Vier Arten von Wavelength Division Multiplexing (WDM)-Technologie

Die Grundkomponenten des WDM-Systems

WDM (Wellenlängenmultiplex) ist eine relativ fortschrittliche Glasfaser-Kommunikationstechnologie. Dabei handelt es sich um eine Technologie zur Datenübertragung, bei der mehrere optische Signale unterschiedlicher Wellenlänge und Geschwindigkeit in verschiedenen optischen Kanälen über einen Kombinierer zusammengeführt und in dieselbe optische Faser eingekoppelt werden. Die von diesen unterschiedlichen Wellenlängen übertragenen digitalen Signale können dieselbe Rate, dasselbe Format oder unterschiedliche Raten und unterschiedliche Datenformate haben.

Der grundlegende Aufbau des WDM-Systems ist hauptsächlich in zwei Arten unterteilt: unidirektionale Zweifaserübertragung und bidirektionale Einzelfaserübertragung. Unidirektionales WDM bedeutet, dass alle optischen Pfade gleichzeitig in der gleichen Richtung auf einer einzigen Faser übertragen werden. Auf der Senderseite werden die abgestimmten optischen Signale mit unterschiedlichen Wellenlängen, die verschiedene Informationen enthalten, über einen optischen Extender zusammengeführt und in einer Faser in eine Richtung übertragen. Da jedes Signal von unterschiedlichen Lichtwellenlängen getragen wird, werden sie nicht miteinander vermischt. Auf der Empfangsseite werden optische Signale unterschiedlicher Wellenlänge durch optische Multiplexer getrennt, um die Übertragung mehrerer optischer Signale abzuschließen, während die entgegengesetzte Richtung über eine andere optische Faser übertragen wird.

Bidirektionales WDM bedeutet, dass der optische Pfad gleichzeitig in zwei verschiedene Richtungen auf einer Faser übertragen wird und die verwendeten Wellenlängen voneinander getrennt sind, um eine Vollduplex-Kommunikation zwischen den beiden Seiten zu erreichen.

Das WDM-System besteht im Allgemeinen aus vier Teilen: optischem Sender, optischem Relaisverstärker, optischem Empfänger und optischem Überwachungskanal.

Im gesamten WDM-System sind der optische Wellenlängenmultiplexer und -demultiplexer die Schlüsselkomponenten der WDM-Technologie und ihre Leistung ist entscheidend für die Übertragungsqualität des Systems. Das Gerät, das die Signale unterschiedlicher Lichtquellenwellenlängen über einen Übertragungsfaserausgang zusammenführt, wird Multiplexer genannt.

Im Gegensatz dazu wird das Gerät, das das Multiwellenlängensignal von derselben Übertragungsfaser in einzelne Wellenlängen aufteilt, als Demultiplexer bezeichnet. Im Prinzip ist das Gerät in beide Richtungen umkehrbar, d. h. solange Ausgang und Eingang des Demultiplexers vertauscht sind, handelt es sich um einen Multiplexer. Leistungsindikatoren für optische Wellenlängenmultiplexer sind hauptsächlich Zugriffsverlust und Übersprechen. Verlust und Frequenzvorspannung müssen gering sein, der Zugriffsverlust sollte weniger als 1.0 bis 2.5 dB betragen, das Übersprechen zwischen Kanälen ist gering, die Isolation ist groß und die Auswirkungen zwischen Signalen unterschiedlicher Wellenlänge ist klein.

How macht Wavelength Division Multiplexing(WDM) Arbeiten?

 

Funktionsprinzip von WDM

Wellenlänge x Frequenz = Lichtgeschwindigkeit (konstanter Wert), also ist WDM eigentlich dasselbe wie beim Frequenzmultiplex.

Einfach ausgedrückt können wir uns WDM als eine Autobahn vorstellen – auf der verschiedene Arten von Fahrzeugen einfahren und dann getrennte Wege gehen, wenn sie ihr Ziel erreichen.

