Kuituoptisen lähetyksen Windows- ja kuitukaistanleveysopas

Silikalasi ei ole yhtä läpinäkyvä kaikilla aallonpituuksilla. Vaimennus ja kromaattinen dispersio vaihtelevat lähi-infrapunaspektrissä, ja aallonpituusalueita, joilla häviöt saavuttavat käytännön minimit, kutsutaan optisiksi lähetysikkunoksi.

Tämän taustalla oleva fysiikka ymmärretään hyvin. Rayleigh-sironta putoaa arvona 1/λ⁴, mikä tarkoittaa, että pidemmät aallonpituudet siroavat vähemmän. Infrapunamolekyylien absorptio puolestaan ​​nousee jyrkästi noin 1600 nm:n yli. Vaimennusminimi sijoittuu näiden kahden mekanismin risteykseen - lähellä 1550 nm:ää. Tämä risteyskohta on syy siihen, miksi C-kaista sijaitsee spektriasemassaan. Erikseen jäännös-OH⁻-ionien absorptiohuippu lähellä 1383 nm on historiallisesti luonut kuolleen alueen spektriin, minkä vuoksi O-- ja S--kaistat eivät ole vierekkäisiä.

Seitsemän ITU{0}}T:n standardoitua kaistaa

Näistä neljä kuljettaa suurimman osan kaupallisesta liikenteestä: 850 nm, O-kaista, C-kaista ja L-kaista. Loput kolme palvelevat kapeampia rooleja.

C-kaista (1530–1565 nm)

C--kaista on nykyaikaisen optisen verkon selkäranka. Se on piidioksidin vaimennuskäyrän alaosassa, noin 0,19–0,20 dB/km, ja sen vahvistusikkuna on linjassa Erbium-seostettujen kuituvahvistimien kanssa. Tämä kohdistus on fysiikan sattumaa - erbium-ionien emissiospektri piidioksidilasissa sattuu menemään päällekkäin kuituhäviön minimin kanssa -, mutta koko pitkän matkan-kuljetusteollisuus riippuu siitä.

Tyypillisiä käyttöönottoja ovat DWDM-pit-- ja ultra-pitkän matkan-runkoverkot, merenalaiset kaapelijärjestelmät, 100G/200G/400G/800G-koherentti kuljetus ja datakeskusten yhteenliittäminen yli 80+ km:n jännevälillä. Yksi kuitupari C-kaistan DWDM:ssä voi kuljettaa 40–96 kanavaa 100 Gt:n tai yli - kokonaiskapasiteetilla kymmenissä terabiteissä sekunnissa.

Spektritehokkuus monilla C-kaistan reiteillä lähestyy nyt Shannonin rajaa, kun koherentti DSP työntää kohti 800G ja 1,6T aallonpituutta kohti. Kun matematiikka lakkaa toimimasta eduksesi, käytännön vastaus on aktivoida L-kaistan kapasiteetti samassa kuidussa sen sijaan, että yritetään puristaa enemmän bittejä jokaisesta kanavasta.

O-kaista (1260–1360 nm)

O-yhtye oli ensimmäinen ikkuna, jota käytettiin kaupallisesti yksimuotokuituihin-, ja se hallitsee edelleen keski{2}}etäisyyslinkkejä. Keskeinen ominaisuus: kromaattinen dispersio on lähellä nollaa aallonpituudella 1310 nm standardi G.652 kuidussa, jossa materiaalidispersio ja aaltoputkidispersio kumoutuvat. Optiset pulssit säilyttävät muotonsa etäisyyden yli ilman kompensaatiota, mikä tarkoittaa, että lähetin-vastaanottimet voivat luottaa yksinkertaisempiin suoriin-tunnistusarkkitehtuureihin, jotka ovat halvempia ja alhaisempia kuin koherentit C--kaistamoduulit.

Yleiset sovellukset: 10G LR, 25G LR, 100G LR4 moduulit; metro Ethernet; yrityksen WAN ja tummakuitu pisteestä-pisteeseen-; PON ylävirtaan (1310 nm, OLT:n tilaaja); BiDi- ja CWDM-lähetin-vastaanottimet.

