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Die Erfindung betrifft eine optische
Filteranordnung für
ein optisches Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystem
bzw. eine passive optische Wellenlängenmultiplex/Demultiplex-Einheit.
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In Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystemen
werden mehrere Signale unterschiedlicher optischer Wellenlängen mittels
einer optischen Kanalfiltereinheit zu einem Wellenlängenmultiplex-Signal
zusammengefasst bzw. wird das Wellenlängenmultiplex-Signal mittels der
Kanalfiltereinheit in die einzelnen Signale aufgeteilt.
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Insbesondere bei der Signalübertragung
im DWDM (Dense Wavelength Division Multiplex) ist es bekannt, die
Vielzahl von DWDM-Kanälen
in mehrere Gruppen aufzuteilen und jeder Kanalgruppen-Filtereinheit
eine Bandfiltereinheit nachzuschalten, bevor die Kanalgruppen-Multiplexsignale
zu dem gesamten Wellenlängenmultiplex-Signal
zusammengefasst werden. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass
das DWDM-Übertragungssystem
modular aufgebaut ist und durch das Hinzufügen jeweils weiterer Kanalgruppen-Filtereinheiten
bis zur maximalen Ausbaustufe erweiterbar ist. Des Weiteren ergibt
sich durch den Einsatz der Kanalgruppen-Filtereinheiten der Vorteil
einer höheren
Nebensprechdämpfung
zwischen den Kanälen
unterschiedlicher Kanalgruppen.
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Neben DWDM-Übertragungssystemen finden
in letzter Zeit in Fällen,
in denen eine geringere Verkehrslast zu bewältigen ist, immer häufiger CWDM-
(Coarse Wavelength Division Multiplex) Übertragungssysteme Verwendung,
bei denen die einzelnen Kanäle
eine deutlich höhere
Bandbreite und einen entsprechend größeren Kanalabstand (Abstand
der Mittenwellenlängen
der einzelnen Kanäle)
aufweisen. Während
bei DWDM-Übertragungssystemen
der Kanalabstand beispielsweise 100 GHz, 50 GHz oder 25 GHz beträgt, wobei
bereits ein Kanalabstand von 100 GHz einem Wellenlängenabstand
von lediglich ca. 0,8 nm entspricht, beträgt der Kanalabstand eines CWDM-Übertragungssystems nach der
letzten ITU-Empfehlung (ITU-T Empfehlung G.694.2) 20 nm, wobei insgesamt
16 Kanäle
verwendet werden.
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Der Kostenvorteil von CWDM-Übertragungssystemen
gegenüber
DWDM-Übertragungssystemen
ergibt sich insbesondere dadurch, dass bei CWDM-Übertragungssystemen
typischerweise preiswerte, ungekühlte
DFB-Laser eingesetzt werden. Zusätzlich
können
infolge des deutlich größeren Kanalabstands
preiswerte passive optische Filter mit geringeren Flankensteilheiten
eingesetzt werden.
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Beim Design eines Übertragungssystems war
es bisher erforderlich, sich entweder für das kostengünstige CWDM-System
oder das deutlich kostenintensivere DWDM-System zu entscheiden, wenn der Einsatz
beider Systeme infolge der zu bewältigenden Verkehrslast in Frage
kam. Dabei war es in jedem Fall erforderlich, sich für das teurere DWDM-System
zu entscheiden, wenn davon auszugehen war, dass in Zukunft eine
so hohe Verkehrslast auftreten könnte,
die mit einem CWDM-System nicht mehr zu bewältigen wäre.
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In der Praxis ist es daher wünschenswert,
ein Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystem zur Verfügung zu
haben, welches mit geringem Aufwand von einem anfangs vorhandenen,
kostengünstigen CWDM-System
zu einem DWDM-System
oder einem Hybridsystem, welches sowohl CWDM-Kanäle als auch DWDM-Kanäle zur Übertragung
benutzt, umrüstbar
bzw. erweiterbar ist.
