Cuatro tipos de tecnología de multiplexación por división de longitud de onda (WDM)

Los componentes básicos del sistema WDM

WDM, multiplexación por división de longitud de onda, es una tecnología de comunicación de fibra óptica relativamente avanzada. Es la tecnología de transmisión de datos mediante la convergencia de múltiples señales ópticas de diferentes longitudes de onda y velocidades en diferentes canales ópticos a través de un combinador y acoplándolas en la misma fibra óptica. Las señales digitales transportadas por estas diferentes longitudes de onda pueden tener la misma velocidad, el mismo formato o diferentes velocidades y diferentes formatos de datos.

La composición básica del sistema WDM se divide principalmente en dos formas: transmisión unidireccional de dos fibras y transmisión bidireccional de fibra única. WDM unidireccional significa que todas las rutas ópticas se transmiten simultáneamente en la misma dirección en una sola fibra. En el lado del transmisor, las señales ópticas sintonizadas con diferentes longitudes de onda que contienen diversa información se combinan a través de un extensor óptico y se transmiten en una fibra en una dirección. Dado que cada señal es transportada por diferentes longitudes de onda de luz, no se mezclan entre sí. En el extremo receptor, las señales ópticas de diferentes longitudes de onda se separan mediante multiplexores ópticos para completar la transmisión de múltiples señales ópticas, mientras que la dirección opuesta se transmite a través de otra fibra óptica.

WDM bidireccional significa que la ruta óptica se transmite en dos direcciones diferentes en una fibra al mismo tiempo, y las longitudes de onda utilizadas se separan entre sí para lograr una comunicación dúplex completa entre los dos lados.

El sistema WDM generalmente consta de cuatro partes: transmisor óptico, amplificador de relé óptico, receptor óptico y canal de supervisión óptico.

En todo el sistema WDM, el multiplexor y demultiplexor de división de longitud de onda óptica son los componentes clave de la tecnología WDM, y su rendimiento es decisivo para la calidad de transmisión del sistema. El dispositivo que combina las señales de diferentes longitudes de onda de la fuente de luz a través de una salida de fibra de transmisión se denomina multiplexor.

Por el contrario, el dispositivo que divide la señal de múltiples longitudes de onda de la misma fibra de transmisión en longitudes de onda individuales se denomina demultiplexor. En principio, el dispositivo es reversible en ambos sentidos, es decir, mientras la salida y la entrada del demultiplexor estén invertidas, es un multiplexor. Los indicadores de rendimiento del multiplexor de división de longitud de onda óptica son principalmente pérdida de acceso y diafonía, lo que requiere que la pérdida y el sesgo de frecuencia sean pequeños, la pérdida de acceso debe ser inferior a 1.0 ~ 2.5db, la diafonía entre canales es pequeña, el aislamiento es grande y el impacto entre diferentes señales de longitud de onda es pequeño.

H¿Cómo funciona la multiplexación por división de longitud de onda?(WDM) Trabaja?

 

Principio de funcionamiento de WDM

Longitud de onda x frecuencia = velocidad de la luz (valor constante), por lo que WDM es en realidad lo mismo con la multiplexación por división de frecuencia.

En pocas palabras, podemos pensar en WDM como una autopista, donde diferentes tipos de vehículos entran corriendo y luego toman caminos separados cuando llegan a su destino.

La función de la multiplexación por división de longitud de onda es mejorar la capacidad de transmisión de la fibra óptica y la eficiencia de utilización de los recursos de fibra óptica. Para el sistema WDM, para que funcione normalmente, es obvio que se debe controlar la longitud de onda (frecuencia) de cada señal óptica. Si el intervalo de longitud de onda es demasiado corto, es fácil "colapsar"; Si el intervalo de longitud de onda es demasiado largo, la tasa de utilización será muy baja.

La tecnología WDM es muy importante para la expansión y actualización de la red, el desarrollo de servicios de banda ancha, el aprovechamiento de la capacidad de ancho de banda de la fibra y la realización de comunicaciones de ultra alta velocidad.

