DWDM-Systemkomponenten des Campus-Netzwerks und des Metropolitan-Netzwerks im Überblick

Optische Technologie ist in der modernen Telekommunikation weit verbreitet und mittlerweile weit ausgereift. Optische Signale breiten sich bekanntlich in Form von Trägern aus, und Wellenmodulation ermöglicht die Übertragung analoger oder digitaler Signale auf Trägern mit hohen Frequenzen (typischerweise 186 bis 196 THz), üblicherweise bis zu mehreren Gigahertz (GHz) oder Gigabit pro Sekunde (Gbit/s). 

Um die Bitrate weiter zu erhöhen, können Sie mehrere charakteristische Trägerwellen verwenden. Dabei handelt es sich um spezifische Träger, die ohne nennenswerte gegenseitige Beeinflussung über eine einzige Glasfaser übertragen werden. Jede Frequenz entspricht einer anderen Wellenlänge. Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM) ist ein Kommunikationsverfahren mit sehr kleinen Frequenzintervallen. Dieser Artikel beschreibt die DWDM-Technologie und die DWDM-Komponenten im Detail.

Einführung der DWDM-Technologie

Die DWDM-Technologie ist eine Art Frequenzmultiplexverfahren (FDM), bei dem unterschiedliche Wellenlängen zur Übertragung unabhängiger Signale über eine einzige Glasfaser genutzt werden. Mit DWDM können bis zu 80 Kanäle auf einem einzigen Glasfaserstrang gemultiplext werden. Zu den Merkmalen der DWDM-Technologie zählen niedrige Kosten, große Reichweite, hohe Bandbreite und skalierbare Kapazität. DWDM-Geräte nutzen optische Filter, um die unterschiedlichen Wellenlängen des über die Glasfaser übertragenen Lichts zu trennen. Jede Wellenlänge wird durch einen erbiumdotierten Faserverstärker (EDFA) verstärkt und an ihr Ziel gesendet. Ein DWDM-Gerät besteht aus zwei Komponenten: einem Optical Line Terminal (OLT) in der Zentrale und einer Optical Network Unit (ONU) bzw. einem Optical Network Terminal (ONT) beim Kunden. 

DWDM-Optikmodule werden im DWDM-System zum Multiplexen und Demultiplexen dieser Signale mit unterschiedlichen Wellenlängen verwendet. Das DWDM-Gerät umfasst im Allgemeinen einen Multiplexer/Demultiplexer mit AWG-Array (Arrayed Waveguide Grating) und zwei Sätze optischer Eingangs-/Ausgangskopplungsgeräte. DWDM Mux/Demux ist die Abkürzung für Dense Wavelength Division Multiplexing Multiplexer/Demultiplexes. Es handelt sich um ein spezielles 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 einer einzigen Faser, während ein DWDM Demux diese Kanäle wieder trennt oder demultiplext. Ein Vorteil von DWDM ist die Unabhängigkeit von Protokoll und Bitrate. Daher können DWDM-basierte Netzwerke Daten in IP, ATM, SONET, SDH und Ethernet übertragen. Dank dieser technischen Vorteile hat sich die DWDM-Komponente zu einer der Schlüsseltechnologien in modernen Hochgeschwindigkeits-Datenkommunikationsnetzen entwickelt.

DWDM-Systemkomponenten

DWDM-Systeme bestehen im Allgemeinen aus den folgenden 5 Hauptkomponenten: optischer Sender/Empfänger, DWDM-Multiplexer/Multiplexerfilter, optische Teilung und Multiplexierung (OADM), optischer Verstärker und Transponder (Wellenlängenkonverter).

Optische Sender/Empfänger

Der Sender in einer DWDM-Komponente ist ein wesentliches Gerät in einem DWDM-System. Seine Funktion besteht darin, Quellsignale bereitzustellen und diese anschließend zu multiplexen. Das Systemdesign von DWDM hängt maßgeblich von den Eigenschaften des optischen Senders ab. 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 = 0 vorhanden ist. Im Modul erzeugen die Laser präzise optische Impulse. Diese Lichtimpulse zeichnen sich durch eine präzise Wellenlänge aus. In optischen trägerbasierten Systemen wird der digitale Informationsstrom an ein Gerät der physikalischen Schicht weitergeleitet, dessen Ausgang eine an ein Glasfaserkabel angeschlossene Lichtquelle (LED oder Laser) ist. Sender/Empfänger können das digitale Eingangssignal von einem elektrischen in ein optisches Signal umwandeln und so die Umwandlung von Elektronen in Photonen abschließen. Das elektrische Signal triggert die Lichtquelle und überträgt das optische Signal in die Glasfaser. Bei vorhandenem Licht gibt es den Code 1 und bei fehlendem oder sehr schwachem Lichtsignal den Code 0 aus. Auf diese Weise wird die elektrisch-optische Umwandlung abgeschlossen, ohne das digitale Signalformat der Erdstadt zu verändern. Das gepulste Licht wird in Form einer Totalreflexion durch die Faser übertragen. Am Empfangsende erkennt eine Fotodiode das eingehende Lichtsignal als 1 oder 0 und wandelt es so in ein elektrisches Signal um. Ein Paar optischer Fasern wird üblicherweise an zwei verschiedene Geräte angeschlossen (eines für die Sendefaser und das andere für die Empfangsfaser).

