Tendencias de desarrollo de tecnología de equipos dwdm. Equipos rusos DWDM y CWDM. Principio de funcionamiento de los sistemas de multiplexación por división de longitud de onda.
El principio básico de la tecnología WDM (multiplexación por división de longitud de onda, división de frecuencia de canales) es la capacidad de transmitir múltiples señales en diferentes longitudes de onda portadoras en una fibra óptica. En las telecomunicaciones rusas, los sistemas de transmisión creados con tecnología WDM se denominan "sistemas de compresión". 
En este momento Hay tres tipos de sistemas WDM:
1. CWDM (multiplexación por división de longitud de onda gruesa: división de frecuencia aproximada de canales): sistemas con una separación entre portadoras ópticas de 20 nm (2500 GHz). El rango operativo es 1261-1611 nm, en el que se pueden implementar hasta 18 canales simplex. Estándar de la UIT G.694.2.
2. DWDM (multiplexación por división de longitud de onda densa - división densa de canales en frecuencia): sistemas con una separación entre portadoras ópticas de 0,8 nm (100 GHz). Hay dos rangos operativos: 1525-1565 nm y 1570-1610 nm, en los que se pueden implementar hasta 44 canales simplex. Estándar de la UIT G.694.1.
3. HDWDM (multiplexación por división de longitud de onda de alta densidad): sistemas con una separación entre portadoras ópticas de 0,4 nm (50 GHz) o menos. Es posible implementar hasta 80 canales simplex.
Este artículo (revisión) se centra en el problema del monitoreo en los sistemas de compactación DWDM, con más detalle sobre varios tipos Los sistemas WDM se pueden encontrar en el enlace - enlace.
Los sistemas de multiplexación por división de longitud de onda DWDM pueden utilizar uno de dos rangos de longitudes de onda portadoras: banda C - 1525-1565 nm (también se puede encontrar banda convencional o banda C) y banda L - 1570-1610 nm (banda de longitud de onda larga o L -banda).
La división en dos rangos se justifica por el uso de diferentes amplificadores ópticos con diferentes rangos de ganancia operativa. El ancho de banda de ganancia para una configuración de amplificador tradicional es de aproximadamente 30 nm, 1530-1560 nm, que es la banda C. Para la amplificación en el rango de longitud de onda larga (banda L), la configuración del amplificador de erbio se cambia alargando la fibra de erbio, lo que conduce a un cambio en el rango de amplificación a longitudes de onda de 1560-1600 nm.
Actualmente, los equipos DWDM de banda C han recibido un gran reconocimiento en las telecomunicaciones rusas. Esto se debe a la abundancia de diversos equipos que respaldan esta gama. Cabe señalar que entre los fabricantes de equipos se encuentran tanto empresas nacionales venerables como marcas líderes a nivel mundial, así como numerosos fabricantes asiáticos anónimos.
El principal problema en cualquier parte del sistema de compactación (independientemente del tipo) es el nivel de potencia en el canal óptico. En primer lugar, es necesario comprender en qué consiste normalmente un sistema de sellado DWDM.
Componentes del sistema DWDM:
1) transpondedor
2) Multiplexor/demultiplexor
3) amplificador óptico
4) Compensador de dispersión cromática
El transpondedor realiza la regeneración 3R (“remodelación, “reamplificación”, “reprogramación” - restauración de la forma, potencia y sincronización de la señal) de la señal óptica entrante del cliente. El transpondedor también puede convertir el tráfico del cliente de un protocolo de transmisión (a menudo Ethernet) a otro más resistente al ruido (por ejemplo, OTN usando FEC) y transmitir la señal al puerto lineal.
En mas sistemas simples un convertidor OEO puede actuar como un transpondedor, que realiza la regeneración 2R ("remodelación", "reamplificación") y transmite la señal del cliente al puerto lineal sin cambiar el protocolo de transmisión.
El puerto del cliente suele tener la forma de una ranura para transceptores ópticos, en la que se inserta un módulo para la comunicación con el equipo del cliente. El puerto de línea del transpondedor puede estar realizado en forma de una ranura para un transceptor óptico o en forma de un simple adaptador óptico. El diseño del puerto lineal depende del diseño y propósito del sistema en su conjunto. En un convertidor OEO, el puerto de línea siempre está diseñado como una ranura para un transceptor óptico.
En muchos sistemas, el enlace intermedio, el transpondedor, se elimina para reducir el costo del sistema o debido a la redundancia funcional en una tarea particular.
Los multiplexores ópticos están diseñados para combinar (mezclar) canales WDM individuales en una señal grupal para su transmisión simultánea a través de una fibra óptica. Los demultiplexores ópticos están diseñados para separar la señal de banda base recibida en el extremo receptor. EN sistemas modernos Las funciones de compactación, multiplexación y demultiplexación se realizan mediante un dispositivo: un multiplexor/demultiplexor (MUX/DEMUX).
Un multiplexor/demultiplexor se puede dividir en una unidad multiplexadora y una unidad demultiplexadora.
Un amplificador óptico basado en fibra óptica impureza dopada con erbio (Erbium Doped Fiber Amplifier-EDFA) aumenta la potencia del grupo de señales ópticas incluidas en él (sin demultiplexación previa) sin conversión optoelectrónica. El amplificador EDFA consta de dos elementos activos: una fibra activa dopada con Er3+ y una bomba adecuada.