Die Rolle des Wellenlängenmultiplexens besteht darin, die Übertragungskapazität von Lichtwellenleitern und die Nutzungseffizienz von Lichtwellenleiterressourcen zu verbessern. Damit das WDM-System normal funktioniert, ist es offensichtlich, dass die Wellenlänge (Frequenz) jedes optischen Signals gesteuert werden muss. Wenn das Wellenlängenintervall zu kurz ist, kann es leicht zu einem „Absturz“ kommen; Wenn das Wellenlängenintervall zu lang ist, ist die Nutzungsrate sehr gering.

Die WDM-Technologie ist sehr wichtig für die Erweiterung und Modernisierung von Netzwerken, die Entwicklung von Breitbanddiensten, die Nutzung der Glasfaserbandbreitenkapazität und die Realisierung von Ultrahochgeschwindigkeitskommunikation.

Die Vorteile der WDM-Technologie

Die WDM-Technologie hat sich in den letzten Jahren aufgrund der folgenden Vorteile schnell entwickelt.

(1) Große Übertragungskapazität, die wertvolle Faserressourcen einsparen kann. Für ein Fasersystem mit einer Wellenlänge wird ein Faserpaar benötigt, um ein Signal zu senden und zu empfangen, während für ein WDM-System unabhängig von der Anzahl der Signale nur ein Faserpaar für das gesamte Multiplexsystem benötigt wird. Für ein System mit sechzehn 2.5 Gb/s beispielsweise erfordert ein Fasersystem mit einer einzigen Wellenlänge 32 Fasern, während ein WDM-System nur zwei Fasern benötigt.

(2) Transparent für alle Arten von Dienstsignalen, kann es verschiedene Arten von Signalen übertragen, wie digitale Signale und analoge Signale, und kann sie synthetisieren und zerlegen.

(3) Beim Netzausbau müssen keine weiteren Glasfasern verlegt oder Highspeed-Netzkomponenten eingesetzt werden. Alle neuen Dienste können eingeführt oder die Kapazität erweitert werden, indem nur das Endgerät geändert und eine zusätzliche optische Wellenlänge hinzugefügt wird. Daher ist die WDM-Technologie ein ideales Mittel zur Erweiterung.

(4) Bauen Sie ein dynamisch rekonfigurierbares optisches Netzwerk auf und verwenden Sie optische Add-Drop-Multiplexer (OADM) oder optische Cross-Connect-Geräte (OXC) an Netzwerkknoten, um ein hochflexibles, hochzuverlässiges und äußerst langlebiges rein optisches Netzwerk zu bilden.

das WDM-System

Probleme in der WDM-Technologie

Das auf WDM-Technologie basierende optische Übertragungsnetz mit Add-Drop-Multiplexing-Funktion und Cross-Connect-Funktion hat große Vorteile wie einfache Rekonfiguration und gute Skalierbarkeit. Es ist der Entwicklungstrend des Hochgeschwindigkeitsübertragungsnetzes in der Zukunft geworden. Aber bevor es realisiert werden kann, müssen die folgenden Probleme gelöst werden.

• Netzwerkmanagement

Gegenwärtig ist das Netzwerkmanagement des WDM-Systems, insbesondere dasjenige mit komplexen Up/Down-Pfadanforderungen, noch unausgereift. Wenn das WDM-System kein effektives Netzwerkmanagement ausführen kann, wird es schwierig sein, es in großem Umfang in das Netzwerk aufzunehmen. Da das WDM-System beispielsweise verschiedene Arten von Dienstsignalen auf dem optischen Kanal unterstützen kann, sollte das Betriebssystem in Bezug auf das Fehlermanagement in der Lage sein, den Fehler rechtzeitig zu erkennen und die Ursache dafür herauszufinden, sobald das WDM-System ausfällt Fehler.

