Ghid pentru ferestre de transmisie prin fibră optică și lățime de bandă pentru fibră

Sticla de silice nu este la fel de transparentă la fiecare lungime de undă. Atenuarea și dispersia cromatică variază în spectrul infraroșu apropiat, iar intervalele de lungimi de undă în care pierderile ating minimele practice sunt numite ferestre de transmisie optică.

Fizica din spatele acestui lucru este bine înțeleasă. Difuzarea Rayleigh scade ca 1/λ⁴, ceea ce înseamnă că lungimile de undă mai lungi se împrăștie mai puțin. Absorbția moleculară în infraroșu, pe de altă parte, urcă brusc dincolo de aproximativ 1600 nm. Minimul de atenuare se află acolo unde aceste două mecanisme se încrucișează - aproape de 1550 nm. Acest punct de trecere este motivul pentru care banda C-ocupă poziția spectrală pe care o ocupă. Separat, un vârf de absorbție a ionului OH⁻ rezidual aproape de 1383 nm a creat istoric o zonă moartă în spectru, motiv pentru care banda O- și banda S- nu sunt contigue.

Cele șapte benzi standardizate ITU-T

Patru dintre acestea transportă cea mai mare parte a traficului comercial: 850 nm, banda O-, banda C- și banda L-. Restul trei au roluri mai restrânse.

C-Bandă (1530–1565 nm)

Banda C- este coloana vertebrală a rețelelor optice moderne. Se află în partea de jos a curbei de atenuare a silicei, în jur de 0,19–0,20 dB/km, iar fereastra de câștig se aliniază cu amplificatoarele cu fibre dopate cu Erbium-. Această aliniere este o coincidență a fizicii - spectrul de emisie al ionilor de erbiu din sticlă de siliciu se suprapune cu pierderea minimă de fibre -, dar întreaga industrie a transportului-pe distanțe lungi depinde de aceasta.

Implementările obișnuite includ rețele DWDM pe distanță lungă- și ultra-lungă-, sisteme de cabluri submarine, transport coerent 100G/200G/400G/800G și interconectarea centrelor de date pe distanțe de 80+ km. O singură pereche de fibre în banda C-DWDM poate transporta 40–96 de canale la 100G sau peste - capacitate agregată în zeci de terabiți pe secundă.

Eficiența spectrală pe multe rute în bandă C-se apropie acum de limita Shannon, deoarece DSP-ul coerent împinge spre 800G și 1,6T pe lungime de undă. Când matematica încetează să funcționeze în favoarea dvs., răspunsul practic este activarea capacității benzii L-pe aceeași fibră, în loc să încercați să stoarceți mai mulți biți din fiecare canal.

Banda O- (1260–1360 nm)

Banda O-a fost prima fereastră utilizată comercial pentru fibra-mod unic și continuă să domine legăturile la distanță medie-. Proprietatea cheie: dispersia cromatică este aproape de zero la 1310 nm în fibra standard G.652, punctul în care dispersia materialului și dispersia ghidului de undă se anulează. Impulsurile optice își păstrează forma la distanță fără compensare, ceea ce înseamnă că transceiverele se pot baza pe arhitecturi mai simple de-detecție directă - mai ieftine și mai mici decât modulele coerente în bandă C-.

Aplicații comune: module 10G LR, 25G LR, 100G LR4; metrou Ethernet; WAN enterprise și fibra întunecată punct-la-punct; PON în amonte (1310 nm, abonat la OLT); Transceiver BiDi și CWDM.

Schimbarea-este simplă. Atenuarea benzii O-la 0,35 dB/km este cu aproximativ 75% mai mare decât banda C{-, iar EDFA-urile nu funcționează la aceste lungimi de undă. Dincolo de 40–80 km aveți nevoie de banda C-. Pe distanțe de metrou, banda O{11}} câștigă prin simplitatea dispersiei și costul transceiverului. Amplificatoarele optice cu semiconductor și transceiver-urile coerente în bandă O-sunt în dezvoltare și ar putea împinge mai mult raza utilizabilă, dar implementarea volumului nu este iminentă.

Banda de 850 nm

În interiorul clădirilor și centrelor de date, banda de 850 nm împerecheată cu surse VCSEL și fibră multimodă gestionează marea majoritate a legăturilor cu acces scurt-. Atenuarea este ridicată - în jur de 2,5–3,5 dB/km -, dar când cea mai lungă distanță de cablu este de 300 de metri, acest număr este irelevant.

Optica bazată pe VCSEL-cost semnificativ mai puțin decât modulele laser DFB-, care este punctul central. Server-la-comutare, partea de sus-a-rack-ului, coloana vertebrală a campusului, 10G/25G/40G/100G SR - pe tot teritoriul de 850 nm.

Tendința care merită urmărită: centrele de date hiperscale specifică din ce în ce mai mult fibră mono-modalitate în versiuni noi pentru a accepta rate de 200G și 400G pe-bandă. Acest lucru mănâncă treptat în cota de 850 nm la vârf. Dar pentru baza enormă instalată de fibră multimodală și pentru rețelele-de întreprindere sensibile la costuri, banda de 850 nm nu va merge nicăieri în curând.

L-Bandă (1565–1625 nm)

Banda L-funcționează ca debordare a benzii C-. Oferă a doua-cel mai scăzută atenuare în fibra standard-mod unic la aproximativ 0,22 dB/km și poate fi amplificată cu EDFA-uri în bandă L-disponibile în comerț.

