WDM Tecnologia delle cose

Multiplexing a divisione di lunghezza d'onda (WDM), Una tecnologia WDM che esegue il multiplexing di diversi segnali portanti ottici su una singola fibra ottica utilizzando diverse lunghezze d'onda (ovvero colori) della luce laser. Questa tecnica consente comunicazioni bidirezionali su un singolo filamento di fibra, chiamato anche duplex a divisione di lunghezza d'onda, oltre alla moltiplicazione della capacità. La trasmissione da sorgenti combinate viene separata in una posizione remota in base alle singole lunghezze d'onda mediante demultiplazione su più fibre. La tecnologia WDM viene spesso utilizzata per fare riferimento a prodotti di filtraggio che eseguono multiplexing o demultiplexing.


Tecnologia WDM è diviso in tre diversi modelli di lunghezza d'onda: Normal WDM, Coarse WDM (CWDM) e Dense WDM (DWDM).


WDM normale indicato anche come bi-di, simplex e single stand utilizza le due lunghezze d'onda normali 1310nm e 1550nm su fibra.

Tecnologia WDM
Figura 1: tecnologia WDM

Multiplexing a divisione di lunghezza d'onda grossolana, CWDM è una tecnologia WDM specifica definita dall'Unione internazionale delle telecomunicazioni nella Raccomandazione ITU-T G.694.2 Griglie spettrali per applicazioni WDM: griglia di lunghezza d'onda CWDM. La griglia è specificata come 18 lunghezze d'onda centrali a partire da 1271 nm e distanziate di 20 nm.

Multiplexing a divisione di lunghezza d'onda densa, DWDM è una specifica tecnologia WDM definita dall'International Telecommunication Union nella Raccomandazione ITU-T G.694.1 Griglie spettrali per applicazioni WDM: griglia di frequenza DWDM. La griglia è specificata come frequenza in THz, ancorata a 193.1 THz, con una varietà di spaziatura di canale specificata da 12.5 GHz a 200 GHz, tra cui 100 GHz è comune. In pratica, la frequenza DWDM viene solitamente convertita in lunghezza d'onda. La maggior parte delle lunghezze d'onda DWDM in uso si trovano nella banda C, cioè 1530 – 1565 nm.

MUX, Un prodotto di filtraggio WDM che esegue un processo di multiplexing o combinazione di due o più sorgenti ottiche con diverse lunghezze d'onda su una singola fibra.

DEMUX, Un prodotto di filtraggio che esegue il processo di demultiplazione o separazione della trasmissione ottica costituita da lunghezze d'onda multiplexate su singole fibre assegnate a ciascuna lunghezza d'onda.

mux e demux
Figura 2: Flusso del segnale MUX e DEMUX

Porto Comune, Per un prodotto MUX, i canali combinati vengono trasmessi dalla porta comune. Per un DEMUX, i canali combinati vengono ricevuti sulla porta comune.

Porta di espansione o aggiornamento  Per i prodotti CWDM, normalmente ci sarà un aggiornamento o una porta di espansione, ma non entrambi. La porta di aggiornamento o espressa su un CWDM MUX o DEMUX viene utilizzata per aggiungere, eliminare o passare attraverso canali aggiuntivi. Ad esempio, su un lato CWDM MUX, questa porta fornirà un modo per aggiungere canali di trasmissione al circuito in fibra. Sul lato CWDM DEMUX, l'espansione o l'aggiornamento possono essere utilizzati per passare i canali downstream che non sono DEMUXED localmente. Oppure può anche essere utilizzato per aggiungere uno o più canali di ritorno su un tratto di circuito bidirezionale.

Per i prodotti DWDM, lo scopo di una porta di aggiornamento è di poter aggiungere, eliminare o passare attraverso i canali DWDM in banda C non già in uso, ovvero solo i canali che risiedono nella banda 1530-1565 nm. Se il prodotto DWDM dispone anche di una porta di espansione, tale porta viene normalmente utilizzata per canali aggiuntivi che risiedono al di fuori della banda C, come la maggior parte dei canali CWDM.