In DWDM-Systemen ist die Lichtwellenlänge exakt, wodurch das optische Signal ohne Kanalverzerrung oder Übersprechen übertragen werden kann. Üblicherweise werden mehrere einzelne Laser verwendet, um die verschiedenen Kanäle eines DWDM-Signals einzurichten. Die Betriebswellenlänge jedes Lasers ist unterschiedlich. Aktuelle DWDM-Geräte arbeiten in der Regel mit Abständen von 200, 100 und 50 GHz. Neue Systeme mit Abständen von 25 GHz und 12.5 GHz werden derzeit in der Industrie untersucht. QSFPTEK bietet derzeit DWDM-Geräte für 100 und 50 GHz an, darunter DWDM SFP, SFP+, QSFP28 usw.

DWDM Mux/Demux-Filter

Optische Filter, auch Mux-Filter genannt, können Signale mehrerer Sender mit unterschiedlichen Wellenlängen (alle im 1550-nm-Band), die auf verschiedenen Fasern arbeiten, auf einer einzigen Faser kombinieren. Das vom optischen Multiplexer ausgegebene Signal wird als Verbundsignal bezeichnet. Am Empfangsterminal teilt ein optischer Drop-Filter (Demux-Filter) alle einzelnen Wellenlängensignale des Verbundsignals auf verschiedene Fasern auf. Diese Fasern übertragen die demultiplexten Wellenlängen an möglichst viele Glasfaserempfänger. In der Regel sind die Mux- und Demux-Baugruppen (Sende- und Empfangsbaugruppen) im selben Gehäuse installiert. 

Optische Mux/Demux-Geräte können beide passiv sein. Komponentensignale werden optisch und nicht elektronisch gemultiplext und demultiplext, sodass keine externe Stromversorgung erforderlich ist. Die folgende Abbildung veranschaulicht den bidirektionalen DWDM-Betrieb. N optische Lichtimpulse unterschiedlicher Wellenlängen, die über N separate Fasern übertragen werden, werden von einem DWDM-Multiplexer zusammengeführt. Jedes dieser N Signale wird dann in ein Faserpaar gemultiplext. Das zusammengesetzte Signal wird vom DWDM-Demultiplexer empfangen, der die N Komponentensignale trennt und jedes Signal an eine einzelne Faser weiterleitet. Die gesendeten und empfangenen Signale werden durch Pfeile dargestellt, die Client-Geräte darstellen. Es wird ein Faserpaar benötigt: eine zum Senden und eine 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 Bild unten zeigt einen einkanaligen DWDM OADM im Betrieb. Dieser OADM ist nur für das Hinzufügen oder Weglassen von Lichtsignalen einer bestimmten Wellenlänge verantwortlich. Ein zusammengesetztes Signal wird von links nach rechts in zwei Teile aufgeteilt: Drop und Pass, und der OADM lässt nur den roten Lichtsignalstrom weg. Die weggelassenen Signalströme werden an den Empfänger des Client-Geräts übermittelt. Der Rest des optischen Signals, das den OADM passiert, wird mit dem neu hinzugefügten Signalstrom gemultiplext. Der OADM fügt einen neuen roten optischen Signalstrom hinzu, der auf der gleichen Wellenlänge wie das weggelassene Signal arbeitet. Durch Kombination des neuen optischen Signalstroms mit dem durchgelassenen Signal wird ein neues zusammengesetztes Signal gebildet. 

Optische Verstärker

Optische Verstärker Optische Verstärker funktionieren, indem sie zusätzliche Energie nutzen, um Photonen im Signal zu stimulieren und so die Amplitude zu erhöhen, oder indem sie die Verstärkung des optischen Signals auf der Faser erhöhen, um das optische Signal zu verstärken. Optische Verstärker sind In-Fiber-Geräte. Sie können optische Signale über einen sehr breiten Wellenlängenbereich verstärken, was zu ihrer weiten Verbreitung in DWDM-Geräten geführt hat. Der gebräuchlichste Typ von In-Fiber-Verstärkern ist der Erbium-dotierte Faserverstärker (EDFA). Um die Übertragungsdistanz von DWDM-Geräten zu verlängern, stehen verschiedene Arten von optischen Verstärkern 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 können optische Signale von einer Eingangswellenlänge in eine andere Ausgangswellenlänge umwandeln, wodurch sie sich für DWDM-Komponenten eignen. Ein Transponder ist ein optisch-elektrisch-optischer (OEO) Wellenlängenkonverter. Der Transponder führt den OEO-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 Wiedergabe-, Umformungs- und Retiming-Funktionen aus. Die folgende Abbildung zeigt einen bidirektionalen Transponder.

Fazit

Dieser Artikel beschreibt detailliert die DWDM-Technologie und DWDM-Komponenten. DWDM-Geräte werden häufig für die Übertragung von Sprache, E-Mail, Video, Multimediadaten usw. eingesetzt. Der Einsatz der DWDM-Technologie ermöglicht höhere Bandbreiten. Er beschreibt außerdem die DWDM-Systemkomponenten, 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, kontaktieren Sie QSFPTEK unter [email protected]. QSFPTEK kann Ihnen eine breite Palette optischer Geräte anbieten, darunter DWDM Mux/Demux, 10G/100G-Transponder und viele andere DWDM-Geräte.