Okná prenosu optických vlákien a sprievodca šírkou pásma vlákien

Kremičité sklo nie je rovnako transparentné pri každej vlnovej dĺžke. Útlm a chromatická disperzia sa v blízkom -infračervenom spektre líšia a rozsahy vlnových dĺžok, kde straty dosahujú praktické minimá, sa nazývajú optické prenosové okná.

Fyzika za tým je dobre pochopená. Rayleighov rozptyl klesá ako 1/λ⁴, čo znamená, že dlhšie vlnové dĺžky sa rozptyľujú menej. Infračervená molekulárna absorpcia na druhej strane prudko stúpa za hranicu približne 1600 nm. Minimum útlmu je tam, kde sa tieto dva mechanizmy pretínajú - blízko 1550 nm. Tento bod prechodu je dôvodom, prečo pásmo C-zaberá spektrálnu pozíciu, akú má. Samostatne, zvyškový absorpčný vrchol OH⁻ iónov v blízkosti 1383 nm historicky vytvoril mŕtvu zónu v spektre, a preto O-pásmo a S{12}}pásmo nie sú súvislé.

Sedem štandardizovaných pásiem ITU{0}}T

Štyri z nich prenášajú väčšinu komerčnej prevádzky: 850 nm, pásmo O-, C-pásmo a L-pásmo. Zvyšné tri plnia užšie úlohy.

C-pásmo (1530 – 1565 nm)

Pásmo C-je chrbtovou kosťou moderných optických sietí. Nachádza sa v spodnej časti krivky útlmu oxidu kremičitého, okolo 0,19 – 0,20 dB/km, a jeho okno zisku je v súlade so zosilňovačmi s vláknami dopovanými erbiom-. Toto zarovnanie je fyzikálnou zhodou - emisné spektrum iónov erbia v kremičitom skle sa náhodou prekrýva s minimom straty vlákna -, ale závisí od toho celý priemysel diaľkovej dopravy.

Typické nasadenia zahŕňajú chrbticové siete DWDM na dlhé{0}}a ultra{1}}veľké{2}}diaľky, podmorské káblové systémy, koherentnú dopravu 100G/200G/400G/800G a prepojenie dátových centier v rozpätí 80+ km. Jeden pár vlákien v C-pásme DWDM môže prenášať 40 – 96 kanálov s celkovou kapacitou 100 G alebo viac - v desiatkach terabitov za sekundu.

Spektrálna účinnosť na mnohých trasách v C-pásme sa teraz blíži k Shannonovmu limitu, keďže koherentný DSP sa posúva smerom k 800G a 1,6T na vlnovú dĺžku. Keď matematika prestane fungovať vo váš prospech, praktickou reakciou je aktivácia kapacity L-pásma na tom istom vlákne namiesto snahy vytlačiť viac bitov z každého kanála.

O-pásmo (1260 – 1360 nm)

Pásmo O-bolo prvým oknom používaným komerčne pre jedno-režimové vlákno a naďalej dominuje na stredne-vzdialenosti. Kľúčová vlastnosť: chromatická disperzia je takmer nulová pri 1310 nm v štandardnom vlákne G.652, čo je bod, kde sa disperzia materiálu a disperzia vlnovodu rušia. Optické impulzy držia svoj tvar na vzdialenosť bez kompenzácie, čo znamená, že vysielače a prijímače sa môžu spoľahnúť na jednoduchšie architektúry priamej -detekcie - lacnejšie a s nižším výkonom ako koherentné moduly v C-pásme.

Bežné aplikácie: moduly 10G LR, 25G LR, 100G LR4; metro Ethernet; podniková sieť WAN a tmavé vlákno bod-k-bodu; PON upstream (1310 nm, predplatiteľ OLT); BiDi a CWDM transceivery.

