WDM Technology of Things

Multiplexering af bølgelængde (WDM), En WDM-teknologi, der multiplekser flere optiske bæresignaler på en enkelt optisk fiber ved at bruge forskellige bølgelængder (dvs. farver) af laserlys. Denne teknik muliggør tovejskommunikation over en enkelt fiberstreng, også kaldet bølgelængdedelingsdupleksing, samt multiplikation af kapacitet. Transmission fra kombinerede kilder adskilles på et fjerntliggende sted i henhold til de individuelle bølgelængder ved de-multipleksing på flere fibre. WDM-teknologi bruges ofte til at henvise til filtreringsprodukter, der udfører multipleksing eller de-multipleksing.


WDM teknologi er opdelt i tre forskellige bølgelængdemønstre: Normal WDM, Coarse WDM(CWDM) og Dense WDM(DWDM).


Normal WDM også omtalt som bi-di, simplex og enkelt stativ bruger de to normale bølgelængder 1310nm og 1550nm på fiber.

WDM teknologi
Figur 1: WDM-teknologi

Coarse Wavelength Division Multiplexing, CWDM er en specifik WDM-teknologi defineret af International Telecommunication Union i ITU-T Recommendation G.694.2 Spectral grids for WDM-applikationer: CWDM wavelength grid. Gitteret er specificeret som 18 centrale bølgelængder startende ved 1271 nm og med en afstand på 20 nm.

Tæt bølgelængdedelingsmultipleksing, DWDM er en specifik WDM-teknologi defineret af International Telecommunication Union i ITU-T Recommendation G.694.1 Spectral grids for WDM-applikationer: DWDM frekvensnet. Gitteret er angivet som frekvensen i THz, forankret ved 193.1 THz, med en række specificerede kanalafstande fra 12.5 GHz til 200 GHz, blandt hvilke 100 GHz er almindeligt. I praksis konverteres DWDM-frekvens normalt til bølgelængde. De fleste DWDM-bølgelængder i brug findes i C-båndet, dvs. 1530 – 1565 nm.

MUX, Et WDM-filtreringsprodukt, der udfører en proces med multipleksing eller kombination af to eller flere optiske kilder med forskellige bølgelængder på en enkelt fiber.

DEMUX, Et filtreringsprodukt, der udfører processen med demultipleksing eller adskillelse af optisk transmission bestående af multipleksede bølgelængder på individuelle fibre, der er tildelt hver bølgelængde.

mux og demux
Figur 2: MUX- og DEMUX-signalflow

Fælles havn, For et MUX-produkt transmitteres kombinerede kanaler fra den fælles port. For en DEMUX modtages de kombinerede kanaler ved den fælles port.

Udvidelse eller opgraderingsport  For CWDM-produkter vil der normalt være enten en opgradering eller en udvidelsesport, men ikke begge dele. Opgraderingen eller ekspresporten på en CWDM MUX eller DEMUX bruges til at tilføje, droppe eller passere gennem yderligere kanaler. For eksempel, på en CWDM MUX-side, vil denne port give en måde at tilføje sendekanaler til fiberkredsløbet. På en CWDM DEMUX-side kan udvidelsen eller opgraderingen bruges til at passere nedstrømskanaler, der ikke er lokalt DEMUXED. Eller den kan også bruges til at tilføje returkanal(er) på et tovejskredsløb.

For DWDM-produkter er formålet med en opgraderingsport at kunne tilføje, droppe eller passere gennem C-bånds DWDM-kanaler, der ikke allerede er i brug, dvs. kun kanaler, der ligger i båndet 1530-1565 nm. Hvis DWDM-produktet også har en udvidelsesport, så bruges denne port normalt til yderligere kanaler, der ligger uden for C-båndet, såsom de fleste af CWDM-kanalerne.

DWDM Filter, Tyndfilmsfilter
Figur 3: DWDM Filter Cascading i WDM Technology

Overvågningshavn, WDM-produkter kan give overvågningsporte. At overvåge en laveffektprøve af det optiske signal, der forekommer ved den fælles port, normalt ved et strømniveau på 5 % eller mindre. Overvågningsporten kan også bruges til at injicere et out-of-band-signal. Hvis produktet har to overvågningsporte for det samme kredsløb, vil portene være retningsbestemte. Den ene port vil overvåge sendesignalet og den anden for det modtagne signal. Hvis kredsløbet har en enkelt overvågningsport, er det næsten altid tovejs og vil overvåge både sende og modtage optiske signaler.

Bølgelængde,I WDM-praksis er bølgelængder som bølgelængden af ​​en kommunikationslaser, bølgelængdespecifikationerne for optiske filtre og bølgelængderne af optiske transmissionskanaler over fiber alle givet som λ, bølgelængden i nanometer (nm), som ville forekomme i et vakuum.

