WDM esineiden tekniikka

Aallonpituusjakoinen multipleksointi (WDM), WDM-tekniikka, joka multipleksoi useita optisia kantoaaltosignaaleja yhdelle optiselle kuidulle käyttämällä laservalon eri aallonpituuksia (eli värejä). Tämä tekniikka mahdollistaa kaksisuuntaisen viestinnän yhden kuitujuovan yli, jota kutsutaan myös aallonpituusjakoiseksi dupleksiksi, sekä kapasiteetin kertomisen. Lähetys yhdistetyistä lähteistä erotetaan etäpaikasta yksittäisten aallonpituuksien mukaan demultipleksoimalla useille kuiduille. WDM-tekniikkaa käytetään usein viittaamaan suodatustuotteisiin, jotka suorittavat multipleksoinnin tai demultipleksoinnin.


WDM-tekniikka on jaettu kolmeen eri aallonpituuskuvioon: Normaali WDM, Karkea WDM (CWDM) ja Tiheä WDM (DWDM).


Normaali WDM kutsutaan myös bi-di-, simplex- ja single-telineeksi, ja se käyttää kahta normaalia aallonpituutta 1310nm ja 1550nm kuidussa.

WDM-tekniikkaa
Kuva 1: WDM-tekniikka

Karkea aallonpituusjakomultipleksointi, CWDM on Kansainvälisen televiestintäliiton ITU-T:n suosituksessa G.694.2 määrittelemä erityinen WDM-tekniikka WDM-sovelluksiin käytettävät spektriverkot: CWDM-aallonpituusverkko. Hila on määritelty 18 keskiaallonpituudeksi, jotka alkavat 1271 nm:stä ja sijaitsevat 20 nm:n etäisyydellä toisistaan.

Tiheä aallonpituusjakomultipleksointi, DWDM on Kansainvälisen televiestintäliiton ITU-T:n suosituksessa G.694.1 määrittelemä erityinen WDM-tekniikka WDM-sovelluksiin käytettävät spektriverkot: DWDM-taajuusverkko. Verkko on määritelty taajuudella THz, ankkuroituna 193.1 THz:iin, ja useilla määritellyillä kanavavälillä 12.5 GHz - 200 GHz, joista 100 GHz on yleinen. Käytännössä DWDM-taajuus muunnetaan yleensä aallonpituudeksi. Suurin osa käytössä olevista DWDM-aallonpituuksista löytyy C-kaistalta eli 1530 – 1565 nm.

MUX, WDM-suodatustuote, joka suorittaa prosessin, jossa yhdelle kuidulle multipleksoidaan tai yhdistetään kaksi tai useampia optisia lähteitä, joilla on eri aallonpituudet.

DEMUX, Suodatustuote, joka suorittaa multipleksoiduista aallonpituuksista koostuvan optisen lähetyksen demultipleksoinnin tai erottamisen kullekin aallonpituudelle osoitetuille yksittäisille kuiduille.

mux ja demux
Kuva 2: MUX- ja DEMUX-signaalivirta

Yhteinen satama, MUX-tuotteessa yhdistetyt kanavat lähetetään yhteisestä portista. DEMUX-laitteissa yhdistetyt kanavat vastaanotetaan yhteisessä portissa.

Laajennus- tai päivitysportti  CWDM-tuotteissa on yleensä joko päivitys- tai laajennusportti, mutta ei molempia. CWDM MUX:n tai DEMUXin päivitys- tai pikaporttia käytetään lisäkanavien lisäämiseen, pudotukseen tai läpikulkuun. Esimerkiksi CWDM MUX -puolella tämä portti tarjoaa tavan lisätä lähetyskanavia kuitupiiriin. CWDM DEMUX -puolella laajennusta tai päivitystä voidaan käyttää välittämään alavirran kanavat, joita ei ole paikallisesti DEMUXETTU. Tai sitä voidaan myös käyttää lisäämään paluukanava(t) kaksisuuntaiselle piirivälille.

DWDM-tuotteissa päivitysportin tarkoitus on pystyä lisäämään, pudottamaan tai kulkemaan läpi C-kaistan DWDM-kanavia, jotka eivät vielä ole käytössä, eli vain kanavia, jotka sijaitsevat kaistalla 1530-1565 nm. Jos DWDM-tuotteessa on myös laajennusportti, tätä porttia käytetään normaalisti lisäkanaville, jotka sijaitsevat C-kaistan ulkopuolella, kuten useimmat CWDM-kanavat.

