Technológia vecí WDM

Multiplexovanie s vlnovou dĺžkou (WDM), Technológia WDM, ktorá multiplexuje niekoľko optických nosných signálov na jedno optické vlákno pomocou rôznych vlnových dĺžok (tj farieb) laserového svetla. Táto technika umožňuje obojsmernú komunikáciu cez jedno vlákno vlákna, nazývanú tiež duplex s vlnovou dĺžkou, ako aj znásobenie kapacity. Prenos z kombinovaných zdrojov je oddelený na vzdialenom mieste podľa jednotlivých vlnových dĺžok demultiplexovaním na viaceré vlákna. Technológia WDM sa často používa na označenie filtračných produktov, ktoré vykonávajú multiplexovanie alebo demultiplexovanie.


Technológia WDM je rozdelená do troch rôznych vzorov vlnových dĺžok: Normálny WDM, Hrubý WDM (CWDM) a Hustý WDM (DWDM).


Normálne WDM tiež označovaný ako bi-di, simplex a jeden stojan používa dve normálne vlnové dĺžky 1310nm a 1550nm na vlákne.

Technológia WDM
Obrázok 1: Technológia WDM

Multiplexovanie s hrubou vlnovou dĺžkou, CWDM je špecifická technológia WDM definovaná Medzinárodnou telekomunikačnou úniou v odporúčaní ITU-T G.694.2 Spektrálne mriežky pre aplikácie WDM: mriežka vlnových dĺžok CWDM. Mriežka je špecifikovaná ako 18 centrálnych vlnových dĺžok začínajúcich na 1271 nm a vzdialených od seba 20 nm.

Multiplexovanie s hustou vlnovou dĺžkou, DWDM je špecifická technológia WDM definovaná Medzinárodnou telekomunikačnou úniou v odporúčaní ITU-T G.694.1 Spektrálne siete pre aplikácie WDM: frekvenčná sieť DWDM. Mriežka je špecifikovaná ako frekvencia v THz, zakotvená na 193.1 THz, s rôznymi špecifikovanými rozostupmi kanálov od 12.5 GHz do 200 GHz, medzi ktorými je bežné 100 GHz. V praxi sa frekvencia DWDM zvyčajne prevádza na vlnovú dĺžku. Väčšina používaných vlnových dĺžok DWDM sa nachádza v pásme C, tj 1530 – 1565 nm.

MUX, Filtračný produkt WDM, ktorý vykonáva proces multiplexovania alebo kombinovania dvoch alebo viacerých optických zdrojov s rôznymi vlnovými dĺžkami na jedno vlákno.

DEMUX, Filtračný produkt, ktorý vykonáva proces demultiplexovania alebo oddeľovania optického prenosu pozostávajúceho z multiplexovaných vlnových dĺžok na jednotlivé vlákna priradené každej vlnovej dĺžke.

mux a demux
Obrázok 2: Tok signálu MUX a DEMUX

spoločný prístav, Pre produkt MUX sa kombinované kanály prenášajú zo spoločného portu. Pre DEMUX sú kombinované kanály prijímané na spoločnom porte.

Rozšírenie alebo upgrade portu  V prípade produktov CWDM bude zvyčajne k dispozícii buď upgrade alebo rozširujúci port, ale nie oboje. Upgrade alebo expresný port na CWDM MUX alebo DEMUX sa používa na pridávanie, vypúšťanie alebo prechod cez ďalšie kanály. Napríklad na strane CWDM MUX tento port poskytne spôsob, ako pridať prenosové kanály do optického obvodu. Na strane CWDM DEMUX možno rozšírenie alebo upgrade použiť na prechod kanálov smerom nadol, ktoré nie sú lokálne DEMUXOVANÉ. Alebo ho možno použiť aj na pridanie spätného kanála (kanálov) na rozpätie obojsmerného okruhu.

V prípade produktov DWDM je účelom aktualizačného portu možnosť pridať, zrušiť alebo preniesť kanály DWDM v pásme C, ktoré sa ešte nepoužívajú, tj iba kanály, ktoré sa nachádzajú v pásme 1530-1565 nm. Ak má produkt DWDM aj rozširujúci port, potom sa tento port bežne používa pre ďalšie kanály nachádzajúce sa mimo pásma C, ako je väčšina kanálov CWDM.