Dependiendo del tipo, EDFA puede proporcionar una potencia de salida de +16 a +26 dBm.
Existen varios tipos de amplificadores, cuyo uso está determinado por la tarea específica:
Amplificadores de potencia óptica de entrada (amplificadores): instalados al comienzo de la ruta.
Preamplificadores ópticos: instalados al final del recorrido, delante de los receptores ópticos.
Amplificadores ópticos lineales: instalados en nodos de amplificación intermedios para mantener la potencia óptica requerida.
Los amplificadores ópticos se utilizan ampliamente en líneas largas de transmisión de datos con sistemas de multiplexación por división de longitud de onda DWDM.
El compensador de dispersión cromática (Módulo de compensación de dispersión) está diseñado para corregir la forma de las señales ópticas transmitidas a través de fibra óptica, que, a su vez, se distorsionan bajo la influencia de la dispersión cromática.
La dispersión cromática es un fenómeno físico en la fibra óptica en el que señales de luz con diferentes longitudes de onda viajan la misma distancia en diferentes períodos de tiempo, lo que resulta en un ensanchamiento del pulso óptico transmitido. Por tanto, la dispersión cromática es uno de los principales factores que limitan la longitud del tramo de relevo del camino. La fibra estándar tiene un valor de dispersión cromática de aproximadamente 17 ps/nm.
Para aumentar la longitud de la sección del relé, se instalan compensadores de dispersión cromática en la línea de transmisión. La instalación de compensadores requiere a menudo una línea de transmisión con una velocidad de 10 Gbit/so más.
Hay dos tipos principales de DCM:
1. Fibra compensadora de dispersión cromática - DCF (Fibra de compensación de dispersión). El componente principal de estos dispositivos pasivos es una fibra con un valor de dispersión cromática negativo en el rango de longitud de onda de 1525-1565 nm.
2. Compensador de dispersión cromática basado en una rejilla de Bragg - DCM FBG (Dispersion Compensation Module Fiber Bragg Grating). Pasivo dispositivo óptico, que consta de una fibra chirriada y un circulador óptico. Debido a su estructura, la fibra chirriada crea una dispersión cromática condicionalmente negativa de las señales entrantes en el rango de longitud de onda de 1525-1600 nm. El circulador óptico del dispositivo actúa como un dispositivo de filtrado que dirige las señales a los pines apropiados.
Por tanto, el circuito estándar consta de sólo dos tipos de componentes activos: un transpondedor y un amplificador, con los que se puede controlar el nivel de potencia actual de las señales transmitidas. Los transpondedores implementan la función de monitorear el estado de los puertos lineales, ya sea basándose en la función DDMI incorporada en los transceptores ópticos o con la organización de su propio monitoreo. El uso de esta función permite al operador recibir información actualizada sobre el estado de un canal de comunicación específico.
Debido a que los amplificadores ópticos son amplificadores con comentario, siempre tienen la función de monitorear la señal del grupo de entrada (la potencia óptica total de todas las señales entrantes) y la señal del grupo saliente. Pero este seguimiento es inconveniente en el caso de monitorear canales de comunicación específicos y puede usarse como evaluativo (presencia o ausencia de luz). Por tanto, la única herramienta para controlar la potencia óptica en un canal de transmisión de datos es un transpondedor.
Y dado que los sistemas de compactación no solo constan de elementos activos sino también pasivos, organizar un control completo en los sistemas de compactación es una tarea nada trivial y muy demandada.
Las opciones para organizar el monitoreo en los sistemas de compactación WDM se discutirán en el próximo artículo.
El principio básico de la tecnología WDM (multiplexación por división de longitud de onda, división de frecuencia de canales) es la capacidad de transmitir múltiples señales en diferentes longitudes de onda portadoras en una fibra óptica. En las telecomunicaciones rusas, los sistemas de transmisión creados con tecnología WDM se denominan "sistemas de compresión".
Actualmente, existen tres tipos de sistemas WDM:
1. CWDM (multiplexación por división de longitud de onda gruesa: división de frecuencia aproximada de canales): sistemas con una separación entre portadoras ópticas de 20 nm (2500 GHz). El rango operativo es 1261-1611 nm, en el que se pueden implementar hasta 18 canales simplex. Estándar de la UIT G.694.2.
2. DWDM (multiplexación por división de longitud de onda densa - división densa de canales en frecuencia): sistemas con una separación entre portadoras ópticas de 0,8 nm (100 GHz). Hay dos rangos operativos: 1525-1565 nm y 1570-1610 nm, en los que se pueden implementar hasta 44 canales simplex. Estándar de la UIT G.694.1.
3. HDWDM (multiplexación por división de longitud de onda de alta densidad): sistemas con una separación entre portadoras ópticas de 0,4 nm (50 GHz) o menos. Es posible implementar hasta 80 canales simplex.
Este artículo (revisión) presta atención al problema del monitoreo en los sistemas de compactación DWDM; se pueden encontrar más detalles sobre los distintos tipos de sistemas WDM en el enlace - enlace.
Los sistemas de multiplexación por división de longitud de onda DWDM pueden utilizar uno de dos rangos de longitudes de onda portadoras: banda C - 1525-1565 nm (también se puede encontrar banda convencional o banda C) y banda L - 1570-1610 nm (banda de longitud de onda larga o L -banda).
