Quatro tipos de tecnologia de multiplexação por divisão de comprimento de onda (WDM)

Os componentes básicos do sistema WDM

WDM, multiplexação por divisão de comprimento de onda, é uma tecnologia de comunicação de fibra óptica relativamente avançada. É a tecnologia de transmissão de dados por meio da convergência de múltiplos sinais ópticos de diferentes comprimentos de onda e taxas em diferentes canais ópticos por meio de um combinador e acoplando-os na mesma fibra óptica. Os sinais digitais transportados por esses diferentes comprimentos de onda podem ter a mesma taxa, o mesmo formato ou taxas diferentes e formatos de dados diferentes.

A composição básica do sistema WDM é dividida principalmente em duas formas: transmissão unidirecional de duas fibras e transmissão bidirecional de fibra única. WDM unidirecional significa que todos os caminhos ópticos são transmitidos simultaneamente na mesma direção em uma única fibra. No lado do transmissor, os sinais ópticos sintonizados com diferentes comprimentos de onda contendo várias informações são combinados por meio de um extensor óptico e transmitidos em uma fibra em uma direção. Como cada sinal é transportado por diferentes comprimentos de onda de luz, eles não se misturam. Na extremidade receptora, os sinais ópticos de diferentes comprimentos de onda são separados por multiplexadores ópticos para completar a transmissão de múltiplos sinais ópticos, enquanto a direção oposta é transmitida através de outra fibra óptica.

WDM bidirecional significa que o caminho óptico é transmitido em duas direções diferentes em uma fibra ao mesmo tempo, e os comprimentos de onda usados ​​são separados um do outro para alcançar a comunicação full-duplex entre os dois lados.

O sistema WDM geralmente consiste em quatro partes: transmissor óptico, amplificador de relé óptico, receptor óptico e canal de supervisão óptico.

Em todo o sistema WDM, o multiplexador e o desmultiplexador por divisão de comprimento de onda óptico são os principais componentes da tecnologia WDM e seu desempenho é decisivo para a qualidade de transmissão do sistema. O dispositivo que combina os sinais de diferentes comprimentos de onda da fonte de luz através de uma saída de fibra de transmissão é chamado de multiplexador.

Pelo contrário, o dispositivo que divide o sinal de vários comprimentos de onda da mesma fibra de transmissão em comprimentos de onda individuais é chamado de demultiplexador. Em princípio, o dispositivo é reversível em ambas as direções, ou seja, desde que a saída e a entrada do desmultiplexador estejam invertidas, ele é um multiplexador. Os indicadores de desempenho do multiplexador por divisão de comprimento de onda óptico são principalmente perda de acesso e diafonia, exigindo que a perda e o viés de frequência sejam pequenos, a perda de acesso deve ser inferior a 1.0 ~ 2.5db, a diafonia entre os canais é pequena, o isolamento é grande e o impacto entre diferentes sinais de comprimento de onda é pequeno.

HComo funciona a multiplexação por divisão de comprimento de onda(WDM) Trabalhar?

 

Princípio de funcionamento do WDM

Comprimento de onda x frequência = velocidade da luz (valor constante), então WDM é realmente o mesmo com multiplexação por divisão de frequência.

Para simplificar, podemos pensar em WDM como uma rodovia - onde diferentes tipos de veículos entram e seguem seus caminhos separados quando chegam ao seu destino.

O papel da multiplexação por divisão de comprimento de onda é melhorar a capacidade de transmissão da fibra óptica e a eficiência de utilização dos recursos de fibra óptica. Para que o sistema WDM funcione normalmente, é óbvio que o comprimento de onda (frequência) de cada sinal óptico deve ser controlado. Se o intervalo de comprimento de onda for muito curto, é fácil “travar”; Se o intervalo de comprimento de onda for muito longo, a taxa de utilização será muito baixa.

A tecnologia WDM é muito importante para a expansão e atualização da rede, desenvolvimento de serviços de banda larga, aproveitamento da capacidade de largura de banda de fibra e realização de comunicação de velocidade ultra-alta.

