В волоконно-оптических системах передачи данных построенных на основе одномодового волокна (G.652) для передачи информационных сигналов используется спектральный диапазон 1260 ~ 1675 нм. Этот спектр разделен на несколько стандартизированных диапазонов:
- O-диапазон – 1260 ~ 1360 нм;
- E-диапазон – 1360 ~ 1460 нм;
- S-диапазон – 1460 ~ 1530 нм;
- C-диапазон – 1530 ~ 1565 нм;
- L-диапазон – 1565 ~ 1625 нм;
- U (XL)-диапазон – 1625 ~ 1675 нм.
Исторически первым задействованным диапазоном стал O-диапазон, на первых двухволоконных линиях связи передача велась на длине волны 1300-1310 нм. В дальнейшем при увеличении дальности передачи и при внедрении EDFA усилителей начали использовать C-диапазон, а именно длина волны 1550 нм или близкие к ней.
Последующая эволюция ВОЛС принесла технологию спектрального мультиплексирования (мультиплексирование по длине волны) – WDM, которая в своем простейшем исполнении BiDirectional задействовала две длины волны по одной из O, S и C-диапазонов. При дальнейшем развитии технологии WDM были задействованы все диапазоны, кроме U-диапазона в технологии CWDM и C и L диапазоны в системах спектрального уплотнения DWDM.
Несмотря на бурное развитие технологий передачи в волоконно-оптических линия длительное время E-диапазон оставался не задействованным, так как на первых типах одномодового волокна (G.652A/B) в этом диапазоне были повышенные затухания, связанные с «водным» пиком. Но после выхода новых типов одномодовых волокон – G.652C и G.652D проблема «водного» пика была решена и в настоящее время E-диапазон активно используется при построении систем спектрального уплотнения CWDM.
Самый же дальний U-диапазон до сих пор практически не используется для передачи данных, но активно задействован в рефлектометрии. Зачастую U-диапазон используется в системах мониторинга состояния трассы или при снятии рефлектограмм «на горячую» – без остановки передачи по волокну.
Спектральные диапазоны в WDM
Современные системы спектрального уплотнения каналов представлены пятью видами:
- SWDM – коротковолновое спектральное уплотнение;
- CWDM – грубое спектральное уплотнение;
- LWDM – спектральное уплотнение;
- MWDM – спектральное уплотнение;
- DWDM – плотное спектральное уплотнение.
Все представленные виды мультиплексирования по длине волны кроме первого, в качестве среды передачи используют одномодовое волокно, а значит ведут передачу в рамках рабочего диапазона 1260 – 1675 нм.
Спектральные диапазоны в CWDM
Грубое спектральное уплотнение CWDM наиболее старая технология многоканальное передачи данных с разделением каналов по длине волны. Это наиболее доступный вид WDM используемый для передачи каналов связи со скоростью 100 Мбит/с – 2,5 Гбит/с. Для передачи используется диапазон длин волн 1270 – 1610 нм с шагом между каналами 20 нм. В связи с шириной используемого спектра рабочих длин волн все сигналы в CWDM невозможно усилить, только выборочно, это ограничивает дальность передачи.
В большей степени дальность передачи в CWDM зависит от скорости передачи сигналов:
- 100 – 155 Мбит/с – 160 ~ 200 км;
- 1,25 Гбит/с – 160 ~ 180 км;
- 2,5 Гбит/с – 120 км.
Наибольшей дальностью передачи в CWDM можно добиться в S, C и L диапазонах, это связано с наименьшими затуханиями на волокне по длинам волн из этих диапазонов. Дальность передачи в диапазонах O и E зачастую вдвое меньше при аналогичных характеристиках приемо-передатчика, чем у S, C и L.
Спектральные диапазоны LWDM
Технология LWDM приобрела наибольшую популярность в высокоскоростных сетях 100 GE и в инфраструктуре BackBone сетей 5G. В качестве рабочего диапазона используется спектр длин волн 1269 – 1332 нм, который полностью попадает в O-диапазон. Такой рабочий диапазон выбран в связи с тем, что в нем значение хроматической дисперсии близко к нулю.
