XNUMX種類の波長分割多重（WDM）技術

WDM システムの基本コンポーネント

WDM (波長分割多重化) は、比較的先進的な光ファイバー通信技術です。 異なる波長と速度の複数の光信号をコンバイナを介して異なる光チャネルに集束し、同じ光ファイバに結合することでデータ伝送を行う技術です。 これらの異なる波長によって搬送されるデジタル信号は、同じレート、同じフォーマット、または異なるレートおよび異なるデータ フォーマットにすることができます。

WDMシステムの基本構成は、主にXNUMX心一方向伝送とXNUMX心双方向伝送のXNUMXつに分けられます。 単方向 WDM とは、すべての光パスが XNUMX 本のファイバー上で同じ方向に同時に伝送されることを意味します。 送信機側では、さまざまな情報を含む異なる波長の調整された光信号が光エクステンダーを介して結合され、XNUMX 本のファイバーで一方向に送信されます。 各信号は異なる波長の光で伝送されるため、互いに混同されません。 受信側では、異なる波長の光信号が光マルチプレクサによって分離され、複数の光信号の伝送が完了し、逆方向は別の光ファイバーを介して伝送されます。

双方向 WDM とは、光パスが XNUMX 本のファイバ上で XNUMX つの異なる方向に同時に伝送され、使用される波長が互いに分離されて、両側間で全二重通信が実現されることを意味します。

WDM システムは通常、光送信機、光中継増幅器、光受信機、光監視チャネルの XNUMX つの部分で構成されます。

WDM システム全体において、光波長分割マルチプレクサとデマルチプレクサは WDM 技術の重要なコンポーネントであり、その性能はシステムの伝送品質を決定します。 伝送ファイバー出力を通じて異なる光源波長の信号を結合するデバイスは、マルチプレクサーと呼ばれます。

逆に、同じ伝送ファイバからの多波長信号を個別の波長に分割する装置をデマルチプレクサと呼びます。 原理的に、このデバイスは両方向に可逆的です。つまり、デマルチプレクサの出力と入力が逆である限り、それはマルチプレクサです。 光波長分割マルチプレクサの性能指標は主にアクセス損失とクロストークであり、損失と周波数バイアスが小さいことが要求され、アクセス損失は1.0～2.5db未満である必要があり、チャネル間のクロストークは小さく、アイソレーションは大きく、異なる波長信号間の影響小さいです。

H波長分割多重化のしくみ（WDM） 仕事?

 

WDMの動作原理

波長x周波数=光速（一定値）したがって、WDMは実際には周波数分割多重と同じです。

簡単に言うと、WDMは高速道路と考えることができます。つまり、さまざまな種類の車両が突入し、目的地に到着したときに別々の道を進みます。

波長分割多重の役割は、光ファイバの伝送容量と光ファイバリソースの利用効率を向上させることです。 WDMシステムの場合、正常に動作させるには、各光信号の波長（周波数）を制御する必要があることは明らかです。 波長間隔が短すぎると、「クラッシュ」しやすくなります。 波長間隔が長すぎると、使用率が非常に低くなります。

WDM テクノロジーは、ネットワークの拡張とアップグレード、ブロードバンド サービスの開発、ファイバー帯域幅容量の活用、超高速通信の実現にとって非常に重要です。

WDM テクノロジーの利点

WDM技術は、以下の利点により、近年急速に発展しています。

（1）伝送容量が大きく、貴重なファイバリソースを節約できます。 単一波長ファイバシステムの場合、信号を送受信するために2.5対のファイバが必要ですが、WDMシステムの場合、信号の数に関係なく、多重化システム全体に必要なファイバのペアは32対だけです。 たとえば、XNUMX個のXNUMXGb / sシステムの場合、単一波長ファイバーシステムにはXNUMX本のファイバーが必要ですが、WDMシステムにはXNUMX本のファイバーしか必要ありません。

（2）あらゆる種類のサービス信号に対して透過的であり、デジタル信号やアナログ信号などのさまざまな種類の信号を送信し、それらを合成および分解することができます。

（3）ネットワーク拡張時に、光ファイバーを敷設したり、高速ネットワークコンポーネントを使用したりする必要はありません。 端末を変更し、光波長を追加するだけで、新しいサービスを導入したり、容量を拡張したりできます。 したがって、WDMテクノロジーは拡張の理想的な手段です。