As vantagens da tecnologia WDM

A tecnologia WDM vem se desenvolvendo rapidamente nos últimos anos devido às seguintes vantagens.

(1) Grande capacidade de transmissão, que pode economizar valiosos recursos de fibra. Para um sistema de fibra de comprimento de onda único, é necessário um par de fibras para enviar e receber um sinal, enquanto que para um sistema WDM, apenas um par de fibras é necessário para todo o sistema de multiplexação, independentemente do número de sinais. Por exemplo, para um sistema de dezesseis 2.5 Gb/s, um sistema de fibra de comprimento de onda único requer 32 fibras, enquanto um sistema WDM requer apenas duas fibras.

(2) Transparente para todos os tipos de sinais de serviço, pode transmitir diferentes tipos de sinais, como sinais digitais e sinais analógicos, e pode sintetizá-los e decompô-los.

(3) Não há necessidade de instalar mais fibras ópticas ou usar componentes de rede de alta velocidade durante a expansão da rede. Quaisquer novos serviços podem ser introduzidos ou a capacidade pode ser expandida apenas alterando o terminal e adicionando um comprimento de onda óptico adicional. Portanto, a tecnologia WDM é um meio ideal de expansão.

(4) Construa uma rede óptica dinamicamente reconfigurável e use multiplexadores ópticos add-drop (OADM) ou equipamentos ópticos de conexão cruzada (OXC) nos nós da rede para formar uma rede totalmente óptica altamente flexível, confiável e de alta sobrevivência.

o sistema WDM

Problemas existentes na tecnologia WDM

A rede de transmissão óptica baseada na tecnologia WDM, com função de multiplexação add-drop e função cross-connect, apresenta grandes vantagens como fácil reconfiguração e boa escalabilidade. Tornou-se a tendência de desenvolvimento da rede de transmissão de alta velocidade no futuro. Mas antes que possa ser realizado, os seguintes problemas devem ser resolvidos.

• Gerenciamento de Rede

Atualmente, o gerenciamento de rede do sistema WDM, especialmente aquele com requisitos complexos de caminho para cima/para baixo, ainda é imaturo. Se o sistema WDM não puder realizar um gerenciamento de rede eficaz, será difícil adotá-lo em larga escala na rede. Por exemplo, em termos de gerenciamento de falhas, uma vez que o sistema WDM pode suportar diferentes tipos de sinais de serviço no canal óptico, uma vez que o sistema WDM falhe, o sistema operacional deve ser capaz de detectar a falha a tempo e descobrir a causa da falha. culpa.

Mas até agora, o software de operação e manutenção relevante ainda é imaturo. Em termos de gerenciamento de desempenho, os sistemas WDM usam métodos analógicos para multiplexar e amplificar sinais ópticos, portanto, a taxa de erro de bit comumente usada não é adequada para medir a qualidade dos serviços WDM. Um novo parâmetro deve ser encontrado para medir com precisão a qualidade do serviço prestado pela rede aos usuários. Se esses problemas não forem resolvidos a tempo, eles prejudicarão o desenvolvimento do sistema WDM.

• Interconexão e Intercomunicação

Como o WDM é uma tecnologia nova, seu padrão industrial é relativamente difícil, portanto, a interoperabilidade dos produtos WDM em diferentes negócios é ruim, especialmente no aspecto de gerenciamento de rede de camada superior. Para garantir a implementação em larga escala dos sistemas WDM na rede, é necessário garantir a interoperabilidade entre os sistemas WDM e a interligação e intercomunicação entre os sistemas WDM e os sistemas tradicionais. Portanto, a pesquisa sobre equipamentos de interface óptica deve ser fortalecida.

• Dispositivo Ótico

A imaturidade de alguns dispositivos ópticos importantes, como lasers sintonizáveis, limitará diretamente o desenvolvimento de redes de transmissão óptica. Para algumas grandes empresas operacionais, já é muito complicado lidar com vários lasers diferentes na rede, sem falar em dezenas de sinais ópticos. Na maioria dos casos, são necessários 4 a 6 lasers que podem ser sintonizados em toda a rede para serem usados ​​em uma rede óptica, mas esses lasers sintonizáveis ​​ainda não estão disponíveis comercialmente.

