A dolgok WDM technológiája

Hullámhosszosztásos multiplexelés (WDM), WDM technológia, amely több optikai vivőjelet multiplexel egyetlen optikai szálra a lézerfény különböző hullámhosszú (azaz színei) használatával. Ez a technika lehetővé teszi a kétirányú kommunikációt egyetlen szál szálon keresztül, amelyet hullámhosszosztásos duplexnek is neveznek, valamint a kapacitás megszorzását. A kombinált forrásokból származó átvitelt egy távoli helyen választják el az egyes hullámhosszak szerint több szálra történő demultiplexeléssel. A WDM technológiát gyakran használják multiplexelést vagy demultiplexelést végző szűrőtermékekre.


WDM technológia három különböző hullámhosszú mintára van osztva: normál WDM, durva WDM (CWDM) és sűrű WDM (DWDM).


Normál WDM más néven bi-di, szimplex és egyetlen állvány a két normál hullámhosszt használja, 1310 nm és 1550 nm a szálon.

WDM technológia
1. ábra: WDM technológia

Durva hullámhosszosztásos multiplexelés, CWDM egy speciális WDM technológia, amelyet a Nemzetközi Távközlési Unió határoz meg az ITU-T G.694.2 ajánlásában Spektrális rácsok WDM alkalmazásokhoz: CWDM hullámhossz grid. A rácsot 18 központi hullámhosszban határozták meg, amelyek 1271 nm-től kezdődnek, és 20 nm távolságra vannak egymástól.

Sűrű hullámhosszosztásos multiplexelés, DWDM egy speciális WDM technológia, amelyet a Nemzetközi Távközlési Unió határoz meg az ITU-T G.694.1 ajánlásában Spektrális rácsok WDM alkalmazásokhoz: DWDM frekvencia rács. A rács a THz-ben megadott frekvenciaként van megadva, 193.1 THz-en horgonyozva, számos meghatározott csatornatávolsággal 12.5 GHz és 200 GHz között, amelyek között gyakori a 100 GHz. A gyakorlatban a DWDM frekvenciát általában hullámhosszra alakítják át. A legtöbb használt DWDM hullámhossz a C-sávban található, azaz 1530-1565 nm.

MUX, WDM szűrőtermék, amely két vagy több különböző hullámhosszú optikai forrás multiplexelését vagy kombinálását hajtja végre egyetlen szálon.

DEMUX, Olyan szűrőtermék, amely a multiplexelt hullámhosszúságú optikai átvitel demultiplexálását vagy szétválasztását hajtja végre az egyes hullámhosszokhoz rendelt egyedi szálakon.

mux és demux
2. ábra: MUX és DEMUX jeláramlás

Közös kikötő, Egy MUX termék esetében a kombinált csatornák továbbítása a közös portról történik. DEMUX esetén a kombinált csatornák vétele a közös porton történik.

Bővítési vagy frissítési port  A CWDM-termékek esetében általában van frissítési vagy bővítési port, de mindkettő nem. A CWDM MUX vagy DEMUX frissítési vagy expressz portja további csatornák hozzáadására, eldobására vagy áthaladására szolgál. Például a CWDM MUX oldalon ez a port lehetőséget biztosít adási csatornák hozzáadására az üvegszálas áramkörhöz. A CWDM DEMUX oldalon a bővítés vagy frissítés felhasználható olyan downstream csatornák továbbítására, amelyek nem helyileg DEMUXÁLTAK. Vagy arra is használható, hogy visszatérő csatornákat adjon hozzá egy kétirányú áramköri tartományhoz.

A DWDM termékek esetében a frissítési port célja, hogy a még nem használt C-sávú DWDM csatornákat, azaz csak az 1530-1565 nm-es sávban lévő csatornákat tudjon hozzáadni, eldobni vagy áthaladni. Ha a DWDM termék bővítőporttal is rendelkezik, akkor ezt a portot általában a C-sávon kívüli további csatornákhoz használják, például a legtöbb CWDM-csatornát.