La división en dos rangos se justifica por el uso de diferentes amplificadores ópticos con diferentes rangos de ganancia operativa. El ancho de banda de ganancia para una configuración de amplificador tradicional es de aproximadamente 30 nm, 1530-1560 nm, que es la banda C. Para la amplificación en el rango de longitud de onda larga (banda L), la configuración del amplificador de erbio se cambia alargando la fibra de erbio, lo que conduce a un cambio en el rango de amplificación a longitudes de onda de 1560-1600 nm.
Actualmente, los equipos DWDM de banda C han recibido un gran reconocimiento en las telecomunicaciones rusas. Esto se debe a la abundancia de diversos equipos que respaldan esta gama. Cabe señalar que entre los fabricantes de equipos se encuentran tanto empresas nacionales venerables como marcas líderes a nivel mundial, así como numerosos fabricantes asiáticos anónimos.
El principal problema en cualquier parte del sistema de compactación (independientemente del tipo) es el nivel de potencia en el canal óptico. En primer lugar, es necesario comprender en qué consiste normalmente un sistema de sellado DWDM.
Componentes del sistema DWDM:
1) transpondedor
2) Multiplexor/demultiplexor
3) amplificador óptico
4) Compensador de dispersión cromática
El transpondedor realiza la regeneración 3R (“remodelación, “reamplificación”, “reprogramación” - restauración de la forma, potencia y sincronización de la señal) de la señal óptica entrante del cliente. El transpondedor también puede convertir el tráfico del cliente de un protocolo de transmisión (a menudo Ethernet) a otro más resistente al ruido (por ejemplo, OTN usando FEC) y transmitir la señal al puerto lineal.
En sistemas más simples, un convertidor OEO puede actuar como un transpondedor, que realiza la regeneración 2R ("remodelación", "reamplificación") y transmite la señal del cliente al puerto lineal sin cambiar el protocolo de transmisión.
El puerto del cliente suele tener la forma de una ranura para transceptores ópticos, en la que se inserta un módulo para la comunicación con el equipo del cliente. El puerto de línea del transpondedor puede estar realizado en forma de una ranura para un transceptor óptico o en forma de un simple adaptador óptico. El diseño del puerto lineal depende del diseño y propósito del sistema en su conjunto. En un convertidor OEO, el puerto de línea siempre está diseñado como una ranura para un transceptor óptico.
En muchos sistemas, el enlace intermedio, el transpondedor, se elimina para reducir el costo del sistema o debido a la redundancia funcional en una tarea particular.
Los multiplexores ópticos están diseñados para combinar (mezclar) canales WDM individuales en una señal grupal para su transmisión simultánea a través de una fibra óptica. Los demultiplexores ópticos están diseñados para separar la señal de banda base recibida en el extremo receptor. En los sistemas de compactación modernos, las funciones de multiplexación y demultiplexación las realiza un solo dispositivo: un multiplexor/demultiplexor (MUX/DEMUX).
Un multiplexor/demultiplexor se puede dividir en una unidad multiplexadora y una unidad demultiplexadora.
Un amplificador óptico basado en fibra óptica impureza dopada con erbio (Erbium Doped Fiber Amplifier-EDFA) aumenta la potencia del grupo de señales ópticas incluidas en él (sin demultiplexación previa) sin conversión optoelectrónica. El amplificador EDFA consta de dos elementos activos: una fibra activa dopada con Er3+ y una bomba adecuada.
Dependiendo del tipo, EDFA puede proporcionar una potencia de salida de +16 a +26 dBm.
Existen varios tipos de amplificadores, cuyo uso está determinado por la tarea específica:
Amplificadores de potencia óptica de entrada (amplificadores): instalados al comienzo de la ruta.
Preamplificadores ópticos: instalados al final del recorrido, delante de los receptores ópticos.
Amplificadores ópticos lineales: instalados en nodos de amplificación intermedios para mantener la potencia óptica requerida.
Los amplificadores ópticos se utilizan ampliamente en líneas largas de transmisión de datos con sistemas de multiplexación por división de longitud de onda DWDM.
El compensador de dispersión cromática (Módulo de compensación de dispersión) está diseñado para corregir la forma de las señales ópticas transmitidas a través de fibra óptica, que, a su vez, se distorsionan bajo la influencia de la dispersión cromática.
La dispersión cromática es un fenómeno físico en la fibra óptica en el que señales de luz con diferentes longitudes de onda viajan la misma distancia en diferentes períodos de tiempo, lo que resulta en un ensanchamiento del pulso óptico transmitido. Por tanto, la dispersión cromática es uno de los principales factores que limitan la longitud del tramo de relevo del camino. La fibra estándar tiene un valor de dispersión cromática de aproximadamente 17 ps/nm.
Para aumentar la longitud de la sección del relé, se instalan compensadores de dispersión cromática en la línea de transmisión. La instalación de compensadores requiere a menudo una línea de transmisión con una velocidad de 10 Gbit/so más.
Hay dos tipos principales de DCM:
1. Fibra compensadora de dispersión cromática - DCF (Fibra de compensación de dispersión). El componente principal de estos dispositivos pasivos es una fibra con un valor de dispersión cromática negativo en el rango de longitud de onda de 1525-1565 nm.