Filtro DWDM, filtro a film sottile
Figura 3: filtro DWDM a cascata nella tecnologia WDM

Porta di monitoraggio, I prodotti WDM possono fornire porte di monitoraggio. Per monitorare un campione a bassa potenza del segnale ottico che si verifica sulla porta comune, solitamente a un livello di potenza del 5% o inferiore. La porta di monitoraggio può anche essere utilizzata per iniettare un segnale fuori banda. Se il prodotto dispone di due porte di monitoraggio per lo stesso circuito, le porte saranno direzionali. Una porta monitorerà il segnale di trasmissione e l'altra il segnale ricevuto. Se il circuito ha una singola porta di monitoraggio, allora è quasi sempre bidirezionale e monitorerà sia la trasmissione che la ricezione dei segnali ottici.

Lunghezza d'onda,Nella pratica WDM, lunghezze d'onda come la lunghezza d'onda di un laser per comunicazioni, le specifiche di lunghezza d'onda per i filtri ottici e le lunghezze d'onda dei canali di trasmissione ottica su fibra sono tutte indicate come λ, la lunghezza d'onda in nanometri (nm) come si verificherebbe nel vuoto.

Centro lunghezza d'onda, è la lunghezza d'onda alla quale è centrato un particolare canale di segnale. L'International Telecommunications Union (ITU) ha definito la griglia di frequenza ottica standard (frequenza centrale del canale) con spaziatura di 100 GHz basata sulla frequenza di riferimento di 193.10 THz (1552.52 nm), la cosiddetta griglia ITU. Le lunghezze d'onda centrali del canale sono scelte alle lunghezze d'onda corrispondenti alla griglia ITU.

Canale, Nella pratica WDM, un canale è una trasmissione singola e unica a una lunghezza d'onda designata che può verificarsi insieme ad altri canali aventi lunghezze d'onda diverse. Un canale di trasmissione può anche riferirsi al percorso fisico end-to-end. Spaziatura dei canali (GHz), è la differenza di frequenza tra due frequenze centrali del canale adiacenti nei componenti o moduli DWDM. I dispositivi DWDM MUX/DEMUX in BaySpec hanno una spaziatura di canale di 50, 75,100 e 200 GHz.

Offset della lunghezza d'onda centrale (pm) è una deriva relativa della lunghezza d'onda centrale effettiva di un particolare canale rispetto alla griglia ITU standard. La deriva della lunghezza d'onda può derivare da un allineamento inappropriato e dal design del sistema ottico.

Larghezza di banda del passaggio del canale (nm) è definito come un intervallo massimo di lunghezza d'onda (o frequenza) attorno alla corrispondente lunghezza d'onda centrale (o frequenza) a un dato livello di potenza. Ora, l'industria accetta bene la definizione a un livello di potenza ridotto di 0.5 dB. Si noti che a causa dell'offset della lunghezza d'onda centrale di un canale, la larghezza di banda di passaggio del canale operativo può essere inferiore rispetto a quando la lunghezza d'onda centrale si trova esattamente sulla griglia ITU.

Stabilità della lunghezza d'onda termica (pm/°C) specifica la deriva massima della lunghezza d'onda del centro spettrale di un particolare canale dovuta alla variazione di temperatura relativa al valore della lunghezza d'onda centrale alla temperatura ambiente (23° C).

Passa Banda, una specifica che fornisce l'intervallo di lunghezze d'onda intorno alla lunghezza d'onda centrale nominale del filtro che aderisce alla perdita di inserzione specificata. In pratica, è la tolleranza del filtro per l'allontanamento del laser dalla lunghezza d'onda centrale. Ad esempio, una banda passante tipica per i filtri CWDM è di ± 6.5 nm rispetto alla lunghezza d'onda centrale. Quindi un laser a 1551 nm potrebbe operare in un intervallo compreso tra 1544.5 nm e 1557.5 nm senza incontrare ulteriori perdite di canale.

Perdita di inserzione, la perdita di potenza del segnale derivante dall'inserimento di un filtro WDM in una linea di trasmissione o fibra ottica ed è solitamente espressa in decibel (dB).