O design do sistema de comunicação é diferente e a largura do espaçamento entre cada comprimento de onda também é diferente. De acordo com os diferentes espaçamentos dos canais, o WDM pode ser subdividido em CWDM (multiplexação por divisão de comprimento de onda grosseiro) e DWDM (multiplexação por divisão de comprimento de onda denso). O espaçamento de canal do CWDM é de 20 nm, enquanto o espaçamento de canal do DWDM é de 0.2 nm a 1.2 nm.

configuração de um laser ajustável

 

CWDM x DWDM

 No início, as condições técnicas eram limitadas e o espaçamento do comprimento de onda seria controlado em dezenas de nanômetros. Este tipo de WDM é denominado Coarse Wavelength Division Multiplexing (CWDM).

Mais tarde, a tecnologia tornou-se cada vez mais avançada e o intervalo de comprimento de onda tornou-se cada vez mais curto. Foi chamado de multiplexação por divisão de comprimento de onda densa (DWDM) quando atingiu um nível dentro de alguns nanômetros.

Além disso, os lasers modulados por CWDM usam lasers não resfriados, enquanto os DWDMs usam lasers resfriados. Lasers resfriados são ajustados por temperatura e lasers não resfriados são ajustados eletronicamente. É difícil e caro implementar o ajuste de temperatura porque a distribuição de temperatura é altamente não uniforme em uma ampla faixa de comprimentos de onda. O CWDM evita essa dificuldade e, portanto, reduz consideravelmente o custo. O custo de todo o sistema CWDM é de apenas 30% do custo do DWDM. O CWDM é obtido combinando comprimentos de onda transmitidos em diferentes fibras em uma fibra para transmissão usando um multiplexador óptico. Na extremidade receptora do link, o demultiplexador é usado para enviar os comprimentos de onda decompostos para diferentes fibras e depois para diferentes receptores.

CWDM tem um espaçamento de comprimento de onda de 20 nm e 18 bandas de onda de 1270 nm a 1610 nm.

Número do comprimento de onda	Comprimento de onda central	Número do comprimento de onda	Comprimento 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

 

No entanto, devido ao aumento óbvio de atenuação nas bandas de onda de 1270nm a 1470nm, muitas fibras ópticas do tipo antigo não podem ser usadas normalmente, então o CWDM geralmente dá prioridade ao uso das 8 bandas de onda de 1470nm a 1610nm. 

CWDM para DWDM

O espaçamento de comprimento de onda do DWDM pode ser de 1.6 nm, 0.8 nm, 0.4 nm e 0.2 nm, que pode acomodar 40/80/160 ondas (até 192 ondas). A faixa de onda do DWDM é de 1525nm a 1565nm (banda C) e 1570nm a 1610nm (banda L).

CWDM para DWDM

DWDM é comumente usado na banda C, com um intervalo de comprimento de onda de 0.4 nm e um intervalo de frequência de canal de 50 GHz.

 

Outras diferenças entre CWDM e DWDM

• CWDM tem uma estrutura mais simples

O sistema CWDM não contém OLA, ou seja, Amplificador de Linha Óptica. Além disso, como o espaçamento do canal CWDM é relativamente grande, não há necessidade de considerar o balanceamento de energia em comparação com o DWDM.

• CWDM consome menos energia

O custo operacional de um sistema de transmissão óptica depende da manutenção do sistema e da potência consumida pelo sistema. Mesmo que os custos de manutenção dos sistemas DWDM e CWDM sejam aceitáveis, o consumo de energia de um sistema DWDM é muito maior do que o de um sistema CWDM. Em sistemas DWDM, com o aumento do número total de comprimentos de onda multiplexados e taxas de transmissão de canal único, a perda de energia e o gerenciamento de temperatura tornaram-se questões-chave no projeto da placa de circuito. Lasers sem coolers são usados ​​em sistemas CWDM, resultando em baixo consumo de energia do sistema, o que é benéfico para os operadores do sistema economizarem dinheiro.