Adăugarea EDFA-urilor în bandă L-și C+L mux/demux la site-urile de amplificatoare existente dublează aproximativ valoarea utilizabilălățimea de bandă a fibreipe infrastructura deja în pământ, la o fracțiune din costul unei noi construcții. Aceasta este prima pârghie de capacitate pe care o trag operatorii când banda C-se umple.

Implementările C+L sunt acum standard pe sistemele submarine majore și din ce în ce mai frecvente pe rutele terestre cu trafic intens-. Spectrul combinat C+L a trecut de la o valoare bună-la-la o bază de planificare a capacității pentru o nouă infrastructură-pe distanțe lungi, în special pe măsură ce ratele de-lungimi de undă cresc la 800G.

Bandele secundare

Banda S- (1460–1530 nm)

Astăzi, principala utilizare comercială a benzii S-este PON: GPON și XG-PON folosesc 1490 nm pentru traficul în aval de la OLT către abonați. În plus, banda S-este o țintă de cercetare pentru următoarea-generație S+C+L DWDM de bandă largă. Amplificatoarele cu fibre dopate cu tuliu-și amplificarea Raman sunt soluții candidate pentru câștig, dar niciunul nu este aproape de costul EDFA în bandă C/L-potrivire sau fiabilitatea la scară de producție. Demonstrațiile de laborator există; DWDM comercial-S-de bandă S comercială pe scară largă nu.

E{0}Bandă (1360–1460 nm)

Vârful apei OH⁻ de lângă 1383 nm a făcut ca această bandă să fie inutilizabilă. Fibra G.652.D cu vârf de apă zero elimină absorbția, iar atenuarea benzii E-pe fibra ZWP scade de fapt sub nivelurile benzii O-. Problema este instalată de bază: cea mai mare parte a fibrei din sol din întreaga lume este G.652.A sau G.652.B, cu vârful de apă intact. Transceivele comerciale în bandă E-și amplificatoarele rămân rare. În mod realist, banda E-contează numai în construcțiile greenfield pe fibră ZWP, unde este nevoie de fiecare slot CWDM disponibil.

Banda U- (1625–1675 nm)

Banda U-nu transportă trafic de date. Singura sa funcție este monitorizarea fibrei în afara-din-bandă. Echipamentele OTDR la lungimi de undă de bandă U-injectează impulsuri de testare în fibra activă, măsurând reflexiile, pierderile de îmbinare, calitatea conectorului și întreruperile fără a întrerupe serviciile active pe alte benzi.

Alegerea ferestrei de transmisie potrivite

Constrângeri de decizie cheie

Tip de fibră instalată

Fibra multimodală (OM3/OM4) limitează legăturile-de mare viteză la 850 nm. Modul unic-Legacy G.652.A/B exclude banda E-din cauza vârfului de apă. Fibra aflată deja în pământ este prima constrângere - orice altceva decurge din ea.

Cerința de amplificare

EDFA funcționează numai în benzile C și L. Legăturile care necesită amplificare optică - în general peste 80 km - trebuie să utilizeze una dintre aceste două benzi. Extinderea benzii O- peste 40 km înseamnă fie regenerare electrică, fie emițătoare-receptoare coerente neamplificate de-putere mare, ambele adăugând costuri.

Strategie de numărare a canalelor și multiplexare

CWDM acceptă până la 18 canale cu o distanță de 20 nm, fără amplificare și costuri mai mici pe-canal. DWDM împachetează 40–96+ canale numai în banda C{-(mai mult cu banda L-), necesită EDFA și oferă o capacitate agregată mult mai mare. Cele mai multe legături de metrou și întreprindere sunt bine deservite de CWDM. Backbone, submarin și{10}}DCI la scară mare solicită DWDM. Punctul de încrucișare este de aproximativ 8-10 canale sau întinderi amplificate dincolo de 80 km.

Costul transceiverului și bugetul de putere

Optica VCSEL de 850 nm este cea mai ieftină. Modulele bazate pe banda O-DFB-(LR, LR4) se află în mijloc. Modulele coerente în bandă C-au cel mai mare preț și consum de energie. Nu există niciun beneficiu tehnic în implementarea opticii coerente pe o legătură de metrou de 10 km pe care un modul LR în bandă O o - o gestionează fără dificultate.

Cum folosește WDM Windows de transmisie

Multiplexarea prin diviziune a lungimii de undăatribuie diferite lungimi de undă fluxurilor de date independente și le transmite simultan pe o singură fibră. Ferestrele de transmisie definesc totalullățimea de bandă a fibreidisponibile pentru această multiplexare.

CWDM

Distanță între canale de 20 nm în benzile O, E, S, C și L. Până la 18 canale. Nu este necesară amplificarea pe distanțe normale de metrou. Laserele nerăcite mențin costurile scăzute. Folosit în rețelele de metrou, interconectarea centrelor de date sub 80 km și legăturile de fibră întunecată pentru întreprinderi.

DWDM

Spațiere între canale de 100 GHz sau 50 GHz în banda C-, extinsă opțional la canalele-band. 40 L la 100 GHz sau 96 la 50 GHz, fiecare transportând 100G sau mai mult. EDFA sunt necesare pentru perioade lungi. Implementat pe coloana vertebrală-de lungă distanță, cabluri submarine și înalte-fibră cu lățime de bandăinterconexiuni.

Alegerea între CWDM și DWDM se reduce la capacitate față de cost. CWDM este mai ieftin pe canal, dar ajunge la 18 canale fără cale de amplificare. DWDM costă mai mult, dar se ridică la zeci de terabiți pe o singură pereche de fibre.