LWDM vs MWDM

Различных типов технологий уплотнения WDM в современных телекоммуникационных сетях стало много, из наиболее известных: CWDM, DWDM, SWDM, LWDM, MWDM. Две последние технологии спектрального уплотнения на первый взгляд очень похожи и рабочим диапазоном и сферой применения. Давай те детальнее разберем каждую из этих технологий и выясним их отличия друг от друга, а также сильные и слабые стороны.

Технология LWDM

Технология LWDM – Local area network Wavelength Division Multiplexing была разработана специально для передачи высокоскоростных каналов, а позднее ее начали использовать при построения сетей 5G.

Технология LWDM использует 12 волн в O-диапазоне от 1269 до 1332 нм, с шагом между несущими 4 нм (200-800 ГГц). Спектральный диапазон «О» выбран не случайно, так как именно в этом диапазоне хроматическая дисперсия в одномодовых волокнах близка к нулю, что значительно упрощает передачу высокоскоростных сигналов, которые очень чувствительны к явлению дисперсии.

Наибольшее распространение получил подвид LWDM технологии, который называется LWDM4, в нем используются всего четыре длины волны: 1295,56 нм, 1300,05 нм, 1304,58 нм, 1309,14 нм. Именно LWDM4 используется во всех современных 100 Гбит/с трансиверах, таких как QSFP28 и CFP.

Основным преимуществом этой технологии является выбранный диапазон, так как он расположен в зоне минимальной (около нулевой) дисперсии одномодового волокна, а также современные полупроводниковые усилители (SOA) работают в диапазоне 1270 – 1330 нм. В связи с нестандартностью применяемых длин волн и относительной новизной технологии компонентная база LWDM является одной из самых дорогих.

Оборудование LWDM

Оптические трансиверы

Одними из первых и до сих пор наиболее популярными трансиверами, использующими технологию LWDM, являются двухволоконные QSFP28 трансиверы с дальностью передачи от 2 км до 80 км, подробнее о возможных моделях в таблице ниже.

Менее распространенными, но при этом достаточно популярными трансиверами являются LWDM SFP28, которые могут быть использованы как при построении 100GigabitEthernet сетей, так и создания волоконно-оптической инфраструктуры мобильных сетей 5G. На данный момент существуют модификации LWDM SFP28 модулей с дальностью передачи от 3 км до 30 км, подробнее о возможных моделях в таблице ниже.

Оптические мультиплексоры и демультиплексоры

В системах спектрального уплотнения LWDM используются классические мультиплексоры, составленные из последовательно соединенных тонкоплёночных фильтров. Как и в других WDM системах они позволяют с одной стороны объединять несколько оптических сигналов в один групповой линейный сигнал; с другой стороны, разделять этот линейный сигнала на отдельные несущие длины волн.

Для технологии LWDM4 применяются миниатюрные AWG мультиплексоры типа 1*4, то есть один вход, четыре выхода. Зачастую эти мультиплексоры применяются в качестве компонента 100GE трансиверов, но при необходимости могут быть применены и в роли пассивного линейного оборудования.

В LWDM так же используются мультиплексоры ввода/вывода – OADM. Этот тип мультиплексоров также производиться при помощи тонкопленочных фильтров и как в других технологиях спектрального уплотнения применяется для промежуточного ввода/вывода N передаваемых каналов связи.

Усилители О-диапазона

Для усиления О-диапазона применяются полупроводниковые оптические усилители (SOA). SOA (Semiconductor Optical Amplifier) – это оптический усилитель, рабочим веществом которого является полупроводниковый материал, что позволяет усиливать диапазон длин волн 1270 – 1330 нм.

Полупроводниковые усилители представляют собой многослойные полупроводниковые кристаллы, в средней части которых находится p-n-переход.

