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Valor Cwdm de las frecuencias portadoras. ¿Qué tecnologías pueden utilizar los operadores para mejorar las capacidades de las redes ópticas existentes? Evaluación de la calidad de la línea

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).

Número de longitudes de onda y canales CWDM y DWDM

Cuadrícula de frecuencias CWDM y DWDM

Longitudes de onda y frecuencias CWDM y DWDM.

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

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.

Notas

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 tecnología de multiplexación por división de longitud de onda (Dense Wave Division Multiplexing, DWDM) está diseñada para crear una nueva generación de redes troncales ópticas que funcionan a velocidades de varios terabits. La información a través de las líneas de comunicación de fibra óptica pasa simultáneamente por una gran cantidad de ondas de luz. Las redes DWDM funcionan según el principio de conmutación de canales: cada onda de luz es un único canal espectral y es información esencial.

Oportunidades de DWDM

El número de canales en una sola fibra: 64 haces de luz en la transparencia de la ventana de 1550 nm. Cada onda de luz transmite información a 40 Gb/s. El desarrollo de hardware también está en marcha con velocidades de datos de hasta 100 Gbit/s y Cisco ya está trabajando en el desarrollo de dicha tecnología.

La tecnología DWDM tiene un predecesor: la tecnología de multiplexación por división de longitud de onda (Wave Division Multiplexing, WDM), que utiliza cuatro ventanas de transmisión de canales espectrales de 1310 nm y 1550 nm, con una separación entre portadoras de 800-400 GHz. La multiplexación DWDM se denomina "densificada" debido a que utiliza una distancia entre longitudes de onda considerablemente menor que la WDM.

Planes de frecuencia

En la actualidad, dos de los planes de frecuencias (es decir, un conjunto de frecuencias separadas entre sí por un valor constante) se definen en la recomendación G.692 del Sector UIT-T:

El paso del plan de frecuencia (espaciado entre canales de frecuencia adyacentes) de 100 GHz (0,8 nm = SÍ), mediante el cual la onda de transmisión de datos 41 se aplica en el rango de 1528,77 (196,1 THz) a 1560,61 nm (192,1 THz);
Plan de frecuencia en incrementos de 50 GHz (SÍ = 0,4 nm), lo que le permite transferir en el mismo rango de 81 longitudes de onda.
Algunas empresas también produjeron equipos, los llamados equipos de multiplexación por división de longitud de onda (High-Dense WDM, HDWDM), capaces de funcionar con una frecuencia en incrementos de hasta 25 GHz.

El principal problema en la construcción de sistemas DWDM superdensos es que al disminuir el paso de frecuencia se produce una superposición del espectro de canales adyacentes y el haz de luz se vuelve borroso. Esto conduce a un aumento en el número de errores y a la imposibilidad de transmitir información en el sistema.

Planes de frecuencia de DWDM

En los siguientes planes de canales se utilizan actualmente varios tipos de sistemas DWDM, CWDM, HDWDM, WDM.

Planes de frecuencia DWDM

Amplificadores de fibra óptica

El éxito práctico de la tecnología DWDM definió en muchos sentidos la aparición de amplificadores de fibra óptica. Los dispositivos ópticos amplifican directamente las señales luminosas en la banda de 1550 nm, eliminando la necesidad de una conversión intermedia a forma eléctrica, al igual que los regeneradores utilizados en la red SDH. La desventaja de los sistemas de regeneración de señales eléctricas es que deben llevar un determinado tipo de codificación, lo que los hace bastante caros. Los amplificadores ópticos, que transmiten información "transparente", permiten aumentar la velocidad de la línea sin necesidad de actualizar las unidades amplificadoras. Longitud de la sección entre los amplificadores ópticos. puedo alcanzar 150 km o más, lo que proporciona redes troncales DWDM económicas generadas en las que la longitud de la sección multiplex es hoy de 600 a 3000 km con el uso de 1 a 7 amplificadores ópticos intermedios.