Это очень важный факт, так как сигналы со скоростью передачи 25 Гбит/с и выше сильно искажаются под действием хроматической дисперсии, что приводит к ошибкам передачи или полному разрыву связи. Дальность связи в LWDM составляет до 40 км для каналов передачи данных со скоростями 25 Гбит/с и 100 Гбит/с.
Оптический бюджет каналов передаваемых в LWDM сетях можно увеличить при помощи полупроводниковых усилителей (SOA), которые работают в диапазоне 1270 – 1330 нм.
Спектральные диапазоны MWDM
Технология спектрального уплотнения MWDM одна из самых «молодых» и является следствием развития мобильных сетей 5-ого поколения. При формировании опорной сети для 5G необходимо большое число каналов 25 Гбит/с, что весьма дорого при использовании двухволоконнй системы передачи данных или технологии LWDM.
Для снижения затрат на развертывание сетей 5G было предложено использовать наработки из технологии CWDM, а именно часть длин волн из O и E диапазонов. Так при производстве компонентов MWDM используются технологии и процессы от CWDM, что позволяет снижать итоговую стоимость оборудования.
Для работы сетей с уплотнением MWDM используется диапазон длин волн 1260 – 1370 нм, в котором распределены 12 несущих. Дальность передачи каналов 25 Гбит/с в MWDM пока составляет 10 км, но приемо-передатчики обладают ассортиментом в рамках оптического бюджета – 10 дБ и 18 дБ, что позволяет строить хоть и не длинные, но разветвленные линии связи.
Спектральные диапазоны DWDM
Технология DWDM была разработана для организации многоканальных магистральных сетей связи. Изначально в качестве рабочего диапазона был выбран C-диапазон (1530 ~ 1565 нм), позже к нему был добавлен L-диапазон (1565 ~ 1625 нм). Не смотря на небольшие спектры рабочих длин волн технология DWDM позволяет добиться максимально возможной емкости одномодового волокна за счет малого расстояния между несущими – 0,8 нм (0,4 нм в HDWDM). Задействование с начала C-диапазона и только позже L-диапазона связано с разработкой соответствующих EDFA усилителей, которые позволяют передавать сигналы на расстояния до 300 км без необходимости в их регенерации.
Спектральные диапазоны в PON
Современные FTTx сети немыслимы без технологии PON (Passive Optical Network) основанной на технологии временного мультиплексирования каналов (TDM). Несмотря на то, что в PON главенствует технология TDM, в пассивных сетях используется и WDM. Конечно, технология WDM используется в своем простейшем варианте – BiDirectional, но как бы то не было в EPON и GPON для нисходящего потока используется долина волны 1490 нм, для восходящего потока 1310 нм. В TWDM PON задействованы спектры 1570 – 1580 нм для downstream потока и 1270 – 1280 нм для upstream.
Спектральные диапазоны в CATV
Для передачи широковещательного кабельного телевидения – CATV используется одна из двух длин волн: 1310 нм или 1550 нм. Наибольшую популярность приобрела длина волны 1550 нм, так как при вещании на ней можно использовать EDFA усилители для КТВ сетей, что позволяет организовывать более протяженные и разветвленные сети. Конечно, можно использовать SOA усилители для усиления сигнала 1310 нм, но это будет слишком дорогое решения, да и расстояние передачи все равно не сможет сравниться с 1550 нм. Так же популярность использования 1550 нм связана с совместной передачей сигналов PON и CATV без взаимных влияний друг на друга.
Спектральные диапазоны в рефлектометрии
При проведении рефлектометрических измерений трассы могут быть использованы четыре длины волны из всех основных спектральных диапазонов: 1310 (1300) нм, 1490 нм, 1550 нм, 1625 нм.
Первые три длины волны измеряются для получения актуальной картины состояния волокна для корректного расчёта будущей системы передачи. В то время как измерения на длине волны 1625 нм проводятся на рабочих трассах для оценки их качества, без необходимости прерывать передачу или в системах мониторинга состояния трассы устанавливаемых совместно с системами передачи.