WDM Technology of Things

Våglängd Division Multiplexing (WDM), En WDM-teknik som multiplexerar flera optiska bärarsignaler på en enda optisk fiber genom att använda olika våglängder (dvs. färger) av laserljus. Denna teknik möjliggör dubbelriktad kommunikation över en enda fibersträng, även kallad våglängdsdivisionsduplex, samt multiplikation av kapacitet. Sändning från kombinerade källor separeras på en avlägsen plats enligt de individuella våglängderna genom demultiplexering på flera fibrer. WDM-teknik används ofta för att referera till filtreringsprodukter som utför multiplexering eller demultiplexering.


WDM-teknik är uppdelad i tre olika våglängdsmönster: Normal WDM, Coarse WDM(CWDM) och Dense WDM(DWDM).


Normal WDM även kallad bi-di, simplex och enkelstativ använder de två normala våglängderna 1310nm och 1550nm på fiber.

WDM-teknik
Figur 1: WDM-teknik

Coarse Wavelength Division Multiplexing, CWDM är en specifik WDM-teknik som definieras av International Telecommunication Union i ITU-T-rekommendation G.694.2 Spectral grids för WDM-applikationer: CWDM wavelength grid. Gallret är specificerat som 18 centrala våglängder som börjar vid 1271 nm och är placerade 20 nm från varandra.

Tät våglängdsmultiplexering, DWDM är en specifik WDM-teknik som definieras av International Telecommunication Union i ITU-T-rekommendation G.694.1 Spektralnät för WDM-tillämpningar: DWDM-frekvensnät. Nätet specificeras som frekvensen i THz, förankrat vid 193.1 THz, med en mängd specificerade kanalavstånd från 12.5 GHz till 200 GHz, bland vilka 100 GHz är vanligt. I praktiken omvandlas DWDM-frekvens vanligtvis till våglängd. De flesta DWDM-våglängder som används finns i C-bandet, dvs 1530 – 1565 nm.

MUX, En WDM-filtreringsprodukt som utför en process för att multiplexera eller kombinera två eller flera optiska källor med olika våglängder på en enda fiber.

DEMUX, En filtreringsprodukt som utför processen att demultiplexera eller separera optisk transmission som består av multiplexerade våglängder på individuella fibrer som är tilldelade varje våglängd.

mux och demux
Figur 2: MUX- och DEMUX-signalflöde

Gemensam hamn, För en MUX-produkt sänds kombinerade kanaler från den gemensamma porten. För en DEMUX tas de kombinerade kanalerna emot vid den gemensamma porten.

Expansions- eller uppgraderingsport  För CWDM-produkter kommer det normalt att finnas antingen en uppgradering eller en expansionsport, men inte båda. Uppgraderingen eller expressporten på en CWDM MUX eller DEMUX används för att lägga till, släppa eller passera genom ytterligare kanaler. Till exempel, på en CWDM MUX-sida, kommer denna port att ge ett sätt att lägga till sändningskanaler till fiberkretsen. På en CWDM DEMUX-sida kan expansionen eller uppgraderingen användas för att passera nedströmskanaler som inte är lokalt DEMUXED. Eller så kan den också användas för att lägga till returkanal(er) på en dubbelriktad krets.

För DWDM-produkter är syftet med en uppgraderingsport att kunna lägga till, släppa eller passera genom C-bands DWDM-kanaler som inte redan används, dvs endast kanaler som finns i bandet 1530-1565 nm. Om DWDM-produkten också har en expansionsport, används den porten normalt för ytterligare kanaler utanför C-bandet, såsom de flesta av CWDM-kanalerna.

DWDM-filter, tunnfilmsfilter
Figur 3: DWDM Filter Cascading i WDM Technology

Övervakningsport, WDM-produkter kan tillhandahålla övervakningsportar. För att övervaka ett lågeffektsprov av den optiska signalen som inträffar vid den gemensamma porten, vanligtvis vid en effektnivå på 5 % eller lägre. Övervakningsporten kan också användas för att injicera en signal utanför bandet. Om produkten har två övervakningsportar för samma krets kommer portarna att vara riktade. En port kommer att övervaka sändningssignalen och den andra för den mottagna signalen. Om kretsen har en enda övervakningsport, är den nästan alltid dubbelriktad och kommer att övervaka både sända och ta emot optiska signaler.

Våglängd,I WDM-praxis ges våglängder som våglängden för en kommunikationslaser, våglängdsspecifikationerna för optiska filter och våglängderna för optiska transmissionskanaler över fiber alla som λ, våglängden i nanometer (nm) som skulle inträffa i ett vakuum.