DWDM-suodatin, ohutkalvosuodatin
Kuva 3: DWDM-suodatinsarja WDM-tekniikassa

Valvontaportti, WDM-tuotteissa voi olla valvontaportteja. Tarkkailemaan yhteisessä portissa esiintyvää pienitehoista optista signaalia, yleensä tehotasolla 5 % tai vähemmän. Valvontaporttia voidaan käyttää myös kaistan ulkopuolisen signaalin syöttämiseen. Jos tuotteessa on kaksi valvontaporttia samalle piirille, portit ovat suunnattuja. Toinen portti valvoo lähetyssignaalia ja toinen vastaanotettua signaalia. Jos piirissä on yksi valvontaportti, se on lähes aina kaksisuuntainen ja valvoo sekä lähettää että vastaanottaa optisia signaaleja.

Aallonpituus,WDM-käytännössä aallonpituudet, kuten tietoliikennelaserin aallonpituus, optisten suodattimien aallonpituusmääritykset ja optisten siirtokanavien aallonpituudet kuidun yli, annetaan kaikki muodossa λ, aallonpituus nanometreinä (nm), kuten tapahtuisi tyhjiössä.

Center aaltopituus, on aallonpituus, johon tietty signaalikanava on keskitetty. Kansainvälinen televiestintäliitto (ITU) on määritellyt standardin optisen taajuusverkon (kanavan keskitaajuus) 100 GHz:n etäisyydellä referenssitaajuuden 193.10 THz (1552.52 nm) perusteella, ns. ITU Grid. Kanavakeskuksen aallonpituudet valitaan ITU Gridiä vastaavilla aallonpituuksilla.

kanava, WDM-käytännössä kanava on yksittäinen ja ainutlaatuinen lähetys tietyllä aallonpituudella, joka voi esiintyä muiden kanavien kanssa, joilla on eri aallonpituudet. Lähetyskanava voi viitata myös päästä-päähän fyysiseen polkuun. Kanavaväli (GHz), on taajuusero kahden vierekkäisen kanavan keskitaajuuden välillä DWDM-komponenteissa tai -moduuleissa. BaySpecin DWDM MUX/DEMUX -laitteiden kanavavälit ovat 50, 75,100 200 ja XNUMX GHz.

Keskiaallonpituuden siirtymä (pm) on tietyn kanavan todellisen keskiaallonpituuden suhteellinen poikkeama koskien ITU-standardia. Aallonpituuden poikkeama voi johtua väärästä kohdistuksesta ja optisen järjestelmän suunnittelusta.

Kanavan kaistanleveys (nm) määritellään suurimmaksi aallonpituus- (tai taajuus-) alueeksi vastaavan keskiaallonpituuden (tai taajuuden) ympärillä tietyllä tehotasolla. Nyt teollisuus hyväksyy määritelmän hyvin 0.5 dB:n tehotasolla. Huomaa, että kanavan keskiaallonpituuden siirtymän vuoksi toimintakanavan päästökaistanleveys voi olla pienempi kuin silloin, kun keskiaallonpituus on tarkasti ITU Gridissä.

Lämpöaallonpituuden vakaus (pm/°C) määrittää tietyn kanavan spektrikeskuksen suurimman aallonpituuden poikkeaman, joka johtuu lämpötilan vaihtelusta suhteessa keskiaallonpituusarvoon huoneenlämpötilassa (23°C).

Pass Band, spesifikaatio, joka antaa aallonpituuksien alueen suodattimen nimellisestä keskiaallonpituudesta, joka noudattaa määritettyä lisäyshäviötä. Käytännössä se on suodattimen toleranssi laserin poikkeamiselle keskiaallonpituudesta. Esimerkiksi tyypillinen päästökaista CWDM-suodattimille on ± 6.5 nm noin keskiaallonpituuden. Joten 1551 nm laser voisi toimia alueella 1544.5 nm - 1557.5 nm ilman ylimääräistä kanavahäviötä.

Asennuksen menetys, signaalitehon menetys, joka johtuu WDM-suodattimen liittämisestä siirtolinjaan tai optiseen kuituun, ja se ilmaistaan ​​yleensä desibeleinä (dB).

