CWDM i praksis

10 Flere kanaler på samme fiber CWDM-transceivere En farget CWDM-transceiver sender i en bestemt bølgelengdekanal. Et eksternt MUX/DEMUX-par samler og skiller flere slike kanaler. BØLGELENGDERASTERET ITU-T G.694.2 angir nominelle bølgelengder fra 1271 til 1611 nm i trinn på 20 nm. Det gir 18 mulige kanalposisjoner. Et konkret system kan bruke færre. SLIK VELGES EN KANAL Kontroller Tx-bølgelengde, mottakerområde, filterets kanal og tilgjengelig effektbudsjett. På singelfiberløsninger må sende- og returkanaler følge kanalplanen. CWDM4 ER NOE ANNET 100G CWDM4 bruker fire bølgelengder inne i modulen for én 100G-forbindelse. Den er ikke én farget 100G-kanal som uten videre kan settes inn i en vanlig 20 nm CWDM-port. GLOBALfiber S1G-L80-Cxx • CWDM-SFP TEKNISKE DETALJER Grunnkompendiet bruker både 1270/1290-merking og 1271/1291-verdier. Her brukes ITU-rasterets nominelle 1271, 1291 osv. Kontroller faktisk passbånd og datablad ved sammenkobling. T23

10 Transceiver og linjesystem WDM i praksis Prinsippet fra CWDM-grunnkurset gjelder fortsatt: modulene lager signalene, mens MUX/DEMUX fører hver kanal til riktig vei. FØR IDRIFTSETTELSE Lag en kanalplan med ende A/B, port, delenummer og Tx-frekvens eller bølgelengde. Beregn tap for hver retning og inkluder både MUX og DEMUX. PASSIVT OG AKTIVT Passive filtre trenger normalt ikke strøm. Transceivere trenger strøm, og et aktivt DWDM-linjesystem kan også ha forsterkere og overvåking. Coherent fjerner ikke disse systemkravene. TEKNISKE DETALJER Figuren er hentet fra originalkompendiet, side 51, og viser to-fiberprinsippet. Den er en prinsippskisse, ikke en ferdig DWDM-kanalplan. T25

Bølgelengdemultipleksing. Wavelength Division Multiplexing (WDM) er en kjernekomponent i moderne optiske nettverk, som muliggjør overføring av flere datastrømmer samtidig over en enkelt fiberoptisk kabel. Ved å utnytte forskjellige lysbølgelengder for hvert signal, øker WDM både kapasiteten og effektiviteten i optiske kommunikasjonsnettverk. Dette kapittelet utforsker to hovedkategorier av WDM-teknologi: Coarse Wavelength Division Multiplexing (CWDM) og Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM). CWDM gir kostnadseffektive løsninger for mellomlange avstander, mens DWDM er ideelt for høy kapasitet og lange distanser. Vi vil også se på betydningen av ulike bølgelengdeområder, med særlig fokus på O-båndet (Original Band), som brukes for å redusere dispersjon og øke signalintegriteten.

Hva er CWDM CWDM står for Coarse Wavelength Division Multiplexing Kanalene i CWDM er adskilt med 20 nm mellomrom, noe som gir plass til opptil 18 bølgelengder (kanaler) over én fiber. Dette brede spekteret av bølgelengder gir mindre tetthet enn DWDM, som kan ha kanalavstander ned til 0,8 nm. Siden CWDM vanligvis ikke benytter optiske forsterkere (som EDFA – Erbium-Doped Fiber Amplifiers), er maksimal rekkevidde typisk begrenset til 60–80 km på grunn av tap i fiberen. Dette gjør CWDM best egnet for lokalnettet og metro-nettverk. . BØLGELENGDEAVSTAND INGEN FORSTERKNING CWDM er en fiberoptisk teknologi som utnytter prinsippet om bølgelengdemultiplikasjon for å overføre flere datastrømmer samtidig over én enkelt optisk fiber. CWDM fungerer ved å bruke et spektrum av lysbølgelengder i det optiske området, typisk mellom 1270 nanometer (nm) og 1610 nm. TEKNISK PRINSIPP Dette oppnås ved å bruke forskjellige bølgelengder (farger) av lys, hvor hver bølgelengde fungerer som en separat kommunikasjonskanal. CWDM er spesielt utviklet for korte til mellomlange overføringsdistanser og er en enklere og mer kostnadseffektiv løsning enn DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing), som er designet for høy kapasitet og lange avstander.

