Спектральное уплотнение каналов

Содержание

Часто задаваемые вопросы по технологиям спектрального уплотнения (WDM)

Какие технологии могут применять операторы для увеличения возможностей существующих оптических сетей?

Имеются три легко-доступные и простые для установки и использования технологии спектрального уплотнения или мультиплексирования с разделением по длинам волн:

  • 2-канальный WDM;
  • грубое спектральное мультиплексирование (CWDM);
  • плотное спектральное уплотнение (DWDM).

Эти технологии могут предложить оператору одну дополнительную длину волны (или виртуальное волокно), 18 добавочных длин волн или до 160 добавочных длин волн. Все эти технологии используют существующее волокно в операторской сети.

Что такое WDM (Wavelength Division Multiplexing)?

Технология для добавления двух или более оптических сигналов с разными длинами волн, передающихся одновременно по одному волокну и разделяемых на дальнем конце по длинам волн. Наиболее типичные приложения (2- канальный WDM) комбинируют длины волн 1310 нм и 1550 нм в одном волокне.

Что такое CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing)?

Технология для объединения до 18 ITU длин волн и передаче их одновременно в одном волокне с последующим разделением на дальнем конце. Стандарт ITU для CWDM определяет 18 каналов от 1271 нм до 1611 нм с расстоянием между соседними каналами в 20 нм.

Что такое DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing)?

Технология для объединения до 160 длин волн, передаче их одновременно в одном волокне с последующим разделением на дальнем конце. DWDM использует расстояния между длинами волн вплоть до 25ГГц и требует применение лазеров с очень строгими допусками и стабильностью излучения. Полоса длин волн DWDM занимает округленно от 1530 нм до 1565 нм. В этой же полосе работают легированные эрбием усилители оптического сигнала (EDFA).

В чем основное различие между приложениями WDM, CWDM & DWDM?

В большинстве случаев, WDM наиболее экономичное решение при нехватке волокна в кабеле, дающее выигрыш волокна 2 к 1 или 3 к 1 за счет объединения длин волн 1310 нм, 1550 нм и 1490 нм в одном волокне. В случае, когда требуется больше каналов для расширения емкости существующей волоконно-оптической инфраструктуры, CWDM обеспечивает эффективное решение для оптических пролетов небольшой длины (до 80 км). За невысокую стоимость CWDM может обеспечить увеличение емкости существующего волокна 18 к 1. С текущими характеристиками потерь оптического сигнала в окнах прозрачности 1310 нм и 1490 нм приложения WDM и CWDM наилучшим образом подходят для коротких расстояний. Там где требуется высокая емкость или передача на большие расстояния, решения DWDM — предпочтительный метод для увеличения емкости волокна. С ее высоко-точными лазерами, оптимизированными для работы в окне 1550 нм (для уменьшения потерь), системы DWDM являются идеальным решением для более требовательных сетей. Системы DWDM могут использовать EDFA для усиления всех длин волн в DWDM окне и увеличение длины передачи до 500 км.

Какие преимущества каждой из этих трех WDM технологий?

Двух-канальный WDM (и трех канальный) может быть использован для быстрого и простого добавления дополнительной (или двух дополнительных) длин волн. Он очень прост для установки и подключения и очень недорогой.

CWDM может просто и быстро добавить до 18 дополнительных длин волн на стандартизованных ITU частотах. Она идеальна для сетей умеренных размеров с поперечными размерами до 100 км. Так как расстояния между длинами волн составляет 20 нм, то менее дорогие лазеры могут использоваться, что обеспечивает очень низкую стоимость для решений с умеренной емкостью.

DWDM предлагает высоко-емкие и дальнобойные решения для участков ВОЛС с высоким ростом потребностей в волокне и где необходима передача на большие расстояния. Системы DWDM могут быть развернуты за относительно низкую начальную стоимость и каналы (длины волн) легко добавляются по мере роста. Усилители EDFA вместе с компенсаторами дисперсии могут увеличить дальность систем до нескольких тысяч километров.

Какие ограничения каждой из этих технологий?

Двух (или трех) канальная WDM ограничена одним или двумя каналами, которые могут быть добавлены к каналу 1310 нм. Дальность системы обычно ограничена потерями в канале 1310 нм.

Системы CWDM, хотя и являются многоканальными, но не имеют никаких механизмов оптического усиления и ограничения в дальности определяются по каналу с максимальным затуханием. Более того, каналы из области от 1360нм до 1440 нм могут испытывать наибольшее затухание (от 1 до 2 dB/км) из-за водяного пика в этой области для некоторых типов оптического кабеля.