2. Compensador de dispersión cromática basado en una rejilla de Bragg - DCM FBG (Dispersion Compensation Module Fiber Bragg Grating). Dispositivo óptico pasivo que consta de una fibra chirriada y un circulador óptico. Debido a su estructura, la fibra chirriada crea una dispersión cromática condicionalmente negativa de las señales entrantes en el rango de longitud de onda de 1525-1600 nm. El circulador óptico del dispositivo actúa como un dispositivo de filtrado que dirige las señales a los pines apropiados.
Por tanto, el circuito estándar consta de sólo dos tipos de componentes activos: un transpondedor y un amplificador, con los que se puede controlar el nivel de potencia actual de las señales transmitidas. Los transpondedores implementan la función de monitorear el estado de los puertos lineales, ya sea basándose en la función DDMI incorporada en los transceptores ópticos o con la organización de su propio monitoreo. El uso de esta función permite al operador recibir información actualizada sobre el estado de un canal de comunicación específico.
Debido a que los amplificadores ópticos son amplificadores de retroalimentación, siempre tienen la función de monitorear la señal del grupo de entrada (la potencia óptica total de todas las señales entrantes) y la señal del grupo saliente. Pero este seguimiento es inconveniente en el caso de monitorear canales de comunicación específicos y puede usarse como evaluativo (presencia o ausencia de luz). Por tanto, la única herramienta para controlar la potencia óptica en un canal de transmisión de datos es un transpondedor.
Y dado que los sistemas de compactación no solo constan de elementos activos sino también pasivos, organizar un control completo en los sistemas de compactación es una tarea nada trivial y muy demandada.
Las opciones para organizar el monitoreo en los sistemas de compactación WDM se discutirán en el próximo artículo.
A menudo surgen preguntas sobre cuál es la diferencia entre las tecnologías CWDM (Multiplexación por división de longitud de onda gruesa) y DWDM (Multiplexación por división de longitud de onda densa), además del diferente número de canales. Las tecnologías son similares en los principios de organización de los canales de comunicación y los canales de entrada y salida, pero tienen grados de precisión tecnológica completamente diferentes, lo que afecta significativamente los parámetros de la línea y el costo de las soluciones.
Número de longitudes de onda y canales CWDM y DWDM
La tecnología de multiplexación por división de longitud de onda CWDM implica el uso de 18 longitudes de onda 1), mientras que la multiplexación por división de longitud de onda de precisión DWDM puede utilizar 40 longitudes de onda o más.
Cuadrícula de frecuencias CWDM y DWDM
Los canales en tecnología CWDM se dividen por longitud de onda, en DWDM, por frecuencia 2). La longitud de onda se calcula secundariamente a partir de la relación entre la velocidad de la luz en el vacío y la frecuencia. Para CWDM, se utiliza una cuadrícula de longitud de onda con un paso de 20 nm; para sistemas DWDM estándar, las cuadrículas de frecuencia son 100 GHz y 50 GHz; para DWDM de alta densidad, se utilizan cuadrículas de 25 y 12,5 GHz.
Longitudes de onda y frecuencias CWDM y DWDM.
La tecnología CWDM utiliza longitudes de onda en el rango de 1270 a 1610 nm. Teniendo en cuenta las tolerancias y el ancho de banda de los filtros, el rango se expande a 1262,5 - 1617,5, que es 355 nm. obtenemos 18 longitudes de onda.
Para DWDM con una red de 100 GHz, las portadoras se encuentran en el rango de 191,5 (1565,50 nm) THz a 196,1 THz (1528,77 nm), es decir un rango de 4,6 THz o 36,73 nm de ancho. Total de 46 longitudes de onda para 23 canales dúplex.
Para DWDM con una red de 50 GHz, las frecuencias de la señal están en el rango de 192 THz (1561,42 nm) - 196 THz (1529,55 nm), que son 4 THz (31,87 nm). Aquí hay 80 longitudes de onda.
Capacidad de amplificación CWDM y DWDM
Los sistemas de multiplexación por división de longitud de onda basados en la tecnología CWDM no implican la amplificación de una señal multicomponente. Esto se debe a la falta de amplificadores ópticos que funcionen en un espectro tan amplio.
La tecnología DWDM, por el contrario, implica la amplificación de la señal. La señal multicomponente se puede amplificar con amplificadores de erbio estándar (EDFA).
Rango de funcionamiento CWDM y DWDM
Los sistemas CWDM están diseñados para funcionar en líneas de longitud relativamente corta, entre 50 y 80 kilómetros.
Los sistemas DWDM permiten la transmisión de datos a distancias muy superiores a los 100 kilómetros. Además, dependiendo del tipo de modulación de la señal, los canales DWDM pueden funcionar sin regeneración a una distancia de más de 1000 kilómetros.
Notas
1) A principios de 2015, los fabricantes de módulos ópticos, incluido SKEO, introdujeron módulos CWDM SFP con una longitud de onda de 1625 nm. Esta longitud de onda no está especificada en ITU G.694.2, pero ha encontrado uso en la práctica.
2) Las cuadrículas de frecuencia para CWDM se describen en el estándar ITU G.694.2, para DWDM, en el estándar G.694.1 (revisión 2).