DWDM filter, tenkovrstvový filter
Obrázok 3: Kaskádovanie filtrov DWDM v technológii WDM

Monitorovací port, Produkty WDM môžu poskytovať monitorovacie porty. Na monitorovanie vzorky optického signálu s nízkou spotrebou energie vyskytujúceho sa na spoločnom porte, zvyčajne na úrovni výkonu 5 % alebo nižšej. Monitorovací port možno použiť aj na privedenie signálu mimo pásma. Ak má produkt dva monitorovacie porty pre rovnaký okruh, porty budú smerové. Jeden port bude monitorovať vysielaný signál a druhý pre prijímaný signál. Ak má obvod jeden monitorovací port, potom je takmer vždy obojsmerný a bude monitorovať vysielanie aj prijímanie optických signálov.

Vlnová dĺžka,V praxi WDM sú vlnové dĺžky, ako je vlnová dĺžka komunikačného lasera, špecifikácie vlnovej dĺžky pre optické filtre a vlnové dĺžky optických prenosových kanálov cez vlákno, všetky uvedené ako λ, vlnová dĺžka v nanometroch(nm), ktorá by sa vyskytla vo vákuu.

Stredová vlnová dĺžka, je vlnová dĺžka, pri ktorej je vycentrovaný konkrétny signálový kanál. Medzinárodná telekomunikačná únia (ITU) definovala štandardnú optickú frekvenčnú mriežku (centrálnu frekvenciu kanála) s odstupom 100 GHz na základe referenčnej frekvencie 193.10 THz (1552.52 nm), takzvanú ITU mriežku. Stredové vlnové dĺžky kanála sú zvolené na vlnových dĺžkach zodpovedajúcich ITU Grid.

kanál, V praxi WDM je kanál jediný a jedinečný prenos na určenej vlnovej dĺžke, ktorý sa môže vyskytnúť spolu s inými kanálmi s rôznymi vlnovými dĺžkami. Prenosový kanál sa môže vzťahovať aj na fyzickú cestu typu end-to-end. Channel Spacing (GHz), je frekvenčný rozdiel medzi dvoma susednými stredovými frekvenciami kanálov v komponentoch alebo moduloch DWDM. Zariadenia DWDM MUX/DEMUX v BaySpec majú kanálový rozstup 50, 75,100 200 a XNUMX GHz.

Posun stredovej vlnovej dĺžky (pm) je relatívny posun skutočnej centrálnej vlnovej dĺžky konkrétneho kanála vzhľadom na štandardnú sieť ITU. Posun vlnovej dĺžky môže byť výsledkom nesprávneho nastavenia a konštrukcie optického systému.

Šírka pásma kanála (nm) je definovaný ako maximálny rozsah vlnovej dĺžky (alebo frekvencie) okolo zodpovedajúcej strednej vlnovej dĺžky (alebo frekvencie) pri danej úrovni výkonu. Teraz priemysel dobre akceptuje definíciu pri nižšej úrovni výkonu o 0.5 dB. Všimnite si, že v dôsledku posunu stredovej vlnovej dĺžky kanála môže byť priepustná šírka pásma prevádzkového kanála menšia, ako keď je stredná vlnová dĺžka presne na mriežke ITU.

Stabilita tepelnej vlnovej dĺžky (pm/°C) špecifikuje maximálny drift vlnovej dĺžky spektrálneho stredu konkrétneho kanála v dôsledku kolísania teploty týkajúcej sa centrálnej hodnoty vlnovej dĺžky pri izbovej teplote (23° C).

Pass Band, špecifikácia, ktorá udáva rozsah vlnových dĺžok okolo nominálnej, centrálnej vlnovej dĺžky filtra, ktorý dodržiava špecifikovaný útlm vloženia. V praxi je to tolerancia filtra pre laserový drift od strednej vlnovej dĺžky. Napríklad typické priepustné pásmo pre CWDM filtre je ± 6.5 nm okolo strednej vlnovej dĺžky. Takže 1551 nm laser by mohol pracovať v rozsahu 1544.5 nm až 1557.5 nm bez toho, aby došlo k ďalšej strate kanála.

Strata vloženia, strata výkonu signálu v dôsledku vloženia filtra WDM do prenosového vedenia alebo optického vlákna a zvyčajne sa vyjadruje v decibeloch (dB).

