WDM-technologie van dingen

Golflengteverdelingsmultiplexing (WDM), Een WDM-technologie die meerdere optische draaggolfsignalen multiplext op een enkele optische vezel door gebruik te maken van verschillende golflengten (dwz kleuren) van laserlicht. Deze techniek maakt bidirectionele communicatie over een enkele vezelstreng mogelijk, ook wel golflengteverdelingsduplexing genoemd, evenals vermenigvuldiging van capaciteit. Transmissie van gecombineerde bronnen wordt gescheiden op een afgelegen locatie volgens de individuele golflengten door de-multiplexing op meerdere vezels. WDM-technologie wordt vaak gebruikt om te verwijzen naar filterproducten die multiplexing of de-multiplexing uitvoeren.


WDM-technologie is onderverdeeld in drie verschillende golflengtepatronen: normale WDM, grove WDM (CWDM) en dichte WDM (DWDM).


Normale WDM ook wel bi-di, simplex en single stand genoemd, gebruikt de twee normale golflengten 1310nm en 1550nm op glasvezel.

WDM-technologie
Afbeelding 1: WDM-technologie

Grove golflengteverdeling Multiplexing, CWDM is een specifieke WDM-technologie die is gedefinieerd door de International Telecommunication Union in ITU-T-aanbeveling G.694.2 Spectrale rasters voor WDM-toepassingen: CWDM-golflengteraster. Het raster wordt gespecificeerd als 18 centrale golflengten beginnend bij 1271 nm en 20 nm uit elkaar geplaatst.

Multiplexing met dichte golflengteverdeling, DWDM is een specifieke WDM-technologie gedefinieerd door de International Telecommunication Union in ITU-T Recommendation G.694.1 Spectral grids for WDM applications: DWDM frequency grid. Het raster wordt gespecificeerd als de frequentie in THz, verankerd op 193.1 THz, met een verscheidenheid aan gespecificeerde kanaalafstanden van 12.5 GHz tot 200 GHz, waarvan 100 GHz gebruikelijk is. In de praktijk wordt de DWDM-frequentie meestal omgezet in golflengte. De meeste gebruikte DWDM-golflengten bevinden zich in de C-band, dwz 1530 – 1565 nm.

MUX, Een WDM-filterproduct dat een proces uitvoert van het multiplexen of combineren van twee of meer optische bronnen met verschillende golflengten op een enkele vezel.

DEMUX, Een filterproduct dat het proces uitvoert van het de-multiplexen of scheiden van optische transmissie bestaande uit gemultiplexte golflengten op individuele vezels die aan elke golflengte zijn toegewezen.

mux en demux
Figuur 2: MUX- en DEMUX-signaalstroom

gemeenschappelijke poort, Voor een MUX-product worden gecombineerde kanalen verzonden vanaf de gemeenschappelijke poort. Voor een DEMUX worden de gecombineerde kanalen ontvangen op de gemeenschappelijke poort.

Uitbreidings- of upgradepoort  Voor CWDM-producten is er normaal gesproken een upgrade- of een uitbreidingspoort, maar niet beide. De upgrade- of expresspoort op een CWDM MUX of DEMUX wordt gebruikt om extra kanalen toe te voegen, te verwijderen of door te geven. Aan een CWDM MUX-kant biedt deze poort bijvoorbeeld een manier om zendkanalen aan het glasvezelcircuit toe te voegen. Aan een CWDM DEMUX-kant kan de uitbreiding of upgrade worden gebruikt om stroomafwaartse kanalen door te geven die niet lokaal DEMUXED zijn. Of het kan ook worden gebruikt om retourkanaal(en) toe te voegen aan een bidirectionele circuitoverspanning.

Voor DWDM-producten is het doel van een upgradepoort om C-band DWDM-kanalen die nog niet in gebruik zijn toe te voegen, weg te laten of door te laten, dwz alleen kanalen die zich in de band 1530-1565 nm bevinden. Als het DWDM-product ook een uitbreidingspoort heeft, wordt die poort normaal gesproken gebruikt voor extra kanalen die zich buiten de C-band bevinden, zoals de meeste CWDM-kanalen.

