Silikatno staklo nije jednako prozirno na svakoj talasnoj dužini. Slabljenje i hromatska disperzija variraju u bliskom-infracrvenom spektru, a opsezi talasnih dužina u kojima gubici dostižu praktične minimume nazivaju se prozori optičkog prenosa.
Fizika iza ovoga je dobro shvaćena. Rayleighovo rasipanje opada kao 1/λ⁴, što znači da se veće talasne dužine raspršuju manje. Infracrvena molekularna apsorpcija, s druge strane, naglo se penje iznad otprilike 1600 nm. Minimum slabljenja nalazi se na mjestu gdje ova dva mehanizma prelaze - blizu 1550 nm. Ta tačka ukrštanja je razlog zašto C-opseg zauzima spektralni položaj koji zauzima. Odvojeno, rezidualni vrh apsorpcije jona OH⁻ blizu 1383 nm je povijesno stvarao mrtvu zonu u spektru, zbog čega O-opseg i S-opseg nisu susjedni.
Sedam ITU{0}}T standardiziranih opsega
| Band | Opseg talasne dužine | Ime |
|---|---|---|
| 850 nm | 810–890 nm | 850 nm opseg |
| O | 1260–1360 nm | Original Band |
| E | 1360–1460 nm | Extended Band |
| S | 1460–1530 nm | Opseg kratke talasne dužine |
| C | 1530–1565 nm | Konvencionalni bend |
| L | 1565–1625 nm | Opseg duge talasne dužine |
| U | 1625–1675 nm | Ultra{0}}opseg duge talasne dužine |
Četiri od njih nose najveći dio komercijalnog saobraćaja: 850 nm, O-opseg, C-opseg i L-opseg. Preostala tri imaju uže uloge.
C{0}}opseg (1530–1565 nm)
C-opseg je okosnica modernog optičkog umrežavanja. Nalazi se na dnu krive slabljenja silicijum dioksida, oko 0,19–0,20 dB/km, a njegov prozor pojačanja je u skladu sa pojačivačima dopiranim erbijem{4}} vlaknima. Ovo poravnanje je slučajnost fizike - da se spektar emisije erbijuma jona u silicijum staklu preklapa sa minimalnim gubitkom vlakana -, ali cijela-industrija transporta na duge udaljenosti zavisi od toga.
| Parametar | Vrijednost |
|---|---|
| Vrsta vlakana | G.652, G.654 single{2}}način |
| Slabljenje | ~0,20 dB/km |
| Amplification | EDFA |
| Kapacitet DWDM kanala | Do 96 kanala na razmaku od 50 GHz |
Tipične implementacije uključuju DWDM dugolinijske-i ultra-duge-kičmene mreže, podmorske kablovske sisteme, 100G/200G/400G/800G koherentni transport i međusobno povezivanje podatkovnih centara u rasponima od 80+ km. Jedan par vlakana u C-pojasu DWDM može prenijeti 40-96 kanala pri 100G ili iznad - ukupnog kapaciteta u desetinama terabita u sekundi.
Spektralna efikasnost na mnogim rutama C-pojasa sada se približava Shanononovom granici jer koherentni DSP ide prema 800G i 1,6T po talasnoj dužini. Kada matematika prestane raditi u vašu korist, praktičan odgovor je aktiviranje kapaciteta L-pojasa na istom vlaknu umjesto pokušaja da se istisne više bitova iz svakog kanala.
O{0}}opseg (1260–1360 nm)
O-opseg je bio prvi prozor koji se komercijalno koristio za jedno-modno vlakno i nastavlja da dominira vezama srednje{2}}dalje. Ključno svojstvo: hromatska disperzija je blizu nule na 1310 nm u standardnom G.652 vlaknu, tačka u kojoj se disperzija materijala i disperzija talasovoda poništavaju. Optički impulsi zadržavaju svoj oblik na udaljenosti bez kompenzacije, što znači da se primopredajnici mogu osloniti na jednostavnije arhitekture direktnog-detekcije - jeftinije i manje snage od koherentnih modula C-pojasa.
| Parametar | Vrijednost |
|---|---|
| Vrsta vlakana | G.652 single{1}}način |
| Slabljenje | ~0,35 dB/km |
| Hromatska disperzija | Blizu nule na 1310 nm |
| Tipičan doseg | 10–40 km bez pojačanja |
Uobičajene primjene: 10G LR, 25G LR, 100G LR4 moduli; metro Ethernet; poslovni WAN i tamna vlakna tačka-do-tačka; PON uzvodno (1310 nm, pretplatnik na OLT); BiDi i CWDM primopredajnici.
