Fiberoptisk överföringsguide för Windows och fiberbandbredd

Kiselglas är inte lika genomskinligt på alla våglängder. Dämpning och kromatisk spridning varierar över det nära-infraröda spektrumet, och de våglängdsområden där förlusterna når praktiska minima kallas optiska transmissionsfönster.

Fysiken bakom detta är väl förstått. Rayleigh-spridningen minskar med 1/λ⁴, vilket betyder att längre våglängder sprider sig mindre. Infraröd molekylär absorption, å andra sidan, klättrar kraftigt över ungefär 1600 nm. Dämpningsminimum sitter där dessa två mekanismer korsar - nära 1550 nm. Den korsningspunkten är anledningen till att C-bandet upptar den spektrala position det gör. Separat skapade en resterande OH⁻-jonabsorptionstopp nära 1383 nm historiskt en död zon i spektrumet, vilket är anledningen till att O-bandet och S-bandet inte är sammanhängande.

De sju ITU{{0}T-standardiserade banden

Fyra av dessa bär huvuddelen av kommersiell trafik: 850 nm, O-band, C-band och L-band. De återstående tre tjänar smalare roller.

C-Band (1530–1565 nm)

C-bandet är ryggraden i modernt optiskt nätverk. Den sitter längst ner på kiseldioxiddämpningskurvan, runt 0,19–0,20 dB/km, och dess förstärkningsfönster är i linje med Erbium-dopade fiberförstärkare. Denna anpassning är en sammanträffande av fysiken - emissionsspektrumet för erbiumjoner i kiselglas råkar överlappa med fiberförlustminimum - men hela långdistanstransportindustrin är beroende av det.

Typiska distributioner inkluderar DWDM-lång-- och ultra-lång-stamnät, undervattenskabelsystem, sammanhängande transport av 100G/200G/400G/800G och sammankoppling av datacenter över 80+ km. Ett enda fiberpar i C-band DWDM kan bära 40–96 kanaler vid 100G eller över - sammanlagd kapacitet i tiotals terabits per sekund.

Spektral effektivitet på många C-bandsrutter närmar sig nu Shannon-gränsen när koherent DSP pressar mot 800G och 1,6T per våglängd. När matematiken slutar fungera till din fördel är det praktiska svaret att aktivera L-bandskapacitet på samma fiber snarare än att försöka klämma ut fler bitar ur varje kanal.

O-Band (1260–1360 nm)

O-bandet var det första fönstret som användes kommersiellt för enkel-fiber och fortsätter att dominera länkar på mellandistans-. Nyckelegenskapen: kromatisk dispersion är nära noll vid 1310 nm i standard G.652-fiber, den punkt där materialspridning och vågledardispersion upphäver. Optiska pulser håller sin form över avstånd utan kompensation, vilket innebär att transceivrar kan lita på enklare direkt-detekteringsarkitekturer - billigare och lägre effekt än koherenta C-bandsmoduler.

Vanliga applikationer: 10G LR, 25G LR, 100G LR4-moduler; metro Ethernet; företags WAN och mörk fiber punkt-till-punkt; PON uppströms (1310 nm, abonnent på OLT); BiDi och CWDM transceivrar.

Avvägningen-är enkel. O-bandsdämpning vid 0,35 dB/km är cirka 75 % högre än C-bandet, och EDFA fungerar inte vid dessa våglängder. Bortom 40–80 km behöver du C-band. Inom tunnelbaneavstånd vinner O-band på enkelhet med spridning och kostnad för sändtagare. Optiska halvledarförstärkare och koherenta O-bandstransceivrar är under utveckling och skulle kunna driva den användbara räckvidden ytterligare, men volymdistribution är inte nära förestående.

850 nm band

Inuti byggnader och datacenter hanterar 850 nm-bandet parat med VCSEL-källor och multimodfiber de allra flesta korta-länkar. Dämpningen är hög - runt 2,5–3,5 dB/km - men när din längsta kabeldragning är 300 meter är den siffran irrelevant.

VCSEL-baserad optik kostar betydligt mindre än DFB-lasermoduler, vilket är hela poängen. Server-till-växling, överst-av-rack, campus ryggrad, 10G/25G/40G/100G SR - hela 850 nm-territorium.

Trenden som är värd att spåra: datacenter i hyperskala specificerar i allt högre grad enkel-modefiber i nya konstruktioner för att stödja 200G och 400G per-filhastighet. Detta äter gradvis upp sig på 850 nm:s andel i den höga delen. Men för den enorma installerade basen av multimodfiber och för kostnadskänsliga-företagsnätverk kommer 850 nm-bandet inte att gå någonstans snart.

L-band (1565–1625 nm)

L-bandet fungerar som C-bandets overflow. Den erbjuder den näst-lägsta dämpningen i standard enkel-fiber med ungefär 0,22 dB/km och kan förstärkas med kommersiellt tillgängliga L-bands EDFA.