Hovedkompononter i et CWDM-system 1. CWDM-lasere: Disse genererer lys på spesifikke bølgelengder. Laserne er uncooled, noe som betyr at de ikke trenger temperaturstabilisering, og de bruker mindre energi enn DWDM-lasere. 2. Multiplexer: Samler lys fra flere bølgelengder og kombinerer dem til én enkelt fiber. 3. Demultiplexer: Ved mottakeren splittes de ulike bølgelengdene tilbake til individuelle kanaler. 4. Optisk fiber: Bærer de multiplekserte signalene over en fysisk linje. 5. Transceivere: Konverterer elektriske signaler til optiske signaler (og omvendt) i hvert ende av forbindelsen. Et CWDM-system består av flere nøkkelkomponenter som sammen muliggjør overføringen: Kanalavstand: 20 nm / 0,8–1,6 nm Antall kanaler: Opptil 18 / 40–96 eller mer Rekkevidde: 60–80 km uten forsterkning Over 1000 km med forsterkning Utstyrskostnad: Lav / Høy Typiske bruksområder: Lokal- og bynettverk / Langdistanse og høy kapasitet TEKNISKE PARAMETER

Fordeler og begrensninger i et CWDM-system FORDELER BEGRENSNINGER KOSTNADSEFFEKTIV: CWDM-systemer krever mindre presisjon i produksjon og installasjon enn DWDM. Mangelen på kjøleutstyr reduserer både innkjøps- og driftskostnadene  ENKEL IMPLEMENTASJON: CWDM fungerer med standard optisk fiber og krever ikke avanserte løsninger som forsterkere for korte til mellomlange avstander. LAVERE ENERGIFORBRUK: Laserne i CWDM krever mindre strøm siden de ikke er kjølte. FLEKSIBILITET: Ideelt for små til mellomstore nettverk, som by-nettverk, bedriftsnettverk eller punkt-til-punkt-forbindelser. KORTERE REKKEVIDDE: CWDM er begrenset til avstander på opptil 80 km på grunn av manglende optisk forsterkning. Over lengre avstander kreves DWDM eller andre løsninger. LAVERE KANALTETTHET: Med større avstand mellom bølgelengder har CWDM færre kanaler tilgjengelig enn DWDM. DEMPING: Fiberens demping, særlig i spekteret rundt 1400–1500 nm, kan redusere ytelsen.  CWDM brukes i mange forskjellige type nettverk. Metro-nettverk: Kobler ulike noder i by-nettverk uten høye kostnader. Datacenter-forbindelser: Sikrer raske forbindelser mellom servere og lagringsenheter i datasentere. Kabel-TV-distribusjon: Overfører TV-signaler fra sentrale hovedkontorer til lokale stasjoner. Bedriftsnettverk: Gir små og mellomstore bedrifter muligheten til å oppnå høyere båndbredde uten behov for nye fiberinstallasjoner TEKNISKE PARAMETER

med 2 fiber løsning Cwdm i praksis

Hvorfor WDM? Ved å dele opp fiberen i flere bølgelengder kan ett fiberpar transportere opptil 18 separate kanaler samtidig. Hver kanal fungerer som en egen isolert forbindelse og kan benyttes til ulike tjenester og hastigheter. Eksempel: • Kanal 1 – 10G Internett • Kanal 2 – 25G Datasenter • Kanal 3 – 100G Transportnett • Kanal 4 – Fremtidig kapasitet CWDM er spesielt nyttig når det allerede finnes en fiberforbindelse mellom to lokasjoner og man ønsker å øke kapasiteten uten å etablere nye fiberstrekk. VISSTE DU AT CWDM bruker farger av lys Selv om vi ikke kan se dem, sendes ulike "farger" (bølgelengder) gjennom den samme fiberen samtidig uten å blande seg med hverandre.

