Kurze Einführung in die DWDM-Technologie und die DWDM-Systemkomponenten

 Die Telekommunikation macht breiten Gebrauch von optischen Techniken, bei denen die Trägerwelle zum klassischen optischen Bereich gehört. Die Wellenmodulation ermöglicht die Übertragung von analogen oder digitalen Signalen bis zu einigen Gigahertz (GHz) oder Gigabit pro Sekunde (Gbps) auf einem Träger mit sehr hoher Frequenz, typischerweise 186 bis 196 THz. Tatsächlich kann die Bitrate weiter erhöht werden, indem mehrere Trägerwellen verwendet werden, die sich ohne signifikante Wechselwirkung auf einer einzelnen Faser ausbreiten. Es ist offensichtlich, dass jede Frequenz einer anderen Wellenlänge entspricht. Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM) ist für sehr enge Frequenzabstände reserviert. Dieser Blog enthält eine Einführung in die DWDM-Technologie und DWDM-Systemkomponenten. Der Betrieb jeder Komponente wird einzeln besprochen und die gesamte Struktur eines grundlegenden DWDM-Systems wird am Ende dieses Blogs gezeigt.

Einführung in die DWDM-Technologie

Die DWDM-Technologie ist eine Erweiterung des optischen Netzwerks. DWDM-Geräte (Multiplexer oder kurz Mux) kombinieren die Ausgabe mehrerer optischer Sender zur Übertragung über eine einzige Glasfaser. Auf der Empfangsseite trennt ein weiteres DWDM-Gerät (Demultiplexer oder kurz Demux) die kombinierten optischen Signale und leitet jeden Kanal an einen optischen Empfänger weiter. Zwischen DWDM-Geräten wird nur eine Glasfaser verwendet (pro Übertragungsrichtung). Anstatt eine Glasfaser pro Sender- und Empfängerpaar zu benötigen, ermöglicht DWDM, dass mehrere optische Kanäle ein einziges Glasfaserkabel belegen. Wie unten gezeigt, bietet FIBER-MART DWDM Mux/Demux durch die Übernahme hochwertiger AAWG-Gauß-Technologie eine niedrige Einfügungsdämpfung (3,5 dB typisch) und hohe Zuverlässigkeit. Mit der verbesserten Struktur können diese DWDM-Multiplexer und -Demultiplexer eine einfachere Installation bieten.

Ein entscheidender Vorteil von DWDM ist, dass es protokoll- und bitratenunabhängig ist. DWDM-basierte Netzwerke können Daten in IP, ATM, SONET, SDH und Ethernet übertragen. Daher können DWDM-basierte Netzwerke verschiedene Arten von Datenverkehr mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten über einen optischen Kanal übertragen. Sprachübertragung, E-Mail, Video- und Multimediadaten sind nur einige Beispiele für Dienste, die in DWDM-Systemen gleichzeitig übertragen werden können. DWDM-Systeme haben Kanäle mit Wellenlängen, die einen Abstand von 0,4 nm oder 0,8 nm aufweisen.

DWDM ist eine Art von Frequency Division Multiplexing (FDM). Eine grundlegende Eigenschaft von Licht besagt, dass einzelne Lichtwellen unterschiedlicher Wellenlängen unabhängig voneinander innerhalb eines Mediums koexistieren können. Laser sind in der Lage, Lichtimpulse mit einer sehr präzisen Wellenlänge zu erzeugen. Jede einzelne Lichtwellenlänge kann einen anderen Informationskanal darstellen. Durch die Kombination von Lichtimpulsen unterschiedlicher Wellenlängen können viele Kanäle gleichzeitig über eine einzige Faser übertragen werden. Faseroptische Systeme verwenden Lichtsignale im Infrarotband (1 mm bis 750 nm Wellenlänge) des elektromagnetischen Spektrums. Lichtfrequenzen im optischen Bereich des elektromagnetischen Spektrums werden normalerweise anhand ihrer Wellenlänge identifiziert, obwohl die Frequenz (Abstand zwischen Lambdas) eine spezifischere Identifizierung bietet.

DWDM-Systemkomponenten

Ein DWDM-System besteht im Allgemeinen aus fünf Komponenten: Optische Sender/Empfänger, DWDM-Mux/DeMux-Filter, optische Add/Drop-Multiplexer (OADMs), optische Verstärker, Transponder (Wellenlängenwandler).

