DWDM og kanalplaner

10 Tettere kanalavstand DWDM-transceivere DWDM plasserer kanalene tettere enn CWDM. Kanalplanen beskrives vanligvis i frekvens, for eksempel THz og GHz, med utgangspunkt i ITU-T G.694.1. FAST ELLER TUNBAR En fast modul sender på én kanal. En tunbar modul kan stilles til flere kanaler innenfor sitt spesifiserte bånd. Verten må kunne konfigurere frekvensen, og signalet må passe filterets passbånd. KANALPLAN 100 GHz og 50 GHz er vanlige faste raster. Flex-grid bruker finere frekvensplassering og fleksibel slotbredde. Det finnes ingen universell «DWDM-kanal» som passer all optikk. DWDM ER IKKE ALLTID COHERENT 10G DWDM SFP+ kan bruke intensitetsmodulasjon og direkte deteksjon. Moderne coherent moduler bruker en annen mottaksteknikk. Begge kan være tunbare. Skjematisk frekvensraster. Flex-grid krever også samsvar med optikk og filtre. TEKNISKE DETALJER Rekkevidden bestemmes av hele systemet: fiber, filtre, tap, dispersjon, OSNR og eventuelle forsterkere. DWDM-navnet alene gir verken et fast kanalantall eller en bestemt rekkevidde. T24

Videreføring av fiberoptikk Om kurset DWDM lar flere optiske signaler dele samme fiber. Kurset forklarer hvordan vi planlegger kanalene og velger optikk, filtre og linjeutstyr som fungerer sammen. LÆRINGSMÅL Etter kurset skal du kunne skille frekvens fra datahastighet, forklare 50, 75, 100 og 150 GHz og lese en konkret kanalplan. Du skal også kunne sette opp et enkelt tapsbudsjett og foreslå relevante målinger. Du skal også kunne skille O-bånd fra C-bånd og vurdere riktig kanalplan. FORUTSETNINGER Kjennskap til singelmodusfiber, dB/dBm, konnektorer og Tx/Rx fra grunnkurset. Kurset passer for teknikere, prosjekterende og teknisk salg. INNHOLDSGRUNNLAG Layout, skrifter og terminologi viderefører «Innføring i fiberoptikk med CWDM». DWDM-fordypningen er nytt innhold basert på standarder og leverandørdokumentasjon. Regneeksempler har oppgitte forutsetninger. TEKNISKE DETALJER GHz beskriver optisk frekvensavstand eller spektral bredde. Gbit/s beskriver datahastighet. Det finnes ingen entydig omregning mellom dem. D02

01 Grunnprinsipper Hva er DWDM? Dense Wavelength Division Multiplexing kombinerer flere optiske bærebølger på én fiber. Hver bærebølge kan transportere sin egen datastrøm. MUX OG DEMUX En multiplexer kombinerer kanalene. I den andre enden skiller en demultiplexer dem til riktige mottakere. Passive filtre ruter lys etter frekvens. De endrer ikke Ethernet-hastigheten. KAPASITET I SAMME FIBER Flere forbindelser kan dele fiberinfrastrukturen. Optikken i hver ende må bruke en frekvens og et signalformat som hele forbindelsen støtter. Forenklet prinsipp i én retning. Fargene representerer ulike optiske frekvenser. TEKNISKE DETALJER En passiv MUX trenger ikke strøm, men gir optisk tap. Et komplett DWDM-system kan i tillegg inneholde aktive transpondere, forsterkere og overvåking. D04

01 Grunnprinsipper CWDM og DWDM Begge teknologiene deler fiberen mellom flere bølgelengder. Forskjellen ligger blant annet i kanalplan, filterkrav og typiske systemløsninger. Egenskap CWDM DWDM Kanalplan Typisk 20 nm avstand Frekvensraster i GHz Typisk bruk Enkle, passive forbindelser Tett kanalpakking og høy kapasitet Optikk Ofte fast bølgelengde Fast eller avstembar frekvens Linjeutstyr Ofte uten forsterkning Passivt eller med EDFA/ROADM C-BÅND OG ANDRE BÅND Mange DWDM-systemer bruker C-båndet rundt 1550 nm, der EDFA-forsterkning er vanlig. DWDM finnes også i andre bølgelengdebånd. Bånd og filter må alltid spesifiseres. O-bånd omtales på de neste sidene. Et egnet båndfilter kan føre O- og C-bånd over samme fiber. Prinsipp i én retning. TEKNISKE DETALJER En vanlig 1310 nm LR-modul blir ikke en C-bånd DWDM-kanal ved å kobles til en DWDM-port. Riktig optikk eller en transponder må gi riktig linjesignal. D05