Las ventajas de la tecnología WDM

La tecnología WDM se ha desarrollado rápidamente en los últimos años debido a las siguientes ventajas.

(1) Gran capacidad de transmisión, que puede ahorrar valiosos recursos de fibra. Para un sistema de fibra de longitud de onda única, se necesita un par de fibras para enviar y recibir una señal, mientras que para un sistema WDM, solo se necesita un par de fibras para todo el sistema de multiplexación, independientemente del número de señales. Por ejemplo, para un sistema de dieciséis 2.5 Gb/s, un sistema de fibra de longitud de onda única requiere 32 fibras, mientras que un sistema WDM requiere solo dos fibras.

(2) Transparente a todo tipo de señales de servicio, puede transmitir diferentes tipos de señales, como señales digitales y señales analógicas, y puede sintetizarlas y descomponerlas.

(3) No es necesario colocar más fibras ópticas ni utilizar componentes de red de alta velocidad durante la expansión de la red. Se pueden introducir nuevos servicios o se puede ampliar la capacidad solo cambiando el terminal y agregando una longitud de onda óptica adicional. Por lo tanto, la tecnología WDM es un medio ideal de expansión.

(4) Cree una red óptica reconfigurable dinámicamente y use multiplexores ópticos de adición y caída (OADM) o equipos ópticos de conexión cruzada (OXC) en los nodos de la red para formar una red totalmente óptica altamente flexible, altamente confiable y con gran capacidad de supervivencia.

el sistema WDM

Problemas existentes en la tecnología WDM

La red de transmisión óptica basada en tecnología WDM, con función de multiplexación add-drop y función de conexión cruzada, tiene grandes ventajas como una fácil reconfiguración y una buena escalabilidad. Se ha convertido en la tendencia de desarrollo de la red de transmisión de alta velocidad en el futuro. Pero antes de que pueda realizarse, deben resolverse los siguientes problemas.

• Gestión de Red

En la actualidad, la gestión de red del sistema WDM, especialmente la que tiene requisitos complejos de ruta ascendente/descendente, aún es inmadura. Si el sistema WDM no puede llevar a cabo una gestión de red eficaz, será difícil adoptarlo a gran escala en la red. Por ejemplo, en términos de gestión de fallas, dado que el sistema WDM puede admitir diferentes tipos de señales de servicio en el canal óptico, una vez que el sistema WDM falla, el sistema operativo debería poder detectar la falla a tiempo y averiguar la causa de la falla. culpa.

Pero hasta ahora, el software de operación y mantenimiento relevante aún está inmaduro. En cuanto a la gestión del rendimiento, los sistemas WDM utilizan métodos analógicos para multiplexar y amplificar las señales ópticas, por lo que la tasa de error de bit comúnmente utilizada no es adecuada para medir la calidad de los servicios WDM. Se debe encontrar un nuevo parámetro para medir con precisión la calidad del servicio que brinda la red a los usuarios. Si estos problemas no se resuelven a tiempo, dificultarán el desarrollo del sistema WDM.

• Interconexión e Intercomunicación

Dado que WDM es una tecnología nueva, su estándar de la industria es relativamente tosco, por lo que la interoperabilidad de los productos WDM en diferentes negocios es deficiente, especialmente en el aspecto de la gestión de red de capa superior. Para asegurar la implementación a gran escala de los sistemas WDM en la red, es necesario asegurar la interoperabilidad entre los sistemas WDM y la interconexión e intercomunicación entre los sistemas WDM y los sistemas tradicionales. Por lo tanto, se debe fortalecer la investigación sobre equipos de interfaz óptica.

• Dispositivo óptico

La falta de madurez de algunos dispositivos ópticos importantes, como los láseres sintonizables, limitará directamente el desarrollo de las redes de transmisión óptica. Para algunas grandes empresas operativas, ya es muy complicado lidiar con varios láseres diferentes en la red, y mucho menos con docenas de señales ópticas. En la mayoría de los casos, se requieren de 4 a 6 láseres que se pueden sintonizar en toda la red para usarse en una red óptica, pero dichos láseres sintonizables aún no están disponibles comercialmente.

