Công nghệ WDM của vạn vật

Ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM), Một công nghệ WDM ghép nhiều tín hiệu sóng mang quang vào một sợi quang duy nhất bằng cách sử dụng các bước sóng khác nhau (nghĩa là màu sắc) của ánh sáng laze. Kỹ thuật này cho phép liên lạc hai chiều trên một sợi quang đơn, còn được gọi là song công phân chia theo bước sóng, cũng như nhân dung lượng. Việc truyền từ các nguồn kết hợp được phân tách tại một vị trí ở xa theo các bước sóng riêng lẻ bằng cách khử ghép kênh trên nhiều sợi quang. Công nghệ WDM thường được dùng để chỉ các sản phẩm lọc thực hiện ghép kênh hoặc tách kênh.


Công nghệ WDM được chia thành ba mẫu bước sóng khác nhau: WDM thông thường, WDM thô (CWDM) và WDM dày đặc (DWDM).


WDM bình thường còn được gọi là bi-di, simplex và single stand sử dụng hai bước sóng thông thường 1310nm và 1550nm trên sợi quang.

công nghệ WDM
Hình 1: Công nghệ WDM

Ghép kênh phân chia theo bước sóng thô, CWDM là một công nghệ WDM cụ thể được Liên minh Viễn thông Quốc tế xác định trong Khuyến nghị ITU-T G.694.2 Lưới phổ cho các ứng dụng WDM: Lưới bước sóng CWDM. Lưới được chỉ định là 18 bước sóng trung tâm bắt đầu từ 1271 nm và cách nhau 20 nm.

Ghép kênh phân chia theo bước sóng dày đặc, DWDM là một công nghệ WDM cụ thể được Liên minh Viễn thông Quốc tế xác định trong Khuyến nghị ITU-T G.694.1 Lưới phổ cho các ứng dụng WDM: Lưới tần số DWDM. Lưới được chỉ định là tần số tính bằng THz, cố định ở 193.1 THz, với nhiều khoảng cách kênh được chỉ định từ 12.5 GHz đến 200 GHz, trong đó phổ biến là 100 GHz. Trong thực tế, tần số DWDM thường được chuyển đổi thành bước sóng. Hầu hết các bước sóng DWDM đang sử dụng được tìm thấy trong băng tần C, tức là 1530 – 1565 nm.

MUX, Sản phẩm lọc WDM thực hiện quy trình ghép kênh hoặc kết hợp hai hoặc nhiều nguồn quang có bước sóng khác nhau trên một sợi quang.

DEMUX, Một sản phẩm lọc thực hiện quá trình khử ghép kênh hoặc tách truyền dẫn quang bao gồm các bước sóng được ghép kênh vào các sợi quang riêng lẻ được gán cho từng bước sóng.

mux và demux
Hình 2: Luồng tín hiệu MUX và DEMUX

Cổng chung, Đối với sản phẩm MUX, các kênh kết hợp được truyền từ cổng chung. Đối với DEMUX, các kênh kết hợp được nhận tại cổng chung.

Mở rộng hoặc nâng cấp cổng  Đối với các sản phẩm CWDM, thông thường sẽ có cổng nâng cấp hoặc cổng mở rộng, nhưng không có cả hai. Cổng nâng cấp hoặc tốc hành trên CWDM MUX hoặc DEMUX được sử dụng để thêm, xóa hoặc chuyển qua các kênh bổ sung. Chẳng hạn, ở phía CWDM MUX, cổng này sẽ cung cấp một cách để thêm các kênh truyền vào mạch sợi quang. Về phía CWDM DEMUX, việc mở rộng hoặc nâng cấp có thể được sử dụng để truyền các kênh xuôi dòng không được DEMUXED cục bộ. Hoặc, nó cũng có thể được sử dụng để thêm (các) kênh quay lại trên khoảng mạch hai chiều.

Đối với các sản phẩm DWDM, mục đích của cổng nâng cấp là có thể thêm, loại bỏ hoặc chuyển qua các kênh DWDM băng tần C chưa được sử dụng, nghĩa là chỉ các kênh nằm trong băng tần 1530-1565 nm. Nếu sản phẩm DWDM cũng có cổng mở rộng, thì cổng đó thường được sử dụng cho các kênh bổ sung nằm ngoài băng tần C, chẳng hạn như hầu hết các kênh CWDM.

