WDM-Technologie der Dinge

Wellenlängenmultiplex (WDM), Eine WDM-Technologie, die mehrere optische Trägersignale auf einer einzigen optischen Faser multiplext, indem sie unterschiedliche Wellenlängen (d. h. Farben) von Laserlicht verwendet. Diese Technik ermöglicht bidirektionale Kommunikation über einen einzelnen Glasfaserstrang, auch Wellenlängenduplex genannt, sowie eine Kapazitätsvervielfachung. Die Übertragung aus kombinierten Quellen wird an einem entfernten Ort durch Demultiplexen auf mehrere Fasern nach den einzelnen Wellenlängen getrennt. Mit der WDM-Technologie werden häufig Filterprodukte bezeichnet, die Multiplexing oder Demultiplexing durchführen.


WDM-Technologie ist in drei verschiedene Wellenlängenmuster unterteilt: Normales WDM, grobes WDM (CWDM) und dichtes WDM (DWDM).


Normales WDM Wird auch als Bi-Di, Simplex und Single Stand bezeichnet und verwendet die beiden normalen Wellenlängen 1310 nm und 1550 nm auf Glasfaser.

WDM-Technologie
Abbildung 1: WDM-Technologie

Grobes Wellenlängenmultiplexing, CWDM ist eine spezifische WDM-Technologie, die von der International Telecommunication Union in der ITU-T-Empfehlung G.694.2 Spektralgitter für WDM-Anwendungen definiert wird: CWDM-Wellenlängengitter. Das Raster ist als 18 zentrale Wellenlängen definiert, die bei 1271 nm beginnen und 20 nm voneinander entfernt sind.

Dense Wavelength Division Multiplexing, DWDM ist eine spezifische WDM-Technologie, die von der International Telecommunication Union in der ITU-T-Empfehlung G.694.1 Spektralgitter für WDM-Anwendungen definiert wird: DWDM-Frequenzgitter. Das Raster wird als Frequenz in THz angegeben, die bei 193.1 THz verankert ist, mit einer Reihe spezifizierter Kanalabstände von 12.5 GHz bis 200 GHz, wobei 100 GHz üblich ist. In der Praxis wird die DWDM-Frequenz normalerweise in Wellenlänge umgewandelt. Die meisten verwendeten DWDM-Wellenlängen liegen im C-Band, also 1530 – 1565 nm.

MUX, Ein WDM-Filterprodukt, das einen Prozess des Multiplexens oder Kombinierens von zwei oder mehr optischen Quellen mit unterschiedlichen Wellenlängen auf einer einzigen Faser durchführt.

DEMUX, Ein Filterprodukt, das den Prozess des Demultiplexens oder Trennens der optischen Übertragung bestehend aus gemultiplexten Wellenlängen auf einzelne Fasern durchführt, die jeder Wellenlänge zugeordnet sind.

Mux und Demux
Abbildung 2: MUX- und DEMUX-Signalfluss

Gemeinsamer Hafen, Bei einem MUX-Produkt werden kombinierte Kanäle vom gemeinsamen Port übertragen. Bei einem DEMUX werden die kombinierten Kanäle am gemeinsamen Port empfangen.

Erweiterungs- oder Upgrade-Port  Für CWDM-Produkte gibt es normalerweise entweder ein Upgrade oder einen Erweiterungsport, jedoch nicht beides. Der Upgrade- oder Express-Port an einem CWDM-MUX oder DEMUX wird zum Hinzufügen, Entfernen oder Durchleiten zusätzlicher Kanäle verwendet. Auf der CWDM-MUX-Seite bietet dieser Port beispielsweise die Möglichkeit, der Glasfaserschaltung Übertragungskanäle hinzuzufügen. Auf einer CWDM-DEMUX-Seite kann die Erweiterung oder das Upgrade verwendet werden, um Downstream-Kanäle weiterzuleiten, die nicht lokal DEMUXED sind. Alternativ kann es auch zum Hinzufügen von Rückkanälen zu einem bidirektionalen Stromkreis verwendet werden.

Bei DWDM-Produkten besteht der Zweck eines Upgrade-Ports darin, noch nicht verwendete C-Band-DWDM-Kanäle hinzuzufügen, zu entfernen oder durchzuleiten, d. h. nur Kanäle, die sich im Band 1530–1565 nm befinden. Wenn das DWDM-Produkt auch über einen Erweiterungsport verfügt, wird dieser Port normalerweise für zusätzliche Kanäle außerhalb des C-Bands verwendet, wie z. B. die meisten CWDM-Kanäle.