El diseño del sistema de comunicación es diferente y el ancho de separación entre cada longitud de onda también es diferente. De acuerdo con los diferentes espacios entre canales, WDM se puede subdividir en CWDM (multiplexación por división de longitud de onda gruesa) y DWDM (multiplexación por división de longitud de onda densa). El espacio entre canales de CWDM es de 20 nm, mientras que el espacio entre canales de DWDM es de 0.2 nm a 1.2 nm.

configuración de un láser sintonizable

 

CWDM frente a DWDM

 Al principio, las condiciones técnicas eran limitadas y el espaciado de longitudes de onda se controlaría en decenas de nanómetros. Este tipo de WDM se denomina Multiplexación por división de longitud de onda aproximada (CWDM).

Más tarde, la tecnología se hizo cada vez más avanzada y el intervalo de longitud de onda se hizo cada vez más corto. Se llamó multiplexación por división de longitud de onda densa (DWDM) cuando alcanzó un nivel dentro de unos pocos nanómetros.

Además, los láseres modulados por CWDM usan láseres no enfriados, mientras que los DWDM usan láseres enfriados. Los láseres enfriados se ajustan a la temperatura y los láseres no enfriados se ajustan electrónicamente. Es difícil y costoso implementar el ajuste de temperatura debido a que la distribución de temperatura es altamente no uniforme en una amplia gama de longitudes de onda. CWDM evita esta dificultad y, por lo tanto, reduce considerablemente el costo. El costo de todo el sistema CWDM es solo el 30% del de DWDM. CWDM se logra mediante la combinación de longitudes de onda transmitidas en diferentes fibras en una sola fibra para la transmisión mediante un multiplexor óptico. En el extremo receptor del enlace, el demultiplexor se usa para enviar las longitudes de onda descompuestas a diferentes fibras y luego a diferentes receptores.

CWDM tiene un espaciado de longitud de onda de 20 nm y 18 bandas de onda de 1270 nm a 1610 nm.

Número de longitud de onda	Longitud de onda central	Número de longitud de onda	Longitud de onda central
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

 

Sin embargo, debido al evidente aumento de la atenuación en las bandas de onda de 1270nm a 1470nm, muchas fibras ópticas de tipo antiguo no se pueden usar normalmente, por lo que CWDM generalmente da prioridad al uso de las 8 bandas de onda de 1470nm a 1610nm. 

CWDM a DWDM

El espaciado de longitud de onda de DWDM puede ser de 1.6 nm, 0.8 nm, 0.4 nm y 0.2 nm, que puede acomodar 40/80/160 ondas (hasta 192 ondas). El rango de onda de DWDM es de 1525nm a 1565nm (banda C) y de 1570nm a 1610nm (banda L).

CWDM a DWDM

DWDM se utiliza comúnmente en la banda C, con un intervalo de longitud de onda de 0.4 nm y un intervalo de frecuencia de canal de 50 GHz.

 

Otras diferencias entre CWDM y DWDM

• CWDM tiene una estructura más simple

El sistema CWDM no contiene OLA, es decir, amplificador de línea óptica. Además, dado que el espacio entre canales CWDM es relativamente grande, no es necesario considerar el equilibrio de potencia en comparación con DWDM.

• CWDM consume menos energía

El costo operativo de un sistema de transmisión óptica depende del mantenimiento del sistema y de la potencia consumida por el sistema. Incluso si los costos de mantenimiento de los sistemas DWDM y CWDM son aceptables, el consumo de energía de un sistema DWDM es mucho mayor que el de un sistema CWDM. En los sistemas DWDM, con el aumento del número total de longitudes de onda multiplexadas y las tasas de transmisión de un solo canal, la pérdida de energía y la gestión de la temperatura se han convertido en cuestiones clave en el diseño de placas de circuitos. Los láseres sin enfriadores se utilizan en los sistemas CWDM, lo que da como resultado un bajo consumo de energía del sistema, lo que es beneficioso para que los operadores del sistema ahorren dinero.