WDM Wavelength Division Multipleksing Hvitt lys Glassprisme Spekter Som vist på illustrasjonen sendes hvitt lys, som inneholder mange ulike bølgelengder, inn i et passivt optisk filter. På samme måte som et prisme deler opp lyset i regnbuens farger, skilles de ulike bølgelengdene fra hverandre. I et CWDM-system representerer hver bølgelengde en egen kommunikasjonskanal. Disse kanalene kan transportere uavhengige datastrømmer gjennom den samme fiberen uten å påvirke hverandre. CWDM benytter normalt 18 bølgelengder fra 1270 nm til 1610 nm, med 20 nm avstand mellom kanalene.

CWDM Kanaler og fargekoder 1270 light purple 1290 sky blue 1310 yellow green 1330 yellow ocher 1350 pink 1370 beige 1390 white 1410 silver 1430 black 1450 yellow orange 1470 gray 1490 violet 1510 blue 1530 green 1550 yellow 1570 orange 1590 red 1610 brown Typisk CWDM-link Vi  benytter fargekoder etter ITU standard  som presenterer riktig bølgelengde

Demping for CWDM-bølgelengder Wavelegth [nm] Attenuation [dB/km] Dispersion [ps/(nm*km)] 1271 0,42 -8,5 1291 0,40 -3,9 1311 0,39 0 1331 0,37 3,3 1351 0,36 5,0 1371 0,35 6,6 1391 0,34 8,0 1411 0,32 9,1 1431 0,30 10,3 1451 0,29 11,5 1471 0,28 12,7 1491 0,27 13,9 1511 0,26 15,1 1531 0,25 16,3 1551 0,25 17,5 1571 0,25 18,7 1591 0,26 19,9 1611 0,27 21,1 HVORFOR ER DEMPNING FORSKJELLIG? Lys med ulike bølgelengder påvirkes forskjellig når det transporteres gjennom glassfiber. Fiberens materiale absorberer og sprer de ulike bølgelengdene i ulik grad, noe som gir forskjellige dempningsverdier. Selv om to transceivere har identisk sendeeffekt, vil den mottatte effekten variere avhengig av hvilken CWDM-kanal som benyttes. Dette er viktig å ta hensyn til ved beregning av linkbudsjett og maksimal rekkevidde. TEKNISKE DETALJER 1550 nm ligger i området med lavest dempning i fiberen og er derfor en av de mest benyttede bølgelengdene for lange forbindelser

Sender + mottaker = sant ....også i CWDM I praksis benyttes en MUX (multiplexer) til å samle flere bølgelengder inn på samme fiber, og en DEMUX (demultiplexer) til å skille dem fra hverandre igjen. For en to-fiber CWDM-forbindelse benyttes normalt: • 1 MUX i hver ende • 1 DEMUX i hver ende Totalt benyttes derfor fire passive filtre/prismer i forbindelsen. Transceivere med ulike CWDM-bølgelengder kobles til MUX-en. Lyset kombineres på én fiber, transporteres gjennom nettet og skilles ut igjen på mottakersiden før det sendes videre til riktig mottaker. TEKNISKE DETALJER CWDM-utstyret trenger ikke strøm MUX- og DEMUX-modulene er passive komponenter. De deler og samler bølgelengder ved hjelp av optiske filtre og krever normalt ingen strømforsyning.

CWDM-porttyper CWDM benytter 18 standardiserte bølgelengder fra 1270 nm til 1610 nm. Hver bølgelengde fungerer som en egen kommunikasjonskanal og kan transportere en separat tjeneste gjennom den samme fiberen. EXT = Expansion Port EXT-porten gjør det mulig å koble til flere CWDM-moduler og utvide antall tilgjengelige kanaler uten å endre den eksisterende installasjonen. TEKNISKE DETALJER I mange installasjoner benyttes først kanalene fra 1470 nm til 1610 nm. Disse ligger i området med lavest dempning i fiberen og er derfor godt egnet for lengre forbindelser. MUX-en samler de aktive bølgelengdene inn på én felles fiber, mens de resterende bølgelengdene føres ut gjennom en egen ekspansjonsport (EXT-port). Dette gjør det mulig å ta i bruk flere kanaler senere uten å bytte ut eksisterende CWDM-utstyr eller etablere nye fiberforbindelser. 18 kanaler – men ofte bygges bare 8 ut i første fase Mange CWDM-løsninger starter med kanalene 1470–1610 nm. De lavere bølgelengdene (1270–1430 nm) reserveres ofte for fremtidig utvidelse via EXT-porten.