Системы DWDM обычно ограничены по дальности 4-5 участками усиления из-за шумов усиленного спонтанного излучения (ASE, Amplified Spontaneous Emissions) в EDFA. Имеются средства моделирования, позволяющие точно определить сколько EDFA может быть установлено. На длинных участках (> 120 км) может создавать проблемы дисперсия, что требует установки модулей компенсации дисперсии. Полоса DWDM ограничена длинами волн в пределах от 1530 нм до 1565 нм диапазоном усиления EDFA.

Что такое Reach Extension (увеличение дальности) и как я могу это использовать?

Увеличение дальности (Reach extension) — общепринятый термин для усиления или воссоздания сигнала, чтобы позволить ему пройти большую дистанцию. Из-за аналоговой природы передачи, оптический сигнал, когда передается через оптическое соединение, деградирует из-за дисперсии, потери мощности, перекрестных помех и нелинейных эффектов в волокне и оптических компонентах. Для борьбы с этими нежелательными эффектами используется два распространенных подхода: Регенерация и Усиление. Регенерация — воссоздание сигнала путем конвертирования оптического сигнала к электрическому сигналу, его обработка и затем конвертирование обратно к оптическому сигналу. Усиление — увеличение амплитуды (мощности dB) оптического сигнала без конвертирования к электрическому сигналу.

Что такое регенерация 1R, 2R и 3R?

Имеется три различных уровня оптической регенерации, которые могут быть применены, чтобы увеличить дальность передачи.

  • 1R-amplification: Это техника регенерации добавляет оптическую мощность к сигналу без воздействия на его форму или синхронность. EDFA просто добавляет фотоны во входящий оптический сигнал на определенной длине волны и фазе этого сигнала. Это не восстанавливает и не ресинхронизует входящий сигнал. Побочный эффект EDFA — создание шума усиленного спонтанного излучения, который аккумулируется с каждым EDFA в линии и может быть «очищен» только конвертированием оптического сигнала к электрическому виду и обратно. Типичное количество EDFA в каскадном соединении не более 4 или 5.
  • 2R-amplification and reshaping: Эта техника усиливает и восстанавливает форму деградированного сигнала. Форма воссозданного сигнала близка к оригинальному сигналу, но длительность временных циклов (синхронность) не восстанавливается. Накопление джиттера приводящее к потере синхронизации будет ограничивать количество каскадно-установленных 2R регенераторов.
  • 3R-regeneration, reshaping and re-timing: Вместе с усилением и восстановлением 3R регенерация также воссоздает оригинальную длительность циклов (синхронность) исходного сигнала, таким образом, создавая идеальную возможность для увеличения жизни синхронных и асинхронных сигналов. Почти неограниченное количество 3R регенераторов могут быть установлены на пути следования сигнала.

Что такое конверсия длин волн и зачем это нужно?

Конверсия длины волны — преобразование из одной длины волны в другую для транспортировки. Из-за характеристик затухания сигналов 1310 нм и 850 нм, иногда необходимо конвертировать эти сигналы к длине волны 1550 нм для передачи их поверх длинных пролетов оптического волокна, получая выгоду от низких потерь на 1550 нм. Конверсия длин волн также используется для преобразования широкополосных оптических сигналов, таких как 1310нм или 1550нм к дискретным ITU CWDM или DWDM длинам волн, что позволяет комбинировать множество длин волн при передаче по одному волокну.

Если я конвертирую мой 1310 нм сигнал к длине волны xWDM, нужно ли мне конвертировать его обратно к 1310 нм перед приемом на дальнем конце?

Нет, обычно не требуется. Большинство оптического оборудования произведенного в последние 10 лет скорее всего имеет широкополосный приемник, который будет работать в диапазоне от ~1260нм до ~1620нм. Это означает, что интерфейс, который передает на 1310нм с большой вероятностью примет сигнал, который был конвертирован для DWDM или для CWDM приложений.

>Лекция №12 Спектральное уплотнение каналов — wdm

1. Общие положения

Спектральное уплотнение каналов (Wavelength division multiplexing, WDM, буквально мультиплексирование с разделением по длине волны) — технология, позволяющая одновременно передавать несколько информационных каналов по одному оптическому волокну на разных несущих частотах.

Традиционные технологии телекоммуникаций позволяют по одному оптическому волокну передать только один сигнал. Суть же технологии спектрального, или оптического уплотнения заключается в возможности организации множества раздельных сигналов SDH по одному волокну, а, следовательно, многократном увеличении пропускной способности линии связи.