Zamjena{0}}je jednostavna. Slabljenje O-opsega na 0,35 dB/km je oko 75% veće od C-opsega, a EDFA ne rade na ovim talasnim dužinama. Preko 40–80 km potreban vam je C{9}}opseg. Unutar metro udaljenosti, O-opseg pobjeđuje u jednostavnosti disperzije i cijeni primopredajnika. Poluprovodnička optička pojačala i koherentni primopredajnici O-opsega su u razvoju i mogli bi dalje povećati upotrebljivi doseg, ali upotreba volumena nije neizbježna.
850 nm opseg
Unutar zgrada i data centara, opseg od 850 nm uparen sa VCSEL izvorima i multimodnim vlaknom upravlja velikom većinom veza kratkog{1}}dohvata. Prigušenje je visoko - oko 2,5–3,5 dB/km -, ali kada je vaš najduži kabl 300 metara, taj broj je nebitan.
| Parametar | Vrijednost |
|---|---|
| Vrsta vlakana | OM3, OM4, OM5 multimode |
| Slabljenje | ~3 dB/km |
| Tipičan doseg | Do 400 m na OM4 pri 100G |
VCSEL-bazirana optika košta znatno manje od DFB-laserskih modula, što je cijela poenta. Server-za-prebacivanje, vrh--reka, okosnica kampusa, 10G/25G/40G/100G SR - sva 850 nm teritorija.
Trend koji je vrijedan praćenja: hiperskalarni podatkovni centri sve više specificiraju jedno-modno vlakno u novim verzijama za podršku 200G i 400G po-traci. Ovo postepeno ulazi u udio od 850 nm na visokom nivou. Ali za ogromnu instaliranu bazu multimodnih vlakana i za{7}}osetljive poslovne mreže, opseg od 850 nm neće uskoro nikuda.
L{0}}Poseg (1565–1625 nm)
L-opseg funkcionira kao preljev C-pojasa. Nudi drugo-najniže slabljenje u standardnim single{4}}modnim vlaknima od otprilike 0,22 dB/km i može se pojačati komercijalno dostupnim EDFA L-pojasa.
| Parametar | Vrijednost |
|---|---|
| Vrsta vlakana | G.652 single{1}}način |
| Slabljenje | ~0,22 dB/km |
| Amplification | L{0}}opseg EDFA |
Dodavanje EDFA L-pojasa i C+L mux/demux na postojećim lokacijama za pojačala otprilike udvostručuje upotrebljivepropusni opseg vlakanana infrastrukturi koja je već u zemlji, uz delić cene novogradnje. Ovo je prva poluga kapaciteta koju operateri povlače kada se C-opseg napuni.
C+L implementacije su sada standardne na glavnim podmorskim sistemima i sve češće na kopnenim rutama-sa velikim prometom. Kombinovani C+L spektar se pomjerio sa lijepog-u-osnovnu liniju planiranja kapaciteta za novu-infrastrukturu za velike udaljenosti, posebno kada se-stope talasne dužine penju na 800G.
Sekundarni bendovi
S{0}}opseg (1460–1530 nm)
Danas je glavna komercijalna upotreba S-opsega PON: GPON i XG-PON koriste 1490 nm za nizvodni saobraćaj od OLT-a do pretplatnika. Osim toga, S-opseg je cilj istraživanja za sljedeću-generaciju S+C+L širokopojasnog DWDM-a. Tulij-dopirana vlaknasta pojačala i Ramanovo pojačanje su kandidatska rješenja za pojačanje, ali ni jedno ni drugo nije ni blizu cijene ili pouzdanosti C/L-pojasa EDFA u proizvodnoj skali. Postoje laboratorijske demonstracije; veliki{12}}komercijalni S-pojasni DWDM ne.
E{0}}Poseg (1360–1460 nm)
Vodeni vrh OH⁻ blizu 1383 nm istorijski je učinio ovaj pojas neupotrebljivim. G.652.D vlakna bez vodenog vrha eliminišu apsorpciju, a slabljenje E-pojasa na ZWP vlaknima zapravo pada ispod nivoa O-pojasa. Problem je instalirana baza: većina vlakana u zemlji u svijetu je naslijeđe G.652.A ili G.652.B sa netaknutim vodenim vrhom. Komercijalni primopredajnici i pojačala E-pojasa i dalje su rijetki. Realno gledano, E-opseg je važan samo u greenfield izgrađenim na ZWP vlaknima gdje je potreban svaki raspoloživi CWDM slot.