Perdita di ritorno, Quando il segnale della fibra ottica entra o esce da un componente ottico (come un connettore per fibra ottica), la discontinuità e il disadattamento di impedenza porteranno alla riflessione o al ritorno. La perdita di potenza del segnale riflesso o restituito è chiamata perdita di ritorno (RL). La perdita di inserzione serve principalmente a misurare il valore del segnale risultante quando il collegamento ottico incontra la perdita, mentre la perdita di ritorno serve a misurare il valore di perdita del segnale di riflessione quando il collegamento ottico incontra l'accesso al componente.

Perdita dipendente dalla polarizzazione (PDL), La perdita mostrata da un filtro WDM dipende dalla polarizzazione ottica della luce. PDL è la più grande differenza nella massima perdita di inserzione che si verifica in tutti gli stati di polarizzazione ottica. Il PDL per un prodotto WDM è specificato come il PDL più grande consentito per qualsiasi canale.

Dispersione della modalità di polarizzazione (PMD) è una forma di dispersione modale in cui due diverse polarizzazioni della luce in una guida d'onda, che normalmente viaggiano alla stessa velocità, viaggiano a velocità diverse a causa di imperfezioni e asimmetrie casuali, provocando la diffusione casuale degli impulsi ottici.

Isolamento del canale (dB), è anche chiamato crosstalk far-end a una data lunghezza d'onda che è il rapporto tra l'intensità della luce sulla porta indesiderata e l'intensità della luce sulla porta desiderata. Quindi è una misura di quanto bene le diverse lunghezze d'onda sono separate all'uscita di un denso demultiplatore a divisione di lunghezza d'onda.

Isolamento del canale non adiacente (Non-adiacent Channel Crosstalk) (dB) è la quantità relativa di potenza indesiderata che si verifica in una particolare banda passante di canale dai canali non adiacenti. Di solito vengono presi in considerazione solo i primi due canali non adiacenti (lato sinistro e lato destro).

Ondulazione del canale, L'ondulazione è definita come la massima variazione da picco a picco in dB della perdita di inserzione attraverso una banda passante del filtro. L'ondulazione del prodotto WDM è specificata come l'ondulazione massima consentita che si verifica in qualsiasi canale.

Direttività (dB) è anche chiamato crosstalk near-end che è il rapporto tra la potenza ottica lanciata in una porta di ingresso e la potenza ottica che ritorna a qualsiasi altra porta di ingresso. In DWDM, la direttività viene applicata solo ai dispositivi MUX.

Temperatura di esercizio (°C) è l'intervallo di temperatura entro il quale il dispositivo può funzionare e mantenere le sue specifiche.

Temperatura di conservazione (°C) è l'intervallo di temperatura entro il quale il dispositivo può essere immagazzinato senza danni e può essere utilizzato oltre la temperatura di esercizio in base alle sue specifiche

Multiplexer di divisione di lunghezza d'onda del filtro (FWDM), Il componente combina o separa la luce a diverse lunghezze d'onda in un ampio intervallo di lunghezze d'onda. Offrono una perdita di inserzione molto bassa, una bassa dipendenza dalla polarizzazione, un elevato isolamento e un'eccellente stabilità ambientale. L'elevata capacità di gestione della potenza può essere raggiunta attraverso un'esclusiva lavorazione a spirale e un rivestimento AR di alta qualità. Questi componenti sono stati ampiamente utilizzati in amplificatori ottici, reti WDM e strumenti in fibra ottica.

Filtri a banda rossa/blu, è un componente del filtro a film sottile, che è un dispositivo a tre porte. Una porta è chiamata "Comune". Le altre due porte forniscono il condotto per la "banda" a due lunghezze d'onda. Le due bande sono quella blu(λ<1543nm)e quella rossa(λ>1547nm). Una banda passa attraverso la gamba riflessa e l'altra banda passa attraverso la gamba passante.

Tecnologia WDM delle cose
Figura 4: Filtro a banda rossa/blu nella tecnologia WDM.

