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.
| Номер канала | Длина волны | Диапазон длин волн |
| 1 | 1269,23 нм | O-диапазон |
| 2 | 1273,54 нм | O-диапазон |
| 3 | 1277,89 нм | O-диапазон |
| 4 | 1282,26 нм | O-диапазон |
| 5 | 1286,66 нм | O-диапазон |
| 6 | 1291,1 нм | O-диапазон |
| 7 | 1295,56 нм | O-диапазон |
| 8 | 1300,05 нм | O-диапазон |
| 9 | 1304,58 нм | O-диапазон |
| 10 | 1309,14 нм | O-диапазон |
| 11 | 1313,73 нм | O-диапазон |
| 12 | 1318,35 нм | O-диапазон |
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.
| Артикул | Наименование | Оптический бюджет | Оптическая мощность Tx | Чувствительность приемника Rx |
| MT-QSFP-100G-DF-31-02LR4-CD | Оптический трансивер QSFP28, 100 Гбит/с, LWDM4, 2 км, SMF, LC, DDM | 3,5 дБ | -7 ~ 1 дБм | -11,5 дБм |
| MT-QSFP-100G-DF-31-LR4-CD | Оптический трансивер QSFP28, 100 Гбит/с, LWDM4, 10 км, SMF, LC, DDM | 3,5 дБ | -7 ~ 2,3 дБм | -11,5 дБм |
| MT-QSFP-100G-DF-31-20LR4-CD | Оптический трансивер QSFP28, 100 Гбит/с, LWDM4, 20 км, SMF, LC, DDM | 3,5 дБ | -7 ~ 2,3 дБм | -11,5 дБм |
| MT-QSFP-100G-DF-31-ERl4-CD | Оптический трансивер QSFP28, 100 Гбит/с, LWDM4, 30 км, SMF, LC, DDM | 10 дБ | -2 ~ 2,3 дБм | -12 дБм |
| MT-QSFP-100G-DF-31-ER4-CD | Оптический трансивер QSFP28, 100 Гбит/с, LWDM4, 40 км, SMF, LC, DDM | 16,5 дБ | -2,5 ~ 4,5 дБм | -19 дБм |
| MT-QSFP-100G-DF-31-ZR4-CD | Оптический трансивер QSFP28, 100 Гбит/с, LWDM4, 80 км, SMF, LC, DDM | 28 дБ | 4 ~ 7 дБм | -24дБм |
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.
| Артикул | Наименование | Оптический бюджет | Оптическая мощность Tx | Чувствительность приемника Rx |
| MT-SFP28-25G-LWDM-xx-03LR-CD | Оптический трансивер SFP28 LWDM, 25 Гбит/с, LWDM, 3 км, SMF, DDM | 8,5 дБ | -1,5 ~ 2 дБм | -10 дБм |
| MT-SFP28-25G-LWDM-xx-LR-CD | Оптический трансивер SFP28 LWDM, 25 Гбит/с, LWDM, 10 км, SMF, DDM | 11,5 дБ | -1,5 ~ 2 дБм | -13 дБм |
| MT-SFP28-25G-LWDM-xx-20LR-CD | Оптический трансивер SFP28 LWDM, 25 Гбит/с, LWDM, 20 км, SMF, DDM | 13 дБ | -0 ~ 2 дБм | -13 дБм |
| MT-SFP28-25G-LWDM-xx-30LR-CD | Оптический трансивер SFP28 LWDM, 25 Гбит/с, LWDM, 30 км, SMF, DDM | 17,5 дБ | -1,5 ~ 6 дБм | -19дБм |
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.
| CWDM | Номер канала | MWDM | Диапазон длин волн |
| 1270 нм | 1 | 1267,5 нм | O-диапазон |
| 2 | 1274,5 нм | O-диапазон | |
| 1290 нм | 3 | 1287,5 нм | O-диапазон |
| 4 | 1294,5 нм | O-диапазон | |
| 1310 нм | 5 | 1307,5 нм | O-диапазон |
| 6 | 1314,5 нм | O-диапазон | |
| 1330 нм | 7 | 1327,5 нм | O-диапазон |
| 8 | 1334,5 нм | O-диапазон | |
| 1350 нм | 9 | 1347,5 нм | O-диапазон |
| 10 | 1354,5 нм | O-диапазон | |
| 1370 нм | 11 | 1367,5 нм | S-диапазон |
| 12 | 1374,5 нм | S-диапазон |
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.