Kauppa-on suoraviivainen. O-kaistan vaimennus 0,35 dB/km on noin 75 % korkeampi kuin C--kaista, eivätkä EDFA:t toimi näillä aallonpituuksilla. Yli 40–80 km:n matkalla tarvitset C-kaistan. Metron etäisyyksillä O{11}}yhtye voittaa dispersion yksinkertaisuuden ja lähetin-vastaanottimen hinnan. Puolijohde-optisia vahvistimia ja O--kaistan koherentteja lähetin-vastaanottimia kehitetään, ja ne voivat viedä käyttökelpoista ulottuvuutta pidemmälle, mutta äänenvoimakkuuden käyttöönotto ei ole välitöntä.

850 nm:n kaista

Rakennuksissa ja palvelinkeskuksissa 850 nm:n taajuus, joka on yhdistetty VCSEL-lähteisiin ja monimuotokuituun, käsittelee suurimman osan lyhyen-kattavuuden linkeistä. Vaimennus on korkea - noin 2,5–3,5 dB/km -, mutta kun pisin kaapelisi on 300 metriä, sillä ei ole merkitystä.

VCSEL{0}}-pohjainen optiikka maksaa huomattavasti vähemmän kuin DFB-lasermoduulit, mikä on pääasia. Palvelin-kytkimelle, telineen-yläosa-, kampuksen runkoverkko, 10G/25G/40G/100G SR - kaikilla 850 nm:n alueella.

Seuraamisen arvoinen trendi: hyperscale-palvelinkeskukset määrittävät yhä useammin yksimuotokuitua uusissa rakennuksissa tukemaan 200 Gt ja 400 G-kaistanopeutta. Tämä syö vähitellen 850 nm:n osuutta huippupäässä. Mutta 850 nm:n taajuus ei katoa pian minnekään monimuotokuitujen valtavalle asennetulle kannalle ja kustannus{7}}herkille yritysverkoille.

L-kaista (1565–1625 nm)

L-kaista toimii C--kaistan ylivuotona. Se tarjoaa toiseksi-matalimman vaimennuksen tavallisessa yksimuotokuidussa, noin 0,22 dB/km, ja sitä voidaan vahvistaa kaupallisesti saatavilla L--kaistan EDFA:illa.

L-kaistaisen EDFA:n ja C+L-mux/demuxin lisääminen olemassa oleviin vahvistinpaikkoihin kaksinkertaistaa käyttökelpoisenkuidun kaistanleveysjo maassa olevalla infrastruktuurilla murto-osalla uuden rakennuksen kustannuksista. Tämä on ensimmäinen kapasiteettivipuoperaattori, joka vetää C-kaistan täyttyessä.

C+L-asennukset ovat nyt vakiona suurissa sukellusvenejärjestelmissä ja yhä yleisempiä vilkkaalla{1}}maanliikenteen reiteillä. Yhdistetty C+L-spektri on siirtynyt mukavasta-on-kapasiteetin suunnittelun perustasolle uuden pitkän matkan-infrastruktuurille, etenkin kun aallonpituusnopeus-nousu 800 Gt:iin.

Toissijaiset bändit

S-kaista (1460–1530 nm)

Nykyään S--yhtyeen pääasiallinen kaupallinen käyttötarkoitus on PON: GPON ja XG-PON käyttävät 1490 nm:n taajuutta OLT:lta tilaajille suuntautuvaan alavirtaan. Tämän lisäksi S-kaista on tutkimuskohde seuraavan-sukupolven S+C+L-laajakaistaiselle DWDM:lle. Thulium-seostetut kuituvahvistimet ja Raman-vahvistin ovat kandidaattiratkaisuja, mutta kumpikaan ei ole lähellä C/L-kaistan EDFA-kustannuksia tai luotettavuutta tuotantomittakaavassa. Lab-esittelyjä on olemassa; laajamittainen kaupallinen S-kaista DWDM ei.

E-kaista (1360–1460 nm)

OH⁻-vesihuippu lähellä 1383 nm on historiallisesti tehnyt tästä vyöhykkeestä käyttökelvottoman. G.652.D zero water peak -kuitu eliminoi absorption, ja ZWP-kuidun E--kaistan vaimennus itse asiassa putoaa O--kaistan tason alapuolelle. Ongelmana on asennuskanta: suurin osa maan kuidusta maailmanlaajuisesti on perinteistä G.652.A tai G.652.B, jossa vesihuippu on ehjä. Kaupallisia E--kaistan lähetin- ja vahvistimia on edelleen vähän. Realistisesti E--kaistalla on merkitystä vain ZWP-kuidulle rakennetuissa greenfield-rakenteissa, joissa tarvitaan jokaista saatavilla olevaa CWDM-paikkaa.

