Überblick über DWDM-Systemkomponenten des Campusnetzwerks und des Metropolitan Area Networks

Optische Technologie ist im heutigen Telekommunikationsbereich weit verbreitet und inzwischen recht ausgereift. Wie wir alle wissen, werden optische Signale in Form von Trägern übertragen, und die Wellenmodulation ermöglicht die Übertragung analoger oder digitaler Signale auf Trägern bei hohen Frequenzen (typischerweise 186 bis 196 Thz), üblicherweise bis zu mehreren Gigahertz (GHz) oder Gigabit pro Sekunde (Gbps). 

Wenn Sie die Bitrate noch weiter erhöhen möchten, können Sie mehrere charakteristische Trägerwellen verwenden, also spezifische Träger, die auf einer einzelnen Faser ohne nennenswerte gegenseitige Störungen übertragen. Jede Frequenz entspricht einer anderen Wellenlänge. Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM) ist eine Kommunikationstechnik, die sehr kleine Frequenzabstände verwendet. Dieser Artikel beschreibt die DWDM-Technologie und DWDM-Komponenten im Detail.

Einführung in die DWDM-Technologie

DWDM-Technologie ist eine Art des Frequenzmultiplexverfahrens (FDM), bei dem verschiedene Wellenlängen verwendet werden, um unabhängige Signale über eine einzelne Faser zu übertragen. Durch den Einsatz von DWDM können bis zu 80 Kanäle auf einem einzelnen Faserstrang gemultiplext werden. Zu den Merkmalen der DWDM-Technologie gehören niedrige Kosten, große Entfernungen, hohe Bandbreite und skalierbare Kapazität. DWDM-Geräte verwenden optische Filter, um die verschiedenen Wellenlängen des auf der Faser übertragenen Lichts zu trennen. Jede Wellenlänge wird durch einen Erbium-dotierten Faserverstärker (EDFA) verstärkt und an ihr Ziel gesendet. Eine DWDM-Ausrüstung besteht aus zwei Komponenten: einem Optical Line Terminal (OLT) in der zentralen Vermittlungsstelle und einer Optical Network Unit (ONU) oder einem Optical Network Terminal (ONT) beim Kunden vor Ort. 

Optische DWDM-Module werden im DWDM-System zum Multiplexen und Demultiplexen dieser Signale mit unterschiedlichen Wellenlängen verwendet. Das DWDM-Gerät umfasst im Allgemeinen einen Arrayed-Waveguide-Grating-(AWG)-Multiplexer/Demultiplexer und zwei Sätze optischer Eingangs-/Ausgangskopplungsvorrichtungen. DWDM Mux/Demux ist die Abkürzung für Dense Wavelength Division Multiplexing Multiplexer/Demultiplexer. Es handelt sich um eine spezielle Art von WDM-Gerät, das im WDM-Netzwerk zum Aufteilen und Kombinieren von Signalen mit unterschiedlichen Wellenlängen verwendet wird. Ein DWDM Mux kombiniert oder multiplext bis zu 80 Kanäle auf eine einzelne Faser, während ein DWDM Demux diese Kanäle wieder trennt oder demultiplext. Ein Vorteil der Verwendung von DWDM besteht darin, dass Protokoll und Bitrate unabhängig sind, sodass DWDM-basierte Netzwerke Daten über IP, ATM, SONET, SDH und Ethernet übertragen können. Dank dieser technischen Vorteile ist die DWDM-Komponente zu einer der Schlüsseltechnologien in den heutigen Hochgeschwindigkeits-Datenkommunikationsnetzen geworden.

DWDM-Systemkomponenten

DWDM-Systeme bestehen im Allgemeinen aus den folgenden 5 Schlüsselkomponenten: optischer Sender/Empfänger, DWDM-Multiplexer/Multiplexer-Filter, optisches Add-Drop-Multiplexing (OADM), optischer Verstärker und Transponder (Wellenlängenkonverter).