01 Grunnprinsipper Frekvens og nm Den samme optiske bærebølgen kan beskrives med frekvens i THz eller bølgelengde i nm. Når frekvensen øker, blir bølgelengden kortere. SAMMENHENGEN Bølgelengde i vakuum: λ [nm] = 299 792,458 / f [THz]. 193,1 THz tilsvarer omtrent 1552,52 nm. OMTRENT VED 1550 nm 50 GHz tilsvarer 0,40 nm. 75 GHz tilsvarer 0,60 nm. 100 GHz tilsvarer 0,80 nm. 150 GHz tilsvarer 1,20 nm. Dette er lokale tilnærminger. Lik GHz-avstand gir ikke helt lik nm-avstand over hele båndet. ENTYDIG BESTILLING Oppgi senterfrekvens i THz og kanalplanen den tilhører. Kanalnavn som C31 eller H30 må tolkes sammen med leverandørens tabell. TEKNISKE DETALJER Eksempel: 193,100 og 193,200 THz ligger 100 GHz fra hverandre. Forskjellen er 0,100 THz. 100 GHz sier ingenting alene om forbindelsen er 10G, 100G eller 400G. D09 1310 nm 228,85 THz 1550 nm 193,41 THz Kortere bølgelengde gir høyere optisk frekvens Skjematisk sammenligning i vakuum. Optisk bærefrekvens er ikke det samme som datahastighet.

01 Grunnprinsipper Avstand og bredde Tre ulike begreper må holdes fra hverandre når vi leser et DWDM-datablad. Begrep Betydning Kanalavstand Avstand mellom senterfrekvensene til nabokanaler. Slotbredde Spektrum som kanalplanen reserverer for ett signal. Filterpassbånd Frekvensområde filteret slipper gjennom ved en angitt tapsgrense. Samme frekvensområde i alle rader. Illustrasjonen viser senteravstand, ikke garantert passbånd. TEKNISKE DETALJER 100 GHz senteravstand garanterer ikke 100 GHz passbånd. Kontroller filterkurven ved angitt tapsnivå mot modulens spektrale krav. D10

02 Kanalvalg 50 GHz 50 GHz gir tett kanalpakking. Det passer signalprofiler som har tilstrekkelig smalt spektrum og tåler filtreringen i linjesystemet. NÅR BRUKER VI DET? Vanlig i etablerte DWDM-nett med mange kanaler, blant annet med 10G og egnede 100G coherent-profiler. Cisco dokumenterer for eksempel 50 GHz-drift for sin 100G ZR-modul. HVA MÅ KONTROLLERES? Senterfrekvens, baudrate, spektral maske og passbånd. Flere filtre i serie kan innsnevre det effektive passbåndet ytterligere. OPPGRADERING AV EKSISTERENDE NETT Et 50 GHz-nett kan sette en grense for hvilke nye signalprofiler som passer. Å la en nabokanal stå tom gjør ikke automatisk et fast filter bredere. TEKNISKE DETALJER Velg 50 GHz når den konkrete optiske profilen og linjen støtter det. 50 GHz er ikke en generell anbefaling for alle 100G- eller 400G-moduler. D11 50 GHz mellom kanalens senterfrekvenser 0 50 100 150 200 250 300 50 GHz Relativ frekvens (GHz) Strekene viser kanalsentre på samme 300 GHz skala. De viser ikke signalbredde, filterpassbånd eller datahastighet.

02 Kanalvalg 75 GHz 75 GHz brukes blant annet for 400G coherent, når modulen og linjesystemet støtter den aktuelle profilen. NÅR BRUKER VI DET? Aktuelt i datasenterforbindelser og metro når vi ønsker tettere pakking enn 100 GHz. OIF 400ZR versjon 3.0 har en egen 75 GHz-applikasjon. OpenZR+ beskriver også 75 GHz-bruk. HVA VINNER VI? Ved samme tilgjengelige spektrum kan 75 GHz gi flere kanaler enn 100 GHz. I et idealisert 4,8 THz-vindu blir det 64 mot 48 slotter. HVA KREVER DET? Riktig modulprofil, filterbredde og kanalplan. En modul som bare støtter en 100 GHz-applikasjon, er ikke automatisk kvalifisert for 75 GHz. TEKNISKE DETALJER 75 GHz er seks slotbredde-trinn à 12,5 GHz i flex-grid. At en laser kan stilles på riktig frekvens, dokumenterer ikke alene at signalet passer i slotten. D12 75 GHz mellom kanalens senterfrekvenser 0 75 150 225 300 75 GHz Relativ frekvens (GHz) Strekene viser kanalsentre på samme 300 GHz skala. De viser ikke signalbredde, filterpassbånd eller datahastighet.