La Recomendación UIT-T G.692 define tres tipos de secciones amplificadoras, es decir, secciones entre dos multiplexores adyacentes, DWDM:

L (largo)- el tramo consta de un máximo de 8 tramos de líneas de comunicación de fibra óptica y 7 de amplificadores ópticos, la distancia máxima entre los amperios es de hasta 80 km con una longitud total máxima del tramo de 640 km;
V (Muy larga)- el tramo consta de un máximo de 5 tramos de líneas de comunicación de fibra óptica y 4 amplificadores ópticos, la distancia máxima entre los amperios es de hasta 120 km con una longitud total máxima de 600 km de sección;
U (ultra larga)- parcela sin repetidores hasta 160 km

Restricciones en la cantidad de inercia y largas asociadas con la degradación de la señal óptica en la amplificación óptica. Aunque el amplificador óptico restaura la intensidad de la señal, no compensa completamente el efecto de la dispersión cromática (es decir, la propagación de diferentes longitudes de onda a diferentes velocidades, por lo que la señal en el extremo receptor se "mancha" con fibras) y otros efectos no lineales. Por lo tanto, para construir carreteras más extensas, es necesario instalar entre las partes de refuerzo multiplexores DWDM que realicen la regeneración de la señal convirtiéndola en forma eléctrica y viceversa. Para reducir los efectos no lineales en la limitación de la señal DWDM también se aplica la limitación de los sistemas de energía.

Topologías típicas

Conexión ultralarga de dos puntos basada en multiplexores terminales, DWDM

Circuito DWDM con entrada-salida en los nodos intermedios.

Topología de anillo

La topología en anillo proporciona capacidad de supervivencia a la red DWDM a través de rutas redundantes. métodos de protección del tráfico utilizados en DWDM, similares a los métodos en SDH. Para que la conexión esté asegurada, se establecen dos caminos entre sus puntos finales: principal y de reserva. El punto final del multiplexor compara las dos señales y selecciona la mejor calidad de señal.

Multiplexores DWDM en anillo

La topología de malla

Con el desarrollo de las redes DWDM, se utiliza cada vez más la topología de malla, que proporciona el mejor rendimiento en términos de flexibilidad, rendimiento y resistencia que otras topologías. Sin embargo, para implementar una topología de malla, debe tener conexiones cruzadas ópticas (Optical Cross-Connector, PL), que no solo agregan ondas a la señal de tránsito general y las emiten, al igual que la entrada-salida del multiplexor, sino que también admiten señales arbitrarias. conmutación entre señales ópticas transmitidas por ondas de diferentes longitudes.

Malla DWDM

Multiplexores ópticos IO

Multiplexores pasivos utilizados en redes DWDM (sin fuente de alimentación y conversión activa) y multiplexores activos, demultipleskory.

Multiplexores pasivos	Multiplexores activos
El número de ondas de luz emitidas es bajo.	El número de ondas de luz está limitado al plan de frecuencia aplicable y a un conjunto de ondas de luz.
Le permite mostrar y la señal de entrada es una onda de luz sin cambiar el espectro general del haz de luz.	No introduce atenuación adicional porque produce una demultiplexación completa de todos los canales y su conversión a forma eléctrica.
Introduce atenuación adicional.	Tiene un costo alto
Tiene un costo presupuestario.

Conexiones ópticas cruzadas

En redes con topología de malla es necesario brindar la flexibilidad para cambiar la ruta de la ola de conexiones entre suscriptores de la red. Dichas capacidades proporcionan conexiones cruzadas ópticas para guiar la señal de cualquiera de las ondas en cualquier puerto de salida desde cada puerto de entrada (por supuesto, siempre que ninguna otra señal de este puerto no utilice la onda debe realizar otra longitud de onda de transmisión).

Existen dos tipos de transconexiones ópticas:

Conectores cruzados optoelectrónicos con conversión intermedia a forma eléctrica;
Conexiones cruzadas totalmente ópticas o interruptores fotónicos.

Sistema MicroElectromecánico, MEMS

Factores a considerar en la construcción de sistemas DWDM

Dispersión cromática

Dispersión cromática- debido a su influencia, a medida que se propaga a través de la fibra, los impulsos que constituyen la señal óptica se vuelven más amplios. Cuando se transmiten señales a largas distancias, los pulsos pueden superponerse a los adyacentes, lo que dificulta una recuperación precisa. Al aumentar la velocidad de transmisión, aumenta la longitud de la fibra óptica y el efecto de dispersión cromática. Para reducir el efecto de la dispersión cromática en las señales transmitidas, se aplican compensadores de dispersión.