CWDM-link punkt til punkt-eksempel Her har vi et eksempel på punkt til punkt CWDM-link Punkt til punkt-eksempel Illustrasjonen viser et typisk CWDM-oppsett mellom to lokasjoner. Flere tjenester transporteres samtidig over den samme fiberforbindelsen ved hjelp av ulike bølgelengder. Hver farge representerer en egen CWDM-kanal og fungerer som en separat forbindelse gjennom nettet. Kanalene er fullstendig isolert fra hverandre, selv om de deler den samme fiberen. Dette gjør det mulig å transportere mange ulike tjenester samtidig, for eksempel internett, datasentertrafikk, backup eller dedikerte kundeforbindelser, uten behov for flere fiberpar. Utbygging ved behov I mange installasjoner tas først kanalene fra 1470 nm til 1610 nm i bruk. Dersom kapasitetsbehovet øker, kan flere bølgelengder kobles inn via EXT-porten og gi ytterligere kapasitet på den samme fiberforbindelsen. På denne måten kan nettverket bygges ut trinnvis uten å etablere nye fiberstrekk

med 1 fiber løsning Cwdm i praksis

WDM- BiDi-transceiver CWDM kan også benyttes på én enkelt fiber. Dette er en løsning som brukes i mange FTTH-nett (Fiber To The Home), og støttes av de fleste transceivere som benyttes i Norge. Prinsippet er at én bølgelengde brukes til å sende data, mens en annen bølgelengde brukes til å motta data. Et vanlig eksempel er en transceiver som sender på 1310 nm og mottar på 1490 nm. Dette fungerer fordi transceiveren inneholder optiske filtre, tilsvarende et CWDM-prisme, som skiller de ulike bølgelengdene fra hverandre. Filteret sørger for at riktig bølgelengde ledes til senderen, mens den mottatte bølgelengden ledes til mottakeren. På denne måten kan toveis kommunikasjon foregå samtidig over én og samme fiber.

Singelfiber / BiDi-directional WDM Kommunikasjon på én fiber Ved hjelp av BiDi-teknologi (Bidirectional WDM) kan både sending og mottak foregå samtidig på én og samme fiber. Dette oppnås ved å benytte forskjellige bølgelengder i hver retning. Optiske filtre i MUX-, DEMUX- eller transceivermodulen sørger for at de ulike bølgelengdene skilles fra hverandre, slik at signalene ikke forstyrrer hverandre. Prinsippet er det samme som i CWDM-systemer, der ulike bølgelengder fungerer som separate transportkanaler gjennom fiberen.

Singelfiber / BiDi-mux BiDi i praksis I dette eksemplet benyttes standard CWDM-transceivere sammen med MUX/DEMUX-filtre. Transceiveren på den ene siden sender på 1610 nm. Signalet kobles inn på 1610-porten i MUX-en, transporteres gjennom fiberen og skilles ut igjen på 1610-porten i den andre enden. Der kobles signalet inn på mottakeren til en transceiver som sender på 1590 nm. Returtrafikken følger samme fiber, men benytter 1590 nm i motsatt retning. Mottakerdelen i transceiveren kan motta lys innenfor et bredere bølgelengdeområde, mens de optiske filtrene sørger for at riktig signal ledes til riktig mottaker. 1610 nm på den ene siden kobles normalt sammen med 1590 nm på den andre siden. På denne måten får hver ende sin egen sende- og mottaksbølgelengde, samtidig som begge deler én fysisk fiber. visste DU?