Bộ lọc DWDM, Bộ lọc màng mỏng
Hình 3: Xếp tầng bộ lọc DWDM trong công nghệ WDM

Cổng giám sát, Các sản phẩm WDM có thể cung cấp các cổng giám sát. Để theo dõi một mẫu tín hiệu quang có công suất thấp xảy ra ở cổng chung, thường ở mức công suất 5% hoặc thấp hơn. Cổng giám sát cũng có thể được sử dụng để đưa tín hiệu ngoài băng tần. Nếu sản phẩm có hai cổng giám sát cho cùng một mạch, thì các cổng đó sẽ có hướng. Một cổng sẽ theo dõi tín hiệu truyền và cổng còn lại cho tín hiệu nhận được. Nếu mạch có một cổng giám sát duy nhất, thì nó hầu như luôn là hai chiều và sẽ giám sát cả truyền và nhận tín hiệu quang.

Bước sóng,Trong thực tế WDM, các bước sóng như bước sóng của laser truyền thông, thông số kỹ thuật bước sóng cho bộ lọc quang và bước sóng của kênh truyền dẫn quang qua sợi quang đều được cho là λ, bước sóng tính bằng nanomet(nm)như sẽ xảy ra trong chân không.

Trung tâm bước sóng, là bước sóng tại đó một kênh tín hiệu cụ thể được tập trung. Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU) đã xác định lưới tần số quang tiêu chuẩn (tần số trung tâm kênh) với khoảng cách 100 GHz dựa trên tần số tham chiếu 193.10 THz (1552.52 nm), được gọi là Lưới ITU. Bước sóng trung tâm kênh được chọn ở bước sóng tương ứng với Lưới ITU.

Kênh truyền hình, Trong thực tế WDM, một kênh là một đường truyền duy nhất và duy nhất ở bước sóng được chỉ định có thể xảy ra cùng với các kênh khác có bước sóng khác. Một kênh truyền dẫn cũng có thể đề cập đến đường dẫn vật lý từ đầu đến cuối. Khoảng cách kênh (GHz), là chênh lệch tần số giữa hai tần số trung tâm kênh lân cận trong các thành phần hoặc mô-đun DWDM. Các thiết bị DWDM MUX/DEMUX trong BaySpec có khoảng cách kênh là 50, 75,100 và 200GHz.

Độ lệch bước sóng trung tâm (pm) là độ lệch tương đối của bước sóng trung tâm thực tế của một kênh cụ thể liên quan đến Lưới ITU tiêu chuẩn. Độ lệch bước sóng có thể do căn chỉnh và thiết kế của hệ thống quang học không phù hợp.

Băng thông kênh (nm) được định nghĩa là dải bước sóng (hoặc tần số) tối đa xung quanh bước sóng (hoặc tần số) trung tâm tương ứng ở một mức công suất nhất định. Bây giờ, ngành công nghiệp chấp nhận tốt định nghĩa ở mức công suất giảm 0.5 dB. Lưu ý rằng do độ lệch bước sóng trung tâm của kênh, băng thông qua kênh hoạt động có thể nhỏ hơn băng thông khi bước sóng trung tâm chính xác ở Lưới ITU.

Ổn định bước sóng nhiệt (pm/°C) chỉ định độ lệch bước sóng tối đa của trung tâm quang phổ của một kênh cụ thể do sự thay đổi nhiệt độ liên quan đến giá trị bước sóng trung tâm ở nhiệt độ phòng (23°C).

Ban nhạc vượt qua, một thông số kỹ thuật cung cấp phạm vi bước sóng về bước sóng trung tâm, danh nghĩa của bộ lọc tuân thủ suy hao chèn được chỉ định. Trong thực tế, đó là khả năng chịu đựng của bộ lọc đối với tia laser bị lệch khỏi bước sóng trung tâm. Ví dụ: dải thông điển hình cho bộ lọc CWDM là ± 6.5 nm về bước sóng trung tâm. Vì vậy, laser 1551 nm có thể hoạt động trong phạm vi từ 1544.5 nm đến 1557.5 nm mà không bị mất kênh phụ.