Сферы применения

Изначально основной сферой применения LWDM технологии стала двухволоконная передача высокоскоростных сигналов (100 Гбит/с и выше), что выродилось в отдельную технологию LWDM4 успешно применяемую в современных двухволоконных трансиверах форм фактора QSFP28. В дальнейшем развитие LWDM стало ориентироваться на быстроразвивающиеся сети 5G, что позволило не только в полной мере задействовать рабочий диапазон, но и дополнить системы передачи оптическими усилителями, что в свою очередь увеличило протяженность и разветвленность систем спектрального уплотнения LWDM.

Технология MWDM

Технология MWDM – Metro area network Wavelength Division Multiplexing, является самой молодой всех технологий спектрального уплотнения WDM. Она разработана Китайским институтом телекоммуникационных исследований (China Telecom Research Institute) и была утверждена Международным Союзом Электросвязи (ITU-T) в стандарте G.owdm2. Потребность в разработке новой технологии уплотнения возникла при развёртывании мобильных сетей пятого поколения – 5G в Китае, и необходимость в доступных и экономически выгодных компонентах для сокращения издержек при строительстве.

За основу MWDM взято шесть длин волн из технологии CWDM (1260-1370 нм), которые также расположены во втором окне прозрачности и обладают нулевой хроматической дисперсией, в итоге ученые получили 12 несущих длин волн.

Основным преимуществом технологии MWDM является то, что для изготовления ее компонентов можно повторно использовать оборудование и технологические процессы производства CWDM. Именно этот фактор значительно снижает стоимость как исследований, так и производства готовых компонентов для MWDM.

Оборудование MWDM

Системы уплотнения MWDM могут включать в себя следующие компоненты:

• Оптические трансиверы, рассчитаны для работы в системах уплотнения. В данном случае используются специальные трансиверы передатчики (лазеры), которые излучают на длинах волн из частотной сетки MWDM.
• Оптические мультиплексоры/демультиплексоры, объединяющие несколько оптических сигналов (от нескольких трансиверов) в один общий передаваемый по оптической трассе с одной стороны и разделяющие линейный сигнал, и передающие отдельные оптические сигналы в соответствующие приемники.
• Оптические мультиплексоры ввода/вывода (OADM), пассивные промежуточные устройства, которые вносят (add) и выделяют (drop) в линейный сигнал N длин волн. Принципиально OADM ничем не отличается от мультиплексора/демультиплексора, единственной его особенностью является то, что он имеет два линейных порта: «In» и «Out» или «West» и «East».

Сферы применения

Основной сферой применения технологии спектрального уплотнения MWDM являются fronthaul сети 5G. Но при необходимости MWDM можно задействовать для построение сети передачи 25GigabitEthernet в рамках ЦОД.

Отличия LWDM и MWDM

Однородность передаваемых каналов

В связи со схожестью рабочих диапазонов обеих технологий, однородность передаваемых каналов у обеих технологий высокая. Можно придраться что рабочий диапазон MWDM захватывает S-диапазон и поэтому однородность каналов ниже, но различие в несколько десятых децибела объективно нельзя назвать большим «перекосом».

Максимальное расстояние передачи

Максимальное расстояние передачи у трансиверов SFP28 в LWDM и MWDM системах передачи одинаковое – 30 км. Но рабочий диапазон LWDM в полном объеме может быть усилен при помощи SOA усилителей, что увеличит дальность передачи вдвое, до 60 км. В то время как рабочий диапазон MWDM не может быть усилен весь, только 8 длин волн из 12, что приведет или к снижению емкости системы уплотнения или отказу от использования усилителей.

Совместимость с другими технологиями WDM

Обе технологии могут быть использованы совместно с системами спектрального уплотнения CWDM или DWDM. В случае с гибридными сетями «DWDM+LWDM» или «DWDM+MWDM» никаких ограничений не накладывается, так как рабочие диапазоны всех трех технологий разнесены по спектру друг от друга и не оказывают взаимного влияния.

С технологией CWDM не все так просто, так как и LWDM и MWDM частично перекрывает рабочий диапазон CWDM. В случае LWDM перекрывается всего 3 несущие: 1270 нм, 1290 нм, 1310 нм, а вот при использовании MWDM перекрывается уже 6 несущих 1270 – 1370 нм, что значительно снижает возможную емкость CWDM системы.