Breitband-Kommunikationssysteme 2014/2015 Optische

Optische Komponenten

Allgemeines
Bei den optischen Abzweigern (BOC xxx) und optischen Verteilern (BOV xxx) wird die gleiche Terminologie verwendet, wie bei den
elektrischen CATV-Abzweigern und Verteilern. Die Begriffe beziehen sich auf die optische Leistung in der Faser. Die Angaben erfolgen, wie bei den CATV-Bauteilen auch, in Dezibel (dB). Die absolute optische Leistung in der Faser wird in „dBm“ angegeben.

Besonderheiten
Die Daten der optischen Verteiler und optischen Abzweiger sind in der Regel abhängig von der optischen Wellenlänge. Bei der
Auswahl der Bauteile ist darauf zu achten, dass die Wellenlänge der Sendeelemente zum Wellenlängenbereich der optischen Abzweiger und optischen Verteiler passt. Dies gilt insbesondere für den Einsatz in CWDM-Systemen, wo eine besonders große
Bandbreite gefordert ist. Die optischen Verteiler (BOV xxx) sind mit dem Zusatz „CWDM“ gekennzeichnet.
Abzweiger/Verteiler
Durchgangsdämpfung
Dämpfung zwischen Eingang E und Ausgang A
Abzweigdämpfung bzw. Anschlussdämpfung
Dämpfung zwischen Eingang E und Abzweig Ab
Richtdämpfung
Dämpfung zwischen Ausgang A und Abzweig Ab
Entkopplung
Dämpfung zwischen zwei Abzweigen Ab.
Bei Verteilern zwischen den Ausgängen A
Rückflussdämpfung
Dämpfung eines reflektierten Signals R gegenüber
dem Signal in Vorwärtsrichtung V.
Die bei den einzelnen Produkten angegebenen Daten gelten nur dann, wenn alle Ausgänge abgeschlossen sind.
Unbenutzte Ausgänge müssen mit Abschlusswiderständen abgeschlossen werden.
188
Technischer Anhang
Optische Komponenten

Englische Begriffe an optischen Verteilern
Insertion loss
A1
Insertion loss = Einfügedämpfung
Return loss
Return loss = Rückflussdämpfung
Directivity
Coupling ratio = Abzweigdämpfung
Coupling ratio
Directivity = Richtdämpfung

A2
Optische Abzweiger
Die untenstehende Tabelle zeigt typische Dämpfungswerte der Abzweigdämpfung eines optischen Abzweigers für unterschiedliche Abzweigverhältnisse:
Abzweig-Verhältnis

Typ
A1
A2
50/50
50
4,1
4,1
55/45
55
3,6
4,5
60/40
60
3,1
5,1
65/35
65
2,7
5,7
70/30
70
75/25
75
80/20
80
Dämpfung
2,4
6,3
in dB
2,2
7,1
1,8
8,1
85/15
85
1,5
9,5
90/10
90
1,3
11,5
95/5
95
1
14,5
Optische Verteiler (Splitter)
Die untenstehende Tabelle zeigt typische Dämpfungswerte der Durchgangsdämpfung eines optischen Verteilers für unterschiedliche Verteilverhältnisse von 1 : 2 bis 1 : 64:
Konfiguration
1
2
1
2
Max. Dämpfung (dB)