Att lägga till L-band EDFA och C+L mux/demux på befintliga förstärkarplatser fördubblar ungefär det användbarafiberbandbreddpå infrastruktur som redan finns i marken, till en bråkdel av kostnaden för ett nybygge. Detta är den första kapacitetsspaken som operatörer drar när C-bandet fylls.

C+L-utbyggnader är nu standard på stora ubåtssystem och allt vanligare på landvägar med hög-trafik. Kombinerat C+L-spektrum har skiftat från ett trevligt-till-till en kapacitetsplaneringsbaslinje för ny-långdistansinfrastruktur, särskilt när-våglängdshastigheterna stiger till 800G.

De sekundära banden

S-Band (1460–1530 nm)

Idag är S-bandets huvudsakliga kommersiella användning PON: GPON och XG-PON använder 1490 nm för nedströmstrafik från OLT till abonnenter. Utöver det är S-band ett forskningsmål för nästa-generations S+C+L bredbands-DWDM. Thulium-dopade fiberförstärkare och Raman-förstärkning är kandidatlösningar för förstärkning, men ingen av dem är i närheten av att matcha C/L-bandets EDFA-kostnad eller tillförlitlighet i produktionsskala. Det finns laboratoriedemonstrationer; storskaliga-kommersiella S-bandets DWDM gör det inte.

E-Band (1360–1460 nm)

OH⁻-vattentoppen nära 1383 nm gjorde historiskt detta band oanvändbart. G.652.D nollvattentoppfiber eliminerar absorptionen och E-bandsdämpningen på ZWP-fiber sjunker faktiskt under O-bandnivåerna. Problemet är installerad bas: den mesta fibern i marken över hela världen är äldre G.652.A eller G.652.B med vattentoppen intakt. Kommersiella E-bandsändtagare och förstärkare är fortfarande få. Realistiskt sett spelar E-bandet bara roll i greenfield-byggen på ZWP-fiber där alla tillgängliga CWDM-kortplatser behövs.

U-Band (1625–1675 nm)

U-bandet har ingen datatrafik. Dess enda funktion är out-of-bandfiberövervakning. OTDR-utrustning vid U-bandvåglängder injicerar testpulser i levande fiber, mäter reflektioner, skarvförluster, kontaktkvalitet och går sönder utan att avbryta aktiva tjänster på andra band.

Att välja rätt överföringsfönster

Viktiga beslutsbegränsningar

Installerad fibertyp

Multimode fiber (OM3/OM4) begränsar höghastighetslänkar till 850 nm. Legacy G.652.A/B enkel-läge utesluter E-band på grund av vattentoppen. Fibern som redan finns i marken är den första begränsningen - allt annat följer av den.

Förstärkningskrav

EDFA fungerar endast i C- och L-band. Länkar som kräver optisk förstärkning - i allmänhet över 80 km - måste använda något av dessa två band. Att förlänga O-bandet bortom 40 km innebär antingen elektrisk regenerering eller hög- oförstärkta koherenta transceivrar, som båda ökar kostnaden.

Kanalräkning och multiplexeringsstrategi

CWDM stöder upp till 18 kanaler med 20 nm mellanrum, ingen förstärkning och lägre kostnad per-kanal. DWDM packar 40–96+ kanaler enbart i C-bandet (mer med L-band), kräver EDFA och ger mycket större sammanlagd kapacitet. De flesta metro- och företagslänkar är väl betjänade av CWDM. DCI kräver DWDM för ryggrad, ubåt och{10}storskalig DCI. Övergångspunkten är ungefär 8–10 kanaler eller förstärkta spänner över 80 km.

Transceiver kostnad och effektbudget

850 nm VCSEL-optik är billigast. O-band DFB-baserade moduler (LR, LR4) sitter i mitten. C-band koherenta moduler har det högsta priset och strömförbrukningen. Det finns ingen teknisk fördel med att distribuera koherent optik på en 10 km lång tunnelbanelänk som en O-band LR-modul hanterar utan svårighet.

Hur WDM använder Transmission Windows

Våglängdsmultiplexeringtilldelar olika våglängder till oberoende dataströmmar och sänder dem samtidigt över en fiber. Överföringsfönstren definierar summanbandbredd på fibertillgänglig för denna multiplexering.

CWDM

20 nm kanalavstånd över O-, E-, S-, C- och L-banden. Upp till 18 kanaler. Ingen förstärkning krävs över normala tunnelbaneavstånd. Okylda lasrar håller kostnaderna nere. Används i tunnelbanenätverk, under 80 km datacentersammankopplingar och mörka fiberlänkar för företag.

DWDM

100 GHz eller 50 GHz kanalavstånd inom C-bandet, valfritt utökat till L-band. 40 kanaler vid 100 GHz eller 96 vid 50 GHz, var och en bär 100G eller mer. EDFA krävs för långa spann. Utplacerad på långa-ryggrad, undervattenskablar och hög-bandbredd fibersammankopplingar.

Valet mellan CWDM och DWDM beror på kapacitet kontra kostnad. CWDM är billigare per kanal men toppar på 18 kanaler utan förstärkningsväg. DWDM kostar mer men skalas till tiotals terabit på ett enda fiberpar.