Fiberoptisk transmissionsvejledning til Windows og fiberbåndbredde

Silicaglas er ikke lige gennemsigtigt ved alle bølgelængder. Dæmpning og kromatisk spredning varierer på tværs af det nære-infrarøde spektrum, og de bølgelængdeområder, hvor tab når praktiske minima, kaldes optiske transmissionsvinduer.

Fysikken bag dette er godt forstået. Rayleigh-spredning falder med 1/λ⁴, hvilket betyder, at længere bølgelængder spredes mindre. Infrarød molekylær absorption stiger på den anden side kraftigt ud over omkring 1600 nm. Dæmpningsminimummet er der, hvor disse to mekanismer krydser - nær 1550 nm. Dette krydsningspunkt er grunden til, at C-båndet indtager den spektrale position, det gør. Separat skabte en resterende OH⁻-ionabsorptionstop nær 1383 nm historisk en død zone i spektret, hvilket er grunden til, at O--båndet og S--båndet ikke er sammenhængende.

De syv ITU-T-standardiserede bånd

Fire af disse bærer hovedparten af ​​kommerciel trafik: 850 nm, O-bånd, C-bånd og L-bånd. De resterende tre tjener smallere roller.

C-Band (1530-1565 nm)

C-båndet er rygraden i moderne optiske netværk. Den sidder i bunden af ​​silica-dæmpningskurven, omkring 0,19-0,20 dB/km, og dens forstærkningsvindue flugter med Erbium-dopede fiberforstærkere. Denne tilpasning er et sammenfald af fysikken - emissionsspektret af erbiumioner i silicaglas overlapper tilfældigvis fibertabsminimum -, men hele langdistancetransportindustrien afhænger af det.

Typiske implementeringer omfatter DWDM lang-langdistance- og ultra-lang-rygradsnetværk, undersøiske kabelsystemer, 100G/200G/400G/800G sammenhængende transport og datacenterforbindelse over 80+ km spændvidde. Et enkelt fiberpar i C--bånd DWDM kan bære 40-96 kanaler ved 100G eller over - samlet kapacitet i titusvis af terabit pr. sekund.

Spektral effektivitet på mange C-båndsruter nærmer sig nu Shannon-grænsen, da kohærent DSP skubber mod 800G og 1,6T pr. bølgelængde. Når matematikken holder op med at virke til din fordel, er den praktiske reaktion at aktivere L-båndkapacitet på den samme fiber i stedet for at prøve at presse flere bits ud af hver kanal.

O-Band (1260-1360 nm)

O-båndet var det første vindue, der blev brugt kommercielt til single-mode fiber og fortsætter med at dominere mellemdistancelinks-. Nøgleegenskaben: kromatisk spredning er tæt på nul ved 1310 nm i standard G.652-fiber, det punkt, hvor materialespredning og bølgelederdispersion annullerer. Optiske impulser holder deres form over afstand uden kompensation, hvilket betyder, at transceivere kan stole på enklere-detektionsarkitekturer - billigere og lavere effekt end kohærente C-båndsmoduler.

Almindelige applikationer: 10G LR, 25G LR, 100G LR4 moduler; metro Ethernet; enterprise WAN og dark fiber punkt-til-punkt; PON opstrøms (1310 nm, abonnent på OLT); BiDi og CWDM transceivere.

Afvejningen-er ligetil. O-bånddæmpning ved 0,35 dB/km løber omkring 75 % højere end C-bånd, og EDFA'er virker ikke ved disse bølgelængder. Ud over 40–80 km har du brug for C-bånd. Inden for metroafstande vinder O-band på spredningssimpelhed og transceiveromkostninger. Halvlederoptiske forstærkere og kohærente O-båndstransceivere er under udvikling og kan skubbe den brugbare rækkevidde yderligere, men volumenimplementering er ikke nært forestående.

850 nm bånd

Inde i bygninger og datacentre håndterer 850 nm-båndet parret med VCSEL-kilder og multimode-fiber langt de fleste links med kort-rækkevidde. Dæmpningen er høj - omkring 2,5–3,5 dB/km -, men når dit længste kabelløb er 300 meter, er det tal irrelevant.

VCSEL-baseret optik koster væsentligt mindre end DFB-lasermoduler, hvilket er hele pointen. Server-til-omskiftning, toppen-af-rack, campus-backbone, 10G/25G/40G/100G SR - alt 850 nm-territorium.

Tendensen, der er værd at spore: Hyperscale datacentre specificerer i stigende grad single-mode fiber i nye builds for at understøtte 200G og 400G pr.-bane. Dette tærer sig gradvist op på 850 nm's andel i den høje ende. Men for den enorme installerede base af multimode fiber og for omkostningsfølsomme-virksomhedsnetværk vil 850 nm-båndet ikke gå nogen steder snart.

L-Band (1565-1625 nm)

L-båndet fungerer som C-bånds overløb. Den tilbyder den næst-laveste dæmpning i standard single-mode fiber med ca. 0,22 dB/km og kan forstærkes med kommercielt tilgængelige L-bånd EDFA'er.