Palautustappio, Kun valokuitusignaali saapuu optiseen komponenttiin (kuten optiseen kuituliittimeen) tai lähtee siitä, epäjatkuvuus ja impedanssin epäsopivuus johtaa heijastukseen tai palautumiseen. Heijastetun tai palautetun signaalin tehohäviötä kutsutaan paluuhäviöksi (RL). Lisäyshäviö on pääasiassa mittaamaan tulossignaalin arvoa, kun optinen linkki kohtaa häviön, kun taas paluuhäviö on mittaamaan heijastussignaalin häviöarvo, kun optinen linkki kohtaa komponenttiyhteyden.

Polarisaatiosta riippuvainen häviö (PDL), WDM-suodattimen osoittama häviö riippuu valon optisesta polarisaatiosta. PDL on suurin ero maksimilisäyshäviössä, joka esiintyy optisen polarisaation kaikissa tiloissa. WDM-tuotteen PDL on määritetty suurimmaksi sallituksi PDL-arvoksi mille tahansa kanavalle.

Polarisaatiomuodon dispersio (PMD) on modaalidispersion muoto, jossa kaksi erilaista valon polarisaatiota aaltoputkessa, jotka normaalisti kulkevat samalla nopeudella, kulkevat eri nopeuksilla satunnaisten epätäydellisyyksistä ja epäsymmetrioista johtuen aiheuttaen optisten pulssien satunnaista leviämistä.

Kanavan eristys (dB), Sitä kutsutaan myös kaukopään ylikuulumiseksi tietyllä aallonpituudella, joka on ei-toivotun portin valon intensiteetin suhde halutun portin valon intensiteettiin. Joten se on mitta siitä, kuinka hyvin eri aallonpituudet erotetaan tiheän aallonpituusjakodemultiplekserin lähdössä.

Ei-viereisen kanavan eristys (Non-adjacent Channel Crosstalk) (dB) on suhteellinen määrä ei-toivottua tehoa, joka esiintyy tietyllä kanavan päästökaistalla ei-viereisiltä kanavilta. Yleensä vain kaksi ensimmäistä ei vierekkäistä kanavaa (vasen ja oikea puoli) otetaan huomioon.

Kanavan Ripple, Ripple määritellään suodattimen päästökaistan ylittävän lisäyshäviön suurimmaksi huipusta huippuun vaihteluksi dB. WDM-tuotteen aaltoilu on määritetty suurimmaksi sallituksi missä tahansa kanavassa esiintyväksi aaltoiluksi.

Directivity (dB) kutsutaan myös lähipään ylikuulumiseksi, joka on tuloporttiin ohjatun optisen tehon suhde mihin tahansa muuhun tuloporttiin palaavaan optiseen tehoon. DWDM:ssä suuntaavuutta sovelletaan vain MUX-laitteisiin.

Käyttölämpötila (°C) on lämpötila-alue, jolla laitetta voidaan käyttää ja säilyttää sen tekniset tiedot.

Säilytyslämpötila (°C) on lämpötila-alue, jolla laitetta voidaan säilyttää vahingoittumatta ja sitä voidaan käyttää yli käyttölämpötilassa sen määritysten mukaisesti

Suodattimen aallonpituusjakomultiplekseri (FWDM), Komponentti yhdistää tai erottaa valoa eri aallonpituuksilla laajalla aallonpituusalueella. Niissä on erittäin alhainen sisäänvientihäviö, alhainen polarisaatioriippuvuus, korkea eristys ja erinomainen ympäristövakaus. Suuri tehonkäsittelykyky voidaan saavuttaa ainutlaatuisella saumankäsittelyllä ja korkealaatuisella AR-pinnoitteella. Näitä komponentteja on käytetty laajasti optisissa vahvistimissa, WDM-verkoissa ja valokuituinstrumenteissa.

Punainen/sininen nauhasuodattimet, on ohutkalvosuodatinkomponentti, joka on kolmiporttinen laite. Yhtä porttia kutsutaan "Yleiseksi". Kaksi muuta porttia tarjoavat kanavan kahden aallonpituuden "kaistalle". Kaksi vyöhykettä ovat sininen (λ<1543nm) ja punainen (λ>1547nm) Yksi vyöhyke kulkee heijastuneen jalan läpi ja toinen nauha kulkee ohimenevän jalan läpi.

Asioiden WDM-tekniikka
Kuva 4: Punainen/sininen nauhasuodatin WDM-tekniikassa.

