Okna za prenos optičnih vlaken in vodnik za pasovno širino vlaken

Kremenčevo steklo ni enako prozorno na vsaki valovni dolžini. Slabljenje in kromatska disperzija se spreminjata v bližnjem-infrardečem spektru, območja valovnih dolžin, kjer izgube dosežejo praktične minimume, pa imenujemo okna optičnega prenosa.

Fizika za tem je dobro razumljena. Rayleighovo sipanje pade kot 1/λ4, kar pomeni, da se daljše valovne dolžine sipajo manj. Po drugi strani pa se infrardeča molekularna absorpcija močno povzpne čez približno 1600 nm. Minimalna slabitev je tam, kjer se ta dva mehanizma križata - blizu 1550 nm. To presečišče je razlog, da pas C- zaseda spektralni položaj, kot ga ima. Poleg tega je absorpcijski vrh preostalega OH⁻ ionov blizu 1383 nm v preteklosti ustvaril mrtvo območje v spektru, zaradi česar pas O-in S-pas nista sosednja.

Sedem standardiziranih pasov ITU-T

Štirje od teh prenašajo večino komercialnega prometa: 850 nm, O-band, C-band in L-band. Preostali trije imajo ožje vloge.

Pas C- (1530–1565 nm)

Pas C- je hrbtenica sodobnega optičnega omrežja. Nahaja se na dnu krivulje dušenja silicijevega dioksida, okoli 0,19–0,20 dB/km, njegovo okno ojačanja pa se ujema z ojačevalniki vlaken, dopiranih z erbijem-. Ta poravnava je fizikalno naključje - emisijski spekter erbijevih ionov v kremenčevem steklu se slučajno prekriva z najmanjšo izgubo vlaken -, vendar je celotna-industrija prevoza na dolge razdalje odvisna od tega.

Tipične uvedbe vključujejo hrbtenična omrežja na dolge- in ultra{1}}dolge-razdalje DWDM, podmorske kabelske sisteme, 100G/200G/400G/800G koherenten transport in medsebojno povezavo podatkovnih centrov v razponih 80+ km. Posamezen par vlaken v C-pasu DWDM lahko prenese 40–96 kanalov pri 100G ali več - skupne zmogljivosti v desetinah terabitov na sekundo.

Spektralna učinkovitost na številnih C{0}}pasovnih poteh se zdaj približuje Shannonovi meji, saj se koherentni DSP premika proti 800G in 1,6T na valovno dolžino. Ko matematika ne gre več v vašo korist, je praktičen odgovor aktiviranje zmogljivosti pasu L-na istem vlaknu, namesto da bi poskušali iz vsakega kanala iztisniti več bitov.

O-pas (1260–1360 nm)

O-band je bil prvo komercialno uporabljeno okno za eno-optično vlakno in še naprej prevladuje v povezavah na srednje-razdalje. Ključna lastnost: kromatska disperzija je blizu ničle pri 1310 nm v standardnem vlaknu G.652, točki, kjer se disperzija materiala in valovoda izničita. Optični impulzi obdržijo svojo obliko na razdalji brez kompenzacije, kar pomeni, da se oddajniki-sprejemniki lahko zanesejo na enostavnejše arhitekture z neposrednim-zaznavanjem -, cenejše in z manjšo močjo kot koherentni C-pasovni moduli.

Pogoste aplikacije: moduli 10G LR, 25G LR, 100G LR4; metro Ethernet; podjetje WAN in temno optično točko-to-točko; PON navzgor (1310 nm, naročnik OLT); Oddajniki BiDi in CWDM.

Kompromis-je preprost. Dušenje v pasu O- pri 0,35 dB/km je približno 75 % višje kot v pasu C- in EDFA ne delujejo pri teh valovnih dolžinah. Nad 40–80 km potrebujete pas C-. Na metro razdaljah O-band zmaga zaradi preprostosti disperzije in stroškov oddajnika. Polprevodniški optični ojačevalniki in O-pasovni koherentni oddajniki-sprejemniki so v razvoju in bi lahko še povečali uporabni doseg, vendar množična uvedba ni neizbežna.

850 nm pas

Znotraj zgradb in podatkovnih centrov pas 850 nm v kombinaciji z viri VCSEL in večmodnimi vlakni upravlja z veliko večino povezav kratkega-dosega. Dušenje je visoko - okoli 2,5–3,5 dB/km -, a ko je vaš najdaljši kabel 300 metrov, ta številka ni pomembna.

Optika, ki temelji-na VCSEL, stane bistveno manj kot laserski moduli-DFB, kar je bistvo. Strežnik-za-stikalo, vrh-o-omare, hrbtenica kampusa, 10G/25G/40G/100G SR - vse ozemlje 850 nm.

Trend, ki ga je vredno spremljati: podatkovni centri hiperscale vedno pogosteje določajo eno-načinovna vlakna v novih zgradbah za podporo hitrosti 200G in 400G na-pas. To postopoma zmanjšuje delež 850 nm na visokem koncu. Toda za ogromno nameščeno bazo večmodnih vlaken in za-stroškovno občutljiva podjetniška omrežja pas 850 nm ne bo kmalu izginil.

L{0}}pas (1565–1625 nm)

Pas L- deluje kot preliv pasu C-. Ponuja drugo-najnižje dušenje med standardnimi eno-optičnimi vlakni pri približno 0,22 dB/km in ga je mogoče ojačati s komercialno dostopnimi L-pasovnimi EDFA.