Dispersión del modo de polarización

PMD ocurre en una fibra óptica debido a la diferencia en las velocidades de propagación de los dos componentes del modo de polarización mutuamente perpendiculares, lo que conduce a una distorsión de los pulsos transmitidos. La razón de este fenómeno es la heterogeneidad de la forma geométrica de la fibra óptica. Efecto de la dispersión del modo de polarización en las señales ópticas transmitidas con una velocidad cada vez mayor al aumentar el número de canales y el sistema de sellado al aumentar la longitud de la fibra.

Retrodispersión estimulada Mandelstam - Brillouin, La esencia de este fenómeno es crear una señal óptica de dominios periódicos con índice de refracción variable, una especie de red de difracción virtual, a través de la cual las señales se propagan como una onda acústica. Las señales reflejadas en esta cuadrícula virtual se agregan y amplifican para formar una señal óptica inversa con la frecuencia Doppler baja. Este fenómeno provoca un aumento del nivel de ruido e impide la propagación de la señal óptica, ya que gran parte de su potencia se disipa en sentido inverso. A menudo se llama erróneamente a este fenómeno una onda acústica reflejada.

Modulación de fase a niveles de potencia elevados de la señal láser puede producirse una modulación de su propia fase de la señal. Esta modulación amplía el rango y amplía o comprime la señal en el tiempo, dependiendo del signo de la dispersión cromática. En sistemas WDM densos, la señal de automodulación con un espectro ampliado puede superponerse a los canales adyacentes. La señal de modulación de fase aumenta al aumentar la potencia, aumentar la velocidad de transmisión y con una dispersión cromática negativa. La influencia de la modulación de fase se reduce a cero o a una pequeña dispersión cromática positiva.

Modulación de fase cruzada El fenómeno de señal resultante modula la fase de las señales de un canal de los canales vecinos. Factores que afectan a la modulación de fase cruzada, coincidiendo con los factores que influyen en la modulación de fase. Además, el efecto de modulación de fase cruzada depende del número de canales del sistema.

Mezcla de cuatro ondas, se muestra en el umbral del nivel de potencia del láser, en cuyo caso las características no lineales de la fibra conducen a la interacción de tres ondas y la cuarta onda de la nueva apariencia, que puede coincidir con la frecuencia de otro canal. Esta frecuencia superpuesta aumenta el nivel de ruido y dificulta la recepción de la señal.

Ruido del amplificador EDFA de inserción, La razón de este fenómeno es la potencia de la emisión espontánea amplificada que se produce debido a las características de diseño de los amplificadores edfa. En el proceso de paso a través del amplificador al componente útil de la señal óptica se le suma ruido, reduciendo así la relación "señal/ruido" como resultado de que la señal puede recibirse por error. Este fenómeno limita la cantidad de amplificadores en línea.

tecnología DWDM

La multiplexación por división de longitud de onda densa (DWDM) es tecnología moderna transmisión de una gran cantidad de canales ópticos a través de una fibra, que es la base de la nueva generación tecnologías de red. Actualmente, la industria de las telecomunicaciones está experimentando cambios sin precedentes asociados con la transición de los sistemas basados en voz a los sistemas de transmisión de datos, que es consecuencia del rápido desarrollo de las tecnologías de Internet y una variedad de aplicaciones de red. Con el despliegue a gran escala de redes de datos viene una modificación de la propia arquitectura de la red. Es por eso que se requieren cambios fundamentales en los principios de diseño, control y gestión de la red. La nueva generación de tecnologías de red se basa en redes ópticas de múltiples longitudes de onda basadas en multiplexación por división de longitud de onda densa (DWDM).

Descripción de la tecnología

Red de 100 GHz.

La tabla de la derecha muestra cuadrículas de planes de frecuencia de 100 GHz con distintos grados de escasez de canales. Todas las rejillas, excepto una 500/400, tienen canales igualmente espaciados. La distribución uniforme de canales le permite optimizar el funcionamiento de los convertidores de ondas, láseres sintonizables y otros dispositivos de una red totalmente óptica, y también facilita su construcción.

La implementación de un determinado plan de frecuencias depende en gran medida de tres factores principales:

tipo de amplificadores ópticos utilizados (silicio o fluorocirconato);
velocidades de transmisión por canal: 2,4 Gbit/s (STM-16) o 10 Gbit/s (STM-64);
influencia de efectos no lineales.

Además, todos estos factores están fuertemente interconectados.