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Ein derartiges System wurde in MICROSENSE
news 3/2002, „Modular
Optical Multiplexer 8 channels CWDM/DWDM" vorgestellt. Dieses System verwendet
in der CWDM-Basisausbaustufe 8 CWDM-Kanäle zwischen 1470 nm und 1610
nm mit einem Kanalabstand von 20 nm. In unterschiedlichen Ausbaustufen
können
anstelle jedes der 8 CWDM-Kanäle
bis zu 8 DWDM-Kanäle
verwendet werden. Allerdings ist dabei zu beachten, dass in der Praxis
das standardisierte C-Band bzw. L-Band eines DWDM-Systems (ITU Empfehlung
G.694.1) lediglich etwas mehr als drei Kanalbreiten des CWDM-Systems
mit 20 nm Kanalabstand (ITU Empfehlung G.694.2) abdeckt.
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Nachteilig bei diesem System ist,
dass nur solche DWDM-Kanäle
zur Aufrüstung
verwendet werden können,
die in die Durchlassbereiche der Kanalfilter der CWDM-Kanäle fallen.
Diejenigen DWDM-Kanäle,
die mit den Flanken der Bandfilterstrukturen der CWDM-Kanalfilter überlappen,
können
nicht verwendet werden, da diese die CWDM-Kanalfilter nicht (oder nur extrem verlustbehaftet)
passieren würden.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt
der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine optische Filteranordnung
für ein
optisches Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystem zu schaffen,
welches in einer Basisausbaustufe die Übertragung von ausschließlich CWDM-Kanälen ermöglichen
kann und welches auf einfache Weise zur Übertragung von DWDM-Kanälen mit
einer möglichst
hohen Anzahl von DWDM-Kanälen aufrüstbar ist.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 1.
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Erfindungsgemäß ist die optische Filteranordnung
bereits in der Basisausbaustufe zweistufig aufgebaut und weist somit
bereits als optische Filteranordnung für ein reines CWDM-Übertragungssystem
den für
DWDM-Systeme bekannten zweistufigen Aufbau auf. Während jedoch
bei DWDM-Systemen durch den zweistufigen Aufbau lediglich die gewünschte Modularität und die
verbesserte Nebensprechdämpfung
zwischen Kanälen
unterschiedlicher Kanalgruppen erreicht wird, ermöglicht der
Einsatz einer zweistufigen optischen Filteranordnung für CWDM-Systeme
zusätzlich
die Übertragung
von beliebigen DWDM-Kanälen
innerhalb der Durchlassbereiche der wenigstens zwei erfindungsgemäß vorgesehenen
Bandpass-Strukturen der Band-Filtereinheit der ersten Filterstufe.
Die Filtercharakteristik der Band-Filtereinheit ist so gewählt, dass
jede der wenigstens zwei Bandpass-Strukturen eine Gruppe von zwei
oder mehreren CWDM- Kanälen abdeckt.
Innerhalb des Durchlassbereichs jeder Bandpass-Struktur, die wenigstens
doppelt so breit ist, wie bei bekannten Systemen, können sämtliche
DWDM-Kanäle übertragen
werden, die in dieser Bandbreite liegen. Hierdurch wird die Anzahl
der übertragbaren DWDM-Kanäle gegenüber bekannten
Systemen deutlich erhöht.
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Für
das Erweitern der optischen Filteranordnung von der Basisausbaustufe,
in der ausschließlich CWDM-Kanäle übertragen
werden und demzufolge jede Kanal-Filtereinheit als CWDM-Kanal-Filtereinheit
ausgebildet ist, auf ein hybride CWMD/DWDM Filteranordnung muss
lediglich die betreffende CWDM-Kanal-Filtereinheit durch eine entsprechende DWDM-Kanal-Filtereinheit
ersetzt werden. Im Gesamtsystem müssen selbstverständlich auch
diejenigen Komponenten, die für
die Übertragung
der ersetzten CWDM-Kanäle
zuständig
waren, durch entsprechende Komponenten für die hinzugefügten DWDM-Kanäle ersetzt
werden. Dies gilt insbesondere für
die optischen Sendeelemente, also die Laser.
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In der bevorzugten Ausführungsform
ist wenigstens eine der Bandpass-Strukturen der Band-Filtereinheit
so gewählt,
dass sie sowohl die gewünschten
CWDM-Kanäle
als auch gleichzeitig wenigstens ein standardisiertes Band eines
DWDM-Übertragungssystems,
beispielsweise das C-Band oder L-Band (nach der ITU Empfehlung G.694.1),
vollständig
abdeckt. Auf diese Weise können
sämtliche Kanäle eines
standardisierten DWDM-Bands anstelle mehrerer CWDM-Kanäle, gegebenenfalls
gleichzeitig mit weiteren CWDM-Kanälen übertragen werden, die in den
Bereichen der Bandpass-Strukturen der Band-Filtereinheit liegen,
die nicht zur Übertragung
der DWDM-Kanäle
benötigt
werden.
