CWDM Coarse Wavelength Division Multiplexing

CWDM.

CWDM (ang. Coarse Wavelength Division Multiplexing) - Technologia zwielokrotnienia w dziedzinie długości fali, wykorzystywana w transmisji światłowodowej. System przesyła w jednym włóknie światłowodowym od 2 do 18 różnokolorowych sygnałów (długości fal), z odstępem 20 nm w zakresie 1270-1610 nm. Każda z fal może przenosić niezależnie informację. W zależności od mocy laserów, tłumienia światłowodu, tłumienia muliplekserów i demuliplekserów oraz czułości odbiorników w systemie CWDM możliwa jest transmisja na odległość niewiele powyżej 100km.

CWDM opisuje standard (ITU G.694.2), który specyfikuje 18 kanałów od 1270nm do 1610nm.

Nominalne centralne długości fali systemów CWDM.

Rozkład fal systemu CWDM w zakresie od 1270 nm do 1610 nm pokazuje tabela 1. Wartość "c" (prędkść światła w próżni,) która powinna być użyta dla przeliczenia pomiędzy długością fali a częstotliwością wynosi 2.99792458 × 108 m/s.

Tabela 1/G.694.2 – Nominalne centralne długości fali.

Nominalne centralne długości fali [nm] przy odstępie 20 nm
1270
1290
1310
1330
1350
1370
1390
1410
1430
1450
1470
1490
1510
1530
1550
1570
1590
1610
koniec tabeli jest tylko przykładowy


ITU zaproponowało kod kolorowy dla oznaczania długości fal systemów CWDM. Część producentów znakuje nim wkładki.

Odstępy pomiędzy falami i zmiany długości fal.

Realizacje CWDM z użyciem niechłodzonych laserów i szerokopasmowych filtrów wymagają aby nominalne odstępy pomiędzy centralnymi długościami fal nie były mniejsze niż 20nm. Oczekuje sie że całkowita zmienność długości fali źródeł rzędu +/- 6-7nm będzie kompatybilna z obecnymi technologiami produkcji filtrów. Dla zapewnienia bezpiecznego odstępu pomiędzy falami i dla zapewnienia maksymalnej ilości kanałów w systemie wybrano odstęp 20 nm. Zmienność długości fali jest determinowana przez dwa podstawowe czynniki. Pierwszy to tolerancja wykonania jaką jest w stanie zapewnić producent lasera. Drugi to zmiana długości fali powodowana zmianami temperatury niechłodzonych laserów.

Pierwsze multipleksery w technologii CWDM operowały 8 kanałami w trzecim oknie optycznym (1470-1610nm). Podwojenia liczby kanałów CWDM można dokonać za pomocą równoczesnego wykorzystania drugiego okna transmisyjnego (1310-1450nm). Pozwala to ulokować następną wiązkę, która zawiera kolejne 8 kanałów o wyższych częstotliwościach. W drugim oknie optycznym zasięg transmisji skraca się o połowę. Jest to spowodowane większą tłumiennością włókna niż w oknie trzecim. Do transmisji potrzebne są włókna niwelujące efekt podwyższonej tłumienności (bez piku wodnego n.p. Corning SMF28e).Dlatego wykorzystywanie drugiego okna transmisyjnego w technologii CWDM jest rzadko stosowane.

System CWDM umożliwia użycie nieskąplikowanych, niechłodzonych laserów co prowadzi do obniżenia kosztów w stosunku do systemu DWDM. Często są to tanie elementy wykonane w formie modułów SFP. SFP znacznie różnią się ceną w zależności od producenta, przepływności transmitowanego sygnału, długości fali, mocy wyjściowej i czułości. Zwykle można stosować zamiennie moduły różnych producentów w różnych urządzeniach (choć bywają wyjątki). W systemach z kanałami o przepływności 10Gbit/s stosuje się wieksze i znacznie droższe moduły XFP.