Centrumvåglängd, är den våglängd vid vilken en viss signalkanal är centrerad. International Telecommunications Union (ITU) har definierat det vanliga optiska frekvensnätet (kanalcentrumfrekvens) med 100 GHz-mellanrum baserat på referensfrekvensen 193.10 THz (1552.52 nm), det så kallade ITU Grid. Kanalens centrumvåglängder väljs vid de våglängder som motsvarar ITU Grid.

Kanal, I WDM-praktiken är en kanal en enda och unik överföring vid en angiven våglängd som kan förekomma tillsammans med andra kanaler med olika våglängder. En överföringskanal kan också referera till den fysiska vägen från ände till ände. Kanalavstånd (GHz), är frekvensskillnaden mellan två angränsande kanalcentrumfrekvenser i DWDM-komponenter eller -moduler. DWDM MUX/DEMUX-enheter i BaySpec har sitt kanalavstånd på 50, 75,100 och 200GHz.

Centervåglängdsoffset (pm) är en relativ drift av den faktiska centrala våglängden för en viss kanal avseende standard ITU Grid. Våglängdsdriften kan bero på olämplig inriktning och utformningen av det optiska systemet.

Kanalpassbandbredd (nm) definieras som ett maximalt våglängdsområde (eller frekvens) runt motsvarande centrumvåglängd (eller frekvens) vid en given effektnivå. Nu accepterar branschen definitionen på 0.5 dB lägre effektnivå. Observera att på grund av centervåglängdsförskjutningen för en kanal kan driftskanalens passbandbredd vara mindre än när mittvåglängden är exakt vid ITU Grid.

Termisk våglängdsstabilitet (pm/°C) anger den maximala våglängdsdriften för spektralcentrum för en viss kanal på grund av temperaturvariation avseende det centrala våglängdsvärdet vid rumstemperatur (23°C).

Pass Band, en specifikation som anger våglängdsintervallet kring den nominella, centrala våglängden för filtret som följer den specificerade insättningsförlusten. I praktiken är det filtrets tolerans för laserdrift bort från centrumvåglängden. Till exempel är ett typiskt passband för CWDM-filter ± 6.5 nm omkring mittvåglängden. Så en 1551 nm laser skulle kunna arbeta inom ett område av 1544.5 nm till 1557.5 nm utan att stöta på extra kanalförlust.

Insättningsförlust, förlusten av signaleffekt till följd av införandet av ett WDM-filter i en transmissionsledning eller optisk fiber och uttrycks vanligtvis i decibel (dB).

Returförlust, När den optiska fibersignalen går in i eller lämnar en optisk komponent (såsom en optisk fiberkontakt), kommer diskontinuiteten och impedansmissanpassningen att leda till reflektion eller återgång. Effektförlusten för den reflekterade eller returnerade signalen kallas returförlust (RL). Insättningsförlusten är huvudsakligen för att mäta resultatsignalvärdet när den optiska länken stöter på förlusten, medan returförlusten är att mäta reflektionssignalförlustvärdet när den optiska länken möter komponentåtkomsten.

Polarisationsberoende förlust (PDL), Förlusten som uppvisas av ett WDM-filter är beroende av ljusets optiska polarisation. PDL är den största skillnaden i maximal insättningsförlust som inträffar vid alla tillstånd av optisk polarisation. PDL för en WDM-produkt anges som den största tillåtna PDL för någon kanal.

Polarisation mode dispersion (PMD) är en form av modal dispersion där två olika polarisationer av ljus i en vågledare, som normalt färdas med samma hastighet, färdas med olika hastigheter på grund av slumpmässiga imperfektioner och asymmetrier, vilket orsakar slumpmässig spridning av optiska pulser.

Kanalisolering (dB), kallas också fjärröverhörning vid en given våglängd som är förhållandet mellan ljusintensiteten vid den oönskade porten och ljusintensiteten vid den önskade porten. Så det är ett mått på hur väl olika våglängder är separerade vid utgången från en demultiplexor med tät våglängdsdelning.

Icke intilliggande kanalisolering (Icke-angränsande kanalöverhörning) (dB) är den relativa mängden oönskad effekt som uppstår i ett visst kanalpassband från de icke intilliggande kanalerna. Vanligtvis tas endast hänsyn till de två första icke-intilliggande kanalerna (vänster och höger sida).

Kanal Ripple, Ripple definieras som den maximala topp-till-topp-variationen i dB av insättningsförlust över ett filterpassband. WDM-produktrippel specificeras som den största tillåtna rippel som förekommer i någon kanal.

Riktning (dB) kallas även near-end-överhörning som är förhållandet mellan den optiska effekten som släpps in i en ingångsport och den optiska effekten som återgår till någon annan ingångsport. I DWDM tillämpas direktivitet endast på MUX-enheter.

drifttemperatur (°C) är det temperaturintervall inom vilket enheten kan användas och behålla sina specifikationer.