Основы этой технологии были заложены в 1958, еще до появления самой волоконной оптики. Однако прошло около 20 лет, прежде чем были созданы первые компоненты мультиплексных систем. Первоначально они создавались для лабораторных исследований, и лишь в 1980 году технология спектрального уплотнения WDM была предложена для телекоммуникаций. А еще через пять лет в исследовательском центре компании AT&T была реализована технология плотного спектрального уплотнения (Dense Wavelength Division Multiplexing, DWDM), когда удалось в одном оптическом волокне создать 10 каналов по 2 Gbps.

Технология WDM позволяет существенно увеличить пропускную способность канала (к 2009 году достигнута скорость 15,5 Тбит/с), причем она позволяет использовать уже проложенные волоконно-оптические линии. Благодаря WDM удается организовать двустороннюю многоканальную передачу трафика по одному волокну (в обычных линиях используется пара волокон — для передачи в прямом и обратном направлениях).

Принцип работы систем со спектральным уплотнением

В простейшем случае каждый лазерный передатчик генерирует сигнал на определенной частоте из частотного плана. Все эти сигналы перед тем, как вводятся в оптическое волокно объединяются мультиплексором (MUX). На приемном конце сигналы аналогично разделяются демультиплексором (DEMUX). Здесь, так же как и в SDH сетях, мультиплексор является ключевым элементом.

Передаваемый по технологии WDM световой поток, состоит из различных длин волн (λ).

Рисунок12.1 – Принцип передачи сигналов в WDM

То есть по одному волокну можно передавать более сотни стандартных каналов. Так, аппаратура, используемая при построении DWDM-сети Компании ТрансТелеКом, в максимальной конфигурации позволяет задействовать до 160 длин волн.

Принципиальная схема WDM достаточно проста. Для того чтобы организовать в одном волокне несколько оптических каналов сигналы SDH «окрашивают», то есть меняют оптическую длину волны для каждого такого сигнала. «Окрашенные» сигналы смешиваются при помощи мультиплексора и передаются в оптическую линию. В конечном пункте происходит обратная операция — «окрашенные» сигналы SDH выделяются из группового сигнала и передаются потребителю.

Рисунок12.2 –Мультиплексирование – демультиплексирование сигналов в WDM

Естественно, что для того чтобы передавать по одному волокну множество волновых потоков, технология WDM обеспечена оборудованием особой точности. Так, погрешность длины волны, которую обеспечивает стандартный лазер, применяемый в телекоммуникациях, примерно в сто раз больше, чем требуется в системе WDM.

По мере прохождения по оптическому волокну сигнал постепенно затухает. Для того чтобы его усилить, используются оптические усилители. Это позволяет передавать данные на расстояния до 4000 км без перевода оптического сигнала в электрический (для сравнения, в SDH это расстояние не превышает 200 км).

Рисунок 12.3 – Система предеачи WDM

Преимущества WDM очевидны. Эта технология позволяет получить наиболее масштабный и рентабельный способ расширения полосы пропускания волоконно-оптических каналов в сотни раз. Пропускную способность оптических линий на основе систем WDM можно наращивать, постепенно добавляя по мере развития сети в уже существующее оборудование новые оптические каналы.

В общем случае схема применения технологий WDM может быть представлена так, как указано на рисунке 3.

Рисунок 12.4.

Типовой состав оборудования представляет собой необходимое количество оптических транспондеров, осуществляющих преобразование длин волн и оптический мультиплексор, смешивающий их все в один мультиспектральный сигнал.

Оптический транспондер – устройство, обеспечивающее интерфейс между оборудованием оконечного доступа и линией WDM. Согласно рекомендациям МСЭ G.957 для систем СЦИ (SDH) допустимые значения спектральных параметров на выходных оптических интерфейсах имеют следующие значения: ширина спектральной линии Δλ≈±0.5 нм (для STM -16), а центральная длина волны может иметь любое значение в пределах диапазона 1530… 1565 нм. На входы же оптического мультиплексора должны поступать оптические сигналы, спектральные параметры которых, должны строго соответствовать стандартам, определённым рекомендацией ITU-T G.692. Очевидно, что если на оптические входы мультиплексоров подать сигналы с выходов оптических передатчиков SDH, то мультиплексирование осуществлено не будет. Необходимое соответствие достигается благодаря применению в аппаратуре WDM специального преобразователя длин волн — транспондера. Это устройство может иметь различное количество оптических входов и выходов. Но если на любой вход транспондера может быть подан оптический сигнал, параметры которого определены рекомендации G.957, то выходные его сигналы должны по параметрам соответствовать рекомендации G.692. При этом, если уплотняется m оптических сигналов, то на выходе транспондера длина волны каждого канала должна соответствовать только одному из них в соответствии с сеткой частотного плана ITU.