（4）動的に再構成可能な光ネットワークを構築し、ネットワークノードで光アドドロップマルチプレクサ（OADM）または光クロスコネクト機器（OXC）を使用して、柔軟性、信頼性、および存続性の高い全光ネットワークを形成します。

WDMシステム

WDM テクノロジーに存在する問題点

アドドロップ多重化機能とクロスコネクト機能を備えたWDM技術に基づく光伝送ネットワークには、再構成が容易でスケーラビリティが優れているなどの大きな利点があります。 将来的には高速伝送網の発展傾向となっています。 しかし、それを実現する前に、次の問題を解決する必要があります。

• ネットワーク管理

現在、WDMシステムのネットワーク管理、特に複雑なアップ/ダウンパス要件を持つネットワーク管理はまだ未成熟です。 WDMシステムが効果的なネットワーク管理を実行できない場合、ネットワークに大規模に採用することは困難になります。 たとえば、障害管理の観点から、WDMシステムは光チャネルでさまざまなタイプのサービス信号をサポートできるため、WDMシステムに障害が発生すると、オペレーティングシステムは時間内に障害を検出し、原因を特定できる必要があります。障害。

しかし、これまでのところ、関連する運用および保守ソフトウェアはまだ未熟です。 パフォーマンス管理に関しては、WDM システムはアナログ方式を使用して光信号を多重化および増幅するため、一般的に使用されるビット エラー レートは WDM サービスの品質を測定するのには適していません。 ネットワークがユーザーに提供するサービスの品質を正確に測定するには、新しいパラメーターを見つける必要があります。 これらの問題が時間内に解決されなければ、WDM システムの開発の妨げになります。

• 相互接続と相互通信

WDMは新しいテクノロジーであるため、業界標準は比較的粗く、さまざまなビジネスでのWDM製品の相互運用性は、特に上位層のネットワーク管理の面では不十分です。 ネットワークにおけるWDMシステムの大規模な実装を確実にするために、WDMシステム間の相互運用性とWDMシステムと従来のシステム間の相互接続と相互通信を確実にする必要があります。 したがって、光インターフェース機器の研究を強化する必要があります。

• 光デバイス

波長可変レーザーなどのいくつかの重要な光学デバイスの未熟さは、光伝送ネットワークの開発を直接制限します。 一部の大規模な事業会社にとって、ネットワーク内のいくつかの異なるレーザーを扱うことは、数十の光信号は言うまでもなく、すでに非常に難しいことです。 ほとんどの場合、ネットワーク全体で調整できる4〜6個のレーザーを光ネットワークで使用する必要がありますが、このような調整可能なレーザーはまだ市販されていません。

通信システムの設計が異なり、各波長間の間隔幅も異なります。 異なるチャネル間隔に応じて、WDMはCWDM（粗波長分割多重）とDWDM（高密度波長分割多重）に細分できます。 CWDMのチャネル間隔は20nmですが、DWDMのチャネル間隔は0.2nmから1.2nmです。

波長可変レーザーのセットアップ

 

CWDMとDWDM

 当初、技術的条件は限られており、波長間隔は数十ナノメートル以内に制御されていました。 このタイプのWDMは、粗波長分割多重（CWDM）と呼ばれます。

その後、技術はますます高度になり、波長間隔はますます短くなりました。 それが数ナノメートル以内のレベルに達したとき、それは高密度波長分割多重化（DWDM）と呼ばれました。

さらに、CWDM 変調レーザーは非冷却レーザーを使用しますが、DWDM は冷却レーザーを使用します。 冷却レーザーは温度調整され、非冷却レーザーは電子的に調整されます。 温度分布は広範囲の波長にわたって非常に不均一であるため、温度調整を実装することは困難で費用がかかります。 CWDM ではこの問題が回避されるため、コストが大幅に削減されます。 CWDM システム全体のコストは、DWDM のわずか 30% です。 CWDM は、異なるファイバーで伝送される波長を、光マルチプレクサを使用して伝送用の XNUMX つのファイバーに結合することによって実現されます。 リンクの受信側では、デマルチプレクサを使用して、分解された波長を別のファイバに送信し、次に別の受信機に送信します。

CWDM 20nmの波長間隔と18nmから1270nmまでの1610の波長帯を持っています。

波数	中心波長	波数	中心波長
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

 

ただし、波長帯が1270nmから1470nmに明らかに減衰するため、多くの旧型光ファイバは正常に使用できず、CWDMは一般に8nmから1470nmまでの1610つの波長帯の使用を優先します。 

