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Einführung von Hybrid DWDM-CWDM
CWDM ist eine hervorragende, kostengünstige Einstiegslösung für die Skalierung von Metronetzen. Kostengünstige hybride DWDM-CWDM-Module unterstützen bis zu 8 Kanäle mit 2,5 Gbit/s. Dies ist für viele Metronetze ausreichend. Steigt der Kapazitätsbedarf über 8 Kanäle hinaus, können diese Module DWDM- und CWDM-Verkehr nahtlos auf der optischen Ebene zusammenführen. So können Netzbetreiber viele Kanäle zu Netzwerken hinzufügen, die ursprünglich für die begrenztere CWDM-Kapazität und -Reichweite ausgelegt waren.
Die hybride DWDM-CWDM-Technologie ermöglicht echtes Pay-as-you-grow-Kapazitätswachstum und Investitionsschutz. Sie bietet eine einfache Plug-and-Play-Option für die Erstellung von Hybridsystemen aus DWDM-Kanälen, die mit vorhandenen CWDM-Kanalplänen verschachtelt sind.
Vorteile von Hybrid DWDM-CWDM
Die wichtigsten Vorteile von hybridem DWDM-CWDM für Netzbetreiber sind folgende:
- Kostenersparnis: CWDM bietet gegenüber DWDM einen deutlichen Kostenvorteil aufgrund der geringeren Kosten für Laser und die in CWDM-Modulen verwendeten Filter (CWDM MUX, CWDM OADM usw.). Ein größerer Kanalabstand ermöglicht eine größere Toleranz gegenüber Kanal- oder Wellenlängenabweichungen. Daher sind CWDM-Filter und -Sender einfacher und kostengünstiger herzustellen. Diese Kostenersparnis ist bei großen Installationen von erheblicher Bedeutung.
- Pay-As-You-Grow: Durch das schrittweise Hinzufügen neuer Kanäle können On-Demand-Dienste mit minimalen Anfangsinvestitionen eingeführt werden, ein wichtiges Merkmal in Zeiten reduzierter OPEX- und CAPEX-Ausgaben.
- Investitionsschutz: Obwohl 8 Kanäle für eine Erstinstallation ausreichend sein können, ist es wichtig, einen Upgrade-Pfad zu haben, um ein komplettes Upgrade auf DWDM zu vermeiden, wenn die steigende Nachfrage schließlich erhebliche zusätzliche Kapazitäten erfordert. Dank der Upgrade-Möglichkeit von DWDM gegenüber CWDM müssen sich Netzbetreiber nicht mehr zwischen CWDM und DWDM entscheiden – beide Optionen können gleichzeitig oder im Rahmen eines geplanten zukünftigen oder schrittweisen Upgrades eingesetzt werden. Hybride DWDM-CWDM-Module können sowohl in DWDM- als auch in CWDM-Systemen eingesetzt werden. Aktuelle Investitionen können jederzeit im aktualisierten Netzwerk genutzt werden.
Theorie der DWDM/CWDM-Hybridisierung
Das CWDM-Frequenzraster besteht aus 16 Kanälen im Abstand von 20 nm. Die acht am häufigsten verwendeten Kanäle sind: 1470 nm, 1490 nm, 1510 nm, 1530 nm, 1550 nm, 1570 nm, 1590 nm und 1610 nm. Innerhalb des Durchlassbereichs dieser Kanäle besteht die Möglichkeit, 25 DWDM-Kanäle im Abstand von 100 GHz unter der 1530-nm-Hüllkurve und 25 weitere unter der 1550-nm-Hüllkurve hinzuzufügen, wenn der Filter entsprechend ausgelegt ist. Die theoretische Verfügbarkeit von DWDM-Kanälen im 1530-nm- und 1550-nm-Durchlassbereich ist in der folgenden Tabelle dargestellt.
Praktische Anwendung der DWDM/CWDM-Hybridisierung
In der Praxis ist das Hinzufügen weiterer 25 DWDM -Kanäle im Durchlassbereich der 1530-nm- und 1550-nm-CWDM-Kanäle nicht möglich, da die optischen Filter keine perfekten quadratischen Funktionen sind. Das tatsächliche Filterprofil beeinflusst die Anzahl der unterbringbaren Kanäle. Die aktuelle DWDM-Filtertechnologie ermöglicht jedoch 38 zusätzliche Kanäle, um den CWDM-Bogen zu passieren, wie in der folgenden Tabelle dargestellt.
