WDM (Wavelength Division Multiplexing)
Grundlagen zur WDM Technologie
Was bedeutet WDM?
WDM steht für Wavelength Division Multiplexing. WDM kommt immer dann zur Anwendung, wenn eine bessere Ausnutzung der Lichtwellenleiter-Kapazität erwünscht ist.
In der Informationstechnologie bezeichnet man das Medium, über das die Informationen übertragen werden, als Leitung. Wenn zwei Stationen miteinander kommunizieren möchten, reicht eine Leitung aus. Bei mehreren Stationen benötigt man mehrere Leitungen. Was aber, wenn man nur eine Leitung z.B. zwischen zwei Städten zur Verfügung hat, aber mehrere Stationen anbinden will?
Mit der WDM-Technik, die auch unser leistungsfähiges SPEED-OTS-5000 System für den optischen Transport von Signalen nutzt, lassen sich Glasfaserleitungen mehrfach für die Datenübertragung nutzen.
Ziele der WDM Technologie
- Mehrfachnutzung Ihrer Glasfaserleitung
- Kostensenkung durch Einsparen gemieteter Glasfaserleitungen
- Erhöhung der Bandbreitenkapazität Ihres Glasfasernetzes
Die Idee bei der WDM-Technik
Jeder Station wird eine bestimmte Farbe (Wellenlänge) zugewiesen, über die die Kommunikation mit der Gegenstelle erfolgt. Der Vorteil hierbei ist, dass verschiedene Farben gleichzeitig auf einer Glasfaserleitung übertragen werden können. Hierfür fasst ein Wellenlängen Multiplexer die unterschiedlichen Farben zusammen. Diese werden dann zur Gegenstelle übertragen. Dort splittet ein Demultiplexer die einzelnen Farben wieder auf. In der Regel wird über eine Glasfaserleitung nur ein Lichtstrahl mit einer bestimmten Wellenlänge übertragen.
Beim Wellenlängenmultiplexing werden jedoch mehrere Lichtstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge über dieselbe Leitung geschickt. Da sich die Wellenlängen nicht überlagern, ist es möglich, die einzelnen Lichtstrahlen durch einfache Filter voneinander zu trennen. Als Lichtquelle dient hier ein Laser und als Empfangseinheit eine lichtempfindliche Photodiode. Beim Wellenlängenmultiplexing differenziert man zwischen CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing) und DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing). Vorteil: Durch den Einsatz von WDM ist es nach heutigem Stand möglich, biszu 25,6 Tbit/s (C-Band) über eine Glasfaserleitung zu übertragen.
Zusammengefasst
- Laser erzeugen Licht mit einer bestimmten Wellenlänge (Farbe)
- WDM Multiplexer bündeln verschiedene Wellenlängen auf eine Glasfaser
- Glasfasern transportieren das Licht von Standort A nach Standort B
- WDM Demultiplexer splitten die gebündelten Wellenlängen auf eine Glasfaser
- Receiver oder Empfänger entnehmen und empfangen das Licht
Auswahl der richtigen Wellenlängen für WDM Übertragungen
Durch die Verwendung von entsprechenden optischen Transceivern (SFP, CFP, CFP2, QSFP28, QSFP-DD etc.) mit unterschiedlichem Powerbudget lassen sich Reichweiten von wenigen 100 Meter bis zu 120 Kilometer überbrücken, um zum Beispiel ausfallsicher und hochverfügbare Rechenzentrumskopplungen zu realisieren.
Ein wesentlicher Faktor für die Reichweite ist, neben dem Powerbudget der Transceiver, die genutzte Wellenlänge. Eine Glasfaser weist für jede Wellenlänge ein spezifisches Dämpfungsverhalten auf. Je höher die Dämpfung, desto geringer ist die Gesamtreichweite.
Optische Bänder
Durch gezielte Auswahl der Wellenlängen können somit höhere Reichweiten und eine bessere Signalqualität erreicht werden. Dabei werden folgende optischen Bänder unterschieden: Original-Band (1260nm - 1360nm), Extended-Band (1360nm - 1460nm), Short-Band (1460nm - 1530nm), Conventional-Band (1530nm - 1565nm), Long-Band (1565nm - 1625nm) und Ultralong-Band (1625nm - 1675nm). Zu beachten ist, dass im Bereich des Water Peak (etwa 1380nm) eine höhere Signaldämpfung besteht.
