Leitfaden zu Glasfaserübertragungsfenstern und Glasfaserbandbreite

Quarzglas ist nicht bei jeder Wellenlänge gleich transparent. Dämpfung und chromatische Dispersion variieren im gesamten Nahinfrarotspektrum, und die Wellenlängenbereiche, in denen die Verluste praktische Minima erreichen, werden als optische Übertragungsfenster bezeichnet.

Die Physik dahinter ist gut verstanden. Die Rayleigh-Streuung fällt auf 1/λ⁴ ab, was bedeutet, dass längere Wellenlängen weniger streuen. Die molekulare Infrarotabsorption hingegen steigt ab etwa 1600 nm stark an. Das Dämpfungsminimum liegt dort, wo diese beiden Mechanismen - nahe 1550 nm kreuzen. Dieser Kreuzungspunkt ist der Grund dafür, dass das C--Band die spektrale Position einnimmt, die es einnimmt. Unabhängig davon erzeugte ein verbleibender OH⁻-Ionenabsorptionspeak nahe 1383 nm historisch gesehen eine tote Zone im Spektrum, weshalb das O--Band und das S--Band nicht aneinandergrenzen.

Die sieben ITU-T-standardisierten Bänder

Vier davon übertragen den Großteil des kommerziellen Verkehrs: 850 nm, O-Band, C-Band und L-Band. Die restlichen drei übernehmen engere Rollen.

C-Band (1530–1565 nm)

Das C--Band ist das Rückgrat moderner optischer Netzwerke. Er liegt am unteren Ende der Siliziumdioxid-Dämpfungskurve, etwa 0,19–0,20 dB/km, und sein Verstärkungsfenster stimmt mit Erbium-dotierten Faserverstärkern überein. Diese Ausrichtung ist ein Zufall der Physik - Das Emissionsspektrum von Erbiumionen in Quarzglas überlappt zufällig mit dem Faserverlustminimum -, aber die gesamte Langstreckentransportindustrie hängt davon ab.

Typische Bereitstellungen umfassen DWDM-Langstrecken- und Ultra-Langstrecken--Backbone-Netzwerke, Unterseekabelsysteme, kohärente 100G/200G/400G/800G-Transporte und Rechenzentrumsverbindungen über 80+ km Entfernung. Ein einzelnes Glasfaserpaar im C--Band-DWDM kann 40–96 Kanäle mit einer Gesamtkapazität von 100 G oder mehr - im Bereich von mehreren zehn Terabit pro Sekunde übertragen.

Die spektrale Effizienz auf vielen C{0}}-Bandrouten nähert sich jetzt der Shannon-Grenze, da kohärenter DSP auf 800 G und 1,6 T pro Wellenlänge zusteuert. Wenn die Rechnung nicht mehr zu Ihren Gunsten ausgeht, besteht die praktische Antwort darin, die L--Bandkapazität auf derselben Faser zu aktivieren, anstatt zu versuchen, mehr Bits aus jedem Kanal herauszuholen.

O-Band (1260–1360 nm)

Das O-Band war das erste Fenster, das kommerziell für Single--Mode-Fasern genutzt wurde, und dominiert weiterhin Mittel--Verbindungen. Die wichtigste Eigenschaft: Die chromatische Dispersion liegt bei 1310 nm in Standard-G.652-Fasern nahe Null, dem Punkt, an dem sich Materialdispersion und Wellenleiterdispersion aufheben. Optische Impulse behalten ihre Form über die Entfernung ohne Kompensation bei, was bedeutet, dass Transceiver auf einfachere Architekturen zur direkten-Erkennung zurückgreifen können, die - günstiger sind und weniger Strom verbrauchen als kohärente C--Band-Module.

Häufige Anwendungen: 10G LR, 25G LR, 100G LR4 Module; Metro-Ethernet; Unternehmens-WAN und Dark Fiber Point{4}}zu-Punkt; PON-Upstream (1310 nm, Teilnehmer an OLT); BiDi- und CWDM-Transceiver.