DWDM szűrő, vékony filmszűrő
3. ábra: DWDM szűrő kaszkádolás a WDM technológiában

Monitoring port, A WDM-termékek megfigyelő portokat is biztosíthatnak. A közös porton előforduló optikai jel kis teljesítményű mintájának figyelésére, általában 5%-os vagy annál kisebb teljesítményszinten. A felügyeleti port sávon kívüli jel injektálására is használható. Ha a termék két felügyeleti porttal rendelkezik ugyanahhoz az áramkörhöz, a portok irányítottak lesznek. Az egyik port figyeli az adási jelet, a másik pedig a vett jelet. Ha az áramkörnek egyetlen felügyeleti portja van, akkor az szinte mindig kétirányú, és mind az optikai jeleket, mind a vételt figyeli.

Hullámhossz,A WDM gyakorlatában az olyan hullámhosszokat, mint a kommunikációs lézer hullámhossza, az optikai szűrők hullámhossz-specifikációi és a szálon keresztüli optikai átviteli csatornák hullámhosszai, mind λ-ként adják meg, a hullámhossz nanométerben (nm), ahogyan vákuumban előfordulna.

Középső hullámhossz, az a hullámhossz, amelyen egy adott jelcsatorna középpontjában van. A Nemzetközi Távközlési Unió (ITU) a 100 THz-es (193.10 nm) referenciafrekvencián alapuló, 1552.52 GHz-es térközű szabványos optikai frekvencia rácsot (csatorna középfrekvenciát) határozta meg, az úgynevezett ITU Grid-et. A csatorna középső hullámhosszait az ITU Grid-nek megfelelő hullámhosszakon kell kiválasztani.

Csatorna, A WDM gyakorlatában a csatorna egyetlen és egyedi átvitel egy meghatározott hullámhosszon, amely más, eltérő hullámhosszú csatornákkal együtt előfordulhat. Az átviteli csatorna a végpontok közötti fizikai útvonalra is utalhat. Csatornatávolság (GHz), a két szomszédos csatorna középfrekvenciája közötti frekvencia különbség a DWDM komponensekben vagy modulokban. A BaySpec DWDM MUX/DEMUX eszközök csatornatávolsága 50, 75,100 és 200 GHz.

Középső hullámhossz eltolás (pm) egy adott csatorna tényleges központi hullámhosszának relatív eltolódása a szabványos ITU Gridhez képest. A hullámhossz-eltolódás oka lehet a nem megfelelő beállítás és az optikai rendszer kialakítása.

Csatorna áteresztő sávszélessége (nm) egy maximális hullámhossz (vagy frekvencia) tartomány a megfelelő középső hullámhossz (vagy frekvencia) körül egy adott teljesítményszinten. Most az iparág jól elfogadja a meghatározást 0.5 dB teljesítményszinten. Vegye figyelembe, hogy egy csatorna középső hullámhossz-eltolása miatt a működési csatorna áteresztő sávszélessége kisebb lehet, mint amikor a középső hullámhossz pontosan az ITU Grid-nél van.

Hőhullámhossz-stabilitás (pm/°C) egy adott csatorna spektrális középpontjának maximális hullámhossz-eltolódását adja meg a szobahőmérsékleten (23°C) mért középső hullámhossz-értékhez viszonyított hőmérsékletváltozás miatt.

Átviteli sáv, egy specifikáció, amely megadja a hullámhossz-tartományt a szűrő névleges, központi hullámhosszához képest, amely tapad a megadott beillesztési veszteséghez. A gyakorlatban ez a szűrő tűrése a középső hullámhossztól való lézersodródásra. Például a CWDM szűrők tipikus áteresztősávja ± 6.5 nm a középső hullámhossz körül. Így egy 1551 nm-es lézer 1544.5 nm és 1557.5 nm közötti tartományban működhet anélkül, hogy extra csatornavesztést tapasztalna.

Beillesztési veszteség, a jelteljesítmény-veszteség, amely egy WDM-szűrő átviteli vonalba vagy optikai szálba történő behelyezéséből ered, és általában decibelben (dB) van kifejezve.