Weitere Produkte aus dem Bereich Grundlagen WDM
CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing)
Mit CWDM bis zu 16 verschiedene Wellenlängen auf ein Glasfaserpaar multiplexen
CWDM Highlights
- Bis zu 16 CWDM Wellenlängen auf einer Glasfaser übertragen
- CWDM Kanalabstand 20 nm 1270 nm bis 1610 nm
- Übertragungsreichweiten bis zu 120 km
- Kostengünstiger als DWDM Lösungen
- Ideal für Erstinvestitionen mit Erweiterungssicherheit durch DWDM/CWDM Integration
CWDM Verfahren
Das CWDM Verfahren ist ein Wellenlängen- multiplexverfahren für Stadt- und Accessnetze. Die Übertragung erfolgt in 16 Kanälen mit Wellenlängen zwischen 1270 nm und 1610 nm. Aufgrund des großen Kanalabstandes von 20 nm können günstige Laser eingesetzt werden. Die Kanalbreite selbst beträgt 13 nm. Die verbleibenden 7 nm sind als Sicherheitsabstand zum nächsten Kanal vorgesehen.
DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing)
Mit DWDM bis zu 96 Wellenlängen auf ein Glasfaserpaar übertragen
DWDM Highlights
- Bis zu 96 DWDM Wellenlängen auf einer Glasfaser übertragen
- DWDM Kanalabstand 0,8 nm (100 GHz Grid), 0,6 nm (75 GHz Grid) oder 0,4 nm (50 GHz Grid)
- DWDM Übertragungsreichweiten über mehr als 1.000 km mit optischen Verstärkern
- Optionale Integration in bestehende CWDM Infrastrukuren möglich, durch CWDM/DWDM Integration
- DWDM Wellenlängenbereiche von 1528 nm (Channel 61) bis 1563 nm (Channel 17)
DWDM Verfahren
Die Funktionsweise des DWDM ähnelt der des CWDMs. Anders als bei CWDM beträgt der Kanalabstand bei DWDM Systemen 0,4/0,6/0,8 nm (50/75/100 GHz Grid). Durch diesen geringen Kanalabstand können weitaus mehr Informationen parallel übertragen werden. Im Moment beschränkt man sich noch auf Wellenlängen zwischen 1530 nm und 1625 nm, also den Bereich des C- und L-Bandes. Das DWDM Verfahren ist aufwendiger im Vergleich zum CWDM Verfahren, da hier spezielle Transceiver benötigt werden.
Theoretisch verfügbare DWDM Kanäle im C- und L-Band in Abhängigkeit vom Kanalabstand
CWDM/DWDM Hybrid
Einfache Erweiterung bestehender CWDM Systeme
Der Unterschied zwischen CWDM und DWDM ist der Kanalabstand zwischen den einzelnen Wellenlängen. Er beträgt bei CWDM 20 nm und bei DWDM 0,8 nm (im 100 GHz Grid).Dies macht sich Pan Dacom Direkt für die effiziente CWDM/DWDM Hybrid-Lösung zunutze. Dabei werden bis zu 16 DWDM Kanäle parallel in nur einem CWDM Kanal übertragen. Dies ermöglicht eine einfache Kanalerweiterung unter Weiternutzung bestehender CWDM Komponenten. Hierdurch wird die Investition in die existierenden CWDM Netze geschützt.
TDM
Zeitmultiplexverfahren - TDM (Time Division Multiplexing)
Beim Zeitmultiplexverfahren werden die Daten verschiedener Sender in bestimmten Zeitabschnitten nacheinander abgearbeitet und auf einem Kanal übertragen. Hierbei unterscheidet man zwischen dem synchronen und asynchronen Zeitmultiplexing.
Asynchrones Zeitmultiplexen
Beim asynchronen Verfahren werden die einzelnen Datenströme in variable Zeitabschnitte eingeordnet und anschließend übertragen. Dabei erfolgt die Übertragung in keiner festen Reihenfolge. Jeder Zeitabschnitt erhält eine Kanalinformationsnummer, um die Zeitabschnitte beim Demultiplexen wieder zu trennen.
Synchrones Zeitmultiplexen
Beim synchronen Verfahren werden die einzelnen Datenströme in feste Zeitabschnitte eingeordnet und anschließend in der vorgegebenen Reihenfolge übertragen.
Mit diesem TDM Verfahren lassen sich z.B. 8 x Gigabit Ethernet auf ein 10 Gigabit Signal multiplexen. Dieses eigenständige 10 Gigabit Signal kann anschließend auf einen CWDM/DWDM Multiplexer geschaltet werden. Somit lassen sich pro Wellenlänge mehrere Einzelsignale hintereinander übertragen und das gesamte WDM System noch besser auslasten. Durch das Vorschalten von TDM Multiplexern an ein DWDM System lassen sich bis zu 1.920 x 10 Gbit/s Ethernet Signale auf einem Glasfaserpaar übertragen.