Doch bisher ist die entsprechende Betriebs- und Wartungssoftware noch unausgereift. In Bezug auf das Performance-Management verwenden WDM-Systeme analoge Verfahren zum Multiplexen und Verstärken optischer Signale, sodass die allgemein verwendete Bitfehlerrate nicht geeignet ist, um die Qualität von WDM-Diensten zu messen. Es muss ein neuer Parameter gefunden werden, um die Servicequalität, die das Netzwerk den Benutzern bietet, genau zu messen. Wenn diese Probleme nicht rechtzeitig gelöst werden, werden sie die Entwicklung des WDM-Systems behindern.

• Verbindung und Kommunikation

Da es sich bei WDM um eine neue Technologie handelt, ist ihr Industriestandard relativ grob, sodass die Interoperabilität von WDM-Produkten in verschiedenen Unternehmen schlecht ist, insbesondere im Hinblick auf die Netzwerkverwaltung der oberen Schicht. Um die groß angelegte Implementierung von WDM-Systemen in dem Netzwerk sicherzustellen, ist es notwendig, die Interoperabilität zwischen WDM-Systemen und die Verbindung und Interkommunikation zwischen WDM-Systemen und herkömmlichen Systemen sicherzustellen. Daher sollte die Forschung an optischen Schnittstellengeräten verstärkt werden.

• Optisches Gerät

Die Unreife einiger wichtiger optischer Geräte wie abstimmbarer Laser wird die Entwicklung optischer Übertragungsnetze direkt einschränken. Für einige große Betreiberunternehmen ist es bereits sehr schwierig, mit mehreren verschiedenen Lasern im Netzwerk umzugehen, geschweige denn mit Dutzenden von optischen Signalen. In den meisten Fällen werden für den Einsatz in einem optischen Netzwerk 4 bis 6 im gesamten Netzwerk durchstimmbare Laser benötigt, aber solche durchstimmbaren Laser sind noch nicht kommerziell erhältlich.

Das Design des Kommunikationssystems ist unterschiedlich, und die Abstandsbreite zwischen den einzelnen Wellenlängen ist ebenfalls unterschiedlich. Entsprechend der unterschiedlichen Kanalabstände kann WDM in CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing) und DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) unterteilt werden. Der Kanalabstand von CWDM beträgt 20 nm, während der Kanalabstand von DWDM 0.2 nm bis 1.2 nm beträgt.

Aufbau eines durchstimmbaren Lasers

 

CWDM vs. DWDM

 Zunächst waren die technischen Bedingungen begrenzt und der Wellenlängenabstand sollte innerhalb von mehreren zehn Nanometern kontrolliert werden. Diese Art von WDM wird als Coarse Wavelength Division Multiplexing (CWDM) bezeichnet.

Später wurde die Technologie immer fortschrittlicher und das Wellenlängenintervall wurde immer kürzer. Es wurde Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM) genannt, als es ein Niveau innerhalb weniger Nanometer erreichte.

Außerdem verwenden CWDM-modulierte Laser ungekühlte Laser, während DWDMs gekühlte Laser verwenden. Gekühlte Laser werden temperaturabgestimmt und ungekühlte Laser werden elektronisch abgestimmt. Es ist schwierig und teuer, eine Temperaturabstimmung zu implementieren, da die Temperaturverteilung über einen weiten Bereich von Wellenlängen sehr ungleichmäßig ist. CWDM vermeidet diese Schwierigkeit und reduziert somit die Kosten erheblich. Die Kosten des gesamten CWDM-Systems betragen nur 30 % der Kosten für DWDM. CWDM wird erreicht, indem Wellenlängen, die in verschiedenen Fasern übertragen werden, in einer Faser zur Übertragung unter Verwendung eines optischen Multiplexers kombiniert werden. Am Empfangsende der Verbindung wird der Demultiplexer verwendet, um die zerlegten Wellenlängen an verschiedene Fasern und dann an verschiedene Empfänger zu senden.

CWDM hat einen Wellenlängenabstand von 20 nm und 18 Wellenbänder von 1270 nm bis 1610 nm.