Visszatérési veszteség, Amikor az optikai szál jel belép egy optikai komponensbe (például optikai szál csatlakozóba) vagy elhagyja azt, a folytonossági zavar és az impedancia eltérése visszaverődéshez vagy visszatéréshez vezet. A visszavert vagy visszatérő jel teljesítményveszteségét visszatérési veszteségnek (RL) nevezzük. A beillesztési veszteség főként az eredményjel értékének mérésére szolgál, amikor az optikai kapcsolat találkozik a veszteséggel, míg a visszatérési veszteség a visszaverődési jel veszteségének mérésére szolgál, amikor az optikai kapcsolat találkozik a komponens hozzáféréssel.

Polarizációfüggő veszteség (PDL), A WDM szűrő által mutatott veszteség a fény optikai polarizációjától függ. A PDL a legnagyobb különbség az optikai polarizáció minden állapotában előforduló maximális beillesztési veszteségben. A WDM-termékek PDL-je a legnagyobb megengedett PDL-ként van megadva bármely csatornához.

Polarizációs módú diszperzió (PMD) a modális diszperzió egyik formája, ahol a fény két különböző polarizációja egy hullámvezetőben, amelyek általában azonos sebességgel haladnak, véletlenszerű tökéletlenségek és aszimmetriák miatt eltérő sebességgel haladnak, ami az optikai impulzusok véletlenszerű terjedését okozza.

Csatorna leválasztás (dB), távoli áthallásnak is nevezik egy adott hullámhosszon, amely a nem kívánt porton lévő fényintenzitás és a kívánt porton lévő fényintenzitás aránya. Tehát ez annak mértéke, hogy a különböző hullámhosszak milyen jól különülnek el egy sűrű hullámhossz-osztásos demultiplexer kimenetén.

Nem szomszédos csatorna leválasztás (Non-adjacent Channel Crosstalk) (dB) a nemkívánatos teljesítmény relatív mennyisége, amely egy adott csatorna áteresztősávjában a nem szomszédos csatornáktól származik. Általában csak az első két nem szomszédos csatornát (bal és jobb oldalt) veszik figyelembe.

Csatorna Ripple, A hullámosság a szűrő áteresztősávján átívelő beillesztési veszteség maximális csúcstól-csúcsig ingadozása dB-ben. A WDM-termék hullámzása a legnagyobb megengedett hullámzás, amely bármely csatornában előfordulhat.

Irány A (dB)-t közelvégi áthallásnak is nevezik, amely a bemeneti porton leadott optikai teljesítmény és bármely másik bemeneti portra visszatérő optikai teljesítmény aránya. A DWDM-ben az irányítottság csak a MUX-eszközökre vonatkozik.

Üzemi hőmérséklet (°C) az a hőmérsékleti tartomány, amelyen belül az eszköz üzemeltethető, és megőrizheti műszaki adatait.

Tárolási hőmérséklet (°C) az a hőmérsékleti tartomány, amelyen belül a készülék sérülés nélkül tárolható, és a specifikációinak megfelelően üzemi hőmérsékleten túl is üzemeltethető

Szűrő hullámhosszosztó multiplexer (FWDM), A komponens kombinálja vagy szétválasztja a különböző hullámhosszúságú fényt széles hullámhossz-tartományban. Nagyon alacsony beillesztési veszteséget, alacsony polarizáció-függőséget, nagy szigetelést és kiváló környezeti stabilitást kínálnak. Nagy teljesítményű kezelési képesség érhető el az egyedülálló pigtail-feldolgozás és a kiváló minőségű AR bevonat révén. Ezeket az alkatrészeket széles körben használják optikai erősítőkben, WDM-hálózatokban és száloptikai eszközökben.

Piros/kék sávos szűrők, egy vékonyfilmes szűrőelem, amely egy háromportos eszköz. Az egyik portot „közösnek” nevezik. A másik két port a két hullámhosszú „sáv” vezetékét biztosítja. A két sáv a kék (λ<1543nm) és a piros(λ>1547nm) Az egyik sáv a Reflected lábon, a másik sáv az áthaladó lábon megy keresztül.

A dolgok WDM technológiája
4. ábra: Piros/kék sáv szűrő a WDM technológiában.