La fibra óptica tiene un ancho de banda enorme. Incluso hace veinte años, la gente pensaba que apenas necesitarían ni una centésima parte. Sin embargo, el tiempo pasa y las necesidades de transmitir grandes volúmenes de información son cada vez mayores. Es posible que en un futuro próximo tecnologías como ATM, IP, SDH (STM-16/64) no puedan hacer frente al crecimiento "explosivo" de la información transmitida. Fueron reemplazados por la tecnología DWDM.
DWDM (multiplexación por división de longitud de onda densa) es una tecnología de multiplexación por división de longitud de onda densa. La esencia de la tecnología DWDM es que se transmiten varios canales de información a través de una fibra óptica en diferentes longitudes de onda, lo que permite el uso más eficiente de las capacidades de la fibra. Esto le permite maximizar el rendimiento de las líneas de fibra óptica sin tender cables nuevos ni instalar equipos nuevos. Además, trabajar con múltiples canales en una fibra es mucho más conveniente que trabajar con diferentes fibras, ya que se requiere un único multiplexor DWDM para manejar cualquier número de canales.
Los sistemas DWDM se basan en la capacidad de la fibra óptica para transmitir simultáneamente luz de diferentes longitudes de onda sin interferencias mutuas. Cada longitud de onda representa un canal óptico independiente. Primero expliquemos el concepto de interferencia.
La interferencia de la luz es una redistribución de la intensidad de la luz como resultado de la superposición (superposición) de varias ondas de luz coherentes. Este fenómeno va acompañado de máximas y mínimas alternas de intensidad en el espacio.
En la definición de interferencia hay un concepto importante de coherencia. Las ondas luminosas son coherentes cuando su diferencia de fase es constante. Si las ondas se superponen en antifase, la amplitud de la onda resultante es cero. De lo contrario, si las ondas se superponen en la misma fase, entonces la amplitud de la onda resultante será mayor.
En esta etapa es importante entender que si dos ondas tienen frecuencias diferentes y ya no serán coherentes. En consecuencia, no deberían influirse entre sí. En base a esto, queda claro que podemos transmitir simultáneamente señales moduladas con diferentes longitudes de onda (frecuencias) a través del mismo medio y no tendrán ninguna influencia entre sí. Esta idea es la base de la tecnología DWDM. Hoy en día, la tecnología DWDM permite transmitir canales a través de una única fibra con una diferencia de longitud de onda entre canales adyacentes de sólo una fracción de nanómetro. Equipo moderno DWDM admite docenas de canales, cada uno con una capacidad de 2,5 Gbps.
Parecería que si las ondas de diferentes frecuencias no se superponen entre sí, entonces se puede introducir un número casi infinito de canales en una fibra óptica, porque el espectro de luz es enorme. En teoría esto es cierto, pero en la práctica existen ciertos problemas. En primer lugar, anteriormente consideramos una onda estrictamente monocromática (una frecuencia). Lograr tal monocromaticidad es muy difícil, ya que las ondas de luz son generadas por láseres, componentes electrónicos que están sujetos a fenómenos como el ruido térmico. Al generar una onda de luz, el láser, sin saberlo, distorsionará la señal de salida, lo que provocará ligeras variaciones en la frecuencia. En segundo lugar, una onda monocromática tiene un ancho espectral igual a cero. En el gráfico se puede representar como un solo armónico. En realidad, el espectro de la señal luminosa es distinto de cero. Vale la pena tener en cuenta estas cuestiones cuando hablamos de sistemas DWDM.
La esencia de la tecnología de multiplexación espectral (óptica) es la capacidad de organizar múltiples señales de clientes separadas (SDH, Ethernet) a través de una fibra óptica. Para cada señal de cliente individual, se debe cambiar la longitud de onda. Esta transformación realizado en un transpondedor DWDM. La señal de salida del transpondedor corresponderá a un canal óptico específico con su propia longitud de onda. Luego, mediante un multiplexor, las señales se mezclan y se transmiten a la línea óptica. En el punto final, se produce la operación inversa: utilizando un demultiplexor, las señales se separan de la señal del grupo, la longitud de onda se cambia a una estándar (en el transpondedor) y se transmite al cliente. Debido a esto, la señal óptica tiende a desvanecerse. Para amplificarlo se utilizan amplificadores en la línea óptica.
Analizamos el funcionamiento del sistema DWDM en términos generales. A continuación se dará una descripción más detallada de los componentes del sistema DWDM.
El transpondedor DWDM es un convertidor de frecuencia que proporciona una interfaz entre el equipo de acceso al terminal y la línea DWDM. Inicialmente, el transpondedor estaba destinado a convertir una señal del cliente (óptica, eléctrica) en una señal óptica con una longitud de onda en el rango de 1550 nm (típico de los sistemas DWDM). Sin embargo, con el tiempo, apareció la función de regeneración de señal en los transpondedores. La regeneración de señal pasó rápidamente por tres etapas de desarrollo: 1R, 2R, 3R.
- 1R – relevo. Sólo se restablece la amplitud. Esto limitó la duración de los primeros sistemas DWDM, ya que esencialmente los parámetros restantes (fase, forma) no se restauraron y el resultado fue "basura entra, basura sale".
- 2R – restauración de la amplitud y duración de la señal. Estos transpondedores utilizaron un disparador Schmidt para borrar la señal. No ganó mucha popularidad.
- 3R – restauración de la amplitud de la señal, su duración y fase. Completamente dispositivo digital. Capaz de reconocer bytes de servicio del nivel de control de redes SONET/SDH.
