G, 200G, 400G, které byly upraveny pro použití v transceiverech 25G SFP28. Tato inovace poskytuje větší flexibilitu v návrhu sítě a umožňuje implementaci 5G pomocí dostupných 100G a 200G LAN-WDM transceiverů s využitím vlnových délek LAN WDM. 

Metro Wavelength Division Multiplexing, také Micro-optic Wavelength Division Multiplexer (MWDM), je založen na 6 vlnových délkách CWDM, posunutých o 3.5nm doleva a doprava, aby se rozšířil na 12 vln, a je jedním z cenově výhodných plánů.