Der Kompromiss-ist unkompliziert. Die Dämpfung im O--Band ist bei 0,35 dB/km etwa 75 % höher als im C--Band, und EDFAs funktionieren bei diesen Wellenlängen nicht. Über 40–80 km hinaus benötigen Sie C--Band. Innerhalb von U-Bahn-Entfernungen gewinnt O-Band hinsichtlich der Einfachheit der Ausbreitung und der Transceiver-Kosten. Optische Halbleiterverstärker und kohärente O--Band-Transceiver befinden sich in der Entwicklung und könnten die nutzbare Reichweite weiter vergrößern, eine Masseneinführung steht jedoch nicht unmittelbar bevor.

850-nm-Band

Innerhalb von Gebäuden und Rechenzentren verarbeitet das 850-nm-Band gepaart mit VCSEL-Quellen und Multimode-Glasfaser die überwiegende Mehrheit der Verbindungen mit kurzer{1}}Reichweite. Die Dämpfung ist hoch -, etwa 2,5–3,5 dB/km -, aber wenn Ihre längste Kabelstrecke 300 Meter beträgt, ist diese Zahl irrelevant.

VCSEL-basierte Optiken kosten deutlich weniger als DFB-Lasermodule, und das ist der springende Punkt. Server-zum-Switch, oben-im-Rack, Campus-Backbone, 10G/25G/40G/100G SR - im gesamten 850-nm-Gebiet.

Der Trend, den es zu verfolgen gilt: Hyperscale-Rechenzentren spezifizieren zunehmend Single-{0}Mode-Glasfaser in Neubauten, um 200-G- und 400-G-Pro-{3}}-Raten zu unterstützen. Dies verschlingt nach und nach den 850-nm-Anteil im oberen Bereich. Aber für die enorme installierte Basis von Multimode-Glasfaserkabeln und für kostensensible Unternehmensnetzwerke wird das 850-nm-Band nicht so schnell verschwinden.

L-Band (1565–1625 nm)

Das L--Band fungiert als Überlauf des C--Bandes. Es bietet mit etwa 0,22 dB/km die zweitniedrigste Dämpfung in Standard-Single-Mode-Fasern und kann mit kommerziell erhältlichen L-Band-EDFAs verstärkt werden.

Durch das Hinzufügen von L--Band-EDFAs und C+L-Mux/Demux an vorhandenen Verstärkerstandorten verdoppelt sich der Nutzwert ungefährGlasfaserbandbreiteauf bereits im Boden befindlicher Infrastruktur, zu einem Bruchteil der Kosten eines Neubaus. Dies ist der erste Kapazitätshebel, den Betreiber betätigen, wenn das C--Band voll ist.

C+L-Einsätze sind mittlerweile Standard auf großen U-Boot-Systemen und werden auf stark frequentierten terrestrischen Routen immer häufiger. Das kombinierte C+L-Spektrum hat sich von einem „notwendigen Muss“ zu einer Basislinie für die Kapazitätsplanung für neue Langstreckeninfrastrukturen entwickelt, insbesondere da die Raten pro-Wellenlänge auf 800G steigen.

Die Sekundärbands

S-Band (1460–1530 nm)

Heutzutage wird das S-Band hauptsächlich kommerziell für PON genutzt: GPON und XG-PON nutzen 1490 nm für den Downstream-Verkehr von OLT zu Abonnenten. Darüber hinaus ist das S-Band ein Forschungsziel für S+C+L-Breitband-DWDM der nächsten-Generation. Thulium-dotierte Faserverstärker und Raman-Verstärkung sind mögliche Verstärkungslösungen, aber keine von beiden kommt den C/L-Band-EDFA-Kosten oder der Zuverlässigkeit im Produktionsmaßstab nahe. Es gibt Laborvorführungen; Großes-kommerzielles S-Band-DWDM funktioniert nicht.

E-Band (1360–1460 nm)

Der OH⁻-Wasserpeak nahe 1383 nm machte dieses Band historisch unbrauchbar. Die G.652.D-Faser mit Null-Wasser-Peak eliminiert die Absorption, und die E--Band-Dämpfung auf der ZWP-Faser fällt tatsächlich unter die O--Band-Werte. Das Problem liegt in der installierten Basis: Bei den meisten Glasfasern im Boden weltweit handelt es sich um alte G.652.A- oder G.652.B-Fasern mit intakter Wasserspitze. Kommerzielle E--Band-Transceiver und -Verstärker sind nach wie vor rar. Realistisch gesehen ist das E--Band nur bei Greenfield-Builds auf ZWP-Glasfaser von Bedeutung, bei denen jeder verfügbare CWDM-Steckplatz benötigt wird.