DWDM-Filter, Dünnschichtfilter
Abbildung 3: DWDM-Filterkaskadierung in der WDM-Technologie

Überwachungsport, WDM-Produkte können Überwachungsports bereitstellen. Zur Überwachung einer Niederleistungsprobe des am gemeinsamen Anschluss auftretenden optischen Signals, normalerweise bei einem Leistungspegel von 5 % oder weniger. Der Überwachungsanschluss kann auch zum Einspeisen eines Out-of-Band-Signals verwendet werden. Wenn das Produkt über zwei Überwachungsports für denselben Stromkreis verfügt, sind die Ports gerichtet. Ein Port überwacht das Sendesignal und der andere das Empfangssignal. Wenn die Schaltung über einen einzigen Überwachungsanschluss verfügt, ist dieser fast immer bidirektional und überwacht sowohl das Senden als auch den Empfang optischer Signale.

Wellenlänge,In der WDM-Praxis werden Wellenlängen wie die Wellenlänge eines Kommunikationslasers, die Wellenlängenspezifikationen für optische Filter und die Wellenlängen optischer Übertragungskanäle über Glasfasern alle als λ angegeben, die Wellenlänge in Nanometern (nm), wie sie im Vakuum auftreten würde.

Zentrumswellenlänge, ist die Wellenlänge, bei der ein bestimmter Signalkanal zentriert ist. Die Internationale Fernmeldeunion (ITU) hat das standardmäßige optische Frequenzraster (Kanalmittenfrequenz) mit 100-GHz-Abstand basierend auf der Referenzfrequenz von 193.10 THz (1552.52 nm) definiert, das sogenannte ITU-Gitter. Die Wellenlängen der Kanalmitte werden bei den Wellenlängen gewählt, die dem ITU-Gitter entsprechen.

Kanal, In der WDM-Praxis ist ein Kanal eine einzelne und einzigartige Übertragung auf einer bestimmten Wellenlänge, die zusammen mit anderen Kanälen mit unterschiedlichen Wellenlängen erfolgen kann. Ein Übertragungskanal kann sich auch auf den physischen End-to-End-Pfad beziehen. Kanalabstand (GHz), ist der Frequenzunterschied zwischen zwei benachbarten Kanalmittenfrequenzen in DWDM-Komponenten oder -Modulen. DWDM-MUX/DEMUX-Geräte in BaySpec haben einen Kanalabstand von 50, 75,100 und 200 GHz.

Mittenwellenlängenversatz (pm) ist eine relative Drift der tatsächlichen zentralen Wellenlänge eines bestimmten Kanals in Bezug auf das Standard-ITU-Gitter. Die Wellenlängendrift kann auf eine unsachgemäße Ausrichtung und das Design des optischen Systems zurückzuführen sein.

Kanalpassbandbreite (nm) ist definiert als ein maximaler Wellenlängen- (oder Frequenz-)Bereich um die entsprechende Mittenwellenlänge (oder Frequenz) bei einem bestimmten Leistungspegel. Mittlerweile akzeptiert die Branche die Definition bei einem Leistungsabfall von 0.5 dB durchaus. Beachten Sie, dass aufgrund des Mittenwellenlängenversatzes eines Kanals die Betriebskanalpassbandbreite kleiner sein kann als die, wenn die Mittenwellenlänge genau am ITU-Gitter liegt.

Thermische Wellenlängenstabilität (pm/°C) gibt die maximale Wellenlängendrift des Spektralzentrums eines bestimmten Kanals aufgrund von Temperaturschwankungen bezüglich des zentralen Wellenlängenwerts bei Raumtemperatur (23 °C) an.

Passband, eine Spezifikation, die den Wellenlängenbereich um die nominale, zentrale Wellenlänge des Filters angibt, der die angegebene Einfügungsdämpfung einhält. In der Praxis handelt es sich um die Toleranz des Filters gegenüber Laserdrift von der Mittenwellenlänge weg. Ein typischer Durchlassbereich für CWDM-Filter beträgt beispielsweise ± 6.5 nm um die Mittenwellenlänge. Ein 1551-nm-Laser könnte also in einem Bereich von 1544.5 nm bis 1557.5 nm arbeiten, ohne dass ein zusätzlicher Kanalverlust auftritt.

Einfügedämpfung, Der Signalleistungsverlust, der durch den Einbau eines WDM-Filters in eine Übertragungsleitung oder Glasfaser entsteht, wird normalerweise in Dezibel (dB) ausgedrückt.

