CWDM-Technologie:
Die Wellenlängen des CWDM-Gitters liegen im Bereich von 1270 bis 1610 nm. Für den Einsatz ungekühlter Laser und Breitbandpassfilter ist ein nomineller Mittenwellenlängenabstand von mindestens 20 nm erforderlich.
Um mit aktuellen Filtertechnologien kompatibel zu sein, ist eine Wellenlängenabweichung der Quelle von ±6–7 nm zu erwarten.
Zwei Hauptfaktoren tragen zu dieser Wellenlängenabweichung bei:
Fertigungstoleranzen
und ungekühlte Laser. Ungekühlte Laser
verursachen eine Wellenlängenverschiebung mit der Temperatur (innerhalb des Betriebstemperaturbereichs des Lasers).
Konventionelle Singlemode-Fasern weisen aufgrund der Wasserabsorptionsspitze eine signifikante Dämpfung um 1400 nm auf. Folglich reduziert sich die Anzahl der verwendeten CWDM-Kanäle auf 12 – drei im Bereich von 1310–1350 nm und neun im Bereich von 1450–1610 nm. Die typischen (unverstärkten) Übertragungsdistanzen liegen im Bereich von 40 bis 80 km. Dies ist auf die Leistungsbegrenzungen der in CWDM-Systemen verwendeten „ungekühlten“ Laserquellen (maximal ca. 4 dBm) und die erhöhten Verluste durch den Einsatz passiverer Geräte in den Netzen (Multiplexer Up/Down, Multiplexer/Demultiplexer und Dispersionskompensationsmodule) zurückzuführen, insbesondere bei Datenraten von 10 Gbit/s.
Manchmal ist es wünschenswert, die Übertragungsdistanzen über diesen Bereich hinaus zu erweitern oder die Budgets elektrischer Systeme zu verbessern. Optische EDFA-Verstärker, die häufig in DWDM-Übertragungssystemen eingesetzt werden, sind unpraktisch, da ihr begrenztes Bandbreiten-Verstärkungsprofil ihren Einsatz auf einen kleinen Teil des CWDM-Spektrums beschränkt, während DWDM nur das C&L-Band abdeckt.
Ohne Verstärker ist der Investitionsaufwand für ein CWDM-Netzwerk deutlich geringer, was die Nutzung mehrerer Zugangspunkte vorteilhaft macht. Diese Möglichkeit, mehrere Zugangspunkte bereitzustellen (regeneriertes Netzwerk), prädestiniert das CWDM-Netzwerk für regionale oder städtische Netze, da es die Flexibilität bietet, Benutzerdatenverkehr von verschiedenen Standorten hinzuzufügen oder zu entfernen. Ein regeneriertes Netzwerk eliminiert die OSNR-Anforderung (optisches Signal-Rausch-Verhältnis) und die damit verbundene Komplexität, wodurch die Kosten für Netzwerkplanung und -tests gesenkt werden.
Testmethoden für ein CWDM-Netzwerk:
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, ein CWDM-Netzwerk zu testen, typischerweise mit folgenden Methoden:
• Leistungsmesser (PM) in Kombination mit einem Filter.
Ein Standard-Leistungsmesser misst die gesamte Lichtmenge (alles) am Detektor innerhalb des Erfassungsbereichs seines Sensors, etwa 850 bis 1650 nm. Da ein CWDM-System viele Wellenlängen umfasst, kann ein einzelner Leistungsmesser nicht alle Details liefern. In Kombination mit einem CWDM-Filter kann der Benutzer jedoch die Leistung jedes Kanals überprüfen. Die Kombination aus Leistungsmesser und Filter ist die kostengünstigste der hier beschriebenen Methoden.
Mit dieser Methode lässt sich die Wellenlänge eines Kanals nicht messen, daher ist es unmöglich, die tatsächliche Kanalwellenlänge oder Abweichungen gemäß den Normen zu ermitteln.
• OCA (Optischer Kanalanalysator).