Los EDFA de fibra de silicio estándar tienen un inconveniente: una gran variación de ganancia en la región por debajo de 1540 nm, lo que conduce a relaciones señal-ruido más bajas y a una ganancia no lineal en esta región. Tanto los valores de ganancia muy bajos como los muy altos son igualmente indeseables. A medida que aumenta el ancho de banda, aumenta la relación señal-ruido mínima permitida por el estándar; por ejemplo, para el canal STM-64 es 4-7 dB más alto que para STM-16. Por lo tanto, la no linealidad de la ganancia de EDFA de silicio limita más fuertemente el tamaño de la zona para los canales multiplex STM-64 (1540-1560 nm) que para los canales STM-16 y una menor capacidad (donde se puede utilizar casi toda la zona de ganancia de EDFA de silicio, a pesar de la no linealidad).

Red de 50 GHz.

Un plan de red de frecuencia más denso, aunque no estandarizado, con un intervalo de 50 GHz permite un uso más eficiente de la zona de 1540-1560 nm en la que operan los EDFA de silicio estándar. Junto a esta ventaja, esta rejilla tiene sus desventajas.

En- primero, con intervalos entre canales decrecientes, aumenta la influencia del efecto de mezcla de cuatro ondas, lo que comienza a limitar longitud máxima Línea entre regeneración (línea basada únicamente en amplificadores ópticos).

En- segundo La corta distancia entre canales de 0,4 nm puede limitar la posibilidad de multiplexar canales STM-64. Como puede verse en la figura, no se permite multiplexar canales STM-64 con un intervalo de 50 GHz, ya que entonces los espectros de canales adyacentes se superponen. Sólo si hay una velocidad de transmisión más baja por canal (STM-4 e inferior), no se produce superposición de espectro.

EN- tercero, a 50 GHz, los requisitos para láseres sintonizables, multiplexores y otros componentes se vuelven más estrictos, lo que reduce el número de posibles fabricantes de equipos y también conduce a un aumento de su costo.

Multiplexores DWDM

Los multiplexores DWDM (a diferencia de los WDM más tradicionales) tienen dos características distintivas:

usando sólo una ventana de transparencia de 1550 nm, dentro de la región de la banda C 1530-1560 nm y la banda L 1570-1600 nm;
pequeña distancia entre canales multiplex, 0,8 o 0,4 nm.

Además, dado que los multiplexores DWDM están diseñados para funcionar con una gran cantidad de canales, hasta 32 o más, junto con dispositivos DWDM en los que todos los canales se multiplexan (demultiplexan) simultáneamente, nuevos dispositivos que no tienen análogos en los sistemas WDM y funcionan en el También se permite el modo de adición o la salida de uno o más canales hacia/desde un flujo múltiplex principal representado por un gran número de otros canales. Dado que los puertos/polos de salida de un demultiplexor están asignados a longitudes de onda específicas, se dice que el dispositivo realiza un enrutamiento pasivo de longitud de onda. Debido a las cortas distancias entre canales y a la necesidad de trabajar con un gran número de canales simultáneamente, la fabricación de multiplexores DWDM requiere una precisión significativamente mayor en comparación con los multiplexores WDM (generalmente utilizando ventanas de transparencia de 1310 nm, 1550 nm o, además, la región de longitud de onda en las proximidades de 1650 nm). También es importante garantizar un alto rendimiento de diafonía de campo cercano (directividad) y de largo alcance (aislamiento) en los polos de un dispositivo DWDM. Todo esto conduce a un mayor coste de los dispositivos DWDM en comparación con los WDM.

La figura "a" muestra un circuito multiplexor DWDM típico con un elemento reflectante de espejo. Consideremos su funcionamiento en modo demultiplexación. La señal multiplex entrante llega al puerto de entrada. Luego, esta señal pasa a través de la guía de ondas de placa y se distribuye en múltiples guías de ondas que representan una estructura de difracción AWG (rejilla de guía de ondas en matriz). Como antes, la señal en cada una de las guías de ondas permanece multiplexada y cada canal permanece representado en todas las guías de ondas. A continuación, las señales se reflejan desde la superficie del espejo y, como resultado, los flujos de luz se recogen nuevamente en la placa guía de ondas, donde se enfocan e interfieren: se forman máximos de intensidad de interferencia separados espacialmente, correspondientes a diferentes canales. La geometría de la placa de guía de ondas, en particular la ubicación de los polos de salida, y las longitudes de la guía de ondas de la estructura AWG se calculan de modo que los máximos de interferencia coincidan con los polos de salida. La multiplexación se produce a la inversa.