Оптический (де)мультиплексор CWDM. Основой мультиплексора/демультиплексора является дисперсионный элемент, способный разделить сигналы различных длин волн. В современных CWDM-системах для разделения оптических несущих применяются, как правило, относительно недорогие устройства на основе тонкопленочных фильтров (TFF, Thin Film Filter). Потери, вносимые такими устройствами, составляют около 1 дБ на канал (в реальных системах были получены величины менее 2,5 дБ для 8-канального устройства). Тонкопленочная технология характеризуется высокой развязкой (изоляцией) соседних каналов – порядка 30 дБ, высокой температурной стабильностью – 0,002 нм/°С, что эквивалентно изменению рабочей длины волны на ±0,07 нм при изменении температуры на ±35°С. Для выделения длин волн с разносом 20 нм требуются фильтры с существенно меньшим числом диэлектрических слоев, чем в случае DWDM-фильтров (примерно 50 и 150 слоев соответственно), что положительно сказывается на стоимости.

Мультиплексоры/демультиплексоры, основанные на применении многослойных тонкопленочных фильтров, являются (де)мультиплексорами последовательного типа, то есть один фильтр выделяет один канал. Использование таких устройств в системах со большим числом каналов (на практике больше 4-х) может привести к значительному росту вносимых потерь, и в этом случае иногда используют решеточные (де)мультиплексоры параллельного или гибридного параллельно-последовательного типа. Принцип их работы заключается в том, что приходящий сигнал проходит через волновод-пластину и распределяется по множеству волноводов, фактически представляющих собой дифракционную структуру AWG (arrayed waveguide grating). При этом в каждом волноводе по-прежнему присутствуют все длины волн, т.е. сигнал остается мультиплексным, только распараллеленным. Так как длины волноводов отличаются друг от друга на фиксированную величину, потоки проходят разный по длине путь. В итоге световые потоки собираются в волноводе-пластине, где происходит их фокусировка, и создаются пространственно разнесенные максимумы, под которые и рассчитываются выходные полюса. Физика процесса такая же, как в обычной дифракционной решетке, что и дало название технологии. Мультиплексирование происходит обратным путем.

Устройство мультиплексоров/демультиплексоров CWDM

Тонкопленочные фильтры

Оптические мультиплексоры/демультиплексоры (MUX/DEMUX) предназначены для объединения (уплотнения) отдельных каналов CWDM (DWDM) в групповой сигнал для одновременной их передачи по одному оптическому волокну на передающей стороне, а также для их разделения (демультиплексирования) на приёмной стороне. Основными их составляющими являются устройства (далее одноканальные фильтры CWDM), сделанные с использованием многослойных тонкопленочных фильтров Thin Film Filter (Рис.1).

Рисунок 1

Основные составляющие части: 1 – тонкопленочный фильтр, 2 – G линза, 3 – двухволоконный пигтейл, 4 — C линза, 5 одноволоконный пигтейл, 6 – стеклянная трубка, 7 – кварцевая трубка, 8 – стальная или пластиковая трубка, 9 – защитный наконечник

Каждый фильтр работает следующим образом: оптический сигнал на частоте, соответствующей одной из длин волн частотной сетки CWDM может передаваться между портами фильтра Pass и Com (рисунок 2). Величина вносимого затухания между данными портами составляет от 0,3 дБ до 0,8 дБ**. Остальные длинны волн диапазона CWDM между данными портами не передаются, т.е. фильтруются и передаются между портами Reflection и Com. Вносимое затухание оптического сигнала между этими портами составляет также от 0,3 дБ до 0,8 дБ*. Порты Pass и Reflection изолированы относительно друг друга, оптический сигнал между ними не передается.

При выборе фильтров CWDM, отдельное внимание следует уделить следующей характеристике – частотному диапазону или полосе пропускания (рис.3) между портами Pass и Com, на который настроен фильтр.