Ein optischer Kanalanalysator besteht aus mehreren optischen Leistungsdetektoren in einem einzigen Gehäuse. Feste optische Komponenten senden die Signale der verschiedenen CWDM-Kanäle an die Detektoren.
• OSA (Optischer Spektrumanalysator).
Der herkömmliche optische Spektrumanalysator ist ein deutlich komplexeres und spezialisierteres Testinstrument als die zuvor genannten. Er bietet umfassende DWDM- und CWDM-Testfunktionen und ist typischerweise ein Spezialgerät mit deutlich höheren Kosten und beweglichen Teilen. Der optische Spektrumanalysator liefert die genauesten Testergebnisse für ein CWDM-Netzwerk und ist zudem flexibler anpassbar. Allerdings ist er auch eine komplexere und teurere Lösung.
Jede Methode unterscheidet sich hinsichtlich Komplexität, Fehlerpotenzial und Kosten.
Technischer Hintergrund des optischen Kanalanalysators:
Der optische Kanalanalysator basiert auf einem Monochromator ohne bewegliche Teile. Das Monochromatorprinzip beruht darauf, dass Licht durch ein Beugungsgitter in seine Spektralkomponenten (Lichtstrahlen) zerlegt wird. Ein Beugungsgitter ist ein Spiegel mit Spalten auf seiner Oberfläche. Die Richtung dieser Lichtstrahlen hängt vom Abstand zwischen dem Gitter und der Wellenlänge des Signals ab. Die Strahlen werden schließlich vom Array-Detektor empfangen.
Das Detektionselement ermöglicht nahezu parallele Messung und Verarbeitung. Da der optische Kanalanalysator mit optischer Leistungstechnologie arbeitet, kann er kostengünstig und ohne bewegliche Teile als tragbares Feldgerät realisiert werden. Dieses Konzept und Design ermöglicht schnellere CWDM-Netzwerktests als jeder andere optische Spektrumanalysator und erlaubt die Messung von Leistung und Wellenlänge über alle 18 CWDM-Kanäle mit nur einer Verbindung sowie die Überwachung ihrer zeitlichen Drift.
Optischer Kanalanalysator und seine Anwendungen:
Einfluss der Temperatur auf CWDM
Für eine Bewertung des Zugangs zu einem CWDM-Netzwerk ist es unerlässlich, die Parameter und Werte der physikalischen Schicht für Punkt-zu-Punkt-Verbindungen oder mit einer Ringstruktur zu kontrollieren.
Da dieser Lasertyp Filter durchläuft, die nicht planar sind, würde eine Wellenlängenabweichung als Leistungsproblem und nicht als Wellenlängenproblem wahrgenommen. Daher ist es entscheidend, sowohl Leistung als auch Wellenlänge messen zu können, um die Ursache des Problems zu ermitteln oder zu beheben.
Wie bereits erwähnt, ist der Temperatureinfluss auf CDWM-Laser aufgrund der großen Wellenlängentoleranz und der Möglichkeit, „ungekühlte“, temperaturabhängige Laser einzusetzen, beobachtbar. Darüber hinaus wird die Ausgangsleistung des CDWM-Lasers durch jede Temperaturänderung beeinflusst.
Die Kanäle 18 und 1 sind aufgrund der Leistungsabweichung am stärksten von Wellenlängenabweichungen betroffen. Anders ausgedrückt: Verschiedene Kanäle reagieren unterschiedlich auf Temperaturänderungen.
Dieses Verhalten kann mit dem optischen Kanalanalysator leicht überwacht und angezeigt werden, entweder über alle Kanäle hinweg oder über einen einzelnen Kanal (siehe Abbildung 1 und Abbildung 2).
a) b)
CD)
Abbildung 5. Alarmanzeigen auf den verschiedenen Bildschirmen des optischen Kanalanalysators: a) Normaldiagramm; b) Normaltabelle; c) Abweichungsdiagramm; d) Abweichungsanzeige Kanal 1.