Strata návratu, Keď signál optického vlákna vstupuje alebo opúšťa optický komponent (ako je konektor optického vlákna), diskontinuita a nesúlad impedancie povedie k odrazu alebo návratu. Strata výkonu odrazeného alebo vráteného signálu sa nazýva návratová strata (RL). Vložená strata je hlavne na meranie výslednej hodnoty signálu, keď optická linka narazí na stratu, zatiaľ čo návratová strata je na meranie hodnoty straty odrazového signálu, keď optická linka narazí na prístup komponentu.

Strata závislá od polarizácie (PDL), Strata, ktorú vykazuje filter WDM, závisí od optickej polarizácie svetla. PDL je najväčší rozdiel v maximálnom úbytku vloženia, ktorý sa vyskytuje vo všetkých stavoch optickej polarizácie. PDL pre produkt WDM je špecifikovaný ako najväčší povolený PDL pre akýkoľvek kanál.

Polarizačný režim rozptylu (PMD) je forma modálnej disperzie, kde sa dve rôzne polarizácie svetla vo vlnovode, ktoré sa bežne pohybujú rovnakou rýchlosťou, pohybujú rôznymi rýchlosťami v dôsledku náhodných nedokonalostí a asymetrií, čo spôsobuje náhodné šírenie optických impulzov.

Izolácia kanála (dB), sa tiež nazýva presluch na vzdialenom konci pri danej vlnovej dĺžke, ktorá je pomerom intenzity svetla na nežiadúcom porte k intenzite svetla na požadovanom porte. Je to teda miera toho, ako dobre sú oddelené rôzne vlnové dĺžky na výstupe demultiplexora s hustým delením vlnových dĺžok.

Nesusediaca kanálová izolácia (Non-adjacent Channel Crosstalk) (dB) je relatívne množstvo nežiaduceho výkonu, ktorý sa vyskytuje v konkrétnom priepustnom pásme kanála z nesusediacich kanálov. Bežne sa berú do úvahy iba dva prvé nesusediace kanály (ľavá a pravá strana).

Channel Ripple, Zvlnenie je definované ako maximálna variácia od vrcholu k vrcholu v dB vložného útlmu v priepustnom pásme filtra. Zvlnenie produktu WDM je špecifikované ako najväčšie povolené zvlnenie vyskytujúce sa v akomkoľvek kanáli.

Smerovosť (dB) sa tiež nazýva presluchy na blízkom konci, čo je pomer optického výkonu spusteného do vstupného portu a optického výkonu vracajúceho sa do akéhokoľvek iného vstupného portu. V DWDM sa smerovosť aplikuje iba na zariadenia MUX.

Prevádzková teplota (°C) je teplotný rozsah, v ktorom je možné zariadenie prevádzkovať a zachovať jeho špecifikácie.

Skladovacia teplota (°C) je teplotný rozsah, v ktorom môže byť zariadenie skladované bez poškodenia a môže byť prevádzkované pri prevádzkovej teplote podľa jeho špecifikácií

Filter s delením vlnovej dĺžky (FWDM), Komponent kombinuje alebo oddeľuje svetlo rôznych vlnových dĺžok v širokom rozsahu vlnových dĺžok. Ponúkajú veľmi nízku vložnú stratu, nízku polarizačnú závislosť, vysokú izoláciu a vynikajúcu environmentálnu stabilitu. Schopnosť manipulácie s vysokým výkonom je možné dosiahnuť jedinečným spracovaním pigtailu a vysokokvalitným povrchom AR. Tieto komponenty sa vo veľkej miere používajú v optických zosilňovačoch, sieťach WDM a optických prístrojoch.

Červené/modré pásové filtre, je komponent tenkovrstvového filtra, čo je trojportové zariadenie. Jeden port sa nazýva „Spoločný“. Ďalšie dva porty poskytujú vedenie pre „pásmo“ dvoch vlnových dĺžok. Dva pásy sú modré (λ<1543nm)a červené (λ>1547nm). Jeden pás prechádza cez odrazenú nohu a druhý pás prechádza cez prechádzajúcu nohu.

WDM technológia vecí
Obrázok 4: Červený/modrý pásový filter v technológii WDM.