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In einer speziellen Ausführungsform
kann die erfindungsgemäße optische
Filteranordnung so ausgebildet sein, dass wenigstens eine der Bandpass-Strukturen
der Band-Filtereinheit
so gewählt
ist, dass diese gleichzeitig das C-Band und das L-Band eines DWDM-Übertragungssystems
vollständig
abdeckt.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann
die optische Filteranordnung so ausgebildet sein, dass jede jeweils
einem Kanalgruppen-Multiplexsignalport zugeordnete Bandpass-Struktur
vier CWDM-Kanäle
umfasst bzw. abdeckt. Hierdurch ergibt sich in der Praxis eine optimale
Modularität
der Filteranordnung.
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In einer Ausführungsform kann die erfindungsgemäße optische
Filteranordnung eine Band-Filtereinheit mit zwei Kanalgruppen-Multiplexsignalports
und dementsprechend zwei Bandpass-Strukturen aufweisen, wobei die
dem ersten Kanalgruppen-Multiplexsignalport
zugeordnete erste Bandpass-Struktur vier benachbarte CWDM-Kanäle umfasst
und wobei die dem zweiten Kanalgruppen-Multiplexsignalport zugeordnete
zweite Bandpass-Struktur in jeweils einer von zwei Teil-Bandpass-Strukturen
einen oder zwei (in Summe wieder vier) CWDM-Kanäle umfasst, die jeweils der
ersten Bandpass-Struktur links bzw. rechts benachbart sind.
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Wird die erste Bandpass-Struktur
so gewählt,
dass sie die vier benachbarten CWDM-Kanäle mit
Mittenwellenlängen
(entsprechend der ITU-T Empfehlung G.694.2) von 1510 nm, 1530 nm,
1550 nm und 1570 nm abdeckt und die beiden Teil-Bandpass-Strukturen der zweiten
Bandpass-Struktur jeweils so, dass sie jeweils zwei benachbarte CWDM-Kanäle mit Mittenwellenlängen von
1470 nm und 1490 nm bzw. 1590 nm und 1610 nm abdecken, so ergibt
sich der Vorteil, dass für
diese symmetrische Struktur herkömmliche,
preiswerte optische Filter eingesetzt werden können.
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Bereits diese symmetrische Anordnung
bietet den Vorteil, dass das standardisierte C-Band des DWDM-Systems (ITU-T-Empfehlung
G.694.1) voll durch die erste Bandpass-Struktur der Band-Filtereinheit
abgedeckt ist und demzufolge sämtliche DWDM-Kanäle des DWDM
C-Bands übertragbar sind.
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In einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung wird die erste Bandpass-Struktur so gewählt, dass
sie die vier benachbarten CWDM-Kanäle bei Mittenwellenlängen von
1530 nm, 1550 nm, 1570 nm und 1590 nm abdeckt. Die beiden Teil-Bandpass- Strukturen der zweiten
Bandpass-Struktur decken dann jeweils die CWDM-Kanäle mit den
Mittenwellenlängen
bei 1470 nm, 1490 nm und 1510 nm sowie den CWDM-Kanal mit der Mittenwellenlänge von 1610
nm ab. Hierdurch wird erreicht, dass bei einer Aufrüstung zusätzlich zum
C-Band das komplette L-Band des DWDM-Systems entsprechend der ITU-T-Empfehlung
G.694.1 durch die erste Bandpass-Struktur abgedeckt ist. Damit können auch sämtliche
DWDM-Kanäle
des L-Bands übertragen werden.
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Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben
sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand
in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In
der Zeichnung zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung der 8 nutzbaren CWDM-Kanäle und die
Position der Kanäle
des C-Bands bzw. L-Bands für
den Fall einer DWDM-Aufrüstung einer
bekannten optischen Filteranordnung für ein CWDM-Übertragungssystem;
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2 eine
schematische Darstellung einer symmetrischen Filterstruktur der
Band-Filtereinheit der
ersten Stufe einer optischen Filteranordnung nach der Erfindung;
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3 eine
schematische Darstellung einer unsymmetrischen Filterstruktur der
Band-Filtereinheit der ersten Stufe einer weiteren Ausführungsform einer
optischen Filteranordnung nach der Erfindung;
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4 eine
schematische Darstellung einer optischen Filteranordnung nach der
Erfindung in der Basisausbaustufe (reines CWDM-System);
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5 eine
schematische Darstellung einer optischen Filteranordnung nach der
Erfindung in einer auf das DWDM C-Band erweiterten Ausbaustufe;
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6 eine
schematische Darstellung einer optischen Filteranordnung nach der
Erfindung in einer erweiterten Ausbaustufe auf das DWDM C-Band und
L-Band.