Netzwerkkonformitätsprüfung gemäß ITU-T-Empfehlung G.695.
Die ITU-T-Empfehlung G.695 definiert Parameter der physikalischen Schicht für ein- und mehrkanalige CDWM-Schnittstellen. Ziel ist es, die Konfiguration mehrerer kompatibler CWDM-Systeme verschiedener Hersteller in Punkt-zu-Punkt- oder Ringtopologien zu ermöglichen. Die Empfehlung berücksichtigt ausschließlich nicht verstärkte Mehrkanal-Schnittstellen.
Zur Vereinfachung der Überprüfung der Konformität von CWDM-Netzwerken mit der ITU-T-Empfehlung G.695n hat Anritsu ein CWDM-spezifisches Testgerät entwickelt: den Network Master Optical Channel Analyzer (OCA). Der Network Master Optical Channel Analyzer ist ein modulares Feldgerät zur Messung von Leistung und Wellenlänge über alle 18 CWDM-Kanäle hinweg und zur Überwachung ihrer Drift im Zeitverlauf. Dank seiner kompakten, leichten und robusten Bauform ist dieses benutzerfreundliche Gerät ideal für die Unterstützung von Technikern bei Installation, Wartung und Fehlersuche in CWDM-Zugangsnetzen geeignet.
Der Network Master Optical Channel Analyzer bietet eine umfassende Übersicht aller CWDM-Kanäle, die grafisch oder tabellarisch auf dem großen Bildschirm des Geräts dargestellt wird. Ergänzt durch verschiedene Driftfunktionen zur Langzeitcharakterisierung der Kanäle ermöglicht er die schnelle und zuverlässige Messung von CWDM-Netzwerkparametern in jeder Umgebung. Die Softwareoberfläche wurde speziell für die Qualifizierung von CWDM-Verbindungen entwickelt und erfordert nahezu keine Vorbereitung zur Charakterisierung eines CWDM-Netzwerks.
Die in der ITU-T-Empfehlung G.695 definierten Alarmschwellenwerte für alle Konfigurationen sind im Gerät gespeichert und ermöglichen so die Durchführung von Gut/Schlecht-Tests. Abbildung 3 zeigt die Menüoberfläche [Einstellungen/Alarme] zur Aktivierung der entsprechenden Alarmschwellenwerte am Referenzmesspunkt des CWDM-Netzwerks.
Der Anwendungscode des zu testenden Netzwerks kann im Menü [Einstellungen/Alarme] des optischen Kanalanalysators ausgewählt werden.
Alle Alarmeinstellungen für den Anwendungscode ITU-T G.695c können im Menü [Einstellungen/Alarme] des optischen Kanalanalysators über die Schaltfläche „Leistungsalarme“ oder „Wellenlängenalarme“ eingesehen werden. Die maximal und minimal zulässigen Werte werden tabellarisch dargestellt (siehe Abbildung 4). Diese Alarmgrenzen können strenger oder weniger streng als im ITU-T-Standard festgelegt angepasst werden. Dies ist direkt in den Tabellen in Abbildung 4 möglich.
Anhand dieses Alarmmenüs können Sie die Leistung Ihres CWDM-Netzwerks mit den in den ITU-T-Empfehlungen definierten Zielwerten vergleichen oder eigene Kriterien festlegen, abhängig von Ihrer Architektur und Ihren Zielen.
Entsprechend den von ITU-T G.695 empfohlenen Leistungs- und Wellenlängengrenzen werden dann in jedem Diagramm und jeder Tabelle rote Indikatoren angezeigt (siehe Abbildung 5).