Рисунок 3

Ширина спектра передаваемого сигнала у трансиверов CWDM составляет 1 нм, лазеры, используемые в таких трансиверах не стабилизированы по температурному режиму, поэтому частота несущей у них может меняться. У качественных трансиверов длина волны может меняться в диапазоне от -6 нм до +7,5 нм от центральной частоты несущей**, однако, существуют образцы трансиверов, где этот диапазон существенно шире. При несоответствии частоты лазера рабочему диапазону фильтра может возникнуть ситуация (например при нагреве лазера), когда передаваемый оптический сигнал, при прохождении через фильтр, будет существенно ослаблен или полностью подавлен фильтром. Поэтому, при создании и проектировании систем CWDM необходимо сопоставлять характеристики используемых оптических трансиверов и фильтров.

Традиционная схема мультиплексора CWDM

Рассмотрим принципиальную схему оптического мультиплексора/демультиплексора CWDM, собранного на основе тонкопленочных фильтров. Наиболее распространена схема с последовательным соединением фильтров CWDM (Рис.4). В данном случае это mux/demux на 16 длин волн или 8 каналов CWDM.

Фильтры, настроенные каждый на свою длину волны диапазона CWDM, соединяются друг с другом таким образом Com предыдущего с Ref последующего. Порт Ref первого фильтра в цепи, маркируется как Upgrade, порт Com последнего часто маркируется как Line, он включается в линию. Вносимое затухание на всем мультиплексоре для каждого канала N можно посчитать по формуле:

IL=ILPass-Com+(ILRef-Com*(N-1))

где,

ILPass-Com – вносимое затухание на участке Pass-Com фильтра N,

ILRef-Com – усредненное*** значение вносимого затухания на участке Ref-Com одного фильтра.

Данное устройство позволяет использовать для приёма и передачи любые комбинации длин волн, в большинстве случаев они определяются исходя из характеристик трансиверов CWDM.

В связи с тем, что величина вносимого затухания в оптическом волокне зависит от длины волны, например, для 1550 нм оно составляет приблизительно 0,2 дБм на километр, а для 1310 нм приблизительно 0,4 дБм на километр, предпочтительнее располагать фильтры таким образом, чтобы фильтры для «нижних» длин волн (1290, 1310, 1330…) располагались ближе к порту Com мультиплексора, в этом случае общее вносимое затухание для каналов, работающих на этих частотах, будет меньше, чем для «верхних» длин волн.

Рисунок 4

Указываемое в технических характеристиках устройства (мультиплексора) значение максимального вносимого затухания рассчитывается исходя из величины затухания для самого удаленного от порта Com устройства фильтра, в данном случае оно составляет <6 дБм.

Мультиплексор CWDM с уменьшенным вносимым затуханием

Помимо наиболее распространенной «классической» схемы соединения фильтров, которая представлена на рисунке 4, ПРОИНТЕХ использует альтернативные схемы.

Одна из них – решение с уменьшенным вносимым затуханием на мультиплексоре CWDM, представлена на рисунке 5 (Мультиплексор/демультиплексор на 16 длин волн).

В данном случае берутся два отдельных устройства, собранные по традиционной последовательной схеме. Первое устройство состоит из восьми CWDM фильтров, настроенных на длины волн от 1610 нм до 1470 нм. Второе устройство аналогично первому, состоит из восьми CWDM фильтров, настроенных на длины волн от 1310 нм до 1450 нм. Порты Com обоих устройств соединяются с полосовым тонкопленочным фильтром.

Конструкция полосового фильтра по принципу схожа с конструкцией одноканального фильтра (рис.3). Его главная отличительная особенность — диапазон пропускаемых длин волн между портами Pass и Com 1260–1460 нм и между портами Ref и Com 1460–1620 нм. Иными словами, данный фильтр делит диапазон длин волн CWDM пополам. Вносимое затухание полосового фильтра такое же, как и у одноканального фильтра. Значение максимального вносимого затухания нетрудно посчитать по приведенной выше формуле, у данного устройства оно не превышает 3,3 дБм.

По сравнению с классической схемой сборки оптических мультиплексоров, вносимое затухание в данном случае меньше почти дБ или в два раза при одинаковых выполняемых функциях. Используя устройства с уменьшенным вносимым затуханием, можно увеличить дальность работы системы CWDM примерно на 7,5 километров для «нижних» длин волн и на 15 километров для «верхних» длин волн, не меняя при этом оптические трансиверы.

По сравнению с традиционным CWDM устройством, устройство с уменьшенным вносимым затуханием на такое же количество длин волн будет стоить несколько дороже. Если необходимо увеличить дальность передачи сигнала без расходов на дополнительную регенерацию, данное решение является наиболее актуальным.