02 Kanalvalg 100 GHz 100 GHz er et utbredt raster i passive DWDM-løsninger og i linjesystemer for coherent transport. NÅR BRUKER VI DET? Typisk for separate 10G DWDM-forbindelser gjennom passive filtre. 100 GHz brukes også med egnede 400ZR-profiler i linjesystemer med tilstrekkelig passbånd. STØRRE AVSTAND GIR PLASS Sammenlignet med 50 GHz gir 100 GHz større avstand mellom sentrene, men færre kanaler innenfor samme spektrum. FALLGRUVEN VED GAMLE FILTRE Et eldre 100 GHz-filter for smale signaler kan være uegnet for et bredt 400G-signal. Raster og filterbredde er to separate produktkrav. TEKNISKE DETALJER GLOBALfibers G-DMUX-40-2160-MLU oppgir 100 GHz kanalavstand, men kanalpassbånd ±0,11 nm. Produktet må derfor ikke velges til 400ZR ut fra «100 GHz» alene. D13 100 GHz mellom kanalens senterfrekvenser 0 100 200 300 100 GHz Relativ frekvens (GHz) Strekene viser kanalsentre på samme 300 GHz skala. De viser ikke signalbredde, filterpassbånd eller datahastighet.

02 Kanalvalg 150 GHz 150 GHz gir rom for bredere signaler. OIFs 800ZR-profil bruker 150 GHz kanalavstand. NÅR BRUKER VI DET? Aktuelt for 800ZR og andre høybaud-profiler når linjeutstyret støtter signalet. Noen 400G-moduler har også moduser som bruker bredere kanaler, for eksempel for økt rekkevidde. AVVEININGEN En bredere kanal bruker mer spektrum. Samtidig kan den transportere mer data eller gi rom for en annen signalprofil. Resultatet avhenger av baudrate, modulasjon og linjekvalitet. GLOBALfiber-EKSEMPEL 32-kanals AAWG og 8-kanals LGX-produkter finnes med 150 GHz avstand. De viser at 150 GHz også kan bygges med faste passive filtre. TEKNISKE DETALJER 150 GHz betyr ikke automatisk flex-grid. Et passivt 150 GHz-filter har faste senterfrekvenser. Kontroller disse mot optikken, i tillegg til passbånd og tap. D14 150 GHz mellom kanalens senterfrekvenser 0 150 300 150 GHz Relativ frekvens (GHz) Strekene viser kanalsentre på samme 300 GHz skala. De viser ikke signalbredde, filterpassbånd eller datahastighet.

02 Kanalvalg Flex-grid Flex-grid skiller plasseringen av senterfrekvensen fra bredden på frekvensslotten. PLASSERING OG BREDDE ITU-T G.694.1 bruker 6,25 GHz trinn for senterfrekvens og 12,5 GHz trinn for slotbredde. 50, 75, 100 og 150 GHz tilsvarer henholdsvis 4, 6, 8 og 12 breddetrinn. ULIKE SIGNALER PÅ SAMME LINJE Et kompatibelt WSS/ROADM-system kan sette av ulik bredde til ulike profiler. Hver enhet i signalveien må støtte den valgte frekvensen og bredden. Eksempel med 300 GHz samlet spektrum. Nederste rad fordeler plassen ulikt mellom signalene. TEKNISKE DETALJER Slotter må ikke overlappe. Valgbare trinn, minimumsbredde og støttede bånd kan være mer begrenset i produktet enn i standardens generelle modell. D15