N
1:2
1:3
1:4
1:8
1 : 16
1 : 32
1 : 64
2:2
2:3
3,9
6,0
2:4
2:8
2 : 16
2 : 32
2 : 64
7,4
10,8
14,1
17,3
21,1
WDM
Wellenlängen-Multiplexer
Die Wellenlängen-Multiplexer und -Demultiplexer finden ihr
CATV-Äquivalent in den Diplexern, Filtern und Weichen. Wie
diese trennen sie Frequenzbereiche voneinander bzw. ermöglichen deren Zusammenfassung. Die optischen Frequenzen
liegen im Terahertz-Bereich und werden üblicherweise als
Wellenlänge in „nm“ angegeben. Das optische Filter bzw. die
optische Weiche wird Multiplexer genannt. Prinzipiell werden
drei Typen von Wellenlängen-Multiplexern unterschieden:
1. WDM, mit dem die Wellenlängen-Bereiche 1310 nm und
1550 nm getrennt werden können.
Insert ion Loss (for λ = 1310 nm )
Isolat ion (for λ = 1550 nm )
1310 nm
1310 & 1550 nm
Direct ivit y
1550 nm
Insert ion Loss (for λ = 1550 nm )
Isolat ion (for λ = 1310 nm )
Wirkungsweise eines WDM für 1310/1550 nm
Technischer Anhang
189
Optische Komponenten
2. CWDM (Coarse-WDM bzw. grobes WDM)
Mit dieser Technik können zur Zeit 18 Wellenlängen in einem 20-nm-Kanalraster voneinander getrennt bzw. zusammengefasst
werden, von denen acht Kanäle im Praktischen verfügbar sind. Die CWDM-Wellenlängen und das CWDM-Kanalraster sind in der
ITU G.694.2 standardisiert. HFC-Rückwege werden oft in CWDM-Technik realisiert, um preiswert mehrere Rückwege über eine
Faser zum Headend zu transportieren und um vorhandene Cluster zu teilen.
ITU-CWDM-Kanalraster, 20-nm-Spacing
Kanal-Nr.
Wellenlänge in nm
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
1271 1291 1311 1331 1351 1371 1391 1411 1431 1451 1471 1491 1511 1531 1551 1571 1591 1611
CWDM-Spektrum
Die folgende Grafik zeigt die CWDM-Kanäle im optischen Spektrum im Verhältnis zu den folgenden Wellenlängenbereichen einschließlich Toleranz:
 1310-nm-/1550-nm-Downstream-Wellenlängen-Fenster  DWDM-Wellenlängen-Fenster  Wellenlängen-Fenster für die Verstärkung von EDFAs  Typische wellenlängenabhängige Faserdämpfung
1550 nm
WDM
1310 nm
DWDM
0,38 dB/km
1310 nm
1
C02
2 ...3C044
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
CWDM
18
Peter Wandel HT, 08/2009
0,25 dB/km
Wellenlänge
1400 nm
1500 nm
EDFA
1600 nm
Derzeit verfügbare CWDM-Kanäle
Die optischen Bereiche nach ITU-T G.692:
Peter Wandel HT, 08/2009
1300 nm
O-Band
nm
1260 ... 1360
C-Band
nm
1530 ... 1565
E-Band
nm
1360 ... 1460
L-Band
nm
1565 ... 1625
S-Band
nm
1460 ... 1530
U-Band
nm
1625 ... 1675
CWDM-Mux und -DeMux (Multiplexer und Demultiplexer)
Die nebenstehende Grafik zeigt die Wirkungsweise einer
CWDM-Mux-/-Demux-Anordnung für vier Wellenlängen:
Bei einem idealen Multiplexer könnte dieser ebenso als Demultiplexer betrieben werden, da die Bauteile reziprok sind.
Aufgrund von realen Gegebenheiten führen die nicht-idealen
Eigenschaften zu optimierten und zweckangepassten Bauteilen. Die folgenden Eigenschaften sind bei einem Einsatz von
optischen Multiplexern zu beachten:
Isolation der Ports – diese ist bei einem Multiplexer in der Regel deutlich geringer als bei einem Demultiplexer. Einfluss des
„optischen Frequenzganges“ auf die Durchgangsdämpfung
der einzelnen Wellenlängen. Die „optische Schräglage“ wird
bei der Kombination Mux/Demux kompensiert.
190
Rx