Mất chèn, sự mất công suất tín hiệu do chèn bộ lọc WDM vào đường truyền hoặc sợi quang và thường được biểu thị bằng decibel (dB).

mất mát trở lại, Khi tín hiệu sợi quang đi vào hoặc rời khỏi một thành phần quang học (chẳng hạn như đầu nối sợi quang), sự không liên tục và trở kháng không phù hợp sẽ dẫn đến hiện tượng phản xạ hoặc quay trở lại. Mất công suất của tín hiệu phản xạ hoặc phản hồi được gọi là suy hao phản hồi (RL). Suy hao chèn chủ yếu là để đo giá trị tín hiệu kết quả khi liên kết quang gặp suy hao, trong khi suy hao phản hồi là để đo giá trị suy hao tín hiệu phản xạ khi liên kết quang gặp phải truy cập thành phần.

Mất mát phụ thuộc phân cực (PDL), Suy hao do bộ lọc WDM thể hiện phụ thuộc vào sự phân cực quang học của ánh sáng. PDL là sự khác biệt lớn nhất trong tổn thất chèn tối đa xảy ra ở tất cả các trạng thái phân cực quang. PDL cho sản phẩm WDM được chỉ định là PDL lớn nhất được phép cho bất kỳ kênh nào.

Chế độ phân tán phân tán (PMD) là một dạng tán sắc phương thức trong đó hai phân cực ánh sáng khác nhau trong ống dẫn sóng, thường di chuyển với cùng tốc độ, di chuyển với tốc độ khác nhau do sự không hoàn hảo và không đối xứng ngẫu nhiên, gây ra sự lan truyền xung quang ngẫu nhiên.

Cách ly kênh (dB), còn được gọi là nhiễu xuyên âm đầu xa ở một bước sóng nhất định là tỷ lệ giữa cường độ ánh sáng tại cổng không mong muốn với cường độ ánh sáng tại cổng mong muốn. Vì vậy, nó là phép đo mức độ phân tách các bước sóng khác nhau ở đầu ra của bộ tách kênh phân chia bước sóng dày đặc.

Cách ly kênh không liền kề (Nhiễu xuyên kênh không liền kề) (dB) là lượng công suất không mong muốn tương đối xảy ra trong một băng thông kênh cụ thể từ các kênh không liền kề. Thông thường, chỉ có hai kênh không liền kề đầu tiên (bên trái và bên phải) được tính đến.

Ripple kênh, Ripple được định nghĩa là biến thể cực đại từ cực đại đến cực đại tính bằng dB của suy hao chèn trên băng thông của bộ lọc. Độ gợn của sản phẩm WDM được chỉ định là độ gợn lớn nhất được phép xảy ra trong bất kỳ kênh nào.

Định hướng (dB) còn được gọi là nhiễu xuyên âm gần đầu cuối, là tỷ lệ giữa công suất quang được đưa vào một cổng đầu vào với công suất quang quay trở lại bất kỳ cổng đầu vào nào khác. Trong DWDM, định hướng chỉ được áp dụng cho các thiết bị MUX.

Nhiệt độ hoạt động (°C) là phạm vi nhiệt độ mà thiết bị có thể hoạt động và duy trì các thông số kỹ thuật của nó.

Nhiệt độ lưu trữ (°C) là phạm vi nhiệt độ mà thiết bị có thể được bảo quản mà không bị hư hại và có thể vận hành ở nhiệt độ vận hành theo thông số kỹ thuật của thiết bị

Bộ ghép kênh phân chia bước sóng lọc (FWDM), Thành phần kết hợp hoặc tách ánh sáng ở các bước sóng khác nhau trong một dải bước sóng rộng. Chúng cung cấp tổn thất chèn rất thấp, phụ thuộc vào phân cực thấp, khả năng cách ly cao và tính ổn định môi trường tuyệt vời, Khả năng xử lý công suất cao có thể đạt được thông qua quá trình xử lý đuôi lợn độc đáo và lớp phủ AR chất lượng cao. Các thành phần này đã được sử dụng rộng rãi trong các bộ khuếch đại quang, mạng WDM và các thiết bị sợi quang.

Bộ lọc dải đỏ/xanh lam, là một thành phần bộ lọc màng mỏng, là một thiết bị ba cổng. Một cổng được gọi là "Common". Hai cổng còn lại cung cấp đường dẫn cho “băng tần” hai bước sóng. Hai dải là dải màu xanh lam (λ<1543nm) và dải màu đỏ (λ>1547nm). Một dải đi qua chân Phản xạ và dải còn lại đi qua chân đi qua.

Công nghệ WDM của vạn vật
Hình 4: Bộ lọc dải màu đỏ/xanh lam trong công nghệ WDM.