• Dispositivos CWDM tem stamanho físico menor

Os lasers CWDM são muito menores que os lasers DWDM, e os lasers não resfriados geralmente consistem em uma folha de laser e um fotodiodo de monitoramento selado em um recipiente de metal com uma janela de vidro. O tamanho do transmissor a laser DWDM é cerca de cinco vezes o volume do transmissor a laser CWDM. Ou seja, se o volume do transmissor laser DWDM for 100cm³, o volume do laser CWDM sem o cooler é de apenas 20 cm³.

• CWDM tem requisitos mais baixos no meio de transmissão

Quando o DWDM executa os serviços acima 10G, São necessárias fibras ópticas G.655. No entanto, o CWDM não possui requisitos especiais para fibra óptica. As fibras ópticas G.652, G.653 e G.655 podem usar a tecnologia CWDM, portanto, podem fazer muito uso do antigo cabo de fibra óptica instalado anteriormente.

• Comparação de ambientes de aplicativos

  
  A maioria dos DWDM adequados para redes metropolitanas herda as características de redes backbone de longa distância, como conexões lógicas fim-a-fim, topologia inflexível, sem suporte para estrutura de malha e sem adaptação à topologia multilógica complexa e móvel em redes de metrô. O custo do equipamento DWDM para uma rede de backbone de longa distância é muito menor do que o custo de instalação de novas fibras e adição de amplificação óptica. No entanto, no âmbito da rede metropolitana, o custo da rede advém principalmente do custo do equipamento final de acesso e não do custo da linha de transmissão, pelo que o DWDM não apresenta uma grande vantagem em termos de preço. O CWDM realiza multiplexação por divisão de comprimento de onda em toda a faixa de comprimento de onda (1260-1620nm) reduzindo os requisitos de janela para comprimentos de onda. Também reduz muito o custo dos dispositivos ópticos e pode alcançar um desempenho de custo mais alto dentro de 0-80 km.

Uma comparação resumida de CWDM e DWDM

	CWDM	DWDM
Nome completo	Multiplexação por divisão de comprimento de onda grosseira	Multiplexação por divisão de comprimento de onda densa
Intervalo de Onda	20nm em geral	0.8nm / 0.4nm / 0.2nm / 1.6nm
Faixa de Ondas	1270nm para 1610nm	1525 nm a 1565 nm (banda C)
		1570 nm a 1610 nm (banda L)
Números de bandas de ondas	18	40/80/160 (até 192)
Forma de modulação óptica	Laser não resfriado, sintonizado eletronicamente	Laser resfriado, ajustado pela temperatura
Custo	Baixo	Alta
Distância comunicação	Curto (amplificadores ópticos não suportados)	longo
Estrutura	simples	Complexo
Consumo de energia	Baixo	Alta
Tamanho físico	Pequeno	Grande
Requisito para meio de transmissão	Baixo	Alta

 

MWDM x LWDM

Atualmente, a rede 5G está florescendo. Quando os Provedores de Serviços de Comunicações (CSP) constroem uma rede de fronthaul 5G, sempre caem em um dilema: se escolhem o mais ativo WDM com maior eficiência de operação e manutenção, o custo aumentará; Se escolhermos o modo WDM passivo de baixo custo, é difícil melhorar a eficiência de operação e manutenção e não pode atender às necessidades de negócios no futuro. Portanto, os CSPs esperam encontrar uma maneira de implantar uma rede de fronthaul 5G para obter eficiência de custo e operação. Neste caso, nasceu o WDM aberto.

Aplicação de 5G rede fronthaul

O princípio do MWDM (Multiplexação por Divisão de Comprimento de Onda Médio) é focar no uso das primeiras 6 ondas de 25G CWDM, adicionando TEC (Refrigerador Eletrônico Térmico) para controle de temperatura e, em seguida, deslocar os comprimentos de onda de 3.5 nm para a esquerda e para a direita para formar 12 comprimentos de onda. Essa solução pode economizar muitos recursos de fibra.