Zuvor wurde zu Beginn des Tests gemäß Anwendungscode B-1D2-C8S1 ein Kanal außerhalb der Zielwerte simuliert. Die gemessene Leistung betrug 7 dBm bei einer Mittenwellenlänge von 1544,0 nm, also außerhalb des zulässigen Frequenzbands für den 1551-nm-CWDM-Kanal. Die ermittelten Kanalleistungs- und Wellenlängenwerte werden sowohl auf dem Grafikdisplay als auch in der Tabelle des optischen Kanalanalysators rot dargestellt. Sie befinden sich zu Beginn des Abweichungstests im Alarmzustand. Auf den Abweichungsanzeigen des Analysators ist ersichtlich, dass sich der Kanal nach einer gewissen Zeit, beispielsweise aufgrund von Umgebungsänderungen, aus den Alarmbereichen herausbewegt. Dank dieser intuitiven Darstellungen liefert der OCA-Analysator ein umfassendes Bild eines CWDM-Netzwerks – sowohl in Echtzeit als auch im Zeitverlauf – und erleichtert so die Inbetriebnahme und Fehlersuche.
Fazit:
Mit der zunehmenden Verbreitung von CWDM-Netzwerken gewinnen die von ihnen übertragenen Daten nicht nur an Bedeutung, sondern auch an kritischer Relevanz. Standards sind so konzipiert, dass sie Flexibilität bei kritischen Netzwerkkomponenten ermöglichen und somit kosteneffizientere Netzwerkelemente fördern. Dies ist insbesondere in Metropol- und Regionalnetzen unerlässlich. Die Prüfung dieser Netzwerke wurde aufgrund der hohen Kosten und der Komplexität des Einsatzes optischer Spektrumanalysatoren bisher vermieden, weshalb viele die Testmethode mit Leistungsmesser und Filter anwendeten. Anritsu hat nun das passende Werkzeug für die Installation und Wartung von CWDM-Netzwerken entwickelt, das deutlich kostengünstiger ist als die Verwendung eines optischen Spektrumanalysators und die damit verbundenen Komplexitäten der Leistungsmesser-Filter-Methode beseitigt.
MT9090A Network Master
von Anritsu (Abbildung 6) erfüllt diese Anforderung und bietet alle Funktionen und die Leistung, die für die Installation und Wartung von CWDM-Netzwerken erforderlich sind, in einem kompakten, modularen Testsystem. Er bietet ein unübertroffenes Preis-Leistungs-Verhältnis und ist besonders benutzerfreundlich, ohne Kompromisse bei der Leistung einzugehen. Der MT9090A liefert auf einen Blick einen klaren Überblick über die Leistungspegel und Wellenlängen aller 18 CWDM-Kanäle und ermöglicht den einfachen Vergleich von Gut/Schlecht-Anzeigen. Zudem erlaubt er die Langzeitcharakterisierung mit verschiedenen Abweichungsfunktionen.
Das MT9090A mit dem Modul MU909020A ist ein unverzichtbares Werkzeug für CWDM-Netzwerke. Seine einfache Bedienung, der niedrige Preis, die Messgeschwindigkeit, die Robustheit und die kompakte Größe machen es zum idealen Produkt für CWDM-Feldtests.
Hauptmerkmale:
• Spezielles Werkzeug für die Installation, Inbetriebnahme und Fehlerbehebung von CWDM-Netzwerken.
• Schnelle und präzise Anzeige aller CWDM-Kanäle und deren Veränderung im Zeitverlauf.
• Vollständig kompatibel mit den ITU-T-Standards G.695 und G.694.2.
• Vordefinierte oder benutzerdefinierte Grenzwerte für Gut/Schlecht-Tests.
• Leistungsmessung mit Messung der gesamten Eingangsleistung.
• Kurze Start- und Aufwärmzeiten sowie lange Akkulaufzeit für die schnelle Charakterisierung von CWDM-Netzwerken im Feld.
• Hochauflösendes, farbiges Display für optimale Lesbarkeit im Innen- und Außenbereich.
• Robustes, abgedichtetes Gehäuse für jahrelangen Einsatz auch unter härtesten Bedingungen.
• Modulare Plattform für maximale Rentabilität.
• Kompaktes und leichtes Design für maximale Mobilität im Feld.
• Hohe Leistung zu geringen Kosten.
Autor: Juergen Rummelsberger (Anritsu)