Die Systemauswirkungen durch das Hinzufügen dieser Kanäle entsprechen denen des Hinzufügens der Komponente in bestehende CWDM-Geräte. Die Einfügungsverluste addieren sich linear. Die folgende Abbildung zeigt die Infrastruktur in einem vollständig bestückten CWDM-System.
Um der MUX-Seite dieses Netzwerks weitere Kanäle hinzuzufügen, würde man einen DWDM-MUX mit den entsprechenden Kanälen anschließen, um in das Durchlassband der vorhandenen CWDM-Filter zu fallen. Die folgende Abbildung zeigt die Infrastruktur eines CWDM-Systems, das mit 38 zusätzlichen DWDM-Kanälen im Abstand von 100 GHz aufgerüstet wurde.
Die Anzahl der in diesem Hybridsystem vorhandenen Kanäle beträgt 38 DWDM-Kanäle plus die vorhandenen 6 CWDM-Kanäle, also insgesamt 44. Für den Übergang von der ersten zur zweiten Architektur sind zwei DWDM-Multiplexer und -Demultiplexer sowie die zusätzlichen Sender- und Empfängerpaare erforderlich. Der durch die Aufrüstung entstehende Mehrverlust entspricht dem Mehrverlust der DWDM-Elemente und der zusätzlichen Anschlusspunkte.
Verschiedene Netzwerktypen könnten die Vorteile der Hybridarchitektur nutzen. Beispielsweise könnte man die Kapazität eines bestehenden Rings erhöhen, indem man alle oben genannten Elemente an jedem Knoten einsetzt. Oder man könnte DWDM-Verkehr an einem festgelegten Kreuzungspunkt über ein bestehendes CWDM-Netzwerk legen.
Die beiden Netzwerke werden so konfiguriert, dass der DWDM-Verkehr über den CWDM-Ring übertragen wird. Alle Knoten, über die der DWDM-Verkehr im CWDM-Ring übertragen wird, benötigen die DWDM-Multiplexer- und Demultiplexer-Paare (siehe unten).
Eine weitere Anwendung für DWDM-Kanäle sind weitreichende Verbindungen in CWDM-Ringen. Besteht in einem CWDM-Netz eine gewisse Spanne mit großer Distanz zwischen den Regeneratoren, z. B. 100 km, können DWDM-Kanäle anstelle von CWDM-Kanälen verwendet werden, um diese Distanz zu überwinden. Die folgende Abbildung zeigt einen hybriden DWDM-CWDM-Mischknoten.
Systemauswirkungen
Die zusätzlichen Komponenten im CWDM-Ring verringern das Link-Budget für jeden Bereich um den Einfügungsverlust jeder neuen Komponente. Der Einsatz hochisolierender optischer Filter für die DWDM-Kanäle minimiert das Übersprechen zwischen eng beieinander liegenden Kanälen. Bei sehr hohen Kanalzahlen sollten nichtlineare Effekte berücksichtigt werden. Dazu gehören Selbstphasenmodulation und Vierwellenmischung (FWM).
Die in DWDM-Netzwerken verwendeten Laser haben eine deutlich schmalere Linienbreite als die in CWDM verwendeten Laser. Dadurch haben die DWDM-Signale typischerweise eine größere Reichweite und unterliegen einer geringeren Pulsverbreiterung durch chromatische Dispersion. Sie liegen jedoch auch innerhalb des Betriebsbereichs von Erbium-dotierten Faserverstärkern (EDFA). Das bedeutet, dass DWDM-Signale über große Entfernungen unregeneriert bleiben können. Diese Grenze wird an der Dispersionsgrenze des Senders erreicht.
Die Empfängertechnologie ist unabhängig vom vorhandenen optischen Signal. Derselbe Empfänger kann sowohl für die Auflösung eines CWDM- als auch eines DWDM-Signals verwendet werden. Das zur Umwandlung des optischen in ein elektrisches Signal verwendete InGaAs-Material verfügt über einen Betriebsbereich, der beide Wellenlängenbereiche abdeckt. Bei einem 3R-Empfänger sollte der Empfänger so gewählt werden, dass er mit der Datenrate des Senders kompatibel ist.
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