U-kaista (1625–1675 nm)

U--kaistalla ei ole dataliikennettä. Sen ainoa tehtävä on-ulko-kaistan kuituvalvonta. U-kaistan aallonpituuksilla OTDR-laitteet ruiskuttavat testipulsseja livekuituihin mittaamalla heijastuksia, liitoshäviöitä, liittimien laatua ja katkoksia keskeyttämättä aktiivisia palveluita muilla kaistoilla.

Oikean lähetysikkunan valinta

Keskeiset päätöksentekorajoitteet

Asennettu kuitutyyppi

Monimuotokuitu (OM3/OM4) rajoittaa{2}}nopeat linkit 850 nm:iin. Vanha G.652.A/B yksi-tila sulkee pois E--kaistan vesihuipun vuoksi. Maassa oleva kuitu on ensimmäinen rajoitus - kaikki muu seuraa siitä.

Vahvistusvaatimus

EDFA:t toimivat vain C- ja L-kaistoilla. Linkkien, jotka vaativat optista vahvistusta - yleensä yli 80 km -, on käytettävä jompaakumpaa näistä kahdesta kaistasta. O-kaistan laajentaminen yli 40 km:n päähän tarkoittaa joko sähkön regenerointia tai suuritehoisia vahvistamattomia koherentteja lähetin-vastaanottimia, jotka molemmat lisäävät kustannuksia.

Kanavien lukumäärä ja multipleksointistrategia

CWDM tukee jopa 18 kanavaa 20 nm:n etäisyydellä, ilman vahvistusta ja pienemmillä kanavakohtaisilla kustannuksilla. DWDM pakkaa 40–96+ kanavaa pelkästään C--kaistalle (enemmän L--kaistalla), vaatii EDFA:t ja tarjoaa paljon suuremman kokonaiskapasiteetin. CWDM palvelee hyvin useimpia metro- ja yritysyhteyksiä. Runkoverkko, sukellusvene ja suuri{10}}DCI vaativat DWDM:ää. Ylityskohta on noin 8–10 kanavaa tai vahvistetut jännevälit yli 80 km.

Lähetin-vastaanottimen kustannukset ja tehobudjetti

850 nm VCSEL-optiikka on halvin. O-kaistan DFB-pohjaiset moduulit (LR, LR4) ovat keskellä. C-kaistan koherenteilla moduuleilla on korkein hinta ja virrankulutus. Ei ole teknistä hyötyä koherentin optiikan käyttöönotosta 10 km:n metroyhteydessä, jota O-kaistainen LR-moduuli käsittelee vaivattomasti.

Kuinka WDM käyttää lähetysikkunoita

Aallonpituusjakoinen multipleksointimäärittää eri aallonpituuksia itsenäisille tietovirroille ja lähettää ne samanaikaisesti yhden kuidun yli. Lähetysikkunat määrittävät kokonaissummankuidun kaistanleveyskäytettävissä tähän multipleksointiin.

CWDM

20 nm kanavaväli O-, E-, S-, C- ja L-kaistojen välillä. Jopa 18 kanavaa. Vahvistusta ei tarvita tavallisilla metromatkoilla. Jäähdyttämättömät laserit pitävät kustannukset alhaisina. Käytetään metroverkoissa, alle 80 km:n datakeskusten yhteenliittämisessä ja yritysten pimeäkuitulinkeissä.

DWDM

100 GHz tai 50 GHz kanavaväli C--kaistalla, valinnaisesti laajennettu L-kaista. 40 100 GHz:n tai 96 50 GHz:n kanaville, joista jokainen kantaa 100 Gt tai enemmän. EDFA:t vaaditaan pitkillä jänteillä. Käytetään pitkän matkan{11}}runkoverkossa, merenalaisissa kaapeleissa ja korkealla{12}}kaistanleveys kuitutoisiinsa.

Valinta CWDM:n ja DWDM:n välillä riippuu kapasiteetista ja kustannuksista. CWDM on halvempi kanavaa kohden, mutta ylittää 18 kanavaa ilman vahvistuspolkua. DWDM maksaa enemmän, mutta skaalautuu kymmeniin terabitteihin yhdellä kuituparilla.