U-Band (1625–1675 nm)

Das U-Band überträgt keinen Datenverkehr. Seine einzige Funktion ist die Out-of-Überwachung von Glasfasern. OTDR-Geräte mit U--Bandwellenlängen injizieren Testimpulse in stromführende Glasfasern und messen Reflexionen, Spleißverluste, Steckerqualität und Unterbrechungen, ohne aktive Dienste auf anderen Bändern zu unterbrechen.

Auswahl des richtigen Übertragungsfensters

Wichtige Entscheidungsbeschränkungen

Installierter Glasfasertyp

Multimode-Glasfaser (OM3/OM4) beschränkt Hochgeschwindigkeitsverbindungen auf 850 nm. Der Legacy-G.652.A/B-Single---Modus schließt das E--Band aufgrund der Wasserspitze aus. Die bereits im Boden befindliche Faser ist die erste Einschränkung - alles Weitere ergibt sich daraus.

Verstärkungsanforderung

EDFAs funktionieren nur in den C- und L-Bändern. Verbindungen, die eine optische Verstärkung erfordern -, im Allgemeinen über 80 km hinaus -, müssen eines dieser beiden Bänder verwenden. Die Ausweitung des O-Bandes über 40 km hinaus bedeutet entweder elektrische Regeneration oder unverstärkte kohärente Hochleistungstransceiver, was beides zusätzliche Kosten verursacht.

Kanalanzahl und Multiplexing-Strategie

CWDM unterstützt bis zu 18 Kanäle mit 20 nm Abstand, ohne Verstärkung und geringeren Kosten pro Kanal. DWDM packt 40–96+ Kanäle allein in das C--Band (mehr mit dem L--Band), erfordert EDFAs und bietet eine weitaus größere Gesamtkapazität. Die meisten U-Bahn- und Unternehmensverbindungen werden gut über CWDM bedient. Backbone, U-Boot und große DCI erfordern DWDM. Der Kreuzungspunkt liegt bei etwa 8–10 Kanälen oder verstärkten Spannweiten über 80 km.

Transceiver-Kosten und Leistungsbudget

850-nm-VCSEL-Optiken sind am günstigsten. O-Band DFB-basierte Module (LR, LR4) sitzen in der Mitte. Kohärente C--Band-Module weisen den höchsten Preis und Stromverbrauch auf. Der Einsatz kohärenter Optik auf einer 10 km langen U-Bahn-Verbindung, die ein O--Band-LR-Modul problemlos bewältigen kann, bietet keinen technischen Vorteil.

Wie WDM Übertragungsfenster nutzt

Wellenlängenmultiplexordnet unabhängigen Datenströmen unterschiedliche Wellenlängen zu und überträgt diese gleichzeitig über eine Faser. Die Übertragungsfenster bestimmen die SummeBandbreite der Glasfaserfür dieses Multiplexing zur Verfügung.

CWDM

20 nm Kanalabstand über O-, E-, S-, C- und L-Bänder. Bis zu 18 Kanäle. Über normale U-Bahn-Distanzen ist keine Verstärkung erforderlich. Ungekühlte Laser halten die Kosten niedrig. Wird in Metronetzen, unter 80 km langen Rechenzentrumsverbindungen und Unternehmens-Dark-Fiber-Verbindungen verwendet.

DWDM

100-GHz- oder 50-GHz-Kanalabstand im C--Band, optional erweitert auf L--Band. 40-Kanäle bei 100 GHz oder 96 bei 50 GHz, jeweils mit 100 G oder mehr. Für große Spannweiten sind EDFAs erforderlich. Wird auf Langstrecken-Backbones, Unterseekabeln und Hochgeschwindigkeitskabeln eingesetzt.-Bandbreite GlasfaserVerbindungen.

Die Wahl zwischen CWDM und DWDM hängt von der Kapazität im Vergleich zu den Kosten ab. CWDM ist pro Kanal günstiger, bietet aber maximal 18 Kanäle ohne Verstärkungspfad. DWDM kostet mehr, lässt sich aber auf einem einzigen Glasfaserpaar auf mehrere zehn Terabit skalieren.