Optische Sender/Empfänger

Der Sender in einer DWDM-Komponente ist ein wesentliches Gerät in einem DWDM-System, und seine Funktion besteht darin, Quellsignale bereitzustellen und diese Signale anschließend zu multiplexen. Man kann sagen, dass das Systemdesign von DWDM stark von den Eigenschaften des optischen Senders abhängt. In DWDM-Geräten besteht die Quelle aus mehreren optischen Sendern. Eingehende elektronische Datenbits (0 oder 1) lösen die Modulation des optischen Flusses aus, z. B. Blitz = 1, wenn kein Licht vorhanden ist = 0. Im Modul erzeugen die Laser präzise optische Pulse. Diese Lichtpulse sind durch eine genaue Wellenlänge gekennzeichnet. In systemen auf Basis optischer Träger wird der digitale Informationsstrom an ein Gerät der physikalischen Schicht weitergeleitet, dessen Ausgang eine Lichtquelle (LED oder Laser) ist, die mit einem Glasfaserkabel verbunden ist. Sender/Empfänger können das digitale Eingangssignal von einem elektrischen Signal in ein optisches Signal umwandeln und damit die Umwandlung von Elektronen in Photonen abschließen. Das elektrische Signal löst die Lichtquelle aus und überträgt das optische Signal in die Faser, wobei Code 1 eingegeben wird, wenn Licht vorhanden ist, und Code 0, wenn kein Licht oder nur ein sehr schwaches Lichtsignal vorhanden ist. Auf diese Weise wird die elektrisch-optische Umwandlung abgeschlossen, ohne das digitale Signalformat von earth city zu ändern. Das gepulste Licht wird in Form von Totalreflexion durch die Faser übertragen. Am Empfangsende erkennt eine Fotodiode das eingehende Lichtsignal als 1 oder 0 und wandelt es somit in ein elektrisches Signal um. Ein Paar optischer Fasern ist in der Regel mit zwei verschiedenen Geräten verbunden (eines für die sendende Faser und das andere für die empfangende Faser)

In DWDM-Systemen ist die Wellenlänge des Lichts exakt, wodurch das optische Signal ohne Verzerrungen oder Übersprechen zwischen den Kanälen übertragen werden kann. Zur Einrichtung der verschiedenen Kanäle in einem DWDM-Signal werden üblicherweise mehrere einzelne Laser verwendet. Die Betriebswellenlänge jedes Lasers ist unterschiedlich. Aktuelle DWDM-Geräte arbeiten im Allgemeinen mit Abständen von 200, 100 und 50 GHz, und neue Systeme, die Abstände von 25 GHz und 12,5 GHz unterstützen, werden in der Branche untersucht. Derzeit kann QSFPTEK DWDM-Geräte bereitstellen, die bei 100 und 50 GHz arbeiten, einschließlich DWDM SFP SFP+ QSFP28 usw.

DWDM-Mux/Demux-Filter

Optische Filter, auch Mux-Filter genannt, können Signale von mehreren Sendern kombinieren, die mehrere Wellenlängen aussenden (alle im 1550nm-Band) und auf verschiedenen Fasern über eine einzelne Faser arbeiten. Das vom optischen Multiplexer ausgegebene Signal wird als zusammengesetztes Signal bezeichnet. Am Empfangsende trennt ein optischer Drop-Filter (Demux-Filter) alle einzelnen Wellenlängensignale des zusammengesetzten Signals auf verschiedene Fasern auf. Verschiedene Fasern übertragen die demultiplexten Wellenlängen an so viele Glasfaserempfänger wie möglich weiter. Im Allgemeinen werden die Mux- und Demux-Baugruppen (Senden und Empfangen) im selben Chassis installiert. 

Optische Mux/Demux-Geräte können beide passive Geräte sein. Komponentensignale werden optisch statt elektronisch gemultiplext und demultiplext, sodass sie keine externe Stromversorgung benötigen. Das folgende Bild veranschaulicht den bidirektionalen DWDM-Betrieb. N optische Lichtimpulse unterschiedlicher Wellenlängen, die über N separate Fasern übertragen werden, werden durch einen DWDM-Mux zusammengeführt. Jedes dieser N Signale wird dann in ein Faserpaar gemultiplext. Das zusammengesetzte Signal wird vom DWDM-Demultiplexer empfangen, der jedes der N Komponentensignale trennt und jedes Signal an eine einzelne Faser weiterleitet. Die gesendeten und empfangenen Signale werden durch Pfeile dargestellt, die Client-Geräte repräsentieren. Es muss ein Faserpaar verwendet werden; eines zum Senden und das andere zum Empfangen.