Мультиплексор CWDM с PLC сплиттером

Еще одна альтернативная схема мультиплексора CWDM на 4 канала или 8 длин волн, собранного с использованием PLC сплиттера, представлена на рисунке 6.

В данном случае в качестве оптического мультиплексора устройства CWDM используется 1×4 PLC сплиттер.

Оптический демультиплексор построен по «классической» схеме — последовательно соединенные одноканальные фильтры CWDM. Сплиттер соединяется с портом Ref оптического демультиплексора и выполняет функцию мультиплексора. Максимальное вносимое затухание у данного комбинированного устройства составляет <9,5 дБм.

При расчете затухания в системе, состоящей из таких устройств, необходимо учитывать вносимое затухание на обоих мультиплексорах/демультиплексорах (рис.7), поскольку данные устройства не являются симметричными. Например, для длины волны 1530, суммарное вносимое затухание на устройствах будет состоять из затухания на PLC сплиттере, 4-х одноканальных фильтрах на ближнем демультиплексоре и 4-х одноканальных фильтров на удаленном демультиплексоре.

Из-за высокого вносимого затухания PLC сплиттерами дальность работы систем передачи CWDM, собранных с использованием таких устройств, уменьшается более чем на 30 километров, для «верхних» длин волн по сравнению с традиционной схемой (рис.4).

Рисунок 6

Рисунок 7

По мере увеличения количества портов PLC сплиттера 1xN существенно увеличивается вносимое затухание, по этой причине число длин волн мультиплексора CWDM, собранного на основе PLC не превышает 8.

Однако, у данной схемы есть преимущество – такое устройство существенно дешевле мультиплексора на 8 длин волн, собранного по традиционной схеме.

В отличие от предыдущих схем CWDM при инсталляции устройств, собранных с использованием PLC сплиттеров необходимо уделять особое внимание тому, что порты IN (входящие порты) и OUT (исходящие порты) жестко привязаны. Неправильное подключение хотя бы одного порта ведет к неработоспособности всей системы.

Технология CWDM простыми словами: О модулях и мультиплексорах

Ранее, в статье «WDM простыми словами», мы рассмотрели общие принципы спектрального уплотнения каналов (Wavelength Division Multiplexing) – эта технология позволила удвоить количество информации, передаваемой в волоконно-оптических сетях. Однако уплотнение «Одно волокно — один двусторонний канал» было только первым шагом. Следующим этапом стало появление технологии CWDM (Coarse WDM).

Технология грубого спектрального уплотнения работает на тех же физических принципах, что и WDM, но, благодаря более строгим требованиям к точности лазеров, позволяет агрегировать в одном волокне не 2 луча лазера, а, до 18-и. Это достигнуто за счет снижения допусков при производстве модулей. Так, в приёмопередатчиках CWDM, допустима погрешность длины волны передаваемого сигнала ±6-7 нанометров, в то время как в простых, «одноглазых» модулях WDM ± 20-30, а в двухволоконных модулях — до 40 нанометров. Это означает, что обычный двухволоконный трансивер, маркированный как «1310nm», в реальности может излучать сигнал и на волне 1280 нанометров, и на волне 1340 нанометров, и это никак не скажется на его работоспособности.

Повышеные требования к допускам при производстве приёмопередатчиков, в технологии CWDM, влекут за собой удорожание модулей, но позволяют в «диапазон прозрачности» современного оптического волокна (1270 – 1610 нанометров), поместить 18 несущих сигнал лазерных лучей, т.е. 9 дуплексных каналов. Стандартом Международного Института Электросвязи (ITU) G.694.2, для технологии CWDM установлены центральные длины волн: 1270, 1290, 1310, 1330, 1350, 1370, 1390, 1410, 1430, 1450, 1470, 1490, 1510, 1530, 1550, 1570, 1590 и 1610 нанометров.

Повышение ёмкости сети в 9 раз, без прокладки дополнительных физических линий, требует, кроме специальных модулей, также дополнительное оборудование – мультиплексоры. Т.е. модули, установленные в коммутатор, подключаются не напрямую к трассе, а через мультиплексор. И система выглядит следующим образом:

Одно из типовых решений с использованием технологии спектрального уплотнения каналов

Мультиплексор – полностью пассивное устройство, которое с помощью системы призм собирает (мультиплексирует) от 2-х до 9-и отдельных оптических сигналов в единый поток, направляя его в линию, и, одновременно, принимает аналогичный поток с другой стороны линии, и, также, с помощью системы призм, разделяет (демультиплексирует) его на отдельные составляющие — каналы.