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1 zeigt
schematisch die im 1550 nm-Fenster einer üblichen Einmodenfaser nutzbaren acht
CWDM-Kanäle
mit Mittenwellenlängen
von 1470 nm bis 1610 nm bei einem Kanalabstand von 20 nm entsprechend
der ITU-T-Empfehlung G.694.2. Der Dämpfungsverlauf einer üblichen
Einmodenfaser ist ebenfalls schematisch in Form der Kurve α(λ) eingetragen.
Im oberen Teil der 1 ist
schematisch und vergrößert der
CWDM-Kanal bei einer
Mittenwellenlänge
von 1550 nm sowie die Lage der 32 DWDM-Kanäle eines DWDM-Systems nach
der ITU-T-Empfehlung G.694.1 mit einem Kanalabstand von 100 GHz
bzw. 0,8 nm eingezeichnet. Die Lage des L-Bands ist lediglich durch
einen weiteren Pfeil im Bereich der Darstellung der CWDM-Kanäle dargestellt.
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Aus dieser Figur geht deutlich hervor,
dass bei dem bekannten System, bei dem zur Aufrüstung eines CWDM-Systems ein
CWDM-Kanal durch mehrere DWDM-Kanäle ersetzt wird, maximal nur
etwa die Hälfte
der DWDM-Kanäle
des C-Bands bzw. L-Bands
verwendbar sind. Denn die DWDM-Kanäle, die im Bereich der Flanken
der CWDM-Kanäle
bzw. zwischen den Eckpunkten der Durchlassbereiche der Kanalfilter
liegen, können
nicht verwendet werden.
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2 zeigt
eine erste Ausführungsform
einer Bandpass-Struktur einer erfindungsgemäßen optischen Filteranordnung 1,
die, wie aus 4 ersichtlich,
bereits in der Basisausbaustufe zwei Filterstufen umfasst. Die erste
Filterstufe umfasst eine Band-Filtereinheit 3, deren Bandpass-Struktur
in 2 dargestellt ist.
Eine erste Bandpass-Struktur, die sich über die mittleren vier der
acht nutzbaren CWDM-Kanäle
mit Mittenwellenlängen
von 1510 nm, 1530 nm, 1550 nm und 1570 nm erstreckt, definiert ein
A-Band.
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Eine zweite Filterstruktur definiert
mittels einer ersten Teil-Filterstruktur, die sich über die CWDM-Kanäle bei 1470
nm und 1490 nm erstreckt, und einer zweiten Teil-Filterstruktur, die sich über die CWDM-Kanäle bei Mittenwellenlängen von
1590 nm und 1610 nm erstreckt, ein B-Band.
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Ein Multiplexsignal Smux,
welches der Band-Filtereinheit 3 an ihrem Multiplexsignalport 5 zugeführt wird,
wird von der Band-Filtereinheit 3 in Teilsignale bzw. Kanalgruppen-Multiplexsignale Smux,A und Smux,B aufgespalten
und jeweils einem Kanalgruppen-Multiplexsignalport 7 bzw. 9 zugeführt.
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Die zweite Filterstufe wird bei der
in 4 dargestellten Ausführungsform
bzw. in der hier dargestellten Basisausbaustufe durch zwei Kanal-Filtereinheiten 11, 13 gebildet.
Jede Kanal-Filtereinheit 11, 13 weist vier Kanalports 151, 152, 153, 154 bzw. 171, 172, 173, 174 auf
sowie einen Kanalgruppen-Multiplexsignalport 19, 21.
Der Kanalgruppen-Multiplexsignalport 19 der
Kanalfiltereinheit 11 ist mit dem Kanalgruppen-Multiplexsignalport 7 der
Band-Filtereinheit 3 verbunden. In gleicher Weise ist der
Kanalgruppen-Multiplexsignalport 21 der Kanal-Filtereinheit 13 mit
dem Kanalgruppen-Multiplexsignalport 9 der Band-Filtereinheit 3 verbunden.