CWDM
CWDM
1470 nm
1 GF
Tx
1470 nm
1490 nm
1490 nm
1510 nm
1510 nm
1530 nm
1530 nm
Mux
Demux
Technischer Anhang
Mux/Demux
Optische Komponenten
Die nebenstehende Grafik zeigt typische Größen (englischsprachig), die bei einem CWDM-Mux/-Demux spezifiziert werden.
λ3
λ4
Isolation
non adjacent channels
λ2
Peter Wandel HT, 08/2009
Isolation
adjacent channels
λ1
Channel spacing
Passband
Optischer Add-Drop-Multiplexer (OADM)
Optische Add-Drop-Multiplexer werden zum Herausfiltern (drop) und zum Einfügen (add) einzelner Wellenlängen in ein CWDModer DWDM-Spektrum benutzt. Die Grafiken zeigen einmal das Symbol (links) und den Aufbau (rechts) mit den englischsprachigen
Port-Bezeichnungen zum besseren Verständnis.
OADM
Peter Wandel HT, 08/2009
Input
Reflect
Input
Transmit (Pass)
Reflect
Transmit (Pass)
3. DWDM (Dense-WDM bzw. dichtes WDM)
DWDM ist in der ITU G.694.1 standardisiert und wird in der Regel bei rein digitalen Systemen eingesetzt. Im HFC-Bereich wird
DWDM eingesetzt, um im Downstream Cluster-spezifische Inhalte (Narrowcast) mit auf die Faser des Broadcast-Signales zu
bringen. Der optische Downstream-Empfänger erhält dann eine Broadcast-Wellenlänge sowie eine Narrowcast-Wellenlänge und
erzeugt daraus ein Breitbandsignal mit beiden Inhalten. Die optische Zusammenschaltung muss sehr sorgfältig berechnet werden,
um eine hohe Signalqualität des Broadcast-Signales zu gewährleisten. Das Systemdesign ist hierbei schwierig.
Die DWDM-Kanäle liegen sehr dicht beieinander (Kanalabstand: < 1 nm), die DWDM-Kanalabstände werden üblicherweise in Gigahertz (GHz) angegeben (z. B. 200 GHz, 100 GHz, 50 GHz).
CWDM-/DWDM-Spektrum
1531 nm = CWDM K 14 ± 6 nm
1551 nm = CWDM K 15 ± 6 nm
DWDM-Raster
58
52
40
Technischer Anhang
33
26
191
Optische Komponenten
Vergleich DWDM mit CWDM
DWDM/CWDM
DWDM (100 GHz)
CWDM
Abweichung Laser-Wellenlänge (0-40 °C)
nm
± 0,16
± 6,5
Kanal-Bandbreite
nm
0,8
20
Max. Anzahl verfügbarer Kanäle
40
8
Geeignet für optische Verstärkung
Ja
Nein
ITU-DWDM-Frequenzen und -Wellenlängen (100-GHz-Spacing)
192
Kanal-Nr.
Frequenz (THz)
Wellenlänge (nm)
Kanal-Nr.
Frequenz (THz)
Wellenlänge (nm)
1
190,10
1577,03
31
193,10
1552,52
2
190,20
1576,20
32
193,20
1551,72
3
190,30
1575,37
33
193,30
1550,92
4
190,40
1574,54
34
193,40
1550,12
5
190,50
1573,71
35
193,50
1549,32
6
190,60
1572,89
36
193,60
1548,51
7
190,70
1572,06
37
193,70
1547,72
8
190,80
1571,24
38
193,80
1546,92
9
190,90
1570,42
39
193,90
1546,12
10
191,00
1569,59
40
194,00
1545,32
11
191,10
1568,77
41
194,10
1544,53
12
191,20
1567,95
42
194,20
1543,73
13
191,30
1567,13
43
194,30
1542,94
14
191,40
1566,31
44
194,40
1542,14
15
191,50
1565,50
45
194,50
1541,35
16
191,60
1564,68
46
194,60
1540,56
17
191,70
1563,86
47
194,70
1539,77
18
191,80
1563,05
48
194,80
1538,98
19
191,90
1562,23
49
194,90
1538,19
20
192,00
1561,42
50
195,00
1537,40
21
192,10
1560,61
51
195,10
1536,61
22
192,20
1559,79
52
195,20
1535,82
23
192,30
1558,98
53
195,30
1535,04
24
192,40
1558,17
54
195,40
1534,25
25
192,50
1557,36
55
195,50
1533,47
26
192,60
1556,55
56
195,60
1532,68
27
192,70
1555,75
57
195,70
1531,90
28
192,80
1554,94
58
195,80
1531,12
29
192,90
1554,13
59
195,90
1530,33
30
193,00
1553,33
Technischer Anhang