CWDMからDWDMへ

DWDMの波長間隔は1.6nm、0.8nm、0.4nm、および0.2nmで、40/80/160波（最大192波）に対応できます。 DWDMの波長範囲は1525nm〜1565nm（Cバンド）および1570nm〜1610nm（Lバンド）です。

CWDMからDWDMへ

DWDM はCバンドで一般的に使用され、波長間隔は0.4 nm、チャネル周波数間隔は50GHzです。

 

CWDM と DWDM のその他の違い

• CWDMはより単純な構造を持っています

CWDMシステムには、OLA、つまり光回線増幅器は含まれていません。 さらに、CWDMチャネル間隔が比較的大きいため、DWDMと比較して電力バランシングを考慮する必要はありません。

• CWDMはより少ない電力を消費します

光伝送システムの運用コストは、システムのメンテナンスとシステムで消費される電力によって異なります。 DWDMシステムとCWDMシステムの両方の保守コストが許容できる場合でも、DWDMシステムの消費電力はCWDMシステムの消費電力よりもはるかに高くなります。 DWDMシステムでは、多重波長の総数と単一チャネルの伝送速度の増加に伴い、電力損失と温度管理が回路基板設計の重要な問題になっています。 クーラーのないレーザーはCWDMシステムで使用されるため、システムの消費電力が低くなり、システムオペレーターがコストを節約できるので便利です。

• CWDMデバイス 持っているマラーの物理的サイズ

CWDMレーザーはDWDMレーザーよりもはるかに小さく、非冷却レーザーは通常、ガラス窓付きの金属容器に密封されたレーザーシートと監視フォトダイオードで構成されます。 DWDMレーザー送信機のサイズは、CWDMレーザー送信機の約100倍の体積です。 つまり、DWDMレーザー送信機の体積がXNUMXcmの場合³、クーラーなしのCWDMレーザーの体積はわずか20cmです³.

• CWDMは、伝送媒体に対する要件が低くなっています

DWDMが上記のサービスを実行する場合 10G、G.655 光ファイバーが必要です。 ただし、CWDM には光ファイバーに関する特別な要件はありません。 G.652、G.653、および G.655 光ファイバーは CWDM テクノロジーを使用できるため、以前に敷設された古い光ファイバー ケーブルを大いに活用できます。

• アプリケーション環境の比較

  
  メトロネットワークに適したDWDMのほとんどは、エンドツーエンドの論理接続、柔軟性のないトポロジ、メッシュ構造のサポートなし、複雑でモバイルなマルチ論理トポロジへの適応など、長距離バックボーンネットワークの特性を継承しています。メトロネットワーク。 長距離バックボーンネットワーク用のDWDM機器のコストは、新しいファイバを敷設して光増幅を追加するコストよりもはるかに低くなります。 ただし、メトロポリタンエリアネットワークの範囲内では、ネットワークコストは送電線のコストではなく、主にアクセスエンド機器のコストから発生するため、DWDMは価格の面で大きな利点はありません。 CWDMは、波長のウィンドウ要件を削減することにより、全波長範囲（1260〜1620nm）での波長分割多重を実現します。 また、光学デバイスのコストを大幅に削減し、0〜80km以内でより高いコストパフォーマンスを実現できます。

CWDM と DWDM の概要比較

	CWDM	DWDM
フルネーム	粗波長分割多重化	高密度波長分割多重
波の間隔	一般的に20nm	0.8nm / 0.4nm / 0.2nm / 1.6nm
波の範囲	1270nmから1610nm	1525nm〜1565nm（Cバンド）
		1570nm〜1610nm（Lバンド）
波長帯の数	18	40/80/160（最大192）
光変調フォーム	電子的に調整された非冷却レーザー	温度によって調整された冷却レーザー
費用	ロー	ハイ
通信距離	ショート（光増幅器はサポートされていません）	長い
Structure	簡単な拡張で	複雑な
消費電力	ロー	ハイ
物理的なサイズ	S	ビッグ
伝送媒体の要件	ロー	ハイ

 

MWDMとLWDM

今日、5Gネットワ​​ークが開花しています。 通信サービスプロバイダー（CSP）が5Gフロントホールネットワークを構築するとき、彼らは常にジレンマに陥ります。 WDM 運用と保守の効率が高くなると、コストが増加します。 低コストのパッシブWDMモードを選択した場合、運用と保守の効率を向上させることは困難であり、将来のビジネスニーズに対応することはできません。 したがって、CSPは、コストと運用効率の両方を実現するために5Gフロントホールネットワークを展開する方法を見つけることを望んでいます。 この場合、オープンWDMが生まれました。