SFP

XFP

Sygnały od urządzeń zewnętrznych (szerokopasmowe tzw. białe 1310/1550 nm) doprowadzane są do transponderów. Transponder zamienia sygnał biały na sygnał kolorowy wąskopasmowy. Często w transponderach stosuje się multipleksację/demultipleksację w dziedzinie czasu (TDM) kilku kanałów o małej przepływności w jeden o przepływności większej. Taki transponder bywa nazywany muxponderem. Następnie sygnały kolorowe doprowadzane są do portów multipleksera/demultipleksera CWDM (multipleksacja w dziedzinie długości fali). Na wyjściu multiplexera otrzymujemy zbiorczy sygnał wielokolorowy. W CWDM nie jest realizowane wzmacnianie sygnałów przy pomocy wzmacniaczy optycznych (wzmacniacze EDFA są wąskopasmowe). Jeśli zasięg systemu jest zbyt mały można wykonać jedynie pełną regenerację (3R) poprzez demultipleksację i przepuszczenie każdego kanału poprzez transponder regeneratorowy z dwoma laserami kolorowymi (możliwa jest przy okazji zmiana długości fali).
Regeneracja 3R (Reshaping, Reamplification, Retiming) – odtwarzanie kształtu, amplitudy i zegara sygnału.
Produkowane komercyjnie systemy umożliwiają zwiększenie liczby transmitowanych kanałów poprzez dodanie multiplekserów i transponderów DWDM oraz przesyłanie łącznie w jednym systemie szerokopasmowych sygnałów CWDM i wąskopasmowych sygnałów DWDM.

Przykładowe realizacje CWDM.

1692MSE produkcji Alcatel.

8 kanałowy system CWDM. W najprostszej swej postaci zbudowany z małej półki mieszczącej obok kontrolera multiplekser/demultiplekser CWDM oraz 4 karty podwójnych transponderów. Wykorzystuje wymienną optykę w postaci modułów SFP. Może być rozbudowany poprzez dodanie dodatkowych półek z muxponderami.

1692MSE

System wykorzystuje następujące fale: 1470 nm, 1490 nm, 1510 nm, 1530 nm, 1550 nm, 1570 nm, 1590 nm, 1610 nm. Kanał zarządzania OSC (Optical Supervision Channel) jest realizowany na 1310 nm i może być dodany do sygnału kolorowego. Możliwa jest dwukierunkowa transmisja 4 kanałów po jednym włóknie. Wykorzystuje wymienną optykę w postaci modułów SFP. Może być rozbudowany poprzez dodanie dodatkowych półek z muxponderami . Dostępne są Add-Drop Multipleksery dla wydzielania 1, 2 lub 4 kanałów w węzłach pośrednich. Wraz z innymi produktami Alcatela (SDH, DWDM…)może zostać podłączony do zdalnego systemu nadzoru.

Możliwa jest transmisja następujących sygnałów:
125 Mbit/s Fast Ethernet /FDDI
155.52 Mbit/s STM-1/OC-3
200Mbit/s ESCON /FICON
270Mbit/s Digital Video HDTV
622.08Mbit/s STM-4/OC-12
1.0625Gbit/s Fiber channel
1,25Gbit/s Gigabit Ethernet
1.24416Gbps OC-24
2.125Gbps 2Fiber channel
2.48832Gbit/s STM-16/OC-48
2.5Gbps 2 Gigabit Ethernet
2.66606Gbit/s OC-48 z FEC
Muxpondery tzw. karty 4xANY pozwalają efektywniej wykorzystać kanały CWDM poprzez multipleksację TDM kanałów o niskiej przepływności n.p. 4 kanałów STM-1 w kanał o przepływności STM-16 który następnie jest zamieniany na sygnał kolorowy i przesyłany.

TS produkcji Transmode.

Szesnasto kanałowy system CWDM. Wykorzystuje następujące fale [nm]: 1511; 1531; 1551; 1571; 1471; 1491; 1591; 1611; 1451; 1431; 1411; 1391; 1371; 1351; 1331; 1311 ale może być rozbudowany do wersji hybrydowej z kanałami DWDM.

Główne zalety:
Automatyczna detekcja przepływności i protokołu
Modularna budowa – do obudowy montowane są wymienne moduły, z wymienna optyką, wszystko na zasadzie plug and play.
Dwie opcje obudowy dla różnych aplikacji 1U dla 2 kart i 6U dla 13-tu kart, zasilanie 230 i 48V oraz obudowa dla elementów pasywnych (multipleksery).
Multipleksery CWDM 4 kanałowe, 8 kanałowe; 8 kanałowe z portami do rozbudowy; 4 kanałowe do transmisji po jednym włóknie, OADM z wydzielaniem 1 i 2 kanałów; Multipleksery DWDM, przedwzmacniacze i DCU.
Jeden typ transpondera umożliwia realizacje wielu aplikacji
System zarządzania może zostać zainstalowany na PC, możliwe zarządzanie przez przeglądarkę internetową i na bazie SNMP
Transpondery wykorzystują optykę w postaci SFP a dla 10Gbit/s XFP
Dostępne są aplikacje pozwalające na uzyskanie 120 km zasięgów dla CWDM
Szeroka rodzina muxponderów umożliwia optymalne wykorzystanie pasma.
Umożliwia transmisje 4Gbit Fibre Channel , 10GBE i STM-64.
Istnieją moduły umożliwiające stosowanie mechanizmów protekcji.
8 kanałowy system CWDM ma możliwość rozbudowy do 16 kanałowego CWDM oraz dalszy upgrade o kanały DWDM, dostępne są odpowiednie moduły multiplekserów/demultiplekserów i kolorowe wkładki optyczne.