DWDM-filter, dunne filmfilter
Afbeelding 3: DWDM-filtercascade in WDM-technologie

Bewakingspoort, WDM-producten kunnen monitoringpoorten bieden. Voor het bewaken van een monster met laag vermogen van het optische signaal dat optreedt bij de gemeenschappelijke poort, meestal met een vermogensniveau van 5% of minder. De monitoringpoort kan ook worden gebruikt om een ​​out-of-band signaal te injecteren. Als het product twee bewakingspoorten voor hetzelfde circuit heeft, zijn de poorten directioneel. De ene poort controleert het zendsignaal en de andere voor het ontvangen signaal. Als het circuit een enkele bewakingspoort heeft, is het bijna altijd bidirectioneel en zal het zowel optische signalen verzenden als ontvangen.

Golflengte,In de WDM-praktijk worden golflengten zoals de golflengte van een communicatielaser, de golflengtespecificaties voor optische filters en de golflengten van optische transmissiekanalen over glasvezel allemaal gegeven als λ, de golflengte in nanometer (nm) zoals zou voorkomen in een vacuüm.

Centrum Golflengte, is de golflengte waarop een bepaald signaalkanaal is gecentreerd. De International Telecommunications Union (ITU) heeft het standaard optische frequentieraster (kanaalmiddenfrequentie) met een afstand van 100 GHz gedefinieerd op basis van de referentiefrequentie van 193.10 THz (1552.52 nm), het zogenaamde ITU-raster. Kanaalcentrumgolflengten worden gekozen op de golflengten die overeenkomen met het ITU-raster.

Kanaal, In de WDM-praktijk is een kanaal een enkele en unieke transmissie op een aangewezen golflengte die samen met andere kanalen met verschillende golflengten kan voorkomen. Een transmissiekanaal kan ook verwijzen naar het end-to-end fysieke pad. Kanaalafstand (GHz), is het frequentieverschil tussen twee naburige kanaalmiddenfrequenties in DWDM-componenten of -modules. DWDM MUX/DEMUX-apparaten in BaySpec hebben een kanaalafstand van 50, 75,100 en 200 GHz.

Verschuiving van de middengolflengte (pm) is een relatieve drift van de werkelijke centrale golflengte van een bepaald kanaal met betrekking tot het standaard ITU-raster. De golflengteafwijking kan het gevolg zijn van onjuiste uitlijning en het ontwerp van het optische systeem.

Channel Pass-bandbreedte (nm) wordt gedefinieerd als een maximaal golflengte- (of frequentie-) bereik rond de corresponderende centrale golflengte (of frequentie) bij een bepaald vermogensniveau. Nu accepteert de industrie de definitie bij een lager vermogensniveau van 0.5 dB. Merk op dat als gevolg van de middengolflengte-offset van een kanaal, de werkende kanaaldoorlaatbandbreedte kleiner kan zijn dan wanneer de middengolflengte nauwkeurig bij het ITU-raster ligt.

Stabiliteit van de thermische golflengte (pm/°C) specificeert de maximale golflengteafwijking van het spectrale centrum van een bepaald kanaal als gevolg van temperatuurvariatie met betrekking tot de centrale golflengtewaarde bij kamertemperatuur (23°C).

Pasband, een specificatie die het bereik van golflengten geeft rond de nominale, centrale golflengte van het filter dat voldoet aan het gespecificeerde invoegverlies. In de praktijk is het de tolerantie van het filter voor laserafwijking weg van de centrale golflengte. Een typische doorlaatband voor CWDM-filters is bijvoorbeeld ± 6.5 nm rond de middengolflengte. Een laser van 1551 nm zou dus kunnen werken binnen een bereik van 1544.5 nm tot 1557.5 nm zonder extra kanaalverlies.

invoegverlies, het verlies aan signaalvermogen als gevolg van de plaatsing van een WDM-filter in een transmissielijn of optische vezel en wordt gewoonlijk uitgedrukt in decibel (dB).