Wellenlängenzahl	Zentrale Wellenlänge	Wellenlängenzahl	Zentrale Wellenlänge
1	1471	10	1291
2	1491	11	1311
3	1511	12	1331
4	1531	13	1351
5	1551	14	1371
6	1571	15	1391
7	1591	16	1411
8	1611	17	1431
9	1271	18	1451

 

Aufgrund der offensichtlichen Dämpfungserhöhung in den Wellenbändern von 1270nm bis 1470nm können viele Glasfasern alten Typs jedoch nicht normal verwendet werden, sodass CWDM im Allgemeinen der Verwendung der 8 Wellenbänder von 1470nm bis 1610nm den Vorrang gibt. 

CWDM zu DWDM

Der Wellenlängenabstand von DWDM kann 1.6 nm, 0.8 nm, 0.4 nm und 0.2 nm betragen, was 40/80/160 Wellen (bis zu 192 Wellen) aufnehmen kann. Der Wellenbereich von DWDM beträgt 1525 nm bis 1565 nm (C-Band) und 1570 nm bis 1610 nm (L-Band).

CWDM zu DWDM

DWDM wird üblicherweise im C-Band mit einem Wellenlängenintervall von 0.4 nm und einem Kanalfrequenzintervall von 50 GHz verwendet.

 

Weitere Unterschiede zwischen CWDM und DWDM

• CWDM hat eine einfachere Struktur

CWDM-System enthält kein OLA, nämlich Optical Line Amplifier. Da der CWDM-Kanalabstand relativ groß ist, muss außerdem im Vergleich zu DWDM kein Leistungsausgleich berücksichtigt werden.

• CWDM verbraucht weniger Strom

Die Betriebskosten eines optischen Übertragungssystems hängen von der Wartung des Systems und der vom System verbrauchten Leistung ab. Auch wenn die Wartungskosten sowohl von DWDM- als auch von CWDM-Systemen akzeptabel sind, ist der Stromverbrauch eines DWDM-Systems viel höher als der eines CWDM-Systems. In DWDM-Systemen sind mit der Zunahme der Gesamtzahl gemultiplexter Wellenlängen und Einkanal-Übertragungsraten Leistungsverlust und Temperaturmanagement zu Schlüsselthemen im Leiterplattendesign geworden. Laser ohne Kühler werden in CWDM-Systemen verwendet, was zu einem geringen Stromverbrauch des Systems führt, was für Systembetreiber vorteilhaft ist, um Geld zu sparen.

• CWDM-Geräte habe skleinere körperliche Größe

CWDM-Laser sind viel kleiner als DWDM-Laser, und ungekühlte Laser bestehen im Allgemeinen aus einer Laserfolie und einer Überwachungsfotodiode, die in einem Metallbehälter mit einem Glasfenster versiegelt sind. Die Größe des DWDM-Lasersenders beträgt etwa das fünffache Volumen des CWDM-Lasersenders. Das heißt, wenn das Volumen des DWDM-Lasersenders 100 cm beträgt³, das Volumen des CWDM-Lasers ohne Kühler beträgt nur 20 cm³.

• CWDM hat geringere Anforderungen an das Übertragungsmedium

Wenn DWDM die oben genannten Dienste ausführt 10G, G.655 Glasfasern sind erforderlich. CWDM stellt jedoch keine besonderen Anforderungen an Glasfaser. G.652-, G.653- und G.655-Glasfasern können die CWDM-Technologie verwenden, sodass sie das zuvor verlegte alte Glasfaserkabel stark nutzen können.