Rückflussdämpfung, Wenn das Glasfasersignal in eine optische Komponente (z. B. einen Glasfaserstecker) eintritt oder diese verlässt, führen die Diskontinuität und die Impedanzfehlanpassung zu Reflexion oder Rückkehr. Der Leistungsverlust des reflektierten oder zurückgesandten Signals wird als Rückflussdämpfung (RL) bezeichnet. Die Einfügungsdämpfung dient hauptsächlich dazu, den Ergebnissignalwert zu messen, wenn die optische Verbindung auf den Verlust stößt, während die Rückflussdämpfung den Reflexionssignalverlustwert misst, wenn die optische Verbindung auf den Komponentenzugriff stößt.

Polarisationsabhängiger Verlust (PDL), Der Verlust eines WDM-Filters hängt von der optischen Polarisation des Lichts ab. PDL ist der größte Unterschied im maximalen Einfügungsverlust, der bei allen Zuständen der optischen Polarisation auftritt. PDL für ein WDM-Produkt wird als der größte zulässige PDL für einen beliebigen Kanal angegeben.

Polarisationsmodendispersion (PMD) ist eine Form der modalen Dispersion, bei der sich zwei unterschiedliche Polarisationen von Licht in einem Wellenleiter, die sich normalerweise mit der gleichen Geschwindigkeit ausbreiten, aufgrund zufälliger Unvollkommenheiten und Asymmetrien mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten fortbewegen, was zu einer zufälligen Ausbreitung optischer Impulse führt.

Kanalisolation (dB), wird auch als Fernnebensprechen bei einer bestimmten Wellenlänge bezeichnet und ist das Verhältnis der Lichtintensität am unerwünschten Anschluss zur Lichtintensität am gewünschten Anschluss. Es handelt sich also um ein Maß dafür, wie gut verschiedene Wellenlängen am Ausgang eines dichten Wellenlängen-Demultiplexers getrennt werden.

Nicht benachbarte Kanalisolation (Übersprechen nicht benachbarter Kanäle) (dB) ist die relative Menge an unerwünschter Leistung, die in einem bestimmten Kanalpassband von den nicht benachbarten Kanälen auftritt. Im Allgemeinen werden nur die beiden ersten nicht benachbarten Kanäle (linke und rechte Seite) berücksichtigt.

Kanalwelligkeit, Welligkeit ist definiert als die maximale Spitze-zu-Spitze-Variation in dB des Einfügungsverlusts über einen Filterdurchlassbereich. Die WDM-Produktwelligkeit wird als die größte zulässige Welligkeit angegeben, die in einem Kanal auftritt.

Richt (dB) wird auch als Nahnebensprechen bezeichnet und ist das Verhältnis der optischen Leistung, die in einen Eingangsanschluss eingespeist wird, zur optischen Leistung, die an einen anderen Eingangsanschluss zurückfließt. Bei DWDM wird die Richtwirkung nur auf MUX-Geräte angewendet.

Umgebungstemperaturbereich (°C) ist der Temperaturbereich, in dem das Gerät betrieben werden und seine Spezifikationen beibehalten kann.

Lagertemperatur (°C) ist der Temperaturbereich, in dem das Gerät unbeschädigt gelagert und gemäß seinen Spezifikationen über der Betriebstemperatur betrieben werden kann

Filter-Wellenlängenmultiplexer (FWDM), Die Komponente kombiniert oder trennt Licht unterschiedlicher Wellenlängen in einem weiten Wellenlängenbereich. Sie bieten einen sehr geringen Einfügungsverlust, eine geringe Polarisationsabhängigkeit, eine hohe Isolierung und eine hervorragende Umgebungsstabilität. Durch die einzigartige Pigtail-Verarbeitung und die hochwertige AR-Beschichtung kann eine hohe Belastbarkeit erreicht werden. Diese Komponenten werden häufig in optischen Verstärkern, WDM-Netzwerken und faseroptischen Instrumenten verwendet.

Rot-/Blaubandfilter, ist eine Dünnschichtfilterkomponente, bei der es sich um ein Gerät mit drei Anschlüssen handelt. Ein Port wird „Common“ genannt. Die anderen beiden Ports stellen die Leitung für das Zwei-Wellenlängen-„Band“ bereit. Die beiden Bänder sind das blaue (λ<1543 nm) und das rote (λ>1547 nm). Ein Band geht durch den reflektierten Zweig und das andere Band geht durch den vorbeiziehenden Zweig.

WDM-Technologie der Dinge
Abbildung 4: Rot-/Blaubandfilter in WDM-Technologie.