Centerbølgelængde, er den bølgelængde, ved hvilken en bestemt signalkanal er centreret. International Telecommunications Union (ITU) har defineret det standard optiske frekvensgitter (kanalcenterfrekvens) med 100 GHz mellemrum baseret på referencefrekvensen på 193.10 THz (1552.52 nm), det såkaldte ITU Grid. Kanalcenterbølgelængder vælges ved de bølgelængder, der svarer til ITU Grid.

Kanal, I WDM-praksis er en kanal en enkelt og unik transmission ved en udpeget bølgelængde, der kan forekomme sammen med andre kanaler med forskellige bølgelængder. En transmissionskanal kan også referere til den fysiske ende-til-ende vej. Kanalafstand (GHz), er frekvensforskellen mellem to nabokanalcenterfrekvenser i DWDM-komponenter eller -moduler. DWDM MUX/DEMUX-enheder i BaySpec har deres kanalafstand på 50, 75,100 og 200GHz.

Center bølgelængde offset (pm) er en relativ drift af den faktiske centrale bølgelængde af en bestemt kanal vedrørende standard ITU Grid. Bølgelængdedriften kan skyldes uhensigtsmæssig justering og designet af det optiske system.

Kanalpass båndbredde (nm) er defineret som en maksimal bølgelængde (eller frekvens) område omkring den tilsvarende centerbølgelængde (eller frekvens) ved et givet effektniveau. Nu accepterer industrien godt definitionen ved et strømniveau på 0.5 dB ned. Bemærk, at på grund af centerbølgelængdeforskydningen af ​​en kanal kan driftskanalens passbåndbredde være mindre end når centerbølgelængden er nøjagtigt ved ITU Grid.

Termisk bølgelængdestabilitet (pm/°C) angiver den maksimale bølgelængdedrift af spektralcentret af en bestemt kanal på grund af temperaturvariation vedrørende den centrale bølgelængdeværdi ved rumtemperaturen (23°C).

Pass Band, en specifikation, der angiver området af bølgelængder omkring den nominelle, centrale bølgelængde af filteret, der overholder det specificerede indføringstab. I praksis er det filterets tolerance for laserdrift væk fra centerbølgelængden. For eksempel er et typisk pasbånd for CWDM-filtre ± 6.5 nm omkring centerbølgelængden. Så en 1551 nm laser kunne fungere inden for et område på 1544.5 nm til 1557.5 nm uden at støde på ekstra kanaltab.

Indføringstab, tabet af signaleffekt som følge af indsættelse af et WDM-filter i en transmissionslinje eller optisk fiber og udtrykkes normalt i decibel (dB).

Afkast tab, Når det optiske fibersignal kommer ind i eller forlader en optisk komponent (såsom en optisk fiberkonnektor), vil diskontinuiteten og impedansmismatchen føre til refleksion eller tilbagevenden. Effekttabet af det reflekterede eller returnerede signal kaldes returtab (RL). Indsættelsestabet er hovedsageligt at måle resultatsignalværdien, når den optiske forbindelse støder på tabet, mens returtabet er at måle refleksionssignaltabsværdien, når den optiske forbindelse støder på komponentadgangen.

Polarisation afhængigt tab (PDL), Tabet udvist af et WDM-filter afhænger af lysets optiske polarisering. PDL er den største forskel i maksimalt indsættelsestab, der forekommer ved alle tilstande af optisk polarisering. PDL for et WDM-produkt er angivet som den største tilladte PDL for enhver kanal.

Polarisation mode dispersion (PMD) er en form for modal spredning, hvor to forskellige polariseringer af lys i en bølgeleder, som normalt bevæger sig med samme hastighed, rejser med forskellige hastigheder på grund af tilfældige ufuldkommenheder og asymmetrier, hvilket forårsager tilfældig spredning af optiske impulser.

Kanalisolering (dB), kaldes også far-end crosstalk ved en given bølgelængde, der er forholdet mellem lysintensiteten ved den uønskede port og lysintensiteten ved den ønskede port. Så det er et mål for, hvor godt forskellige bølgelængder er adskilt ved udgangen af ​​en demultiplexer med tæt bølgelængdedeling.

Ikke-tilstødende kanalisolering (Non-adjacent Channel Crosstalk) (dB) er den relative mængde uønsket effekt, der forekommer i et bestemt kanalpasbånd fra de ikke-tilstødende kanaler. Almindeligvis er der kun taget højde for de to første ikke-tilstødende kanaler (venstre og højre side).

Kanal Ripple, Ripple er defineret som den maksimale peak-to-peak variation i dB af indsættelsestab over et filterpasbånd. WDM-produktrippel er angivet som den største tilladte krusning, der forekommer i enhver kanal.

Direktivitet (dB) kaldes også near-end crosstalk, som er forholdet mellem den optiske effekt, der sendes ind i en inputport, og den optiske effekt, der vender tilbage til enhver anden inputport. I DWDM anvendes retningsbestemmelse kun på MUX-enheder.

Driftstemperatur (°C) er det temperaturområde, over hvilket enheden kan betjenes og opretholde sine specifikationer.