Cwdm Ad / Drop

CWDM-komponenter: OADM Et OADM-filter (Optical Add/Drop Multiplexer) gjør det mulig å ta ut eller legge til én eller flere bestemte bølgelengder på en eksisterende CWDM-forbindelse. Dette skjer ved hjelp av passive optiske filtre som skiller ut de ønskede kanalene, mens de øvrige bølgelengdene fortsetter uforstyrret gjennom fiberen. Ved å installere et OADM kan man hente ut eller tilføre tjenester hvor som helst langs en fiberstrekning, uten å måtte terminere eller bygge om hele forbindelsen. Dette gjør teknologien spesielt nyttig i større transportnett der flere lokasjoner skal kobles til den samme fiberinfrastrukturen. Hvorfor benytte OADM? • Gir tilgang til utvalgte bølgelengder uten å påvirke øvrige tjenester. • Minimerer ekstra dempning på hovedstrekningen. • Gjør det mulig å legge til nye tjenester uten å etablere nye fiberforbindelser. • Kan installeres hvor som helst langs en eksisterende CWDM-link. TEKNISKE DETALJER Et OADM er en passiv komponent og krever ingen strømforsyning. Selv om utstyr på et av de tilkoblede punktene mister strøm, vil de øvrige bølgelengdene fortsatt kunne passere gjennom forbindelsen. Dette bidrar til høy tilgjengelighet og reduserer risikoen for at én lokasjon påvirker resten av transportnettet.

Tre-ports filter Tre-ports filter Et tre-ports AD/Drop-filter benyttes når én eller flere bestemte bølgelengder skal tas ut eller legges til på en eksisterende CWDM-forbindelse. Filteret består av tre porter: • Port 1 – LINE: Hovedporten der alle tilgjengelige CWDM-bølgelengder går inn eller ut av filteret. Dette er forbindelsen videre langs transportnettet. • Port 2 – ADD/DROP: Porten for den dedikerte bølgelengden som skal tas ut eller legges inn på forbindelsen. I eksemplet på illustrasjonen er dette 1530 nm-kanalen. • Port 3 – EXT: Her passerer alle de resterende bølgelengdene som ikke filtreres ut av AD/Drop-porten. Denne porten brukes når forbindelsen skal videreføres eller bygges ut med flere tjenester senere. Hvordan fungerer det? Når alle CWDM-kanalene ankommer filteret via LINE-porten, skilles den valgte bølgelengden ut og sendes til ADD/DROP-porten. De øvrige bølgelengdene fortsetter videre gjennom EXT-porten med minimal påvirkning. På samme måte kan ny trafikk på den aktuelle bølgelengden legges inn via ADD/DROP-porten og kombineres med de øvrige kanalene før signalet sendes videre på hovedforbindelsen.

Add/Drop-eksempel Ved hjelp av Add/Drop-filtre kan et CWDM-system bygges opp som et passivt transportnett der ulike lokasjoner får tilgang til bestemte bølgelengder uten å påvirke resten av trafikken. I dette eksemplet er lokasjonene i hver ende utstyrt med et 8+1 CWDM-system som benytter bølgelengdene 1470 nm til 1610 nm. Mellom disse punktene er det plassert OADM-filtre som gjør det mulig å ta ut og legge til utvalgte kanaler underveis. På lokasjon B benyttes et OADM4-filter som tar ut bølgelengdene 1470, 1490, 1510 og 1530 nm. Disse kanalene kan deretter brukes til lokale tjenester eller forbindelser mot både vest og øst i nettet. De resterende kanalene fortsetter videre gjennom transportforbindelsen uten å bli påvirket. Lenger øst i nettet benyttes et OADM1-filter som tar ut og legger til 1570 nm. Denne lokasjonen får dermed tilgang til én dedikert kanal, mens øvrige bølgelengder passerer videre mot endepunktet. Hva skjer med de andre kanalene? Kanalene 1550, 1590 og 1610 nm blir ikke tatt ut i de mellomliggende lokasjonene og transporteres derfor direkte mellom endepunktene i nettet. Resultatet er at hver lokasjon kun får tilgang til de bølgelengdene den trenger, samtidig som resten av kapasiteten kan brukes av andre punkter i transportnettet. CWDM-link Add/dropp-eksempel TEKNISK KURIOSITET Et OADM kan sammenlignes med en avkjøring på en motorvei. Enkelte bølgelengder tas av ved en bestemt lokasjon, mens resten av trafikken fortsetter videre mot neste punkt uten å stoppe.

Singelfiber / BiDi OADM som vis på bilde kan AD Drop filter leveres som ferdig panel eller som skjøtbar 3 ports filter