Optische Add/Drop-Multiplexer

Die optischen Add/Drop-Multiplexer erfüllen eine spezielle Funktion, die sich von den Mux/Demux-Filtern unterscheidet, und sind für die „Add/Drop“-Funktion verantwortlich. Das folgende Bild zeigt einen einkanaligen DWDM OADM im Betrieb. Dieser OADM ist nur für das Hinzufügen oder Auskoppeln von Lichtsignalen einer bestimmten Wellenlänge verantwortlich. Ein zusammengesetztes Signal wird von links nach rechts in zwei Teile aufgeteilt, Drop und Pass, und der OADM koppelt nur den roten Lichtsignalstrom aus. Die ausgekoppelten Signalströme werden an den Empfänger der Client-Ausrüstung weitergeleitet. Der Rest des optischen Signals, das den OADM durchläuft, wird mit dem neu hinzugefügten Signalstrom multiplexiert. Der OADM fügt einen neuen roten optischen Signalstrom hinzu, der mit derselben Wellenlänge wie das ausgekoppelte Signal arbeitet. Durch die Kombination des neuen optischen Signalstroms mit dem durchgeleiteten Signal wird ein neues zusammengesetztes Signal gebildet. 

Optische Verstärker

Optische Verstärker arbeiten, indem sie zusätzliche Energie nutzen, um Photonen im Signal anzuregen und die Amplitude zu erhöhen, oder indem sie die Verstärkung des optischen Signals in der Faser erhöhen, um das optische Signal zu stärken. Die optischen Verstärker sind faserinterne Geräte. Sie können optische Signale über einen sehr breiten Wellenlängenbereich verstärken, eine Eigenschaft, die zu ihrer weit verbreiteten Verwendung in DWDM-Geräten geführt hat. Der häufigste Typ eines faserinternen optischen Verstärkers ist der Erbium-dotierte Faserverstärker (EDFA). Um die Übertragungsdistanz von DWDM-Geräten zu verlängern, stehen viele verschiedene Arten optischer Verstärker zur Verfügung, darunter DWDM EDFA, CATV EDFA, SDH EDFA, EYDFA und Raman-Verstärker. Die folgende Abbildung zeigt einen DWDM EDFA im Betrieb.

Transponder (Wellenlängenkonverter)/OEO

Optische Transponder kann optische Signale von einer eingehenden Wellenlänge in eine andere ausgehende Wellenlänge umwandeln, eine Funktion, die sie für DWDM-Komponenten geeignet macht. Ein Transponder ist ein optisch-elektrisch-optischer (O-E-O) Wellenlängenkonverter. Der Transponder führt den O-E-O-Betrieb durch und wandelt die Wellenlängen des Lichts um, daher der Name OEO. In DWDM-Geräten wandelt der Transponder das optische Signal des Kunden in ein elektrisches Signal um und führt anschließend Re-Amplifying, Reshaping oder Re-Amplifying-, Reshaping- und Retiming-Funktionen aus. Das Bild unten zeigt einen bidirektionalen Transponder.

Fazit

Dieser Artikel beschreibt ausführlich die DWDM-Technologie und DWDM-Komponenten. Ein DWDM-Gerät wird häufig in der Sprachübertragung, bei E-Mail, Video, Multimediadaten usw. eingesetzt. Der Einsatz der DWDM-Technologie kann eine höhere Bandbreite bieten. Außerdem werden die Komponenten des DWDM-Systems erwähnt, darunter optische Sender/Empfänger, DWDM-Mux/DeMux-Filter, optische Add/Drop-Multiplexer (OADMs), optische Verstärker und Transponder. Wenn Sie mehr über DWDM-Systeme erfahren möchten, können Sie QSFPTEK über [email protected] kontaktieren. QSFPTEK kann Ihnen eine breite Palette optischer Geräte bereitstellen, darunter DWDM Mux/Demux, 10G/100G Transponders und viele andere DWDM-Geräte.