Un muxpondedor DWDM (multiplexor-transpondedor) es un sistema que multiplexa en el tiempo una señal de baja velocidad en una portadora de alta velocidad.
Un (des)multiplexor DWDM es un dispositivo que, utilizando varias técnicas de separación de ondas, combina múltiples señales ópticas para transmitir señales a través de una fibra óptica y separa estas señales después de la transmisión.
A menudo desea agregar y extraer solo un canal de una señal compuesta sin cambiar toda la estructura de la señal. Para ello se utilizan multiplexores de entrada/salida de canales OADM (Optical Add/Drop Multiplexer), que realizan esta operación sin convertir las señales de todos los canales a forma eléctrica.
Los amplificadores de fibra dopada con erbio (EDFA) han revolucionado la industria de las telecomunicaciones en los últimos años. Los amplificadores EDFA proporcionan amplificación directa de señales ópticas sin conversión a señales eléctricas y viceversa, tienen un bajo nivel de ruido y su rango de longitud de onda operativa coincide casi exactamente con la ventana de transparencia de la fibra óptica de cuarzo. Es gracias a la aparición de amplificadores con esta combinación de cualidades que las líneas y redes de comunicación basadas en sistemas DWDM se han vuelto económicas y atractivas.
A menudo se instalan atenuadores en la línea de comunicación después del transmisor óptico, lo que les permite reducir su potencia de salida a un nivel correspondiente a las capacidades de los multiplexores descendentes y los amplificadores EDFA.
La fibra óptica y algunos componentes de los sistemas DWDM presentan dispersión cromática. El índice de refracción de la fibra depende de la longitud de onda de la señal, lo que conduce a una dependencia de la velocidad de propagación de la señal de la longitud de onda (dispersión del material). Incluso si el índice de refracción fuera independiente de la longitud de onda, las señales de diferentes longitudes de onda seguirían viajando con a diferentes velocidades debido a las propiedades geométricas intrínsecas de la fibra (dispersión de la guía de ondas). El efecto resultante de la dispersión del material y la guía de ondas se llama dispersión cromática.
La dispersión cromática hace que los pulsos ópticos se ensanchen a medida que viajan a lo largo de la fibra. Si la línea es larga, esto hace que los pulsos cercanos comiencen a superponerse, empeorando la señal. Los dispositivos de compensación de dispersión DCD dan a la señal una dispersión de signo igual pero opuesto y restauran la forma original del pulso.
Los sistemas DWDM tienen muchas topologías: anillo, malla, lineal. Consideremos la topología de anillo más popular en la actualidad. La topología en anillo garantiza la supervivencia de la red DWDM gracias a rutas redundantes. Para que cualquier conexión sea segura, se establecen dos rutas entre sus puntos finales: la principal y la de respaldo. El multiplexor de punto final compara las dos señales y selecciona la señal. mejor calidad(o señal predeterminada).
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Recientemente, las carreteras modernas (modernas con “C” mayúscula) han dejado de tener suficientes capacidades estándar de los sistemas de compactación, tanto en términos de alcance operativo como de número de canales utilizados simultáneamente, y en general. banda ancha sistemas y opciones de ampliación para sistemas de sellado. En Ucrania, la tecnología DWDM ha comenzado a entrar activamente en el ámbito de las redes, como sistema troncal y como sistema de densificación local.
No hace mucho, uno de nuestros proveedores ucranianos (nos pidieron que no señaláramos con el dedo, de lo contrario nos regañarían severamente) necesitaba transferir varias docenas de "ZhE" a lo largo de 162 kilómetros (a través de una fibra) con el deseo de agregar varias más de las mismas decenas de “ZhE” a este sistema en el futuro. Está claro que puedes "calificar" en ancho y no tener miedo de que las lambdas se acaben repentinamente, solo con DWDM (bueno, o un cable muy grueso y muy negro, y también muy largo y muy multinúcleo). Y si tenemos en cuenta la distancia a la que se debe entregar una gran cantidad de paquetes de un solo salto (sin regeneración "en el campo"), entonces elegir DWDM es la única decisión correcta y correcta.
Para cubrir una distancia tan grande en un solo tramo, se decidió diseñar una línea que, además de los multiplexores/transceptores/conmutadores estándar, también incluye amplificadores de potencia, compensadores de dispersión y divisores rojo-azul.
Cálculos realizados al diseñar el sistema:
Sensibilidad del transceptor a la dispersión (A-Gear SFP+ DWDM 80LC y A-Gear XFP DWDM 80LC) – 1600 ps/nm;
Ruta en fibra G.652D, dispersión de fibra 17 ps/(nm*km);
El indicador de dispersión total en una pista de 162 km: 17 ps/(nm*km) * 162 km == 2754 ps/nm;
Superando la norma de dispersión: 2754 ps/nm – 1600 ps/nm == 1154 ps/nm – se decidió instalar un compensador de dispersión A-Gear DMC-FC120 (compensa completamente la dispersión de 120 km de fibra, indicador de dispersión total : -2001 ps/nm a una longitud de onda de 1545 nm, longitud de las fibras en el compensador 12,3 km);
Presupuesto de pérdida de línea: (162 km + 12,3 km) * 0,3 dBm/km == 52,29 dBm;
Balance óptico de transceptores (A-Gear SFP+ DWDM 80LC y A-Gear XFP DWDM 80LC) – 26 dBm;
Superando la norma de atenuación: 52,29 dBm - 26 dBm == 26,29 dBm - se decidió instalar el amplificador EDFA A-Gear BA4123 (sensibilidad (-10) dBm, máxima potencia de salida 23dBm) y preamplificador A-Gear PA4325 (sensibilidad (-30)dBm, potencia máxima de salida (-5)dBm).