Piros/kék szűrőt használó DWDM modulban a Mux kombinálható a Demux-szal. Például a Mux egyesíti a DWDM csatornákat a Red nad-ban, míg a Demux elválasztja a DWDM csatornákat a kék sávban. Piros/kék szűrő használatával egyetlen szálra egyesítheti a piros átviteli csatornákat és a kék vételi csatornákat.

Optikai add-drop multiplexer (OADM),  hullámhosszosztásos multiplexelő rendszerekben használt eszköz különböző fénycsatornák multiplexelésére és egymódusú szálba (SMF) történő ki- vagy beirányítására. Ez egyfajta optikai csomópont, amelyet általában optikai távközlési hálózatok kialakítására és építésére használnak. A „hozzáadás” és a „ledobás” itt az eszköz azon képességére vonatkozik, hogy egy vagy több új hullámhosszú csatornát adjon hozzá egy meglévő többhullámú WDM-jelhez, és/vagy egy vagy több csatornát eldobjon (eltávolítson), és ezeket a jeleket egy másik hálózati útvonalra továbbítsa. Az OADM egy speciális optikai keresztkapcsolatnak tekinthető.

OADM a dolgok WDM technológiájában
5. ábra: OADM jelfolyam

Athermal Arrayed Waveguide rács (AAWG), A szilícium-szilícium technológián alapuló sűrű hullámhossz-osztásos multiplexert (DWDM) olyan ITU csatornatávolságú alkalmazásokhoz tervezték, ahol nincs szükség elektromos áramra. 50 GHz-es vagy 100 GHz-es csatornatávolságon működik, az ITU Grid DWDM 1526 nm és 1565 nm közötti hullámhosszain. Az AAWG DWDM használható a szűrő típusú DWDM Mux DeMux cseréjére olyan esetekben, amikor nincs áramellátás. Alacsony költsége és nagy teljesítménye ideális megoldássá teszi a metró és a hosszú távú DWDM alkalmazásokhoz.

Gauss-féle AWG az AWG tervezés legegyszerűbb típusa, ahol az egyedi csatorna áteresztősáv alakját egy Gauss-függvény írja le. A Gauss-féle AWG-k biztosítják a legalacsonyabb beillesztési veszteséget az összes AWG-típus közül, de szigorúbb tűréseket igényelnek a többi rendszerelemen, hogy a Gauss-görbe csúcsa a teljes működési hőmérsékleti tartományban az áteresztősávon belül maradjon.

Gaussian Pass Band (nm) a DWDM MUX/DEMUX eszközök egy osztályát adja meg, amelyek spektrumprofilja az áteresztősávon belül lényegében Gauss-féle.

Lapos felső áteresztő szalag (nm) a DWDM MUX/DEMUX eszközök egy osztályát határozza meg, amelyek spektrumprofiljai az áteresztősávon belül viszonylag laposak a Gauss-profilhoz képest. A lapos felső spektrumprofil lehet szuper-gauss vagy ideális esetben dobozszerű. 

Kompakt CWDM a CWDM mini verziója. TFF (Thin Film Filter) alapú hullámhosszosztásos multiplexelési technológia, amely ugyanúgy működik, mint a CWDM. A különbség az, hogy a CCWDM szabad hely technológiát használ, és a csomag mérete jelentősen csökkent a CWDM modulokhoz képest, és a beillesztési veszteség kisebb és következetesebb.

Helyi hálózat hullámhosszosztásos multiplexelés (LWDM), az egyik legújabb xWDM technológia, amelyet 100G, 200G, 400G optikai kapcsolatokban használnak, amelyeket 25G SFP28 adó-vevőkhöz alakítottak át. Ez az innováció nagyobb rugalmasságot biztosít a hálózattervezésben, és lehetővé teszi az 5G megvalósítását a rendelkezésre álló 100G és 200G LAN-WDM adó-vevők használatával a LAN WDM hullámhosszok felhasználásával. 

Metro hullámhosszosztásos multiplexer, valamint mikro-optikai hullámhosszosztásos multiplexer (MWDM), a CWDM 6 hullámhosszán alapul, 3.5 nm-rel balra és jobbra tolva 12 hullámig, és ez az egyik költséghatékony terv.