Filtry CWDM.

Produkowane są również pasywne multipleksery, które można wykorzystywać wraz z kolorowymi wkładkami SFP montowanymi do dołączanych do nich urzadzeń aktywnych.

i widok w środku...

Przykładowe realizacje - urzadzenia zainstalowane.

19' 1U
1/4 U ze złaczami LCPC
W postaci modułów LGX

Wyprodukowano filtry które można montować wewnątrz muf, służących do łączenia kabli. Są to urządzenia w formie kasety do konkretnej osłony złączowej lub małe black boxy, które montuje się w kasetach lub przestrzeniach przeznaczonych do magazynowania tub.

Spotyka sie wykonania do transmisji szerokiego pasma sygnału ze starszych urzadzeń SDH w kanale 1310nm [1260-1360 nm], czterech fal CWDM 1470, 1490, 1590 1610 i sygnału DWDM w szerokim kanale OCL [1504-1578 nm] pomiedzy kanałami CWDM.

Transmisja dwukierunkowa po jednym włóknie.

Najprostsza możliwość to wykorzystanie prostych filtrów xWDM z dwoma szerokimi kanałami z centrum w 1310nm i 1550nm. W jednym kierunku nadajemy na 1310nm w drugim na 1550 nm. Należy uwzględnić to że światłowody mają różne tłumienie jednostkowe dla tych długości fali co może mieć znaczenie dla długich traktów.

Następną możliwość daje zastosowanie cyrkulatorów, rozdzielających światło zależnie od kierunku propagacji. Są najczęściej produkowane na 1310nm i 1550nm.

Można zastosować filtry 1310nm i 1550nm i odpowiednio podłączone do nich cyrkulatory na 1310nm i 1550nm. Pozwoli to na uruchomienie 2 dwukierunkowych połączeń na jednym włóknie. Należy zwrócić szczególną uwagę na izolację sygnałów, jaką gwarantuje producent użytych urządzeń.



Kolejną możliwość daje zastosowanie filtrów CWDM. Wykorzystujemy tu tą właściwość wkładek nadawczo odbiorczych (SFP, XFP…), że sygnał nadawany jest wąskopasmowy, o ściśle określonej długości fali, jednocześnie odbiornik tej wkładki jest szerokopasmowy i może odebrać sygnał z szerokiego zakresu częstotliwości. Transmisją budujemy w ten sposób że połowa kanałów filtra CWDM jest wykorzystana do transmisji w jednym kierunku, druga połowa do transmisji drugim kierunku. Najlepiej do transmisji w jednym kierunku wykorzystywać kanały przyległe (obok siebie). Sygnały o dużej mocy, prosto z nadajników, nie będą zakłócały słabych (po przejściu przez linię) sygnałów odbieranych. Izolacja kanałów przyległych jest mniejsza niż odsuniętych.

ADD-DROP wydzielanie kanałów.

Niekiedy pojawia się potrzeba wydzielenia na trasie traktu CWDM jednego lub kilku kanałów w celu podłączenia urządzenia zlokalizowanego „po drodze”. Można zastosować filtry wydzielające 1 lub kilka kanałów. Mamy wykonania 1 kierunkowe, dwukierunkowe, 1 kierunkowe na dwa włókna, dwu kierunkowe na dwa włókna. Wszystkie warianty dla różnych wybranych kanałów CWDM. Filtr taki wydziela z grupy kanałów 1 lub więcej kanałów, pozostałe przepuszczając „na wprost”. Najbardziej istotnym parametrem determinującym parametry traktu są tłumienia jakie taki filtr wprowadza dla fal przepuszczanych „na wprost” i wydzielanych/wprowadzanych do światłowodu.

Na jedno włókno:

Na dwa włókna:

I wykonanie w postaci black-box:

Kaseta do mufy FOSC z filtrem add-drop na 1 falę:

Kaseta do mufy FIST z filtrem na 1 fale:

Add-drop do montowania w mufie, na jedną falę:

Dostarczany w kasecie FOSC, gdzie miesci sie 2 szt. na 2 kierunki:

Add-drop do montowania w mufie, na dwie fale:

Dostarczany w kasecie FOSC, gdzie miesci sie 2 szt. na 2 kierunki:

...albo w kasecie FIST gdzie mieści się jeden filtr
Autor: Sławomir Pastuszka Warszawa lipiec 2022 ©