• Vergleich von Anwendungsumgebungen

  
  Die meisten für Metro-Netzwerke geeigneten DWDM erben die Eigenschaften von Langstrecken-Backbone-Netzwerken, wie z U-Bahn-Netze. Die Kosten für DWDM-Ausrüstung für ein Langstrecken-Backbone-Netzwerk sind viel niedriger als die Kosten für das Verlegen neuer Fasern und das Hinzufügen optischer Verstärkung. Im Rahmen des Metropolbereichsnetzes ergeben sich die Netzkosten jedoch hauptsächlich aus den Kosten des Zugangsendgeräts und nicht aus den Kosten der Übertragungsleitung, sodass DWDM keinen großen Preisvorteil hat. CWDM realisiert Wellenlängenmultiplexing im vollen Wellenlängenbereich (1260–1620 nm), indem die Fensteranforderungen für Wellenlängen reduziert werden. Es reduziert auch die Kosten optischer Geräte erheblich und kann innerhalb von 0-80 km eine höhere Kostenleistung erzielen.

Ein zusammenfassender Vergleich von CWDM und DWDM

	CWDM	DWDM
Name	Multiplexing mit grober Wellenlängenteilung	Dichtes Wellenlängen-Multiplexing
Wellenintervall	20 nm im Allgemeinen	0.8nm / 0.4nm / 0.2nm / 1.6nm
Wellenbereich	1270nm zu 1610nm	1525 nm bis 1565 nm (C-Band)
		1570 nm bis 1610 nm (L-Band)
Anzahl der Wellenbereiche	18	40/80/160 (bis 192)
Optische Modulationsform	Ungekühlter Laser, elektronisch abgestimmt	Gekühlter Laser, temperaturabgestimmt
Kosten	Sneaker	High
Kommunikation Entfernung	Kurz (Optische Verstärker werden nicht unterstützt)	Lang
Struktur	Einfacher	Complex
Energieverbrauch	Sneaker	High
Physische Größe	Klein	Big
Anforderung an Übertragungsmedium	Sneaker	High

 

MWDM vs. LWDM

Heutzutage blüht das 5G-Netz auf. Wenn die Communications Service Provider (CSP) ein 5G-Fronthaul-Netz aufbauen, geraten sie immer in ein Dilemma: Wenn sie sich für das Aktivere entscheiden WDM mit höherer Betriebs- und Wartungseffizienz steigen die Kosten; Wenn wir den kostengünstigen passiven WDM-Modus wählen, ist es schwierig, die Betriebs- und Wartungseffizienz zu verbessern, und er kann die zukünftigen Geschäftsanforderungen nicht erfüllen. Daher hoffen CSPs, einen Weg zu finden, ein 5G-Fronthaul-Netzwerk bereitzustellen, um sowohl Kosten- als auch Betriebseffizienz zu realisieren. In diesem Fall wurde Open WDM geboren.

Anwendung 5G Fronthaul-Netzwerk

Das Prinzip von MWDM (Medium Wavelength Division Multiplexing) besteht darin, sich auf die Verwendung der ersten 6 Wellen von 25G CWDM zu konzentrieren, indem TEC (Thermal Electronic Cooler) zur Temperaturkontrolle hinzugefügt wird, dann links und rechts offWenn Sie 3.5 nm Wellenlängen auf 12 Wellenlängen einstellen, kann diese Lösung viele Faserressourcen sparen.

Das Pilotprojekt der semiaktiven MWDM-5G-Fronthaul-Lösung im bestehenden Netzwerk unterstützt nachdrücklich die Reife der MWDM-Technologie und wird die Kommerzialisierung der semiaktiven 5G-Fronthaul-Lösung beschleunigen.

Jeder 5G-Fronthaul erfordert mindestens 12 Wellenlängenkanäle, daher zielen die Lösungen der drei großen Betreiber alle darauf ab, 12 Wellen zu erreichen.

Durch Hinzufügen einer TEC-Temperaturregelung (Thermal Electronic Cooler) werden die linken und rechten Wellenlängen um 3.5 nm verschoben, um 12 Wellenlängen zu bilden.

Diese Lösung nutzt nicht nur die CWDM-Industriekette wieder, sondern kann auch CMCCs eigenen Bedarf an einer Fronthaul-Distanz von 10 km erfüllen und viele Glasfaserressourcen einsparen, was einen mehrfachen Vorteil darstellt.