V module DWDM, ktorý používa červený/modrý filter, môže byť Mux kombinovaný s Demux. Napríklad Mux kombinuje DWDM kanály v červenom nad, zatiaľ čo Demux oddeľuje DWDM kanály v modrom pásme. Pomocou červeného/modrého filtra je možné kombinovať červené vysielacie kanály a modré prijímacie kanály do jedného vlákna.

Optický add-drop multiplexer (OADM),  zariadenie používané v multiplexných systémoch s delením vlnovej dĺžky na multiplexovanie a smerovanie rôznych kanálov svetla do alebo z jednovidového vlákna (SMF). Ide o typ optického uzla, ktorý sa všeobecne používa na vytváranie a výstavbu optických telekomunikačných sietí. „Pridať“ a „vypustiť“ sa tu vzťahuje na schopnosť zariadenia pridať jeden alebo viacero nových kanálov vlnových dĺžok k existujúcemu viacvlnovému signálu WDM a/alebo vypustiť (odstrániť) jeden alebo viacero kanálov a odovzdať tieto signály inému sieťová cesta. OADM možno považovať za špecifický typ optického krížového prepojenia.

OADM v technológii vecí WDM
Obrázok 5: Tok signálu OADM

Atermálna mriežka vlnovodu (AAWG), Multiplexer s hustotou vlnovou dĺžkou (DWDM) založený na technológii kremíka na kremíku je navrhnutý pre aplikácie ITU s odstupom kanálov, kde nie je potrebná žiadna elektrická energia. Pracuje pri 50 GHz alebo 100 GHz kanálovom rozostupe ITU Grid DWDM vlnových dĺžok od 1526nm do 1565nm. AAWG DWDM možno použiť na výmenu filtra typu DWDM Mux DeMux v prípadoch, keď nie je k dispozícii žiadne napájanie. Nízke náklady a vysoký výkon z neho robia ideálne riešenie pre metro a aplikácie DWDM na dlhé vzdialenosti.

Gaussov AWG je najjednoduchší typ konštrukcie AWG, kde je tvar individuálneho priepustného pásma kanála opísaný pomocou Gaussovej funkcie. Gaussovské AWG poskytujú najnižšiu vložnú stratu zo všetkých typov AWG, ale vyžadujú prísnejšie tolerancie na ostatných systémových komponentoch, aby sa zabezpečilo, že vrchol Gaussovej krivky zostane v priepustnom pásme v celom rozsahu prevádzkových teplôt.

Pásmo Gaussian Pass (nm) špecifikuje triedu zariadení DWDM MUX/DEMUX, ktorých profily spektra v priepustnom pásme sú v podstate gaussovské.

Pásmo s plochým vrchom (nm) špecifikuje triedu zariadení DWDM MUX/DEMUX, ktorých profily spektra v priepustnom pásme sú relatívne ploché v porovnaní s Gaussovým profilom. Profil spektra s plochým vrchom môže byť super-gaussovský alebo ideálne krabicový. 

Kompaktný CWDM je mini verzia CWDM. Technológia multiplexovania s delením vlnovej dĺžky založená na TFF (Thin Film Filter), ktorá funguje rovnakým spôsobom ako CWDM. Rozdiel je v tom, že CCWDM využíva technológiu voľného priestoru a veľkosť jeho balíka je výrazne znížená v porovnaní s modulmi CWDM a strata pri vložení je nižšia a konzistentnejšia.

Multiplexovanie podľa vlnovej dĺžky lokálnej siete (LWDM), je jednou z najnovších technológií xWDM a používa sa v optických spojeniach 100G, 200G, 400G, ktoré boli prispôsobené na použitie v transceiveroch 25G SFP28. Táto inovácia poskytuje väčšiu flexibilitu pri návrhu siete a umožňuje implementáciu 5G pomocou dostupných 100G a 200G LAN-WDM transceiverov s využitím LAN WDM vlnových dĺžok. 

Metro multiplexovanie s vlnovou dĺžkou, tiež mikrooptický multiplex s delením vlnovej dĺžky (MWDM), je založený na 6 vlnových dĺžkach CWDM, posunutých o 3.5 nm doľava a doprava, aby sa rozšíril na 12 vĺn, a je jedným z nákladovo efektívnych plánov.