U{0}}opseg (1625–1675 nm)
U-opseg ne prenosi prijenos podataka. Njegova jedina funkcija je nadgledanje-iz-pojasnih vlakana. OTDR oprema na talasnim dužinama U-opsega ubrizgava test impulse u živa vlakna, mjereći refleksije, gubitke spajanja, kvalitet konektora i prekide bez prekida aktivnih usluga na drugim opsezima.
Odabir pravog prozora za prijenos
| Requirement | Preporučeni bend | Razlog |
|---|---|---|
| Veza ispod 400 m, multimodna vlakna | 850 nm | Najniža cijena s VCSEL optikom; dovoljan doseg |
| Veza 1–40 km, jedan-način, bez pojačanja | O{0}}opseg (1310 nm) | Blizu{0}}nulte disperzije; jednostavniji dizajn primopredajnika |
| FTTH nizvodno (PON/GPON) | S{0}}opseg (1490 nm) | PON standard za OLT{0}}do-pretplatnika nizvodno |
| Potrebna je veza preko 40 km ili DWDM | C{0}}opseg (1550 nm) | Najmanji gubitak; EDFA kompatibilan; najveća gustina kanala |
| C{0}}opseg na kapacitetu, potrebno je više kanala na postojećem vlaknu | L{0}}bend | Skoro-udvostručuje upotrebljivi spektar uz minimalnu promjenu infrastrukture |
| Praćenje zdravlja vlakana bez ometanja saobraćaja | U-bend | Dijagnostika OTDR-a izvan{0}}-oglasa |
| Više talasnih dužina, metro, bez pojačanja | CWDM preko O+E+S+C+L | razmak od 20 nm; do 18 kanala; niža cijena od DWDM |
Ključna ograničenja odlučivanja
Instalirani tip vlakna
Višemodna vlakna (OM3/OM4) ograničavaju-veze velike brzine na 850 nm. Naslijeđeni G.652.A/B pojedinačni- način rada isključuje E-opseg zbog vodenog vrha. Vlakno koje je već u zemlji je prvo ograničenje - sve ostalo proizlazi iz njega.
Zahtjevi za pojačanje
EDFA rade samo u C i L opsezima. Linkovi koji zahtijevaju optičko pojačanje - općenito preko 80 km - moraju koristiti jedan od ova dva opsega. Proširenje O-opsega preko 40 km znači ili električnu regeneraciju ili-nepojačane koherentne primopredajnike velike snage, što povećava troškove.
Broj kanala i strategija multipleksiranja
CWDM podržava do 18 kanala sa razmakom od 20 nm, bez pojačanja i nižim troškovima po-kanalu. DWDM pakuje 40–{5}} kanala samo u C-opseg (više sa L-pojasom), zahtijeva EDFA i isporučuje daleko veći agregatni kapacitet. CWDM dobro opslužuje većinu metro i poslovnih veza. Okosnica, podmornica i DCI-velikih razmjera zahtijevaju DWDM. Prelazna tačka je otprilike 8-10 kanala ili pojačani rasponi preko 80 km.
Troškovi primopredajnika i proračun snage
850 nm VCSEL optika je najjeftinija. Moduli zasnovani na O-pojasnom DFB-oblasti (LR, LR4) se nalaze u sredini. Koherentni moduli C-pojasa nose najveću cijenu i snagu. Nema tehničke koristi od postavljanja koherentne optike na 10 km metro linka kojim LR modul O-pojasa upravlja bez poteškoća.
Kako WDM koristi Windows za prijenos
Multipleksiranje s podjelom valovadodeljuje različite talasne dužine nezavisnim tokovima podataka i prenosi ih istovremeno preko jednog vlakna. Prozori prijenosa definiraju ukupnopropusni opseg vlakanadostupno za ovo multipleksiranje.
CWDM
Razmak kanala od 20 nm preko O, E, S, C i L opsega. Do 18 kanala. Nije potrebno pojačanje na normalnim udaljenostima metroa. Nehlađeni laseri održavaju niske troškove. Koristi se u mrežama metroa, međusobnom povezivanju centara podataka ispod 80 km i vezama za tamna vlakna preduzeća.
DWDM
Razmak kanala od 100 GHz ili 50 GHz unutar C-opsega, opciono proširen na L-opseg. 40 kanala na 100 GHz ili 96 na 50 GHz, od kojih svaki nosi 100G ili više. EDFA potrebni za duge raspone. Raspoređen na-kičmi, podmorskim kablovima i visokim-propusno vlaknointerconnects.