Otro método para construir un multiplexor se basa no en una sino en un par de placas de guía de ondas (Fig. b). El principio de funcionamiento de dicho dispositivo es similar al caso anterior, excepto que aquí se utiliza una placa adicional para enfocar e interferencia.

Los multiplexores DWDM, al ser dispositivos pasivos, introducen una gran atenuación en la señal. Por ejemplo, las pérdidas para un dispositivo (Fig. 1a) que funciona en modo demultiplexación son de 4 a 8 dB, con diafonía de largo alcance.

Transpondedores y transceptores

Para transmitir datos en longitudes de onda desde una red DWDM, se pueden utilizar dos tipos de dispositivos: transceptores y transpondedores DWDM. Los transceptores DWDM vienen en una variedad de factores de forma y pueden usarse en soluciones DWDM pasivas.

A diferencia de los transceptores, los transpondedores le permiten convertir la longitud de onda de radiación del dispositivo terminal en una longitud de onda DWDM para su transmisión al multiplexor. Las entradas del multiplexor óptico reciben señales ópticas cuyos parámetros cumplen con los estándares definidos por las recomendaciones G.692. Un transpondedor puede tener un número diferente de entradas y salidas ópticas. Pero si se puede suministrar una señal óptica a cualquier entrada de transpondedor, cuyos parámetros están determinados por rec. G.957, entonces sus señales de salida deben corresponder en parámetros a rec. G.692. Además, si se comprimen m señales ópticas, a la salida del transpondedor la longitud de onda de cada canal debe corresponder solo a uno de ellos de acuerdo con la cuadrícula del plan de frecuencias de la UIT.

Aplicación de amplificadores ópticos.

El desarrollo de la tecnología de amplificación óptica basada en EDFA ha cambiado enormemente la metodología de diseño de los sistemas de comunicación de fibra óptica. Los sistemas de fibra óptica tradicionales utilizan repetidores regeneradores que aumentan la potencia de la señal (Fig. 3a). Cuando la longitud entre nodos remotos comienza a exceder, en términos de atenuación de señal, la longitud de vuelo máxima permitida entre nodos vecinos, se instalan regeneradores adicionales en puntos intermedios que aceptan señal débil, lo amplifican en el proceso de conversión optoelectrónica, restauran el ciclo de trabajo, los frentes y las características de tiempo de la repetición del pulso, y después de convertirlo a forma óptica, transmiten la señal amplificada correcta, en la misma forma que estaba en la salida de el regenerador anterior. Aunque estos sistemas de regeneración funcionan bien, son bastante caros y, una vez instalados, no pueden aumentar la capacidad de la línea.

Según EDFA, la pérdida de potencia en la línea se compensa mediante amplificación óptica (Fig. 3b). A diferencia de los regeneradores, esta ganancia "transparente" no está ligada a la velocidad de bits de la señal, lo que permite transmitir información a velocidades más altas y aumentar el rendimiento hasta que entren en juego otros factores limitantes como la dispersión cromática y la dispersión del modo de polarización. Los amplificadores EDFA también son capaces de amplificar una señal WDM multicanal, añadiendo otra dimensión al ancho de banda.

Aunque la señal óptica generada por el transmisor láser original tiene una polarización bien definida, todos los demás nodos a lo largo de la ruta de la señal óptica, incluido el receptor óptico, deberían mostrar una débil dependencia de sus parámetros de la dirección de polarización. En este sentido, los amplificadores ópticos EDFA, caracterizados por una débil dependencia de la polarización de la ganancia, tienen una ventaja tangible sobre los amplificadores semiconductores.

A diferencia de los regeneradores, los amplificadores ópticos introducen un ruido adicional que debe tenerse en cuenta. Por tanto, junto con la ganancia, uno de los parámetros importantes de EDFA es la figura de ruido.

Aplicación de dispositivos ROADM

El uso de un multiplexor óptico de adición/extracción (ROADM) reconfigurable permite una implementación flexible y configuración remota de canales de espectro. En cualquier nodo de la red ROADM, es posible cambiar el estado del canal del espectro a entrada/salida y transmisión de extremo a extremo sin interrumpir los servicios existentes. Cuando se trabaja con un láser sintonizable, ROADM proporciona un control flexible de los canales espectrales. Los ROADM le permiten construir redes con múltiples anillos o redes mixtas: basadas en la tecnología de conmutación del selector de espectro (WSS).

