Multiplexing af bølgelængde

Den multipleksede bølgelængde , ofte kaldet WDM ( Wavelength Division Multiplexing English), er en teknik, der anvendes i optisk kommunikation, som kan øge hastigheden over en fiberoptik ved at køre adskillige signaler bølgelængder på en enkelt fiber og blande dem ved indgangen ved hjælp af en multiplexer ( Mux) og adskille dem ved output ved hjælp af en demultiplexer (deMux).

For at forenkle forholdene involverer dette flere "farver" samtidigt gennem en fiber - eller oftere et par fibre (transmission / modtagelse). Disse "farver" er synlige separat i hver ende, men cirkulerer i koncert på mediet. Hver “farve” udgør derefter et separat og uafhængigt netværksforbindelse set fra de enheder, der bruger den.

Princip

For at være i stand til at multiplexere flere optiske kilder skal deres bølgelængde først modificeres ved hjælp af specifikt udstyr: transceivere eller transpondere .

Hver informationsstrømmen er kodet på en bærer ved amplitude eller fase modulation , som for en transmission på standard optisk fiber.

Demultiplexeringsudstyr er generelt passivt udstyr af diffraktionsgittertypen . De fungerer som filtre ved at vælge signalet i et givet bølgelængdeområde.

Bølgelængdemultiplexering på en fiber udnytter fiberens båndbredde bedre , det er en økonomisk løsning, der gør det muligt at maksimere kapaciteten af denne.

Kanaler kan identificeres, enten ved optisk bærerfrekvens eller ved bølgelængde , idet de to er forbundet ved den enkle forhold med den lysets hastighed i vakuum. $f$ $\ lambda$ ${\ displaystyle \ lambda = {\ dfrac {c} {f}}}$ $vs.$

Typer af WDM

CWDM

Når afstanden mellem bølgelængderne er 20 nm , kaldes den Coarse WDM ( CWDM ). Fordelen ved CWDM er dens omkostninger. Takket være den store afstand til hver kanal er det faktisk ikke nødvendigt at regulere temperaturen på emissionslaseren. På den anden side er grænsen fastsat til 18 uforstærkede kanaler (defineret af ITU ), derfor højst over 150 km . I praksis anvendes kun 8 bølgelængder generelt i 10 Gb / s (fra 1471 til 1611 nm), hvor resten af de mulige CWDM-bølgelængder krydses af en zone med stærk absorption i de fleste optiske fibre.

DWDM

For en mindre afstand (derfor flere bølgelængder samtidigt i udbredelsen) taler vi om tæt WDM ( DWDM , mere end 32 bølgelængder) og endda Ultra Dense WDM ( UDWDM ). Kommercielle DWDM-systemer rumbølgelængder ca. 0,8 nm (100 GHz ), 0,4 nm ( 50 GHz ) eller endda 0,1 nm ( 12,5 GHz ). Det er således muligt at kombinere 160 optiske bølgelængder og mere.

På trods af dristige forsøg (ved hjælp af f.eks. Solitons ) er denne teknologi fortsat den eneste, der indsættes på langdistance ( langdistance ) telekommunikationsnet og endda i storbyområder.

Standardiserede frekvensbånd

Den ITU har standardiseret på verdensplan frekvensbåndene (og dermed bølgelængder ) af optiske fibre ifølge den følgende plan

U-bånd (Ultra): 178.980 til 184.487 THz (1675 til 1625 nm); ${\ displaystyle \ lambda _ {0}}$
L-bånd (langt): 184,487 til 191,560 THz ( 1625 til 1565 nm); ${\ displaystyle \ lambda _ {0}}$
Bånd C (konventionelt): 191,560 til 195,942 THz ( fra 1565 til 1530 nm); ${\ displaystyle \ lambda _ {0}}$
S-bånd ( kort ): 195,942 til 205,337 THz ( 1530 til 1460 nm); ${\ displaystyle \ lambda _ {0}}$
bånd E (udvidet): 205,337 til 220,435 THz ( 1460 til 1360 nm); ${\ displaystyle \ lambda _ {0}}$
O-bånd (original): 220.435 til 237.930 THz ( 1360 til 1260 nm). ${\ displaystyle \ lambda _ {0}}$