In einem DWDM-Modul, das einen Rot/Blau-Filter verwendet, kann ein Mux mit Demux kombiniert werden. Beispielsweise kombiniert der Mux DWDM-Kanäle im roten Band, während der Demux DWDM-Kanäle im blauen Band trennt. Mithilfe eines Rot/Blau-Filters können die roten Sendekanäle und die blauen Empfangskanäle auf einer einzigen Faser kombiniert werden.

Optischer Add-Drop-Multiplexer (OADM),  ein Gerät, das in Wellenlängenmultiplexsystemen zum Multiplexen und Leiten verschiedener Lichtkanäle in oder aus einer Singlemode-Faser (SMF) verwendet wird. Hierbei handelt es sich um eine Art optischer Knoten, der im Allgemeinen für die Bildung und den Aufbau optischer Telekommunikationsnetze verwendet wird. „Hinzufügen“ und „Drop“ beziehen sich hier auf die Fähigkeit des Geräts, einen oder mehrere neue Wellenlängenkanäle zu einem vorhandenen Multiwellenlängen-WDM-Signal hinzuzufügen und/oder einen oder mehrere Kanäle zu löschen (entfernen) und diese Signale an einen anderen Netzwerkpfad weiterzuleiten. Ein OADM kann als eine bestimmte Art von optischem Cross-Connect betrachtet werden.

OADM in der WDM-Technologie der Dinge
Abbildung 5: OADM-Signalfluss

Athermisches Arrayed Waveguide Grating (AAWG), Der Dense Wavelength Division Multiplexer (DWDM) basiert auf Silica-on-Silicium-Technologie und ist für ITU-Kanalabstandsanwendungen konzipiert, bei denen keine elektrische Energie erforderlich ist. Es arbeitet mit 50 GHz oder 100 GHz Kanalabstand ITU Grid DWDM-Wellenlängen von 1526 nm bis 1565 nm. Der AAWG DWDM kann als Ersatz für den DWDM Mux DeMux vom Filtertyp verwendet werden, wenn kein Strom verfügbar ist. Die niedrigen Kosten und die hohe Leistung machen es zur idealen Lösung für DWDM-Anwendungen im Stadt- und Fernverkehr.

Gaußsches AWG ist die einfachste Art des AWG-Designs, bei dem die individuelle Kanalpassbandform durch eine Gaußsche Funktion beschrieben wird. Die Gaußschen AWGs bieten die geringste Einfügungsdämpfung aller AWG-Typen, erfordern jedoch engere Toleranzen bei anderen Systemkomponenten, um sicherzustellen, dass die Spitze der Gaußschen Kurve über den gesamten Betriebstemperaturbereich innerhalb des Durchlassbereichs bleibt.

Gaußsches Passband (nm) spezifiziert eine Klasse von DWDM-MUX/DEMUX-Geräten, deren Spektrumprofile innerhalb des Durchlassbands im Wesentlichen Gauß-förmig sind.

Flat-Top-Passband (nm) spezifiziert eine Klasse von DWDM MUX/DEMUX-Geräten, deren Spektrumsprofile innerhalb des Durchlassbandes im Vergleich zum Gaußschen Profil relativ flach sind. Ein Flat-Top-Spektrumprofil kann super-gaußförmig oder idealerweise kastenförmig sein. 

Kompaktes CWDM ist eine Miniversion von CWDM. Eine auf TFF (Thin Film Filter) basierende Wellenlängenmultiplex-Technologie, die auf die gleiche Weise wie CWDM funktioniert. Der Unterschied besteht darin, dass CCWDM die Freiraumtechnologie verwendet und seine Paketgröße im Vergleich zu CWDM-Modulen erheblich reduziert ist und die Einfügungsdämpfung geringer und konsistenter ist.

Local Area Network Wavelength Division Multiplexing (LWDM), ist eine der neuesten xWDM-Technologien und wird in optischen 100G-, 200G- und 400G-Verbindungen verwendet, die für den Einsatz in 25G-SFP28-Transceivern angepasst wurden. Diese Innovation bietet eine größere Flexibilität beim Netzwerkdesign und ermöglicht die 5G-Implementierung mit verfügbaren 100G- und 200G-LAN-WDM-Transceivern durch Nutzung von LAN-WDM-Wellenlängen. 

Metro Wavelength Division Multiplexing, auch mikrooptischer Wavelength Division Multiplexer (MWDM), basiert auf den 6 Wellenlängen von CWDM, die um 3.5 nm nach links und rechts verschoben werden, um sich auf 12 Wellen zu erweitern, und ist einer der kosteneffektivsten Pläne.