Obchod-je jednoduchý. Útlm O-pásma pri 0,35 dB/km je približne o 75 % vyšší ako C-pásmo a EDFA pri týchto vlnových dĺžkach nefungujú. Nad 40 – 80 km potrebujete pásmo C-. V rámci vzdialenosti metra vyhráva O-band jednoduchosť šírenia a cena vysielača a prijímača. Polovodičové optické zosilňovače a koherentné transceivery O{13}}pásma sú vo vývoji a mohli by posunúť využiteľný dosah ďalej, no nasadenie hlasitosti nehrozí.

Pásmo 850 nm

Vo vnútri budov a dátových centier zvláda 850 nm pásmo spárované so zdrojmi VCSEL a multimódovým vláknom veľkú väčšinu prepojení s krátkym-dosahom. Útlm je vysoký - okolo 2,5–3,5 dB/km -, ale keď je dĺžka vášho najdlhšieho kábla 300 metrov, toto číslo je irelevantné.

Optika založená na VCSEL-stojí podstatne menej ako laserové moduly DFB-, o čo ide. Server-na-prepnutie, najvyšší-zo-rack, chrbtica kampusu, 10G/25G/40G/100G SR - celé územie 850 nm.

Trend, ktorý stojí za to sledovať: dátové centrá hyperscale čoraz viac špecifikujú jedno{0}}vlákno v nových zostavách, aby podporovali rýchlosti 200G a 400G na-pruh. To postupne uberá z 850 nm podielu na najvyššom konci. Ale pre obrovskú inštalovanú základňu multimódových optických vlákien a pre nákladovo -citlivé podnikové siete sa pásmo 850 nm tak skoro nikam neposunie.

L-pásmo (1565 – 1625 nm)

L-pásmo funguje ako C-pásmo. Ponúka druhý-najnižší útlm v štandardnom jednom-vlákne s hodnotou približne 0,22 dB/km a možno ho zosilniť pomocou komerčne dostupných L-pásmových EDFA.

Pridanie L-pásmových EDFA a C+L mux/demux do existujúcich zosilňovačov zhruba zdvojnásobí použiteľnosťšírka pásma vláknana infraštruktúre, ktorá je už v zemi, za zlomok ceny novej stavby. Toto je prvá páka, ktorú operátori zatiahnu, keď sa zaplní C-pásmo.

Nasadenie C+L je teraz štandardom na veľkých podmorských systémoch a čoraz bežnejšie na pozemných trasách s vysokou{1}}prevádzkou. Kombinované spektrum C+L sa posunulo z pekného-k-povinnosti na základnú úroveň plánovania kapacity pre novú infraštruktúru na dlhé-trate, najmä v súvislosti s-vlnovou dĺžkou stúpajúcou na 800G.

Sekundárne pásma

S-pásmo (1460 – 1530 nm)

Dnes je hlavné komerčné využitie pásma S{0}}PON: GPON a XG-PON používajú 1490 nm na prenos z OLT k predplatiteľom. Okrem toho, S-band je cieľom výskumu pre ďalšiu-generáciu S+C+L širokopásmového DWDM. Thuliom-dopované vláknové zosilňovače a Ramanove zosilnenie sú kandidátskymi riešeniami zosilnenia, ale ani jedno sa ani zďaleka nepribližuje nákladom alebo spoľahlivosti EDFA v C/L{10}}pásme alebo spoľahlivosti vo výrobnom meradle. Existujú laboratórne demonštrácie; veľké-komerčné S-band DWDM nie.

E-pásmo (1360 – 1460 nm)

Vrchol vody OH⁻ v blízkosti 1383 nm historicky spôsobil, že toto pásmo bolo nepoužiteľné. Vlákno G.652.D s nulovou špičkou vody eliminuje absorpciu a útlm E-pásma na vlákne ZWP v skutočnosti klesne pod úroveň O-pásma. Problém je nainštalovaná základňa: väčšina vlákien v zemi na celom svete je dedičná G.652.A alebo G.652.B s neporušenou vodnou špičkou. Komerčné transceivery a zosilňovače v E-pásme sú stále nedostatočné. Realisticky je E-pásmo dôležité iba na zelenej lúke, ktorá stavia na vlákne ZWP, kde je potrebný každý dostupný slot CWDM.