Tilføjelse af L-band EDFA'er og C+L mux/demux på eksisterende forstærkersteder fordobler stort set den brugbarefiber båndbreddepå infrastruktur, der allerede er i jorden, til en brøkdel af en nybygnings pris. Dette er den første kapacitetshåndtagsoperatører trækker, når C-båndet fyldes op.

C+L-implementeringer er nu standard på store ubådssystemer og bliver mere og mere almindelige på terrestriske ruter med stor-trafik. Kombineret C+L-spektrum er skiftet fra et godt-til-nødvendigt til en kapacitetsplanlægningsbaseline for ny langdistanceinfrastruktur, især når-bølgelængdehastigheder stiger til 800G.

De sekundære bands

S-Band (1460-1530 nm)

I dag er S-båndets vigtigste kommercielle anvendelse PON: GPON og XG-PON bruger 1490 nm til downstream-trafik fra OLT til abonnenter. Ud over det er S-band et forskningsmål for næste-generations S+C+L bredbånds-DWDM. Thulium-doterede fiberforstærkere og Raman-forstærkning er kandidatforstærkningsløsninger, men ingen af ​​dem er tæt på at matche C/L-båndets EDFA-omkostninger eller pålidelighed i produktionsskala. Der findes laboratoriedemonstrationer; stor-kommerciel S-band DWDM ikke.

E-Band (1360-1460 nm)

OH⁻-vandtoppen nær 1383 nm gjorde historisk dette bånd ubrugeligt. G.652.D nul-vandspidsfiber eliminerer absorptionen, og E--båndsdæmpning på ZWP-fiber falder faktisk under O--båndniveauer. Problemet er installeret base: det meste fiber i jorden på verdensplan er ældre G.652.A eller G.652.B med vandet intakt. Kommercielle E--båndstransceivere og forstærkere er stadig få. Realistisk set betyder E-båndet kun betydning i greenfield-bygninger på ZWP-fiber, hvor alle tilgængelige CWDM-slots er nødvendige.

U-Band (1625-1675 nm)

U-båndet fører ingen datatrafik. Dens eneste funktion er ud-af-båndfiberovervågning. OTDR-udstyr ved U-bånds bølgelængder injicerer testimpulser i levende fiber, måler refleksioner, splejsningstab, forbindelseskvalitet og bryder uden at afbryde aktive tjenester på andre bånd.

Valg af det rigtige transmissionsvindue

Nøgle beslutningsbegrænsninger

Installeret fibertype

Multimode fiber (OM3/OM4) begrænser høj-links til 850 nm. Ældre G.652.A/B enkelt-tilstand udelukker E-bånd på grund af vandspidsen. Fiberen, der allerede er i jorden, er den første begrænsning - alt andet følger af den.

Forstærkningskrav

EDFA'er virker kun i C- og L-bånd. Links, der kræver optisk forstærkning - generelt ud over 80 km - skal bruge et af disse to bånd. Udvidelse af O-båndet ud over 40 km betyder enten elektrisk regenerering eller høj-uforstærkede sammenhængende transceivere, som begge øger omkostningerne.

Kanaltælling og multipleksingstrategi

CWDM understøtter op til 18 kanaler med 20 nm mellemrum, ingen forstærkning og lavere pris pr.-kanal. DWDM pakker 40–96+ kanaler i C-bånd alene (mere med L-bånd), kræver EDFA'er og leverer langt større samlet kapacitet. De fleste metro- og virksomhedsforbindelser er godt tjent med CWDM. Rygrad, ubåd og stor{10}}DCI kræver DWDM. Overgangspunktet er omkring 8-10 kanaler eller forstærkede spænd ud over 80 km.

Transceiver-omkostninger og strømbudget

850 nm VCSEL-optik er den billigste. O-band DFB-baserede moduler (LR, LR4) sidder i midten. C--bånds kohærente moduler har den højeste pris og det højeste strømforbrug. Der er ingen teknisk fordel ved at implementere sammenhængende optik på en 10 km metroforbindelse, som et O--bånd LR-modul håndterer uden problemer.

Hvordan WDM bruger transmissionsvinduer

Bølgelængde Division Multiplexingtildeler forskellige bølgelængder til uafhængige datastrømme og transmitterer dem samtidigt over én fiber. Transmissionsvinduerne definerer totalenbåndbredde af fibertilgængelig for denne multipleksing.

CWDM

20 nm kanalafstand på tværs af O-, E-, S-, C- og L-bånd. Op til 18 kanaler. Der kræves ingen forstærkning over normale metroafstande. Ukølede lasere holder omkostningerne lave. Anvendes i metronetværk, under 80 km datacenterforbindelse og mørke fiberforbindelser til virksomheder.

DWDM

100 GHz eller 50 GHz kanalafstand inden for C--bånd, eventuelt udvidet til L--bånd. 40-kanaler ved 100 GHz eller 96 ved 50 GHz, der hver bærer 100G eller mere. EDFA'er påkrævet til lange spænd. Implementeret på langdistance-rygrad, undersøiske kabler og høj-båndbredde fibersammenkobler.

Valget mellem CWDM og DWDM afhænger af kapacitet kontra omkostninger. CWDM er billigere pr. kanal, men topper med 18 kanaler uden forstærkningsvej. DWDM koster mere, men skalerer til snesevis af terabit på et enkelt fiberpar.