In un modulo DWDM, che utilizza un filtro Rosso/Blu, un Mux può essere combinato con Demux. Ad esempio, il Mux combina i canali DWDM nella banda rossa, mentre il Demux separa i canali DWDM nella banda blu. Utilizzando un filtro rosso/blu, è possibile combinare i canali di trasmissione rosso e i canali di ricezione blu su una singola fibra.

Multiplexer ottico add-drop (OADM),  un dispositivo utilizzato nei sistemi di multiplexing a divisione di lunghezza d'onda per il multiplexing e l'instradamento di diversi canali di luce all'interno o all'esterno di una fibra monomodale (SMF). Si tratta di un tipo di nodo ottico, generalmente utilizzato per la formazione e la realizzazione di reti ottiche di telecomunicazione. "Aggiungi" e "elimina" qui si riferiscono alla capacità del dispositivo di aggiungere uno o più nuovi canali di lunghezza d'onda a un segnale WDM multi-lunghezza d'onda esistente e/o di eliminare (rimuovere) uno o più canali, passando tali segnali a un altro percorso di rete. Un OADM può essere considerato un tipo specifico di cross-connect ottico.

OADM nella tecnologia WDM delle cose
Figura 5: flusso del segnale OADM

Reticolo della guida d'onda schierato atermico (AAWG), Il Dense Wavelength Division Multiplexer (DWDM) basato sulla tecnologia silice on silicon è progettato per applicazioni di spaziatura dei canali ITU in cui non è richiesta alimentazione elettrica. Funziona a 50 GHz o 100 GHz con spaziatura dei canali ITU Grid DWDM lunghezze d'onda da 1526 nm a 1565 nm. L'AAWG DWDM può essere utilizzato per sostituire il tipo di filtro DWDM Mux DeMux nei casi in cui non è disponibile alimentazione. Il basso costo e le elevate prestazioni lo rendono la soluzione ideale per applicazioni DWDM metropolitane e a lungo raggio.

AWG gaussiano è il tipo più semplice di progettazione AWG in cui la forma della banda passante del singolo canale è descritta da una funzione gaussiana. Gli AWG gaussiani forniscono la perdita di inserzione più bassa tra tutti i tipi AWG, ma richiedono tolleranze più strette su altri componenti del sistema per garantire che il picco della curva gaussiana rimanga all'interno della banda passante nell'intero intervallo di temperatura operativa.

Banda passante gaussiana (nm) specifica una classe di dispositivi DWDM MUX/DEMUX i cui profili di spettro all'interno della banda passante sono essenzialmente gaussiani.

Banda passante piatta (nm) specifica una classe di dispositivi DWDM MUX/DEMUX i cui profili di spettro all'interno della banda passante sono relativamente piatti rispetto al profilo gaussiano. Un profilo di spettro flat-top può essere super-gaussiano o idealmente simile a una scatola. 

CWDM compatto è una versione mini di CWDM. Una tecnologia di multiplexing a divisione di lunghezza d'onda basata su TFF (Thin Film Filter), che funziona allo stesso modo di CWDM. La differenza è che CCWDM utilizza la tecnologia dello spazio libero e le sue dimensioni del pacchetto sono notevolmente ridotte rispetto ai moduli CWDM e la perdita di inserzione è inferiore e più consistente.

Multiplexing della divisione di lunghezza d'onda della rete locale (LWDM), è una delle più recenti tecnologie xWDM e viene utilizzata nei collegamenti ottici 100G, 200G, 400G che sono stati adattati per l'uso nei ricetrasmettitori 25G SFP28. Questa innovazione offre una maggiore flessibilità nella progettazione della rete e consente l'implementazione del 5G utilizzando i ricetrasmettitori LAN-WDM 100G e 200G disponibili utilizzando le lunghezze d'onda LAN WDM. 

Metro Wavelength Division Multiplexing, anche Micro-optic Wavelength Division Multiplexer (MWDM), si basa sulle 6 lunghezze d'onda di CWDM, spostate di 3.5 nm a sinistra ea destra per espandersi a 12 onde, ed è uno dei piani convenienti.