Optische Sender/Empfänger

Sender werden als DWDM-Komponenten bezeichnet, da sie die Quellsignale liefern, die dann gemultiplext werden. Die Eigenschaften optischer Sender, die in DWDM-Systemen verwendet werden, sind für das Systemdesign sehr wichtig. Als Lichtquellen in einem DWDM-System werden mehrere optische Sender verwendet. Eingehende elektrische Datenbits (0 oder 1) lösen die Modulation eines Lichtstroms aus (z. B. Lichtblitz = 1, Lichtlosigkeit = 0). Laser erzeugen Lichtimpulse. Jeder Lichtimpuls hat eine exakte Wellenlänge (Lambda), ausgedrückt in Nanometern (nm). In einem auf optischen Trägern basierenden System wird ein Strom digitaler Informationen an ein Physical-Layer-Gerät gesendet, dessen Ausgang eine Lichtquelle (eine LED oder ein Laser) ist, die eine Schnittstelle zu einem Glasfaserkabel bildet. Dieses Gerät wandelt das eingehende digitale Signal von der elektrischen (Elektronen) in die optische (Photonen) Form um (Electrical to Optical Conversion, E-O). Elektrische Einsen und Nullen lösen eine Lichtquelle aus, die Licht in den Kern einer optischen Faser blitzt (z. B. Licht = 1, wenig oder kein Licht = 0). Die E-O-Konvertierung ist nicht verkehrsbeeinflussend. Das Format des zugrunde liegenden Digitalsignals bleibt unverändert. Lichtimpulse breiten sich durch Totalreflexion über die optische Faser aus. Am Empfangsende erfasst ein weiterer optischer Sensor (Fotodiode) Lichtimpulse und wandelt das eingehende optische Signal wieder in elektrische Form um. Ein Faserpaar verbindet normalerweise zwei beliebige Geräte (eine Sendefaser, eine Empfangsfaser).

DWDM-Systeme erfordern sehr präzise Lichtwellenlängen, um ohne Zwischenkanalverzerrung oder Übersprechen zu funktionieren. Typischerweise werden mehrere einzelne Laser verwendet, um die einzelnen Kanäle eines DWDM-Systems zu erzeugen. Jeder Laser arbeitet mit einer etwas anderen Wellenlängeth. Moderne Systeme arbeiten mit einem Abstand von 200, 100 und 50 GHz. Neuere Systeme, die 25-GHz-Abstand und 12,5-GHz-Abstand unterstützen, werden untersucht. Im Allgemeinen sind heutzutage auf dem Markt DWDM-Transceiver (DWDM SFP, DWDM SFP+, DWDM XFP usw.) zu finden, die mit 100 und 50 GHz arbeiten.

DWDM-Mux/Demux-Filter

Mehrere Wellenlängen (alle im 1550-nm-Band), die von mehreren Sendern erzeugt werden und auf verschiedenen Fasern arbeiten, werden über einen optischen Filter (Mux-Filter) auf einer Faser kombiniert. Das Ausgangssignal eines optischen Multiplexers wird als zusammengesetztes Signal bezeichnet. Auf der Empfangsseite trennt ein optisches Drop-Filter (DeMux-Filter) alle einzelnen Wellenlängen des zusammengesetzten Signals heraus auf einzelne Fasern. Die einzelnen Fasern geben die gedemultiplexten Wellenlängen an ebenso viele optische Empfänger weiter. Typischerweise sind Mux- und Demux-Komponenten (Senden und Empfangen) in einem einzigen Gehäuse enthalten. Optische Mux/DeMux-Geräte können passiv sein. Komponentensignale werden optisch gemultiplext und demultiplext, nicht elektronisch, daher ist keine externe Stromquelle erforderlich. Die folgende Abbildung zeigt den bidirektionalen DWDM-Betrieb. N Lichtimpulse von N verschiedenen Wellenlängen, die von N verschiedenen Fasern übertragen werden, werden von einem DWDM Mux kombiniert. Die N Signale werden auf ein Glasfaserpaar gemultiplext. Ein DWDM-Demux empfängt das zusammengesetzte Signal und trennt jedes der N Komponentensignale und leitet jedes an eine Faser weiter. Die gesendeten und empfangenen Signalpfeile repräsentieren clientseitige Ausrüstung. Dies erfordert die Verwendung eines Paares optischer Fasern; einer zum Senden, einer zum Empfangen.