Opbevaringstemperatur (°C) er det temperaturområde, over hvilket enheden kan opbevares uden skader og kan betjenes over driftstemperatur i henhold til dens specifikationer

Filter Bølgelængde Division Multiplexer (FWDM), Komponenten kombinerer eller adskiller lys ved forskellige bølgelængder i et bredt bølgelængdeområde. De tilbyder meget lavt indføringstab, lav polariseringsafhængighed, høj isolation og fremragende miljøstabilitet. Høj effekthåndteringsevne kan opnås gennem unik pigtail-behandling og højkvalitets AR-belægning. Disse komponenter er blevet flittigt brugt i optiske forstærkere, WDM-netværk og fiberoptiske instrumenter.

Rød/blå båndfiltre, er en tyndfilmsfilterkomponent, som er en enhed med tre porte. En port kaldes "Fælles". De to andre porte udgør kanalen for to-bølgelængde-"båndet". De to bånd er det blå(λ<1543nm) og det røde(λ>1547nm). Det ene bånd går gennem det reflekterede ben, og det andet bånd går gennem det forbipasserende ben.

WDM-teknologi af ting
Figur 4: Rød/blå båndfilter i WDM-teknologi.

I et DWDM-modul, som bruger et rød/blå filter, kan en Mux kombineres med Demux. For eksempel kombinerer Mux DWDM-kanaler i Red nad, mens Demux adskiller DWDM-kanaler i Blue Band. Ved hjælp af et rød/blå filter kan man kombinere de røde sendekanaler og de blå modtagekanaler på en enkelt fiber.

Optisk add-drop multiplexer (OADM),  en enhed, der bruges i bølgelængdedelingsmultiplekseringssystemer til multipleksing og dirigering af forskellige lyskanaler ind i eller ud af en single-mode fiber (SMF). Dette er en type optisk node, som generelt bruges til dannelse og konstruktion af optiske telekommunikationsnetværk. "Tilføj" og "slip" henviser her til enhedens evne til at tilføje en eller flere nye bølgelængdekanaler til et eksisterende WDM-signal med flere bølgelængder og/eller at droppe (fjerne) en eller flere kanaler ved at sende disse signaler til en anden netværkssti. En OADM kan anses for at være en specifik type optisk krydsforbindelse.

OADM i WDM-teknologi af ting
Figur 5: OADM-signalflow

Athermal Arrayed Waveguide Grating (AAWG), Dense Wavelength Division Multiplexer (DWDM) baseret på silica på silicium teknologi er designet til ITU kanalafstandsapplikationer, hvor der ikke kræves elektrisk strøm. Den fungerer ved 50GHz eller 100GHz kanalafstand ITU Grid DWDM-bølgelængder fra 1526nm til 1565nm. AAWG DWDM kan bruges til at erstatte filtertypen DWDM Mux DeMux i tilfælde, hvor der ikke er strøm tilgængelig. De lave omkostninger og høj ydeevne gør den til den ideelle løsning til metro- og langdistance-DWDM-applikationer.

Gaussisk AWG er den enkleste type AWG-design, hvor den individuelle kanalpasbåndsform er beskrevet af en Gaussisk funktion. De Gaussiske AWG'er giver det laveste indføringstab ud af alle AWG-typer, men kræver snævrere tolerancer på andre systemkomponenter for at sikre, at toppen af ​​den Gaussiske kurve forbliver inden for pasbåndet over det fulde driftstemperaturområde.

Gaussian Pass Band (nm) specificerer en klasse af DWDM MUX/DEMUX-enheder, hvis spektrumprofiler inden for pasbåndet i det væsentlige er Gaussiske.

Flat-Top Pass Band (nm) specificerer en klasse af DWDM MUX/DEMUX-enheder, hvis spektrumprofiler inden for pasbåndet er relativt flade i sammenligning med Gauss-profilen. En flad-top spektrumprofil kan være super-gaussisk eller ideelt set bokslignende. 

Kompakt CWDM er en miniversion af CWDM. En bølgelængdedelingsmultipleksingsteknologi baseret på TFF (Thin Film Filter), som fungerer på samme måde som CWDM. Forskellen er, at CCWDM bruger frirumsteknologi, og dens pakkestørrelse er stærkt reduceret sammenlignet med CWDM-moduler, og indsættelsestabet er lavere og mere konsistent.

Local Area Network Wavelength Division Multiplexing (LWDM), er en af ​​de nyeste xWDM-teknologier og brug i 100G, 200G, 400G optiske links, der er blevet tilpasset til brug i 25G SFP28 transceivere. Denne innovation giver større fleksibilitet i netværksdesign og muliggør 5G-implementering ved hjælp af tilgængelige 100G og 200G LAN-WDM transceivere ved at bruge LAN WDM bølgelængder. 

Metro Wavelength Division Multiplexing, også Micro-optic Wavelength Division Multiplexer (MWDM), er baseret på de 6 bølgelængder af CWDM, forskudt med 3.5nm til venstre og højre for at udvide til 12 bølger, og er en af ​​de omkostningseffektive planer.