EDFA- und RAMAN-Verstärker
Verstärker (Booster)
zur Erhöhung der Ausgangsleistung am Anfang der Übertragungsstrecke
Inline-Verstärke
zur Kompensation der Dämpfung auf der Übertragungsstrecke
Vorverstärker (PreAmp)
zur Anhebung des Pegels, am Ende der Übertragungsstrecke in den Empfangsbereich des Empfängers.
RAMAN-Verstärker
zur Anhebung des Pegels, am Ende der Übertragungsstrecke durch Nutzung der RAMAN-Streuung. Die Verstärkung erfolgt mit verbessertem OSNR-Verhalten und Verringerung von nichtlinearen Effekten
EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier) Funktionsprinzip
Bei EDFAs werden mittels eines Pumplasers (980 nm bzw. 1480 nm) Elektronen in ein höheres Energieniveau angehoben. Durch einfallende Photonen gleicher Signalwellenlänge wird mit Hilfe von stimulierter Emission eine Verstärkung des Signals erreicht.
RAMAN-Verstärker Funktionsprinzip
RAMAN-Verstärker nutzen den Effekt der RAMAN-Streuung. Hierzu wird Licht mit hoher Leistung und entsprechender Wellenlänge in die Faser gepumpt. Liegt die einfallende Wellenlänge im Raman-Verstärkungsspektrum, kommt es zu einer Verstärkung des Lichtes.
Dispersion und nicht-lineare Effekte
Modendispersion
Die verschiedenen Moden eines Lichtimpulses haben unterschiedliche Laufzeiten in einer Glasfaser. Bei entsprechend großem Querschnitt des Leiters wird das Signal zwischen dem Kern und dem Mantel der Faser reflektiert. Das Signal durchläuft somit die Faser nicht mehr linear sondern eher im Zickzack. Dadurch erreichen die unterschiedlichen Moden den Empfänger nicht gleichzeitig, was zu einer Verbreiterung des Signals führt.
Polarisationsmodendispersion
Durch äußere Einflüsse wie Biegung oder Torsion, sowie durch innere Einflüsse wie Inhomogenität des Kerns, wird die Faser doppelbrechend. Für die beiden senkrecht zueinander stehenden Polarisationsebenen eines Signals ergeben sich damit unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeiten, was zu einer Impulsverbreiterung führt. Der maximale Abstand zwischen den Modenlaufzeiten wird als Gruppenlaufzeit DGD (Differential Group Delay) bezeichnet. Eine Reduktion dieses Effektes lässt sich durch eine exakte Geometrie der Faser erzielen. Schon bei der Verlegung des Lichtwellenleiters (LWL) sollten äußere Einflüsse durch vorsichtige Handhabung gering gehalten werden.
Vierwellenmischung
Werden drei, im gleichen Raster unterschiedliche, Wellenlängen gleichzeitig in einer Faser übertragen, führt dies zu der Entstehung einer vierten Wellenlänge. Von dieser werden andere Wellenlängen überlagert - ähnlich dem Übersprechen. Die Effekte der Vierwellenmischung (FWM) werden reduziert, wenn die chromatische Dispersion ungleich Null ist. Sind alle vier Wellenlängen gleich, wird dies als entartete Vierwellenmischung (Degenerated Four Wave Mixing) bezeichnet.
Chromatische Dispersion
Die unterschiedlichen Geschwindigkeiten der verschiedenen Wellenlängen eines Signals führen zu einer Verbreiterung des Impulses. Durch diesen, als Dispersion bezeichneten Effekt, wird die Übertragungsreichweite eines Lichtwellenleiters (LWL) begrenzt. Da die Dispersion von der Wellenlänge (Farbe) abhängig ist, spricht man von chromatischer Dispersion. Diese lässt sich durch verschiedene Verfahren kompensieren.
Chromatische Dispersion und der Einsatz des Faser-Bragg-Gitters zu deren Kompensation
Die chromatische Dispersion lässt sich durch verschiedene Verfahren u.a. den Einsatz eines Faser-Bragg-Gitters kompensieren. Bei Verwendung eines Faser-Bragg-Gitters ändert sich mit der Eindringtiefe des Lichtes der Brechungsindex des Gitters. Bei einem ankommenden verbreiterten Impuls legen die unterschiedlichen spektralen Anteile verschieden lange Wege zurück. Die daraus resultierende Zeitverzögerung führt zu einer Verschmälerung des Pulses und damit zu einer Kompensation der chromatischen Dispersion.