の応用 5G フロントホールネットワーク

MWDM（Medium Wavelength Division Multiplexing）の原理は、温度制御用のTEC（Thermal Electronic Cooler）を追加し、次に左右に追加することにより、6GCWDMの最初の25波の使用に焦点を当てることです。 off3.5nmの波長を設定して12の波長を形成すると、このソリューションは多くのファイバーリソースを節約できます。

既存のネットワーク上での MWDM セミアクティブ 5G フロントホール ソリューションのパイロットは、MWDM テクノロジーの成熟を強力にサポートし、セミアクティブ 5G フロントホール ソリューションの商用化を加速します。

すべての 5G フロントホールには少なくとも 12 波のチャネルが必要であるため、大手通信事業者 12 社のソリューションはいずれも XNUMX 波の達成を目指しています。

TEC（Thermal Electronic Cooler）温度制御を追加することで、左右の波長を3.5nmずらして12波長を形成します。

このソリューションは、CWDM 業界チェーンを再利用するだけでなく、フロントホール距離 10 km という CMCC 独自の需要にも対応でき、多くのファイバー リソースを節約できるため、複数のメリットがあります。

MWDM：6波長が12波長に増加 

次に、LWDM（Lan Wavelength Division Multiplexing）について、LWDMはイーサネットチャネルベースの波長分割多重（LAN WDM）であり、チャネル間隔は200〜800 GHz、範囲はDWDM（100 GHz、50 GHz）とCWDM（約3 THz）。

波長	アプリケーションスキーム	産業チェーン
1269.23	DWL + PIN	/
1273.54	DWL + PIN	400GLR8業界チェーンを共有する
1277.89	DWL + PIN
1282.26	DWL + PIN
1286.66	DWL + PIN
1291.1	DWL + PIN	/
1295.56	DWL + PIN	400GLR4業界チェーンを共有する
1300.05	DWL + PIN
1304.58	DWL + PIN
1309.14	DWL + PIN
1313.73	DWL + PIN	/
1318.35	DWL + PIN	/

DML（Directly Modulated Laser）は光モジュールの送信端（TOSA）にあり、対応するものはEML（Electro-absorption Modulated Laser）であり、よりコストがかかります。 また、PINは、光モジュールの受信端（ROSA）にある発光ダイオードを指します。

光モジュールの内部構造

適用シナリオ

5G フロントホールは 25G 通常の光波長が主流である、2019 年 25 月の光博覧会でのチャイナ モバイルの声明: CRAN シナリオでは、XNUMXGBiDi は主にファイバー リソースがある場所で使用され、WDM ソリューションは主にファイバー リソースがない場所で使用されると考えています。繊維資源。

セミアクティブの場合、単一ステーションには 12 個の光モジュールもあります。セミアクティブ A タイプ (24 個の光モジュール) はより高価であり、現在のネットワーク、つまり現在の MWDM セミネットワークでは使用されていないと考えられます。 -active は B タイプを使用し、光モジュールは 12 個のみです。

モバイル周波数の拡張と通信共有 (チャイナテレコムとチャイナユニコムは 5G ネットワークを共有) により、単一局 12 個の光モジュールの需要がもたらされ、CWDM を 12 波に拡張する必要があります。

モバイル 2.6GHz スペクトルは 160MHz に拡張され、通信共有は 200MHz に拡張されるため、64TRX ステーション タイプの場合、単一ステーションには 12 個の光モジュールが必要です。 64TRX 局タイプ、12 波ソリューションが主流になると予想され、長期的にはこの局タイプが 50% を占めると予想されます。

MWDM ソリューションは、チャイナ モバイルのサポートを受けているため、よりコストが高くなります。そのため、業界チェーンによってサポートされることになりますが、業界チェーンの成熟度、コスト、消費電力の観点から、LWDM は MWDM と比較して有利であるか、または将来的にはより有利になります。その後の 12 ウェーブ構築の主な解決策。

まとめ

ファイバーモールは、設計、研究開発、製造、ワンストップのカスタマイズ生産など、顧客に光通信ソリューションを提供することに重点を置いています。 主な製品は、光トランシーバー、DAC&AOC ケーブル、OTN 機器、光ファイバー コネクタ、PLC スプリッター、WDM、光ファイバー ネットワーク カードなどです。製品は、FTTH、データ センター、5G ネットワーク、通信ネットワークで広く使用されています。