Die Kanal-Filtereinheit 11 spaltet das Kanalgruppen-Multiplexsignal Smux,
A, welches die
vier Kanäle
des A-Bands umfasst in
die einzelnen Signale auf und führt
diese den Kanalports 151 bis 154 zu. Die Kanal-Filtereinheit 13 erledigt
dieselbe Aufgabe für
das Kanalgruppen-Multiplexsignal
Smux,B, welches die vier Kanäle des B-Bands
umfasst.
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Bei der Funktion als Multiplexer
funktioniert die Filteranordnung 1 entsprechend in umgekehrter weise
und führt
die einzelnen Signale zu einem Multiplexsignal Smux zusammen.
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5 zeigt
eine Ausbaustufe der optischen Filteranordnung 1, bei der
die CWDM-Kanal-Filtereinheit 13 durch
eine DWDM-Kanal-Filtereinheit 23 ersetzt wurde. Demzufolge
gewährleistet
diese erweiterte optische Filteranordnung 1 das Multiplexen bzw.
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Demultiplexen der vier CWDM-Kanäle des A-Bands
und der maximal 32 DWDM-Kanäle des DWDM
C-Bands.
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Die DWDM-Kanal-Filtereinheit 23 kann,
wie in 5 dargestellt,
ihrerseits aus vier DWDM-Kanalfiltern 25 bestehen, denen
jeweils ein entsprechendes Bandfilter nachgeschaltet ist. Dies dient,
wie bei DWDM-Übertragungssystemen üblich, zur
Verbesserung der Nebensprechdämpfung
zwischen Kanälen
unterschiedlicher Gruppen sowie zur Erzeugung einer entsprechenden
Modularität.
Die DWDM-Kanal-Filtereinheit kann daher, wie in 5 dargestellt, entweder 8, 16, 24 oder
maximal 32 DWDM-Kanäle multiplexen
bzw. demultiplexen.
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Wie aus 2 ersichtlich, kann bei dieser Wahl der
Filterstrukturen für
das A-Band bzw. B-Band das L-Band der betreffenden DWDM-Kanäle nicht
oder zumindest nicht vollständig übertragen werden.
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Hierzu zeigt 3 eine entsprechende Lösung: Hier
sind die Filterstrukturen so gewählt,
dass die Filterstruktur, die das B-Band definiert, die CWDM-Kanäle mit den
Mittenwellenlängen
von 1530 nm, 1550 nm, 1570 nm und 1590 nm abdeckt. Das B-Band wird durch eine
Filterstruktur definiert, die zwei Teil-Bandpass-Strukturen aufweist,
von denen die eine die CWDM-Kanäle
mit den Mittenwellenlängen
bei 1470 nm, 1490 und 1550 nm abdeckt und die andere den DWDM-Kanal
mit einer Mittenwellenlänge
von 1610 nm. Auf diese Weise wird erreicht, dass im B-Band sowohl
das C-Band als auch das L-Band eines DWDM-Übertragungssystems Platz findet. Dementsprechend
kann eine optische Filteranordnung nach 4, bei der die Filterstruktur entsprechend 3 gewählt ist, so erweitert werden,
wie dies in 6 dargestellt
ist. Die Kanal-Filtereinheit 13 kann ersetzt werden durch
eine DWDM-Kanalfiltereinheit 25, die sowohl das C-Band
als auch das L-Band abdeckt. Die DWDM-Kanalfiltereinheit 25 kann
dabei selbstverständlich
wiederum modular aufgebaut sein und zum einen eine Kanalfiltereinheit umfassen,
wie sie zuvor in Verbindung mit 5 beschrieben
wurde und zum anderen eine weitere DWDM-Teil-Kanal-Filtereinheit,
die im Prinzip identisch aufgebaut ist, jedoch die DWDM-Kanäle des L-Bands
abdeckt. Die Filteranordnung nach 6 kann
somit maximal 4 CWDM-Kanäle
und 64 DWDM-Kanäle
multiplexen bzw. demultiplexen.
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Gegenüber bekannten optischen Filteranordnungen
ergibt sich somit eine Erweiterbarkeit eines CWDM-Basissystems auf
ein Hybridsystem, das eine deutlich höhere Anzahl von DWDM-Kanälen aufweist.