• dispositivos CWDM tener smenor tamaño físico

Los láseres CWDM son mucho más pequeños que los láseres DWDM, y los láseres no enfriados generalmente consisten en una lámina láser y un fotodiodo de monitoreo sellado en un contenedor de metal con una ventana de vidrio. El tamaño del transmisor láser DWDM es aproximadamente cinco veces el volumen del transmisor láser CWDM. Es decir, si el volumen del transmisor láser DWDM es de 100 cm³, el volumen del láser CWDM sin el enfriador es de solo 20 cm³.

• CWDM tiene requisitos más bajos en el medio de transmisión

Cuando DWDM ejecuta servicios anteriores 10G, Se requieren fibras ópticas G.655. Sin embargo, CWDM no tiene requisitos especiales para fibra óptica. Las fibras ópticas G.652, G.653 y G.655 pueden utilizar la tecnología CWDM, por lo que pueden aprovechar mucho el cable de fibra óptica antiguo tendido previamente.

• Comparación de entornos de aplicación

  
  La mayoría de los DWDM aptos para redes metropolitanas heredan las características de las redes troncales de larga distancia, como conexiones lógicas de extremo a extremo, topología inflexible, ausencia de compatibilidad con la estructura de malla y ausencia de adaptación a la topología multilógica compleja y móvil en redes metropolitanas. El costo del equipo DWDM para una red troncal de larga distancia es mucho más bajo que el costo de colocar nuevas fibras y agregar amplificación óptica. Sin embargo, dentro del ámbito de la red de área metropolitana, el costo de la red proviene principalmente del costo del equipo final de acceso más que del costo de la línea de transmisión, por lo que DWDM no tiene una gran ventaja en términos de precio. CWDM realiza la multiplexación por división de longitud de onda en el rango completo de longitud de onda (1260-1620nm) al reducir los requisitos de ventana para longitudes de onda. También reduce en gran medida el costo de los dispositivos ópticos y puede lograr un rendimiento de mayor costo dentro de 0-80 km.

Una comparación resumida de CWDM y DWDM

	CWDM	DWDM
Nombre completo	Multiplexación por división de longitud de onda gruesa	Dense Wavelength Division Multiplexing
Intervalo de onda	20nm en general	0.8nm / 0.4nm / 0.2nm / 1.6nm
Rango de onda	1270nm a 1610nm	1525 nm a 1565 nm (banda C)
		1570 nm a 1610 nm (banda L)
Números de bandas de ondas	18	40/80/160 (hasta 192)
Forma de modulación óptica	Láser sin enfriar, sintonizado electrónicamente	Láser enfriado, ajustado por temperatura
Costo	Baja	Alta
Distancia comunicación	Corto (amplificadores ópticos no compatibles)	Largo
Estructura	sencillos	Complejo
Consumo de energía	Baja	Alta
Tamaño físico	Pequeña	Big
Requisito para el medio de transmisión	Baja	Alta

 

MWDM frente a LWDM

Hoy en día, la red 5G está floreciendo. Cuando los proveedores de servicios de comunicaciones (CSP) construyen una red de fronthaul 5G, siempre caen en un dilema: si eligen el más activo WDM con mayor eficiencia de operación y mantenimiento, el costo aumentará; Si elegimos el modo WDM pasivo de bajo costo, es difícil mejorar la eficiencia de operación y mantenimiento, y no puede satisfacer las necesidades comerciales en el futuro. Por lo tanto, los CSP esperan encontrar una manera de implementar una red fronthaul 5G para lograr eficiencia tanto en costos como en operaciones. En este caso, nació WDM abierto.

Aplicación de 5G red de fronthaul

El principio de MWDM (Multiplexación por División de Longitud de Onda Media) es centrarse en el uso de las primeras 6 ondas de 25G CWDM, agregando TEC (Enfriador Electrónico Térmico) para el control de temperatura, luego desplazar las longitudes de onda de 3.5 nm hacia la izquierda y hacia la derecha para formar 12 longitudes de onda, esta solución puede ahorrar una gran cantidad de recursos de fibra.