Terugkeer verlies, Wanneer het optische vezelsignaal een optische component (zoals een optische vezelconnector) binnenkomt of verlaat, zullen de discontinuïteit en impedantie-mismatch leiden tot reflectie of terugkeer. Het vermogensverlies van het gereflecteerde of geretourneerde signaal wordt retourverlies (RL) genoemd. Het invoegverlies is voornamelijk om de resultaatsignaalwaarde te meten wanneer de optische link het verlies tegenkomt, terwijl het retourverlies is om de reflectiesignaalverlieswaarde te meten wanneer de optische link de componenttoegang tegenkomt.

Polarisatieafhankelijk verlies (PDL), Het verlies van een WDM-filter is afhankelijk van de optische polarisatie van het licht. PDL is het grootste verschil in maximaal insertieverlies dat optreedt bij alle toestanden van optische polarisatie. PDL voor een WDM-product wordt gespecificeerd als de grootste toegestane PDL voor elk kanaal.

Polarisatiemodus dispersie (PMD) is een vorm van modale dispersie waarbij twee verschillende polarisaties van licht in een golfgeleider, die normaal gesproken met dezelfde snelheid reizen, met verschillende snelheden reizen als gevolg van willekeurige onvolkomenheden en asymmetrieën, waardoor willekeurige verspreiding van optische pulsen ontstaat.

Kanaalisolatie (dB), wordt ook wel verre overspraak genoemd bij een bepaalde golflengte die de verhouding is van de lichtintensiteit bij de ongewenste poort tot de lichtintensiteit bij de gewenste poort. Het is dus een maat voor hoe goed verschillende golflengten gescheiden zijn aan de uitgang van een demultiplexer met dichte golflengteverdeling.

Niet-aangrenzende kanaalisolatie (Non-adjacent Channel Crosstalk) (dB) is de relatieve hoeveelheid ongewenst vermogen dat optreedt in een bepaalde kanaaldoorlaatband van de niet-aangrenzende kanalen. Gewoonlijk wordt alleen rekening gehouden met de twee eerste niet-aangrenzende kanalen (linker- en rechterzijde).

Kanaalrimpel, Ripple wordt gedefinieerd als de maximale piek-tot-piekvariatie in dB van invoegverlies over een filterdoorlaatband. Rimpeling van WDM-producten wordt gespecificeerd als de grootste toegestane rimpeling die in elk kanaal optreedt.

directivity (dB) wordt ook wel near-end crosstalk genoemd en is de verhouding tussen het optische vermogen dat in een invoerpoort wordt gelanceerd en het optische vermogen dat terugkeert naar een andere invoerpoort. In DWDM wordt directiviteit alleen toegepast op MUX-apparaten.

Bedrijfstemperatuur (°C) is het temperatuurbereik waarbinnen het apparaat kan worden gebruikt en zijn specificaties kan behouden.

Temperatuur bij opslag (°C) is het temperatuurbereik waarbinnen het apparaat zonder schade kan worden opgeslagen en kan worden gebruikt boven de bedrijfstemperatuur volgens de specificaties

Filter Wavelength Division Multiplexer (FWDM), De component combineert of scheidt licht op verschillende golflengten in een breed golflengtebereik. Ze bieden een zeer laag invoegverlies, lage polarisatieafhankelijkheid, hoge isolatie en uitstekende omgevingsstabiliteit. Hoge belastbaarheid kan worden bereikt door unieke pigtail-verwerking en hoogwaardige AR-coating. Deze componenten zijn op grote schaal gebruikt in optische versterkers, WDM-netwerken en optische vezelinstrumenten.

Rode / blauwe bandfilters, is een dunnefilmfiltercomponent, een apparaat met drie poorten. Eén poort wordt de "Common" genoemd. De andere twee poorten vormen de leiding voor de "band" met twee golflengten. De twee banden zijn de blauwe (λ<1543nm)en de rode (λ>1547nm). Eén band gaat door het gereflecteerde been en de andere band gaat door het passerende been.

WDM-technologie der dingen
Afbeelding 4: Rood/Blauwe bandfilter in WDM-technologie.