Det mest anvendte frekvensbånd er C-båndet (1.530 - 1.565 nm ). Dette er det spektrum, der forstærkes af EDFA-forstærkere ( Erbium Doped Fiber Amplifier ), som derfor gør det muligt at bruge det over meget lange afstande på denne måde. Den ITU har angivet tal for frekvenserne. 192.1 THz er frekvens 1, 192.2 THz er frekvens 2 osv. Det er også frekvensbåndet, hvor dæmpningen er minimal.

Lad os fortsætte ræsonnementet:
C-båndet svarer i Hz til (196 THz - 192 THz), som tilbyder 4 THz båndbredde. På den karakteristiske kurve for silica er dæmpningen i passbåndet (1530 nm - 1565 nm) 0,2 dB / km.

Et andet interval i hjertet af O-båndet giver en dæmpning, der forbliver lav og interessant (1290 nm - 1330 nm); dæmpningen er 0,3 dB / km. Dette interval (som tilbyder lavere intervaller) bruges primært til lokale netværk (for eksempel i 10GBASE-LX4 Ethernet ), og FTTH-netværk for at få adgang til internettet (især GPON og TWDM-PON netværk ).

Mellem 1330 nm og 1530 nm var dæmpningen for stor med konventionelle fibre. Men med de nye generationer af optiske fibre eksisterer denne høje dæmpning ikke længere mellem 1330 nm og 1530 nm, den er tæt på 0,2 dB / km. Båndbredden for den nye generation af optiske fibre når således mere end 35 THz (1290 nm - 1565 nm).

Med stigende båndbreddekrav udnyttes nu også L-bånd såvel som Raman-spredningsforstærkere .

Typiske anvendelsesområder

Der er ofte to segmenter: langdistanceflyvning og metro .

Lang rækkevidde WDM-segment ( Long Haul )

Brugt WDM-teknologi: DWDM
Anvendelser: store arterier over lange afstande (> 100 km), internationale undersøiske kabler
Topologi: punkt-til-punkt med en regenereringsnode eller en optisk add-drop multiplexer ca. hver 80 km
Grænseflader: højest mulige hastigheder (2,5, 10 eller 40 Gbit / s)

Metropolitan WDM-segment ( Metro )

Brugte WDM-teknologier: CWDM og DWDM
Anvendelser: forbindelser mellem virksomhedsvirksomheder, optiske sløjfer på et byområde, afstand typisk mindre end 100 km
Topologi: punkt til punkt, loop eller mesh. Normalt ingen regenerering eller forstærkningsknude
Grænseflader: forskellige ( SONET / SDH digitale grænseflader med høj og lav hastighed, gigabit Ethernet , fiberkanal osv.)

Vigtigste producenter

Nokia , Ericsson , Huawei , Cisco , NEC , Ciena (en) , Nexans , Prysmian , Packetlight (RAD) , ADVA Optical Networking , Fujitsu , er producenter af fibre, komponenter og DWDM-udstyr til teleoperatører. Nortel og JDSU er producenter, der er forsvundet i dag.

Kilder

(in) MARCUS Nebeling, " CWDM: lavere omkostninger for mere kapacitet på kort sigt " på Fiber Network Engineering
tsbmail , " G.694.2: Spektralgitre til bølgelængde-multiplexeringsapplikationer: CWDM-afstandsnet " , på www.itu.int (adgang til 13. juni 2018 )
(da-US) " Fra O til L: Udviklingen af optiske bølgelængdebånd - Fiberoptiske kabelløsninger " , Fiberoptiske kabelløsninger ,13. oktober 2015( læs online , konsulteret den 13. juni 2018 )
Thiele, Hans-Jorg. og Nebeling, Marcus. , Multiplexing af grov bølgelængde: teknologier og applikationer , CRC Press ,2007, 376 s. ( ISBN 978-1-4200-1869-1 og 1420018698 , OCLC 854787186 , læs online )