Мультиплексор не требует питания, дальность работы системы уплотнения CWDM полностью зависит от оптического бюджета используемых CWDM-трансиверов. При этом нужно понимать, что при прохождении каскада призм, оптический сигнал подвергается большему рассеиванию, и чем больше этот каскад (больше каналов, наличие апгрейд-порта и т.п.), тем выше затухание, которое добавляется к объективно имеющимся потерям на линии. В стандартном оборудовании коммерческого класса: до 3-х децибел на каждую длину волны каждого мультиплексора.

Это значит, что если замеры трассы показывают, что потери на ней составляют, например, 15 децибел на длине волны 1310 нанометров, то можно использовать обычные двухволоконные, или WDM приёмопередатчики, с оптическим бюджетом от 16 децибел. А при использовании на этой трассе системы уплотнения CWDM, для модуля с этой длиной волны, требуется прибавить затухание на 2-х мультиплексорах – т.е. минимальный оптический бюджет составит 3 + 15 + 3 = 21 децибел (Мультиплексор на стороне «А» + Трасса + Мультиплексор на стороне «Б»).

Здесь, необходимо, отметить, что из-за неравномерной прозрачности оптического волокна для света с разной длиной волны, набор приёмопередатчиков будет неоднороден – он будет состоять из модулей разного оптического бюджета.

Прозрачность двух типов оптического волокна для света разных длин волн

Тем не менее, технологии очистки оптического волокна не стоят на месте, уже появилось новое поколение кабеля, на основе волокна Corning SMF-28 Ultra, с повышенными характеристиками прозрачности. Например:

Кабель магистральный суперлегкий в грунт (с центральным оптическим модулем без промежуточной оболочки) – «ТОС»

Кабель магистральный легкий подвесной самонесущий (многомодульный без промежуточной оболочки) – «ДОТс»

Многие производители используют спорный маркетинговый прием, маркируя модули CWDM исходя из расчетной дальности модуля… без мультиплексоров. MlaxLink избегает введения в заблуждение потребителей – на наших модулях CWDM отсутствует маркировка в километрах, а для потребителей подготовлена таблица, с помощью которой можно выбрать оптимальный набор модулей для конкретной задачи:

Таблица для подбора модулей для систем CWDM, с учетом мультиплексоров

Остановимся и на таком решении, как масштабируемые мультиплексоры. Это серия мультиплексоров V2 от MlaxLink, снабженных апгрейд-портом. При возникновении в будущем задач по увеличению уплотнения каналов, не требуется замена оборудования – мультиплексоры V2 последовательно соединяются, как показано на схеме:

Мультиплексоры ML-V2-MUX-C-4B и ML-V2-MUX-C-4A

Сами же мультиплексоры CWDM MlaxLink, выпускаются в двух вариантах: корпусной и безкорпусной. Корпусной, предназначен как для установки в шасси, так и для отдельного использования.

Корпусной (слева) и безкорпусной (справа) мультиплексоры

Виды систем WDM

Исторически первыми возникли двухволновые системы WDM, работающие на центральных длинах волн из второго и третьего окон прозрачности кварцевого волокна (1310 и 1550 нм). Главным достоинством таких систем является то, что из-за большого спектрального разноса полностью отсутствует влияние каналов друг на друга. Этот способ позволяет либо удвоить скорость передачи по одному оптическому волокну, либо организовать дуплексную связь.

Современные системы WDM на основе стандартного частотного плана (рекомендация G.692 ITU-T) можно подразделить на три группы:

  • грубые WDM (англ. сoarse WDM, сокр. CWDM) — системы с частотным разносом каналов более 2500ГГц, позволяющие мультиплексировать не более 18 каналов. Используемые в настоящее время CWDM работают в полосе от 1271нм до 1611нм, промежуток между каналами 20нм (2500 ГГц), можно мультиплексировать 16 спектральных каналов;
  • плотные WDM (англ. dense WDM, сокр. DWDM) — системы с разносом каналов около 100 ГГц, позволяющие мультиплексировать до 40 каналов;
  • высокоплотные WDM (англ. high dense WDM, сокр. HDWDM) — системы с разносом каналов 50 ГГц и менее, позволяющие мультиплексировать более 64 каналов.