In een DWDM-module, die een rood/blauw-filter gebruikt, kan een Mux worden gecombineerd met Demux. Zo combineert de Mux DWDM-kanalen in de Red nad, terwijl de Demux DWDM-kanalen scheidt in de Blue Band. Met behulp van een rood/blauw filter kan men de rode zendkanalen en de blauwe ontvangstkanalen op één enkele vezel combineren.

Optische add-drop multiplexer (OADM),  een apparaat dat wordt gebruikt in multiplexsystemen met golflengteverdeling voor het multiplexen en routeren van verschillende lichtkanalen in of uit een single-mode fiber (SMF). Dit is een type optisch knooppunt dat over het algemeen wordt gebruikt voor de vorming en constructie van optische telecommunicatienetwerken. "Toevoegen" en "laten vallen" verwijzen hier naar de mogelijkheid van het apparaat om een ​​of meer nieuwe golflengtekanalen toe te voegen aan een bestaand WDM-signaal met meerdere golflengten, en/of om een ​​of meer kanalen te laten vallen (verwijderen) en die signalen door te geven aan een ander netwerkpad. Een OADM kan worden beschouwd als een specifiek type optische cross-connect.

OADM in WDM-technologie der dingen
Figuur 5: OADM-signaalstroom

Athermisch gerangschikt golfgeleiderrooster (AAWG), Dense Wavelength Division Multiplexer (DWDM) op basis van silica-on-siliciumtechnologie is ontworpen voor ITU-kanaalafstandtoepassingen waarbij geen elektrische stroom nodig is. Het werkt op 50 GHz of 100 GHz kanaalafstand ITU Grid DWDM-golflengten van 1526 nm tot 1565 nm. De AAWG DWDM kan worden gebruikt om het filtertype DWDM Mux DeMux te vervangen voor gevallen waarin geen stroom beschikbaar is. De lage kosten en hoge prestaties maken het de ideale oplossing voor DWDM-toepassingen in de metro en op lange afstand.

Gaussiaanse AWG is het eenvoudigste type AWG-ontwerp waarbij de individuele kanaaldoorlaatbandvorm wordt beschreven door een Gauss-functie. De Gaussiaanse AWG's bieden het laagste invoegverlies van alle AWG-typen, maar vereisen nauwere toleranties op andere systeemcomponenten om ervoor te zorgen dat de piek van de Gaussische curve binnen de doorlaatband blijft over het volledige operationele temperatuurbereik.

Gaussische Pass Band (nm) specificeert een klasse DWDM MUX/DEMUX-apparaten waarvan de spectrumprofielen binnen de doorlaatband in wezen Gaussiaans zijn.

Doorlaatband met platte bovenkant (nm) specificeert een klasse DWDM MUX/DEMUX-apparaten waarvan de spectrumprofielen binnen de doorlaatband relatief vlak zijn in vergelijking met het Gaussiaanse profiel. Een flat-top spectrumprofiel kan super-Gaussiaans of idealiter doosachtig zijn. 

Compacte CWDM is een miniversie van CWDM. Een golflengteverdelingsmultiplextechnologie op basis van TFF (Thin Film Filter), die op dezelfde manier werkt als CWDM. Het verschil is dat CCWDM vrije-ruimtetechnologie gebruikt en dat de pakketgrootte aanzienlijk kleiner is in vergelijking met CWDM-modules, en dat het invoegverlies lager en consistenter is.

Local Area Network Wavelength Division Multiplexing (LWDM), is een van de nieuwste xWDM-technologieën en wordt gebruikt in 100G, 200G, 400G optische links die zijn aangepast voor gebruik in 25G SFP28-transceivers. Deze innovatie biedt meer flexibiliteit in netwerkontwerp en maakt 5G-implementatie mogelijk met behulp van beschikbare 100G en 200G LAN-WDM-transceivers door gebruik te maken van LAN WDM-golflengten. 

Metro Wavelength Division Multiplexing, ook wel Micro-optic Wavelength Division Multiplexer (MWDM), is gebaseerd op de 6 golflengten van CWDM, verschoven met 3.5 nm naar links en rechts om uit te breiden tot 12 golven, en is een van de kosteneffectieve plannen.