Trong mô-đun DWDM, sử dụng bộ lọc Đỏ/Xanh lam, Mux có thể được kết hợp với Demux. Ví dụ: Mux kết hợp các kênh DWDM trong Red nad, trong khi Demux tách các kênh DWDM trong Blue Band. Sử dụng bộ lọc Red/Blue, người ta có thể kết hợp các kênh Truyền màu đỏ và Kênh nhận màu xanh lam trên một sợi quang.

Bộ ghép kênh thả quang (OADM),  một thiết bị được sử dụng trong các hệ thống ghép kênh phân chia theo bước sóng để ghép kênh và định tuyến các kênh ánh sáng khác nhau vào hoặc ra khỏi sợi quang đơn mode (SMF). Đây là một loại nút quang, thường được sử dụng để hình thành và xây dựng mạng viễn thông quang. “Thêm” và “xóa” ở đây đề cập đến khả năng thiết bị có thể thêm một hoặc nhiều kênh bước sóng mới vào tín hiệu WDM đa bước sóng hiện có và/hoặc loại bỏ (xóa) một hoặc nhiều kênh, truyền các tín hiệu đó sang một kênh khác đường dẫn mạng. OADM có thể được coi là một loại kết nối chéo quang cụ thể.

OADM trong công nghệ WDM của vạn vật
Hình 5: Luồng tín hiệu OADM

Lưới dẫn sóng dạng mảng (AAWG), Bộ ghép kênh phân chia theo bước sóng dày đặc (DWDM) dựa trên silica trên công nghệ silicon được thiết kế cho các ứng dụng khoảng cách kênh ITU không cần nguồn điện. Nó hoạt động ở các bước sóng ITU Grid DWDM khoảng cách kênh 50GHz hoặc 100GHz từ 1526nm đến 1565nm. AAWG DWDM có thể được sử dụng để thay thế DWDM Mux DeMux loại bộ lọc trong trường hợp không có nguồn điện. Chi phí thấp và hiệu suất cao làm cho nó trở thành giải pháp lý tưởng cho các ứng dụng DWDM đường dài và tàu điện ngầm.

Gaussian AWG là kiểu thiết kế AWG đơn giản nhất trong đó hình dạng băng thông của kênh riêng lẻ được mô tả bằng hàm Gaussian. AWG Gaussian cung cấp suy hao chèn thấp nhất trong số tất cả các loại AWG nhưng yêu cầu dung sai chặt chẽ hơn đối với các thành phần hệ thống khác để đảm bảo đỉnh của đường cong Gaussian nằm trong dải thông trên toàn bộ phạm vi nhiệt độ hoạt động.

Dải đèo Gaussian (nm) chỉ định một loại thiết bị DWDM MUX/DEMUX có cấu hình phổ trong dải thông về cơ bản là Gaussian.

Ban nhạc vượt qua đỉnh phẳng (nm) chỉ định một loại thiết bị DWDM MUX/DEMUX có cấu hình phổ trong dải thông tương đối bằng phẳng khi so sánh với cấu hình Gaussian. Cấu hình phổ đỉnh phẳng có thể là siêu Gaussian hoặc lý tưởng là dạng hộp. 

CWDM nhỏ gọn là một phiên bản nhỏ của CWDM. Công nghệ ghép kênh phân chia bước sóng dựa trên TFF (Bộ lọc màng mỏng), hoạt động theo cách tương tự như CWDM. Sự khác biệt là CCWDM sử dụng công nghệ không gian trống và kích thước gói của nó giảm đáng kể so với các mô-đun CWDM và tổn thất chèn thấp hơn và nhất quán hơn.

Ghép kênh phân chia bước sóng mạng cục bộ (LWDM), là một trong những công nghệ xWDM mới nhất và sử dụng trong các liên kết quang 100G, 200G, 400G đã được điều chỉnh để sử dụng trong các bộ thu phát 25G SFP28. Cải tiến này mang đến sự linh hoạt hơn trong thiết kế mạng và cho phép triển khai 5G bằng cách sử dụng các bộ thu phát LAN-WDM 100G và 200G có sẵn bằng cách sử dụng các bước sóng LAN WDM. 

Bộ ghép kênh phân chia theo bước sóng Metro, cũng như Bộ ghép kênh phân chia theo bước sóng vi quang (MWDM), dựa trên 6 bước sóng của CWDM, được dịch chuyển 3.5nm sang trái và phải để mở rộng thành 12 sóng và là một trong những kế hoạch hiệu quả về chi phí.