DWDM-moduulissa, joka käyttää punaista/sinistä suodatinta, Mux voidaan yhdistää Demuxin kanssa. Esimerkiksi Mux yhdistää DWDM-kanavat Red nadissa, kun taas Demux erottaa DWDM-kanavat sinisessä kaistassa. Punaisen/sinisen suodattimen avulla voidaan yhdistää punaiset lähetyskanavat ja siniset vastaanottokanavat yhdeksi kuiduksi.

Optinen add-drop multiplekseri (OADM),  laite, jota käytetään aallonpituusjakoisissa multipleksointijärjestelmissä eri valokanavien multipleksoimiseksi ja reitittämiseksi yksimuotokuituun (SMF) tai ulos siitä. Tämä on eräänlainen optinen solmu, jota käytetään yleensä optisten tietoliikenneverkkojen muodostamiseen ja rakentamiseen. "Lisää" ja "pudota" viittaavat tässä laitteen kykyyn lisätä yksi tai useampi uusi aallonpituuskanava olemassa olevaan usean aallonpituuden WDM-signaaliin ja/tai pudottaa (poistaa) yksi tai useampi kanava välittää nämä signaalit toiselle verkkopolulle. OADM:ää voidaan pitää tietyntyyppisenä optisena ristikytkentänä.

OADM asioiden WDM-tekniikassa
Kuva 5: OADM-signaalivirta

Athermal Arrayed Waveguide Grating (AAWG), Silica on Silicon -teknologiaan perustuva Dense Wavelength Division Multiplexer (DWDM) on suunniteltu ITU:n kanavavälisovelluksiin, joissa sähköä ei tarvita. Se toimii 50 GHz tai 100 GHz kanavavälillä ITU Grid DWDM -aallonpituuksilla 1526 nm - 1565 nm. AAWG DWDM:ää voidaan käyttää korvaamaan suodatintyyppinen DWDM Mux DeMux tapauksissa, joissa virtaa ei ole saatavilla. Alhaiset kustannukset ja korkea suorituskyky tekevät siitä ihanteellisen ratkaisun metro- ja kaukoliikenteen DWDM-sovelluksiin.

Gaussin AWG on yksinkertaisin AWG-mallin tyyppi, jossa yksittäisen kanavan päästökaistan muoto kuvataan Gaussin funktiolla. Gaussin AWG:t tarjoavat pienimmän lisäyshäviön kaikista AWG-tyypeistä, mutta vaativat tiukempia toleransseja muissa järjestelmän osissa varmistaakseen, että Gaussin käyrän huippu pysyy päästökaistalla koko käyttölämpötila-alueella.

Gaussian Pass Band (nm) määrittelee luokan DWDM MUX/DEMUX -laitteita, joiden spektriprofiilit päästökaistalla ovat olennaisesti Gaussisia.

Flat-Top Pass Band (nm) määrittelee luokan DWDM MUX/DEMUX -laitteita, joiden spektriprofiilit päästökaistalla ovat suhteellisen tasaisia ​​Gaussin profiiliin verrattuna. Tasainen spektriprofiili voi olla super-gaussinen tai mieluiten laatikkomainen. 

Kompakti CWDM on CWDM:n miniversio. Aallonpituusjakoinen multipleksointitekniikka, joka perustuu TFF:ään (Thin Film Filter), joka toimii samalla tavalla kuin CWDM. Erona on, että CCWDM käyttää vapaan tilan tekniikkaa, ja sen pakkauskoko on huomattavasti pienempi verrattuna CWDM-moduuleihin, ja lisäyshäviö on pienempi ja johdonmukaisempi.

Lähiverkon aallonpituusjakomultipleksointi (LWDM), on yksi uusimmista xWDM-tekniikoista ja sitä käytetään 100G, 200G, 400G optisissa linkeissä, jotka on mukautettu käytettäväksi 25G SFP28 -lähetin-vastaanottimissa. Tämä innovaatio tarjoaa suurempaa joustavuutta verkon suunnitteluun ja mahdollistaa 5G-toteutuksen käyttämällä saatavilla olevia 100G ja 200G LAN-WDM-lähetin-vastaanottimia hyödyntämällä LAN-WDM-aallonpituuksia. 

Metro Wavelength Division Multiplexing, myös Micro-optic Wavelength Division Multiplexer (MWDM), perustuu CWDM:n 6 aallonpituuteen, joita on siirretty 3.5 nm vasemmalle ja oikealle laajentaakseen 12 aaltoon, ja se on yksi kustannustehokkaimmista suunnitelmista.