Förvaringstemperatur (°C) är det temperaturintervall inom vilket enheten kan förvaras utan skador och kan användas över driftstemperatur enligt dess specifikationer

Filter Wavelength Division Multiplexer (FWDM), Komponenten kombinerar eller separerar ljus vid olika våglängder i ett brett våglängdsområde. De erbjuder mycket låg insättningsförlust, lågt polarisationsberoende, hög isolering och utmärkt miljöstabilitet. Hög effekthanteringsförmåga kan uppnås genom unik pigtail-bearbetning och högkvalitativ AR-beläggning. Dessa komponenter har använts i stor utsträckning i optiska förstärkare, WDM-nätverk och fiberoptiska instrument.

Röda/blå bandfilter, är en tunnfilmsfilterkomponent, som är en treportsenhet. En port kallas "Common". De andra två portarna tillhandahåller ledningen för "bandet" med två våglängder. De två banden är det blå (λ<1543nm) och det röda (λ>1547nm). Ett band går genom det reflekterade benet och det andra bandet går genom det passerande benet.

WDM-teknik av saker
Figur 4: Rött/blått bandfilter i WDM-teknik.

I en DWDM-modul, som använder ett rött/blått filter, kan en Mux kombineras med Demux. Till exempel kombinerar Mux DWDM-kanaler i Red nad, medan Demux separerar DWDM-kanaler i Blue Band. Med hjälp av ett rött/blått filter kan man kombinera de röda sändningskanalerna och de blå mottagningskanalerna till en enda fiber.

Optisk add-drop multiplexer (OADM),  en enhet som används i våglängdsmultiplexeringssystem för att multiplexera och dirigera olika ljuskanaler in i eller ut ur en enkelmodsfiber (SMF). Detta är en typ av optisk nod, som vanligtvis används för bildande och konstruktion av optiska telekommunikationsnätverk. "Lägg till" och "släpp" här hänvisar till enhetens förmåga att lägga till en eller flera nya våglängdskanaler till en befintlig WDM-signal med flera våglängder, och/eller att släppa (ta bort) en eller flera kanaler och skicka dessa signaler till en annan nätverksväg. En OADM kan anses vara en specifik typ av optisk korskoppling.

OADM i WDM-teknik av saker
Figur 5: OADM-signalflöde

Athermal Arrayed Waveguide Grating (AAWG), Dense Wavelength Division Multiplexer (DWDM) baserad på kiseldioxid på kiselteknologi är designad för ITU-kanalavståndsapplikationer där ingen elektrisk ström krävs. Den fungerar med 50GHz eller 100GHz kanalavstånd ITU Grid DWDM-våglängder från 1526nm till 1565nm. AAWG DWDM kan användas för att ersätta filtertyp DWDM Mux DeMux i fall där ingen ström är tillgänglig. Den låga kostnaden och höga prestanda gör den till den idealiska lösningen för tunnelbana och långdistans DWDM-applikationer.

Gaussisk AWG är den enklaste typen av AWG-design där den individuella kanalens passbandsform beskrivs av en Gaussisk funktion. Gaussiska AWG ger den lägsta insättningsförlusten av alla AWG-typer men kräver snävare toleranser på andra systemkomponenter för att säkerställa att toppen av den Gaussiska kurvan stannar inom passbandet över hela driftstemperaturområdet.

Gaussian Pass Band (nm) specificerar en klass av DWDM MUX/DEMUX-enheter vars spektrumprofiler inom passbandet i huvudsak är Gaussiska.

Flat-Top Pass Band (nm) specificerar en klass av DWDM MUX/DEMUX-anordningar vars spektrumprofiler inom passbandet är relativt platta i jämförelse med den Gaussiska profilen. En spektrumprofil med platt topp kan vara supergaussisk eller helst lådliknande. 

Kompakt CWDM är en miniversion av CWDM. En våglängdsmultiplexeringsteknik baserad på TFF (Thin Film Filter), som fungerar på samma sätt som CWDM. Skillnaden är att CCWDM använder teknik för ledigt utrymme, och dess paketstorlek är kraftigt reducerad jämfört med CWDM-moduler, och insättningsförlusten är lägre och mer konsekvent.

Local Area Network Wavelength Division Multiplexing (LWDM), är en av de senaste xWDM-teknologierna och används i 100G, 200G, 400G optiska länkar som har anpassats för användning i 25G SFP28-sändtagare. Denna innovation ger större flexibilitet i nätverksdesign och möjliggör 5G-implementering med tillgängliga 100G och 200G LAN-WDM-sändtagare genom att använda LAN WDM-våglängder. 

Metro Wavelength Division Multiplexing, även Micro-optic Wavelength Division Multiplexer (MWDM), är baserad på de 6 våglängderna av CWDM, förskjutna med 3.5nm åt vänster och höger för att expandera till 12 vågor, och är en av de kostnadseffektiva planerna.