02 Kanalvalg Baud og Gbit/s Baudrate beskriver antall symboler per sekund. Hvert symbol kan bære flere databiter, avhengig av modulasjonen. HVORFOR BREDDEBEHOVET VARIERER Høyere baudrate krever vanligvis større optisk båndbredde. Pulsforming og spektral maske påvirker den faktiske bredden. Mer informasjon per symbol kan gi høyere datahastighet ved samme baudrate, men stiller andre krav til signalkvaliteten. FORENKLET COHERENT -EKSEMPEL DP-QPSK bærer 4 råbiter per symbol over to polarisasjoner. DP-16QAM bærer 8. Ved 64 GBd blir råhastigheten henholdsvis 256 og 512 Gbit/s før FEC og annen overhead. PROFILEN BESTEMMER Vi velger ikke GHz-bredde ved å dele Ethernet-hastigheten på et fast tall. Bruk kravene for den konkrete optiske driftsmodusen. TEKNISKE DETALJER Samme 400G-kapasitet kan ha ulike baudrater og spektrumkrav. Bredere slot kan derfor være relevant også uten økt Ethernet-hastighet. D16 25 GBd × 1 bit/symbol · NRZ = 25 Gb/s 25 GBd × 2 bit/symbol · PAM4 = 50 Gb/s Samme symbolrate kan gi ulik rå bitrate. FEC og annen koding påvirker nyttig datahastighet.

02 Kanalvalg Filter og signal Signalet må passere gjennom alle filtre med akseptabel demping og forvrengning. PASSBÅND OG FILTERFORM Et flat-top-filter har et relativt flatt område rundt sentrum. Et Gaussian-filter demper mer gradvis utover fra sentrum. Navnet alene dokumenterer ikke at signalprofilen passer. FLERE FILTRE I SERIE MUX, DEMUX og eventuelle OADM/ROADM-filtre virker sammen. Små avvik i senterfrekvens og filterform kan redusere marginen. Prinsippskisse. Til høyre går deler av signalet utenfor filterets nyttige passbånd. TEKNISKE DETALJER Vurder spesifisert passbånd, maksimal innsettingsdemping, isolasjon og filtreringsstraff. Kontroller signalet i den komplette ruten, ikke bare mot ett enkelt filter. D17

02 Kanalvalg Kapasitet i båndet Dette regneeksemplet bruker et idealisert, sammenhengende spektrum på 4,8 THz = 4800 GHz. Vi ser bort fra kantmarginer og andre reserver. Slotbredde Antall slotter Eksempel per slot Samlet kapasitet 50 GHz 96 100 Gbit/s 9,6 Tbit/s 75 GHz 64 400 Gbit/s 25,6 Tbit/s 100 GHz 48 400 Gbit/s 19,2 Tbit/s 150 GHz 32 800 Gbit/s 25,6 Tbit/s SLIK REGNER VI Antall = 4800 GHz / slotbredde. Kapasitet = antall × datahastighet. Hastighetene er valgte illustrasjonseksempler, ikke grenser for rasteret. SLIK BRUKER VI RESULTATET Sammenlign reelle profiler ved ønsket avstand og margin. Fiberbånd, forsterkere, filterporter og kanalplan begrenser det faktiske antallet. TEKNISKE DETALJER Et produkt med 40 porter har 40 kanaler selv om et idealisert regnestykke viser 48 slotter. Flere slotter gir heller ikke nødvendigvis høyest samlet kapasitet. D18

03 GLOBALfiber-produkter 100 GHz MUX G-DMUX-40-2160-MLU er et passivt produkt for 40 kanaler på et fiberpar. Databladets opplysning Verdi Kanalplan C21–C60, 100 GHz Utførelse 19 tommer, 1U, LC/UPC Ekstra porter 1310 nm og monitor Filtertype AAWG, Gaussian Innsettingsdemping Inntil 3,5 dB per bølgelengdeport GLOBALfiber G-DMUX-40-2160-MLU. Produktfoto fra GLOBALfiber. TEKNISKE DETALJER Ta med begge endefiltrene i tapsbudsjettet. Den separate 1310 nm-porten har egne egenskaper og er ikke en ekstra C-bånd DWDM-kanal. D19

03 GLOBALfiber-produkter 150 GHz MUX G-DMUX32-C14H60-MLU er et passivt 32-kanals produkt med 150 GHz senteravstand. Databladets opplysning Verdi Kanalplan C14–H60, 191,400–196,050 THz Utførelse 19 tommer, 1U, LC/UPC Filtertype AAWG, flat-top Innsettingsdemping Inntil 6 dB per bølgelengdeport Oppgitt båndbredde Minst 90 GHz ved −0,5 dB Minst 150 GHz ved −3 dB GLOBALfiber G-DMUX32-C14H60-MLU. Produktfoto fra GLOBALfiber. TEKNISKE DETALJER Databladet omtaler 800G som bruksområde. En konkret 800G-løsning krever likevel samsvar i senterfrekvens, passbånd, optisk profil og linjemargin. D20