U-pásmo (1625 – 1675 nm)

Pásmo U-neprenáša žiadnu dátovú prevádzku. Jeho jedinou funkciou je sledovanie mimo--pásmových vlákien. Zariadenia OTDR na vlnových dĺžkach pásma U{5}} vháňajú testovacie impulzy do živého vlákna, pričom merajú odrazy, straty spojov, kvalitu konektorov a prerušenia bez prerušenia aktívnych služieb na iných pásmach.

Výber správneho okna prevodovky

Kľúčové obmedzenia rozhodovania

Typ nainštalovaného vlákna

Multimode vlákno (OM3/OM4) obmedzuje vysokorýchlostné-linky na 850 nm. Legacy G.652.A/B single-režim vylučuje E-pásmo kvôli vodnej špičke. Vlákno, ktoré je už v zemi, je prvým obmedzením - všetko ostatné z neho vyplýva.

Požiadavka na zosilnenie

EDFA fungujú len v pásmach C a L. Spoje vyžadujúce optické zosilnenie - vo všeobecnosti nad 80 km - musia používať jedno z týchto dvoch pásiem. Rozšírenie O-pásma na viac ako 40 km znamená buď elektrickú regeneráciu, alebo vysokovýkonné-koherentné transceivery bez zosilnenia, pričom oboje zvyšuje náklady.

Počet kanálov a stratégia multiplexovania

CWDM podporuje až 18 kanálov s rozstupom 20 nm, bez zosilnenia a s nižšími- nákladmi na kanál. DWDM obsahuje 40 – 96+ kanálov len do C-pásma (viac v L-pásme), vyžaduje EDFA a poskytuje oveľa väčšiu súhrnnú kapacitu. Väčšina prepojení metra a podnikov je dobre obsluhovaná CWDM. Chrbtica, ponorka a veľké{10}}DCI vyžadujú DWDM. Bod prechodu je približne 8–10 kanálov alebo zosilnené rozpätia nad 80 km.

Rozpočet nákladov a energie vysielača a prijímača

850 nm optika VCSEL je najlacnejšia. Moduly založené na -pásme DFB- (LR, LR4) sú v strede. C-pásmové koherentné moduly majú najvyššiu cenu a spotrebu energie. Nasadenie koherentnej optiky na 10-kilometrovej trase metra, ktorú modul O-pásma LR zvláda bez problémov, neprináša žiadne technické výhody.

Ako WDM používa Windows Transmission

Multiplexovanie s delením vlnovej dĺžkypriraďuje rôzne vlnové dĺžky nezávislým dátovým tokom a prenáša ich súčasne cez jedno vlákno. Prenosové okná definujú súčetšírka pásma vláknadostupné pre toto multiplexovanie.

CWDM

20 nm rozostup kanálov v pásmach O, E, S, C a L. Až 18 kanálov. Na bežné vzdialenosti metra nie je potrebné žiadne zosilnenie. Nechladené lasery udržujú náklady nízke. Používa sa v sieťach metra, prepojení dátových centier do 80 km a podnikových tmavých optických linkách.

DWDM

Kanálový rozostup 100 GHz alebo 50 GHz v rámci pásma C-, voliteľne rozšírený na kanály L-pásma. 40 pri 100 GHz alebo 96 pri 50 GHz, pričom každý prenáša 100 G alebo viac. EDFA požadované pre dlhé rozpätia. Nasadené na-ďalekú chrbticu, podmorské káble a vysoké{12}}vlákno so šírkou pásmaprepája.

Voľba medzi CWDM a DWDM závisí od kapacity verzus náklady. CWDM je lacnejší na kanál, ale dosahuje až 18 kanálov bez zosilňovacej cesty. DWDM stojí viac, ale na jednom páre vlákien sa škáluje na desiatky terabitov.