Частотный план для систем CWDM определяется стандартом ITU G.694.2. Область применения технологии — городские сети с расстоянием до 50 км. Достоинством этого вида WDM систем является низкая (по сравнению с остальными типами) стоимость оборудования вследствие меньших требований к компонентам.

Частотный план для систем DWDM определяется стандартом ITU G.694.1. Область применения — магистральные сети. Этот вид систем WDM предъявляет более высокие требования к компонентам, чем CWDM (ширина спектра источника излучения, температурная стабилизация источника и т. д.). Толчок к бурному развитию сетей DWDM дало появление недорогих и эффективных волоконных эрбиевых усилителей (EDFA), работающих в промежутке от 1525 до 1565 нм (третье окно прозрачности кварцевого волокна).

Транспондеры, преобразовывающие длину волны

В этом разделе будут обсуждаться детали, касающиеся частотных преобразователей (транспондеров) и их использовании в качестве дополнительного транспортного уровня в современных DWDM-системах. Также будет описано развитие этих устройств за последние десять лет.

Изначально медиаконвертеры служили для преобразования сигнала (оптического, электрического) с клиентского уровня в оптический сигнал с длиной волны в диапазоне 1550 нм (характерной для DWDM-систем). Следует отметить, что подлежат преобразованию абсолютно все сигналы, включая сигналы с длиной волны в 1550 нм. Это делается для стабилизации частоты и достижения необходимой мощности (для дальнейшего усиления при помощи EDFA).

Однако, в середине 1990-х годов в медиаконвертерах появилась функция регенерации сигнала. Регенерация сигнала быстро прошла 3 стадии развития — 1R, 2R, 3R. Эти стадии будут описаны ниже:

  • 1R

Ретрансляция. Самые первые преобразователи попали под принцип «мусор на входе — мусор на выходе», так как сигнал на выходе был «копией» сигнала на входе, восстанавливалась только амплитуда. Это ограничивало протяжённость ранних систем DWDM. Контроль сигнала был ограничен оптическими параметрами домена, такими как мощность выходного сигнала.

  • 2R

Восстановление амплитуды сигнала и его длительности. Транспондеры данного типа не получили большой популярности. В них использовался метод триггера Шмидта для очистки сигнала.

  • 3R

Восстановление амплитуды сигнала, его длительности и фазы. 3R транспондер — полностью цифровое устройство. Он способен распознать служебные байты управляющего уровня SONET / SDH — сетей, что необходимо для определения качества сигнала. В большинстве случаев предлагается использование транспондеров с пропускной способностью 2.5 Гбит/с, что позволяет осуществлять 3R регенерацию сигналов OC-3/12/48, Gigabit Ethernet и канала управления. Многие 3R транспондеры способны регенерировать мультискоростные сигналы в обоих направлениях. Некоторые производители предлагают 10 Гбит/с транспондеры, которые способны работать с более высокими скоростями, вплоть до OC-192.

  • Мукспондер (мультиплексор-транспондер). Этот прибор имеет различные названия, в зависимости от поставщика) — это система, выполняющая временное мультиплексирование низкоскоростного сигнала в высокоскоростную (имеется в виду скорость передачи данных) несущую. Характерным примером является приём 4 OC-48 и вывод одной OC-192 на длине волны 1550 нм.

Другие недавние проекты в этой области впитали всё больше и больше функциональности TDM (Time Division Multiplexing — временное мультиплексирование), в некоторых случаях это позволяет отказаться от традиционного SONET / SDH транспортного оборудования.

Реконфигурируемые оптические мультиплексоры ввода-вывода (Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexors, ROADM) представляют собой новое поколение фотонных кросс-коннекторов, позволяющих удалённо динамически изменять маршрутизацию различных волн, передаваемых мультиплексором. До появления ROADM добавление новой волны (операция Add) и выведение её из общего сигнала (операция Drop) обычно требовали физической установки нового модуля на шасси мультиплексора и его локального конфигурирования, что, естественно, требовало посещения инженером точки присутствия оператора, в которой был установлен мультиплексор. Ранние сети DWDM были достаточно статическими в отношении реконфигурации вводимых и выводимых потоков данных, поэтому с необходимостью выполнять эту операцию путём физической перекоммутации операторы мирились. Развитие сетей DWDM привело к усложнению их топологии и повышению динамизма, когда появление новых клиентов сети стало достаточно частым явлением, а значит, операции добавления или выведения волн из магистрали стали выполнятся регулярно и требовать более эффективной поддержки.

> См. также

  • Волоконно-оптическая связь
  • Волоконно-оптическая линия передачи
  • WDM-фильтр