03 Kompatibilitet Samme GHz, ulik plan To kanalplaner kan ha 150 GHz avstand og likevel ha ulike senterfrekvenser. Dette må avklares før valg av transceiver. Plan Første sentre i stigende rekkefølge GLOBALfiber C14–H60 191,400 / 191,550 / 191,700 THz OIF 800ZR, tabell 30 191,375 / 191,525 / 191,675 THz Forskjell 25 GHz mellom tilsvarende sentre KONSEKVENSEN Standardens 800ZR-plan og dette GLOBALfiber-filteret er ikke sentrert likt. En avstembar modul kan eventuelt settes på filterets frekvenser, men dette må være støttet og kvalifisert for valgt driftsmodus. DET SOM MÅ BEKREFTES Eksakt frekvenstabell, tilgjengelige modulinnstillinger, spektral maske og ende-til-ende filtreringsstraff. Riktig raster alene er utilstrekkelig. TEKNISKE DETALJER Dette er en kontroll av kanalplaner, ikke en konklusjon om at produktet er uegnet. Leverandøren må dokumentere kombinasjonen av modul, profil og filter. D21 Plan A 150 GHz mellom sentrene Plan B 150 GHz mellom sentrene 25 GHz forskyvning mellom planene Plan A = OIF 800ZR. Plan B = GLOBALfiber. Kanalavstanden er lik, men senterfrekvensene er forskjøvet 25 GHz.

04 Nettarkitektur DWDM over to fibre Et fiberpar bruker normalt én fiber per retning. Begge retninger kan gjenbruke den samme frekvensplanen. A TIL B Senderne på A går til MUX, videre på fiber 1 og gjennom DEMUX til mottakerne på B. B TIL A Returtrafikken bruker fiber 2. For hver tjeneste må Tx i den ene enden nå riktig Rx i den andre enden. Portmerking og patching må dokumenteres. Pilene viser retning på fiberparet. Fargene i denne figuren angir ikke bølgelengder. TEKNISKE DETALJER MUX/DEMUX kan være samlet i ett chassis. «Dual fiber» beskriver fiberforbindelsen. Det sier ikke alene hvor mange klientporter eller tjenester produktet har. D22

04 Nettarkitektur DWDM over én fiber En enkeltfiberløsning fører begge retninger på samme fiber. Kanalplanen må skille retningene i den valgte arkitekturen. A-SIDE OG B-SIDE En vanlig passiv løsning bruker ulike bølgelengder i hver retning. MUX/DEMUX i A og B har komplementære portplaner. TJENESTER OG BØLGELENGDER GLOBALfiber viser for eksempel en løsning merket 4CH / 8 Waves. Fire toveis tjenester kan bruke åtte bølgelengder når hver retning får sin egen. PROSJEKTERING Dokumenter Tx-frekvens, Rx-frekvens, A/B-side og fiberport. Vurder returtap, refleksjoner og eventuell forsterkning særskilt for enkeltfiberarkitekturen. Pilene viser to retninger på samme fysiske fiber. Retningene bruker ulike bølgelengder. TEKNISKE DETALJER Kanalantall kan bety bølgelengder eller toveis tjenester i forskjellige produktbeskrivelser. Les portplanen før antall tjenester beregnes. D23

04 Nettarkitektur Add/Drop og ROADM Et mellompunkt kan hente ut utvalgte kanaler og legge inn nye, mens andre kanaler passerer videre. FAST OADM Et passivt OADM har bestemte kanaler for Add og Drop. Gjennomgangskanaler og lokale kanaler får ulike tap som må inngå i budsjettet. ROADM En ROADM bruker blant annet en bølgelengdestyrt svitsj (WSS) til å styre kanalene. Et flex-grid-produkt kan støtte ulike slotbredder innenfor sine grenser. Prinsipp i én retning. Den oransje kanalen termineres og kan legges inn på nytt ved B. TEKNISKE DETALJER Passiv Add/Drop og ROADM er ulike løsninger. En ring eller alternativ rute krever egen beskyttelses- og kanalplan. Topologien alene gir ikke automatisk beskyttelse. D24