Izbor između CWDM i DWDM svodi se na kapacitet naspram cijene. CWDM je jeftiniji po kanalu, ali ima najviše 18 kanala bez putanje pojačanja. DWDM košta više, ali se povećava na desetine terabita na jednom paru vlakana.
FAQ
P: Kako da izračunam budžet veze da utvrdim da li je potrebno pojačanje mog raspona vlakana?
O: Budžet veze zbraja sve gubitke između predajnika i prijemnika: slabljenje vlakana po kilometru pomnoženo dužinom raspona, plus gubici u spajanju (obično 0,05–0,1 dB svaki), gubici konektora (oko 0,3–0,5 dB po spojenom paru) i sve margine rezervisane za starenje i popravke2–usu dB). Uporedite ukupan sa budžetom optičke snage vašeg primopredajnika - razliku između snage odašiljanja i osjetljivosti prijemnika. Ako ukupni gubitak premašuje budžet energije, potrebno vam je ili pojačanje (EDFA u C/L-opsegu) ili električna regeneracija.
P: Da li starost vlakana smanjuje performanse prijenosa u različitim opsezima?
O: Da. Tokom godina rada, slabljenje vlakana može se povećati zbog prodiranja vodonika, mikrosavijanja zbog naprezanja kabela i kumulativne izloženosti vlazi. Ovi efekti su -ovisni - dužine talasnih dužina u L-opsegu i U-opsegu imaju tendenciju da budu osjetljiviji na gubitke mikrosavijanja od kraćih talasnih dužina. Osim toga, zastarjela vlakna instalirana prije G.652.D standarda mogu dovesti do pogoršanja OH⁻ vodenog vrha tokom vremena ako dođe do prodora vodonika. Za mreže planirane sa životnim ciklusom od 15-20 godina, vrijedno je uzeti u obzir marginu starenja od 0,02-0,05 dB/km prilikom dizajniranja budžeta veza.
P: Mogu li istovremeno pokrenuti signale C{0}}opsega i O-pojasa na istom vlaknu?
O: Da. Budući da C-opseg (1530–1565 nm) i O-opseg (1260–1360 nm) zauzimaju ne-opsege talasnih dužina koji se ne preklapaju, mogu koegzistirati na jednom vlaknu koristeći širokopojasne WDM spojnice ili razdjelnike pojasa. Tipičan scenario je izvođenje DWDM dugotrajnog-saobraćaja u C-opsegu dok nosi lokalne 10G ili 25G LR veze u O-pojasu na istom vlaknu. Ključni zahtjev je pravilno -filtriranje opsega na svakom kraju kako bi se spriječilo preslušavanje. Ovaj pristup maksimizira korištenje vlakana bez postavljanja dodatnog kabela.
P: Kako temperatura okoline utiče na prijenos vlakana u različitim opsezima?
O: Promjene temperature uzrokuju male pomake u slabljenju vlakana i hromatskoj disperziji. Za slabljenje, efekat je manji u C-opsezima i O-opsezima u normalnim radnim uslovima (–40 stepeni do +70 stepeni), tipično manje od 0,01 dB/km varijacije. Pomaci disperzije mogu biti važni za-koherentne sisteme velike brzine koji rade na 400G ili iznad - nulte-talasne dužine disperzije G.652 vlakna lagano se pomjeraju s temperaturom, što može zahtijevati prilagođavanja DSP kompenzacije. Postrojenja kablova na otvorenom sa velikim temperaturnim kolebanjima to bi trebalo uzeti u obzir u margini sistema, posebno na dugim pojačanim rasponima gdje se akumuliraju male promjene po{13}}km.
P: Koliki je praktični maksimalni broj talasnih dužina koje danas mogu pokrenuti na jednom vlaknu?
O: U proizvodnim mrežama, DWDM sistem C+L opsega sa razmakom kanala od 50 GHz podržava otprilike 160–192 talasne dužine na jednom vlaknu. Sa 400G po kanalu, ovo znači preko 60 Tbps ukupnog kapaciteta po vlaknu. . Za implementaciju CWDM-a, praktični maksimum je 18 kanala u svim opsezima sa razmakom od 20 nm. Stvarni upotrebljivi broj zavisi od vašeg instaliranog tipa vlakna - naslijeđeno vlakno sa vodenim vrhom smanjuje CWDM na oko 8-10 kanala eliminacijom E-utora za opseg.