El piloto de la solución de fronthaul 5G semiactiva de MWDM en la red existente respalda firmemente la madurez de la tecnología MWDM y acelerará la comercialización de la solución de fronthaul 5G semiactiva.

Todo el fronthaul 5G requiere al menos 12 canales de longitud de onda, por lo que las soluciones de los tres operadores principales apuntan a lograr 12 ondas.

Al agregar el control de temperatura TEC (Thermal Electronic Cooler), las longitudes de onda izquierda y derecha se desplazan 3.5 nm para formar 12 longitudes de onda.

Esta solución no solo reutiliza la cadena industrial CWDM, sino que también puede satisfacer la propia demanda de CMCC de 10 km de distancia de fronthaul y ahorra una gran cantidad de recursos de fibra, lo cual es un beneficio múltiple.

MWDM: 6 longitudes de onda aumentan a 12 longitudes de onda 

Luego, sobre LWDM (Multiplexación por división de longitud de onda Lan), LWDM es multiplexación por división de longitud de onda basada en canales Ethernet (LAN WDM), con un espaciado de canal de 200 a 800 GHz, un rango entre DWDM (100 GHz, 50 GHz) y CWDM (aproximadamente 3 THz).

Longitud de onda	Esquema de aplicación	Cadena industrial
1269.23	DWL + PIN	/
1273.54	DWL + PIN	Comparte la cadena industrial 400G LR8
1277.89	DWL + PIN
1282.26	DWL + PIN
1286.66	DWL + PIN
1291.1	DWL + PIN	/
1295.56	DWL + PIN	Comparte la cadena industrial 400G LR4
1300.05	DWL + PIN
1304.58	DWL + PIN
1309.14	DWL + PIN
1313.73	DWL + PIN	/
1318.35	DWL + PIN	/

El DML (láser modulado directamente) está en el extremo de transmisión (TOSA) del módulo óptico, y su contraparte es el EML (láser modulado por electroabsorción), que es más costoso. Y PIN se refiere al diodo emisor de luz en el extremo receptor (ROSA) del módulo óptico.

La estructura interna de un módulo óptico.

Escenario de aplicación

El fronthaul 5G está dominado por longitudes de onda ópticas regulares de 25G, declaración de China Mobile en la Exposición Óptica de septiembre de 2019: Creemos que en el escenario CRAN, 25GBiDi se usa principalmente donde hay recursos de fibra, y la solución WDM se usa principalmente donde no hay recursos de fibra

En el caso de la semiactiva, una sola estación también tiene 12 módulos ópticos: creemos que la semiactiva tipo A (24 módulos ópticos) es más cara y no se usa en la red actual, la red actual de MWDM semi -Activo se utiliza tipo B, solo 12 módulos ópticos.

La expansión de frecuencia móvil y el uso compartido de telecomunicaciones (China Telecom y China Unicom comparten una red 5G) generan una demanda de 12 módulos ópticos de estación única, CWDM debe expandirse a 12 ondas.

El espectro móvil de 2.6 GHz se amplía a 160 MHz y el uso compartido de telecomunicaciones se amplía a 200 MHz, por lo que para el tipo de estación 64TRX, la estación individual necesita 12 módulos ópticos. Tipo de estación 64TRX, se espera que la solución de 12 ondas se convierta en la corriente principal, y se espera que este tipo de estación represente el 50 % a largo plazo.

La solución MWDM es más costosa porque cuenta con el respaldo de China Mobile, por lo que será compatible con la cadena de la industria, mientras que LWDM debido a la madurez de la cadena de la industria, el costo y el consumo de energía es más ventajoso en comparación con MWDM, o se convertirá en la solución principal para la posterior construcción de 12 ondas.

Resum

Fiber Mall se enfoca en proporcionar soluciones de comunicación óptica para los clientes, incluido el diseño, la I + D, la fabricación y la producción personalizada integral. Los principales productos son transceptores ópticos, cables DAC y AOC, equipos OTN, conectores de fibra óptica, divisores de PLC, WDM, tarjetas de red de fibra óptica, etc. Los productos se utilizan ampliamente en FTTH, centros de datos, redes 5G y redes de telecomunicaciones.