MWDM: 6 Wellenlängen erhöhen sich auf 12 Wellenlängen 

Dann über LWDM (Lan Wavelength Division Multiplexing), LWDM ist Ethernet-Kanal-basiertes Wellenlängen-Multiplexing (LAN WDM), mit einem Kanalabstand von 200 bis 800 GHz, einem Bereich zwischen DWDM (100 GHz, 50 GHz) und CWDM (ca THz).

Wellenlänge	Anwendungsschema	Industriekette
1269.23	DWL+PIN	/
1273.54	DWL+PIN	Teilen Sie die 400G LR8-Branchenkette
1277.89	DWL+PIN
1282.26	DWL+PIN
1286.66	DWL+PIN
1291.1	DWL+PIN	/
1295.56	DWL+PIN	Teilen Sie die 400G LR4-Branchenkette
1300.05	DWL+PIN
1304.58	DWL+PIN
1309.14	DWL+PIN
1313.73	DWL+PIN	/
1318.35	DWL+PIN	/

DML (Directly Modulated Laser) befindet sich am sendenden Ende (TOSA) des optischen Moduls, und sein Gegenstück ist der EML (Electro-Absorption Modulated Laser), der teurer ist. Und PIN bezieht sich auf die Leuchtdiode am Empfangsende (ROSA) des optischen Moduls.

Der innere Aufbau eines optischen Moduls

Anwendungsszenario

5G-Fronthaul wird von 25G regulären optischen Wellenlängen dominiert, so die Aussage von China Mobile auf der Optical Expo im September 2019: Wir glauben, dass im CRAN-Szenario 25GBiDi hauptsächlich dort verwendet wird, wo Glasfaserressourcen vorhanden sind, und die WDM-Lösung hauptsächlich dort, wo keine vorhanden sind Faserressourcen.

Im Fall des Semi-Aktivs verfügt eine einzelne Station auch über 12 optische Module: Wir glauben, dass der semi-aktive A-Typ (24 optische Module) teurer ist und im aktuellen Netzwerk, dem aktuellen MWDM-Semi-Netzwerk, nicht verwendet wird -Aktiv wird Typ B verwendet, nur 12 optische Module.

Die Erweiterung der Mobilfunkfrequenzen und die gemeinsame Nutzung von Telekommunikationsnetzen (China Telecom und China Unicom teilen sich ein 5G-Netzwerk) führen zu einer Nachfrage nach 12 optischen Modulen für einzelne Stationen, CWDM muss auf 12 Wellen erweitert werden.

Das mobile 2.6-GHz-Spektrum wird auf 160 MHz erweitert, und die Telekommunikationsfreigabe wird auf 200 MHz erweitert, sodass für den Stationstyp 64TRX eine einzelne Station 12 optische Module benötigt. Beim Stationstyp 64TRX wird erwartet, dass die 12-Wellen-Lösung zum Mainstream wird und dieser Stationstyp langfristig voraussichtlich 50 % ausmachen wird.

Die MWDM-Lösung ist teurer, da sie von China Mobile unterstützt wird und daher von der Industriekette unterstützt wird, während LWDM im Vergleich zu MWDM hinsichtlich der Reife der Industriekette, der Kosten und des Stromverbrauchs vorteilhafter ist oder werden wird die Hauptlösung für den späteren 12-Wellen-Aufbau.

Zusammenfassung

Fiber Mall konzentriert sich auf die Bereitstellung optischer Kommunikationslösungen für Kunden, einschließlich Design, Forschung und Entwicklung, Fertigung und kundenspezifischer Produktion aus einer Hand. Die Hauptprodukte sind optische Transceiver, DAC- und AOC-Kabel, OTN-Geräte, Glasfaserstecker, PLC-Splitter, WDM, Glasfaser-Netzwerkkarten usw. Die Produkte werden häufig in FTTH, Rechenzentren, 5G-Netzwerken und Telekommunikationsnetzen eingesetzt.