El resultado fue un sistema realmente funcional, estable como el mundo mismo, de largo alcance (no todos los pájaros vuelan), ampliable y, en general, el mejor. A continuación se presenta una foto de este sistema, y aún más abajo decidimos escribir una breve reseña de los componentes DWDM que existen en la actualidad, los métodos para su inclusión y la terminología; intentamos cubrir todo lo que está disponible en DWDM.
La foto muestra (de arriba a abajo): un interruptor con transceptores, dos amplificadores de potencia (amplificador y preamplificador), un multiplexor DWDM, nuevamente un interruptor con un transceptor y en la parte inferior (gris, casi invisible) – un compensador de dispersión. Este conjunto de equipos está ubicado en el punto A y en el punto B (también pidieron no nombrar los puntos, amenazando el teléfono con un cinturón militar de cuero grueso). Con un equipo tan relativamente pequeño y económico, es fácil y sencillo recorrer 162 kilómetros, lo cual se logró.
Con esta nota optimista finaliza la parte introductoria y comenzamos un análisis metódico de la tecnología que se ha convertido en el “principal buque insignia”. mundo moderno Ingeniería en Redes.
1. Qué es DWDM, las diferencias entre DWDM y CWDM.
Para aquellos para quienes el rendimiento de los sistemas CWDM no es suficiente (180 Gbit/s es el máximo extremo), hay dos opciones para satisfacer el “apetito de tráfico”: aumentar el número de fibras (que generalmente se asocia con excavadores, escaladores de postes y el siglo pasado en general) o utilizar una tecnología de sellos más "avanzada": DWDM.
DWDM(Inglés: Multiplexación por división de longitud de onda densa - multiplexación de longitud de onda densa) es una tecnología para comprimir flujos de información, en la que cada flujo de información primario se transmite mediante haces de luz en diferentes longitudes de onda, y la línea de comunicación óptica contiene una señal de grupo total formada por un multiplexor de varios flujos de información.
Abstruso. Intentemos resolverlo. Por analogía con CWDM (para aquellos que lo saben), DWDM es el mismo sistema de sellado, que consta físicamente de Dispositivos que generan flujo de información.(convertidores de medios, enrutadores... bueno, ya sabes) transceptores (transceptores que crean un flujo de información en diferentes longitudes de onda de radiación IR invisible al ojo), multiplexores(dispositivos que crean/comparten grupo señal luminosa) y guía de ondas óptica(cable de fibra óptica). Además, DWDM incluye un grupo de componentes diseñados para amplificar/restaurar la señal luminosa del grupo, pero para que todo funcione de manera consistente, esto se discutirá a continuación.
Decidamos inmediatamente las palabras con las que operaremos. En este artículo llamaremos al canal. flujo de información unidireccional(un lado “habla” el flujo de información, el otro “escucha” este mismo flujo). El canal está ubicado en su única portadora, que tiene una longitud de onda (o frecuencia) específicamente definida. Pero, como saben, es imposible establecer una conexión completa entre un par de suscriptores, uno de los cuales es sordo y el otro mudo. Por lo tanto, para crear una línea de comunicación completa, es necesario utilizar dos canales físicos, y a esta conexión la llamaremos " canal dúplex completo».
Entonces, DWDM y CWDM hacen lo mismo: compactación. ¿Cual es la diferencia? Y la diferencia está en la cuadrícula de frecuencias (o en las longitudes de onda de los portadores, lo que le resulte más conveniente) de los portadores de los flujos de información primarios (canales). Y en los rangos operativos de la propia señal del grupo.
Rango de operación y cuadrícula de frecuencia (onda). Otra palabra oscura, cuyo significado intentaremos comprender. Qué ha pasado longitud de onda? Imaginemos una sinusoide. Entonces, la longitud de onda es la distancia entre dos picos adyacentes de una onda sinusoidal. La longitud de onda suele denotarse con la letra griega λ (lambda). Se muestra claramente en la siguiente figura:
En el estándar CWDM conviene medir la radiación en longitudes de onda: 1550 nm, 1310 nm, etc. (nanómetros – ¡10 -9 metros!). Conveniente, en primer lugar, porque los números son enteros. En los sistemas CWDM estándar, la distancia entre dos portadoras (canales) adyacentes es 1610 – 1590 == 20 nm (¡también un número entero! Bueno, ¡conveniente!).
Ahora veamos la misma situación desde el lado de la frecuencia, primero entendiendo qué es la frecuencia. La frecuencia es el número de oscilaciones completas.(pico a pico) onda electromagnética por segundo (indicado en Hertz o Hz). Para protozoos Para los cálculos, se puede considerar la frecuencia como la velocidad de la luz dividida por la longitud de onda. Consideremos el flujo de información en una portadora de 1550 nm, su frecuencia es aproximadamente igual a 300000000/0,00000155 == 193548387096774 Hz, o 193548 GHz (¡Gigahercios!). y la distancia entre portadoras adyacentes será 300000000/0,00000020 == 1500000000000000 Hz, o 1500000 GHz. Es completamente inconveniente: hay muchos números y no está claro.