Dodajanje L-pasovnih EDFA in C+L mux/demux na obstoječih mestih ojačevalnikov približno podvoji uporabnopasovna širina vlakenna infrastrukturo, ki je že v tleh, za delček stroškov novogradnje. To je prva stopnja zmogljivosti, ki jo operaterji potegnejo, ko se pas C- napolni.

Uvedbe C+L so zdaj standardne na večjih podmorskih sistemih in vse pogostejše na-kopenskih poteh z velikim prometom. Kombinirani spekter C+L se je premaknil iz-to-v izhodišče za načrtovanje zmogljivosti za novo-infrastrukturo za dolge razdalje, zlasti ko se-stopnje valovne dolžine povzpnejo na 800G.

Sekundarni pasovi

S{0}}pas (1460–1530 nm)

Danes je glavna komercialna uporaba pasu S-PON: GPON in XG-PON uporabljata 1490 nm za promet navzdol od OLT do naročnikov. Poleg tega je pas S- raziskovalni cilj za naslednjo-generacijo širokopasovnega DWDM S+C+L. Oplakneni ojačevalniki s-dopiranim tulijem in ramansko ojačanje so možne rešitve za pridobitev moči, vendar nobeden od njiju ni blizu stroškov ali zanesljivosti C/L-pasu EDFA v proizvodnem obsegu. Obstajajo laboratorijske demonstracije; velike{12}}komercialne S{13}}pasovne DWDM ne.

E-pas (1360–1460 nm)

Vodni vrh OH⁻ blizu 1383 nm je zgodovinsko naredil ta pas neuporaben. Vlakno G.652.D brez vodnega vrha odpravi absorpcijo, slabljenje pasu E- na vlaknu ZWP pa dejansko pade pod ravni pasu O-. Težava je v nameščeni bazi: večina vlaken v tleh po vsem svetu je starih G.652.A ali G.652.B z nedotaknjenim vodnim vrhom. Komercialni sprejemniki in oddajniki in ojačevalniki E-pasov so še vedno redki. Realno gledano je pas E - pomemben le v novih zgradbah na vlaknih ZWP, kjer je potrebna vsaka razpoložljiva reža CWDM.

U-pas (1625–1675 nm)

U-band ne prenaša podatkovnega prometa. Njegova edina funkcija je--izvenpasovno spremljanje optičnih vlaken. Oprema OTDR na valovnih dolžinah pasu U- vbrizga testne impulze v živa vlakna, meri odboje, izgube pri spajanju, kakovost konektorjev in prekinitve brez prekinitve aktivnih storitev na drugih pasovih.

Izbira pravega prenosnega okna

Ključne omejitve pri odločitvah

Nameščena vrsta vlaken

Večmodno vlakno (OM3/OM4) omejuje-hitrostne povezave na 850 nm. Podedovani G.652.A/B enojni-način izključuje E-pas zaradi vrha vode. Vlakno že v zemlji je prva omejitev - vse ostalo sledi iz tega.

Zahteva po ojačanju

EDFA delujejo samo v pasovih C in L. Povezave, ki zahtevajo optično ojačanje - običajno nad 80 km - morajo uporabljati enega od teh dveh pasov. Razširitev O-pasu nad 40 km pomeni bodisi električno regeneracijo ali visoko{7}}zmogljive neojačane koherentne sprejemnike, kar oboje poveča stroške.

Število kanalov in strategija multipleksiranja

CWDM podpira do 18 kanalov z razmikom 20 nm, brez ojačanja in nižjo-ceno na kanal. DWDM združuje 40–96+ kanalov samo v pas C- (več z pasom L-), zahteva EDFA in zagotavlja veliko večjo agregatno zmogljivost. Večino podzemnih in poslovnih povezav dobro oskrbuje CWDM. Hrbtenica, podmornica in-DCI velikega obsega zahtevajo DWDM. Točka prehoda je približno 8–10 kanalov ali ojačanih razponov nad 80 km.

Stroški oddajnika in proračun moči

Optika 850 nm VCSEL je najcenejša. O-band DFB-moduli (LR, LR4) se nahajajo na sredini. C-pasovni koherentni moduli imajo najvišjo ceno in porabo energije. Uvedba koherentne optike na 10 km dolgi podzemni povezavi, ki jo brez težav obvlada O-pasovni LR modul, nima nobene tehnične koristi.

Kako WDM uporablja Transmission Windows

Multipleksiranje z delitvijo valovnih dolžindodeljuje različne valovne dolžine neodvisnim podatkovnim tokom in jih hkrati prenaša po enem vlaknu. Okna prenosa določajo skupnopasovna širina vlakenna voljo za to multipleksiranje.

CWDM

Razmik med kanali 20 nm v pasovih O, E, S, C in L. Do 18 kanalov. Na običajnih metro razdaljah ojačitev ni potrebna. Nehlajeni laserji ohranjajo nizke stroške. Uporablja se v podzemnih omrežjih, povezavah podatkovnih centrov pod 80 km in povezavah temnih vlaken podjetij.

DWDM

100 GHz ali 50 GHz razmik med kanali znotraj pasu C-, po izbiri razširjen na kanale L-pas. 40 pri 100 GHz ali 96 pri 50 GHz, od katerih vsak prenaša 100G ali več. EDFA so potrebni za dolge razpone. Nameščen na hrbtenici-na dolge razdalje, podmorskih kablih in visoko-vlakno pasovne širinemedsebojne povezave.

Izbira med CWDM in DWDM se zmanjša na zmogljivost v primerjavi s ceno. CWDM je cenejši na kanal, vendar doseže največ 18 kanalov brez ojačevalne poti. DWDM stane več, vendar obsega na desetine terabitov na enem paru vlaken.