Weitere Informationen
Referenzen
Wir setzen seit Jahren auf die Produkte von Pan Dacom Direkt für unsere Geschäftsanbindung auf dem Flughafengelände Frankfurt und sind begeistert von der Stabilität der Systeme.
Klaus Schultz-Fademrecht (Senior Manager Networks, Fraport AG)
Neben einem optimalen Preis-/Leistungsverhältnis des SPEED-OTS 5000 System waren wir begeistert von der einfachen und schnellen Inbetriebnahme sowie über den guten Support.
Jochen Brünger (Leiter Informatik Produktion)
Unser Ziel war der Einsatz eines leicht zu bedienenden WDM-Systems zur Kopplung unserer RZ-Standorte, welches wir künftig auch noch skalieren skalieren können. Neben der Top-Beratung und dem guten Preis-/Leistungsverhältnis überzeugten uns die sehr guten Referenzen.
Das hervorragende Preis-Leistungs-Verhältnis im Vergleich zum Wettbewerb und die exzellenten Referenzen im Markt waren ausschlaggebend für den Kauf des SPEED-OTS 500 Systems.
Ringförmige, redundante Anbindungen der Produktionsstudios Freimann und Unterföhring an den Funkhaus Standort. Neben den unternehmensweiten TK- und IT- Diensten wie 10 Gigabit Ethernet, STM-64 und 8G Fibre Channel wurden auch rundfunkspezifische Anwendungen integriert.
Die Zusammenarbeit mit der Pan Dacom Direkt GmbH ist über Jahre geprägt von Schnelligkeit, Zuverlässigkeit und Stabilität. Dies, gepaart mit einer guten Kosteneffizienz und Skalierbarkeit, ist die Basis für die langjährige Partnerschaft.
Gunnar Jäger (Geschäftsführer, Diebold Nixdorf Portavis GmbH)
Durch die professionelle Beratung und der Vorort-Begehung durch Pan Dacom Direkt konnten wir bei der Vernetzung unserer Standorte nochmals Kosten sparen.
Der Systemaufbau der passiven CWDM Multiplexer, sowie die sehr guten Spezifikationen der WDM Filter, sind für uns entscheidend und ermöglichen mit den hochwertigen CWDM-Optiken einen sukzessiven Netzausbau.
Michael Philipp (Stellvertretender Direktor URZ)
Die Zusammenarbeit mit dem Team von Pan Dacom Direkt ist beginnend bei der Beratung, der Planung bis hin zur technischen Umsetzung und dem Support stets professionell, unkompliziert und zielführend.
Frank Horst (Systemingenieur, ODN)
Durch direkten Kontakt zur deutschsprachigen Pan Dacom Direkt Entwicklungsabteilung haben wir es geschafft, ein abgekündigtes System sukzessiv durch ein von Pan Dacom Direkt eigenentwickeltes System zu ersetzen.
Fritz Röttenbacher (Head of Purchasing)
Das SPEED-OTS 5000 überzeugte uns durch seine individuelle und unterbrechungsfreie Erweiterbarkeit, einem optimalen Preis-Leistungsverhältnis und durch die zuverlässige Unterstzüzung vom deutschen Hersteller.
Die individuelle Lösungsausarbeitung, der attraktive Preis und zukünftige Erweiterungen der SPEED-OTS 5000 Serie von 4GFC ohne Hardwaretausch waren projektentscheidend.
Der erfolgreiche Proof of Concept der Cisco Nexus Serie und der SPEED-OTS 5000 Serie überzeugte uns.
Das System läuft jetzt seit Jahren stabil und übertrifft unsere Erwartungen an die Ausfallsicherheit.
Jörg Huber (Leiter IT-Systems, Bankhaus Metzler)
Durch die flexible und auf uns zugeschnittene Verschaltung von CWDM und DWDM Multiplexern passt sich das SPEED-OTS 5000 System an unsere Netzstruktur und unsere Bedürfnisse an.
Harald Singer (IP-Technik, Teledata GmbH)
Wir bauen unsere stadtübergreifende RZ-Kopplung ständig weiter aus.
Hierbei unterstützen uns unser langjähriger Partner Pan Dacom Direkt mit toller Beratung, schneller Rückmeldung und kurzen Lieferzeiten.
Rüdiger Kopf (Stadt Freiburg)
Einsatz der SPEED-OTS 5000 Serie für die Unterstützung von 10Gbit/s Ethernet Signalen über DWDM.
Thorleif Wiik (Vorstand Technik)