Hoy en día, los sistemas CWDM funcionan en el rango de 1270 nm-1610 nm, lo que representa 18 canales separados (1270 nm, 1290 nm, 1310 nm... 1590 nm, 1610 nm). Pero en DWDM las cosas son un poco diferentes.
Los sistemas DWDM funcionan en dos bandas, cortadas para los sistemas CWDM, a saber: banda C (C-Band) y banda L (L-Band). RangoC esta dentro desde 1528,77 nm(canal C61) hasta 1577,03 nm(canal C01), y rangol esta dentro desde 1577,86 nm(canal L100) hasta 1622,25 nm(canal L48). Los números ya dan miedo, y si también se tiene en cuenta el hecho de que la red de ondas es desigual (es decir, la distancia entre dos canales adyacentes no siempre es la misma, de 0,5 nm a 0,8 nm), entonces es más fácil conseguir confundido que resolverlo. Es por eso que los sistemas DWDM utilizan el nombre de la banda y la numeración de canales en este rango (por ejemplo, C35 o L91). Todo está claro común Los canales del sistema DWDM se presentan en la Figura 1.2, los datos sobre frecuencias y longitudes de onda se presentan en la Tabla 1.1:
Figura 1.2 – Bandas C y L de sistemas DWDM en la gama general de sistemas CWDM.
La Tabla 1.1 es una malla DWDM típica de 100 GHz.
Aquí debemos hacer inmediatamente varias reservas.
En primer lugar ( ¡Y esto es importante para una mayor comprensión! ), la gama C se divide convencionalmente en dos “gamas de color”: azul(1528 nm-1543 nm) y rojo(1547 nm-1564 nm). ¿Por qué dividir? Más sobre esto en artículos posteriores, ahora es importante que usted mismo tenga en cuenta que la división existe.
En segundo lugar, la banda L recién está comenzando a usarse y no todos los fabricantes pueden permitirse fabricar equipos para la banda L (Tabla 1.1, marcada en azul, faltan los canales L48-L65 en la tabla).
En tercer lugar, en el título de la tabla aparece la palabra "ordinario", lo que significa que también debe haber cuadrículas "inusuales". Y realmente lo son.
Como descubrimos anteriormente, es inconveniente distinguir los canales DWDM por longitud de onda. Pero en términos de frecuencias, mucho, y si observa de cerca la Tabla 1.1, verá que la diferencia entre dos canales adyacentes es siempre de 100 GHz. Y, si consideramos la banda C (actualmente dominada por la mayoría de los fabricantes de sistemas DWDM), entonces podemos mostrar el número total de canales que contiene: 61 canales. Inmediatamente hagamos una reserva de que, como en los sistemas CWDM, Cada canal es un flujo de información unidireccional., lo que significa que para un intercambio de datos completo, se necesitan dos de ellos (30 canales dúplex completos en la banda C y 26 en la banda L, para un total de 56 canales dúplex completos).
Además de la red habitual de 100 GHz, utilizan Red de 200 GHz (canales impares de banda C). Esto se debe al hecho de que varios fabricantes de equipos DWDM no son capaces de producir multiplexores para una red de 100 GHz, porque Los componentes para ello son bastante caros y deberían ser más Alta calidad en relación con los sistemas de 200 GHz. En este esquema de compactación existen 31 canales de comunicación unidireccionales o 15 canales full duplex.
Muy raramente (bueno, muy raramente) se utilizan sistemas de compactación DWDM con una malla de 50 gigahercios. Esto significa que entre dos canales principales adyacentes de una malla convencional de 100 GHz hay un subcanal adicional. Estos canales se denominan Q y H: q– subcanales en el rangol(por ejemplo, Q80 – frecuencia 188050 GHz, longitud de onda 1594,22 nm), h– subcanales en el rangoC(por ejemplo, H23 – frecuencia 19230 GHz, longitud de onda 1558,58 nm). En estos sistemas de compactación de la gama C hay 61 canales principales y 61 canales adicionales, para un total de 122 canales. En la banda L existen 53 canales principales y 53 subcanales, para un total de 106 canales. Potencia total == 122+106 == 228 canales unidireccionales o 114 canales de comunicación full duplex. Es mucho. Tantos. Pero es muy, muy caro, y el autor no ha visto ninguna mención de proyectos con un sistema DWDM completamente cargado con una red de 50 GHz.
Resumamos:
- la “versión ligera” del sistema DWDM tiene una red de 200 GHz y es capaz de proporcionar 15 canales full duplex en la banda C, dejando espacio para 15 canales CWDM (1270 nm-1510 nm, 1590 nm, 1610 nm);
Un sistema DWDM estándar tiene una red de 100 GHz y es capaz de proporcionar 30 canales full-duplex en la banda C y 26 canales full-duplex en la banda L, dejando espacio para 15 canales CWDM (1270 nm-1510 nm, 1590 nm, 1610 nm);
El sistema DWDM completo tiene una red de 50 GHz y es capaz de proporcionar 60 canales full-duplex en la banda C y 52 canales full-duplex en la banda L, dejando nuevamente espacio para 15 canales CWDM (1270 nm-1510 nm, 1590 nm , 1610 nm);