O piloto da solução fronthaul 5G semi-ativa MWDM na rede existente suporta fortemente a maturidade da tecnologia MWDM e acelerará a comercialização da solução fronthaul 5G semi-ativa.

Todo o fronthaul 5G requer pelo menos 12 canais de comprimento de onda, portanto, as soluções das três principais operadoras visam atingir 12 ondas.

Ao adicionar o controle de temperatura TEC (Thermal Electronic Cooler), os comprimentos de onda esquerdo e direito são deslocados em 3.5 nm para formar 12 comprimentos de onda.

Essa solução não apenas reutiliza a cadeia da indústria CWDM, mas também pode atender à própria demanda da CMCC de 10 km de distância fronthaul e economiza muitos recursos de fibra, o que é um benefício múltiplo.

MWDM: 6 comprimentos de onda aumentam para 12 comprimentos de onda 

Então, sobre LWDM (Lan Wavelength Division Multiplexing), LWDM é multiplexação por divisão de comprimento de onda baseada em canal Ethernet (LAN WDM), com um espaçamento de canal de 200 a 800 GHz, uma faixa entre DWDM (100 GHz, 50 GHz) e CWDM (cerca de 3 THz).

Wavelength	Esquema de aplicação	Cadeia industrial
1269.23	DWL + PIN	/
1273.54	DWL + PIN	Compartilhar cadeia industrial 400G LR8
1277.89	DWL + PIN
1282.26	DWL + PIN
1286.66	DWL + PIN
1291.1	DWL + PIN	/
1295.56	DWL + PIN	Compartilhar cadeia industrial 400G LR4
1300.05	DWL + PIN
1304.58	DWL + PIN
1309.14	DWL + PIN
1313.73	DWL + PIN	/
1318.35	DWL + PIN	/

O DML (Directly Modulated Laser) está na extremidade de transmissão (TOSA) do módulo óptico, e sua contraparte é o EML (Electro-absorb Modulated Laser), que é mais caro. E o PIN se refere ao diodo emissor de luz na extremidade receptora (ROSA) do módulo óptico.

A estrutura interna de um módulo óptico

Cenário de aplicação

Fronthaul 5G é dominado por comprimentos de onda ópticos regulares 25G, declaração da China Mobile na Optical Expo em setembro de 2019: Acreditamos que no cenário CRAN, 25GBiDi é usado principalmente onde há recursos de fibra, e a solução WDM é usada principalmente onde não há recursos de fibra.

No caso do semiativo, uma única estação também possui 12 módulos ópticos: acreditamos que o semiativo tipo A (24 módulos ópticos) é mais caro e não é usado na rede atual, a rede atual do MWDM semi -ativo é usado tipo B, apenas 12 módulos ópticos.

A expansão da frequência móvel e o compartilhamento de telecomunicações (China Telecom e China Unicom compartilham uma rede 5G) trazem demanda de módulos ópticos de 12 estações únicas, CWDM precisa ser expandido para 12 ondas.

O espectro móvel de 2.6 GHz é expandido para 160 MHz e o compartilhamento de telecomunicações é expandido para 200 MHz, portanto, para o tipo de estação 64TRX, a estação única precisa de 12 módulos ópticos. 64TRX, espera-se que a solução de 12 ondas se torne popular, e espera-se que esse tipo de estação responda por 50% a longo prazo.

A solução MWDM é mais cara, porque tem o suporte da China Mobile, portanto, será suportada pela cadeia da indústria, enquanto a LWDM da maturidade da cadeia da indústria, custo e consumo de energia é mais vantajosa em comparação com MWDM, ou se tornará a solução principal para a subsequente construção de 12 ondas.

Resumo

O Fiber Mall se concentra em fornecer soluções de comunicação óptica para clientes, incluindo design, P&D, fabricação e produção personalizada completa. Os principais produtos são transceptores ópticos, cabos DAC e AOC, equipamentos OTN, conectores de fibra óptica, divisor PLC, WDM, placas de rede de fibra óptica, etc. Os produtos são amplamente utilizados em FTTH, data centers, redes 5G e redes de telecomunicações.