Construcción de redes DWDM.

Las redes DWDM urbanas, por regla general, se construyen utilizando una arquitectura en anillo, lo que permite el uso de mecanismos de protección a nivel DWDM con una velocidad de recuperación de no más de 50 ms. Es posible construir una infraestructura de red con equipos de varios proveedores con un nivel de distribución adicional basado en equipos Metro DWDM. Este nivel se introduce para organizar el intercambio de tráfico entre redes con equipos de diferentes empresas.

En la tecnología DWDM, la resolución mínima de la señal es el canal óptico o longitud de onda. El uso de longitudes de onda enteras con capacidad de canal de 2,5 o 10 Gbit/s para intercambiar tráfico entre subredes está justificado en la construcción de grandes redes de transporte. Pero los transpondedores-multiplexores le permiten organizar el intercambio de tráfico entre subredes al nivel de señales STM-4/STM-1/GE. El nivel de distribución también se puede construir sobre la base de la tecnología SDH. Pero DWDM tiene una gran ventaja asociada con la transparencia de los canales de control y los canales de servicio (por ejemplo, comunicaciones de servicio). Cuando las señales SDH/ATM/IP se empaquetan en un canal óptico, la estructura y el contenido de los paquetes no cambian. Los sistemas DWDM solo monitorean bytes individuales para garantizar que las señales fluyan correctamente. Por lo tanto, conectar subredes a través de una infraestructura DWDM en una sola longitud de onda puede considerarse como conectarse con un par de cables ópticos.

Cuando se utilizan equipos de diferentes fabricantes, dos subredes de transmisión de datos de un fabricante se conectan a través de una red DWDM de otro fabricante. Un sistema de control conectado físicamente a una subred también puede controlar el funcionamiento de otra subred. Si se utilizaran equipos SDH a nivel de distribución, esto no sería posible. Así, basándose en redes DWDM, es posible combinar redes de diferentes fabricantes para transmitir tráfico heterogéneo.

SFP (WDM, CWDM, DWDM): ¿QUÉ ES? ¿PARA QUÉ SE NECESITAN?

Tecnologías de multiplexación por división de longitud de onda (WDM).

La multiplexación de espectro se basa en un método de multiplexación de canales ópticos. Principio este método radica en el hecho de que cada flujo de información se transmite a través de una fibra óptica en una longitud de onda diferente (en una frecuencia portadora diferente), espaciadas a una distancia de 20 nm entre sí.

Utilizando dispositivos especiales (multiplexores ópticos), los flujos se combinan en una señal óptica, que se introduce en la fibra óptica. En el lado receptor, se realiza la operación inversa: demultiplexación, realizada mediante demultiplexores ópticos. Esto abre posibilidades verdaderamente inagotables tanto para aumentar la capacidad de la línea como para construir soluciones topológicas complejas utilizando una sola fibra.

A la hora de elegir el número de canales, debes prestar atención al tipo de fibra monomodo utilizada.
Por ejemplo, las fibras G.652B (fibra con pico de agua a 1383 nm) tienen altas pérdidas de radiación en longitudes de onda cortas, por lo que la distancia de transmisión permitida se reduce y el número de canales espectrales será menor que el requerido.

En los sistemas Coarse WDM, de acuerdo con la recomendación ITU G.694.2, no se deben utilizar más de 18 portadoras con un paso de 20 nm: 1270, 1290, 1310 ... 1570, 1590, 1610, es decir. si el rango total de longitud de onda requerido no excede los 340 nm. Hay que tener en cuenta que en los bordes de un rango tan amplio la atenuación es bastante grande, especialmente en la región de longitudes de onda cortas. El número de canales se aumentó a 18 utilizando las llamadas fibras de pico de agua cero (ZWPF, Zero Water Peak Fiber; LWPF, Low Water Peak Fiber), cuyos parámetros están determinados por la recomendación ITU-T G.652.C/ D. En fibras de este tipo Se ha eliminado el pico de absorción a una longitud de onda de 1383 nm y el valor de atenuación a esta longitud de onda es de aproximadamente 0,31 dB/km.

La fibra G.653 resultó inadecuada para la nueva tecnología de multiplexación por división de longitud de onda WDM, que evoluciona rápidamente, debido a su dispersión cero a 1550 nm, lo que provocó un fuerte aumento en la distorsión de la señal debido a la mezcla de cuatro ondas en estos sistemas. La fibra óptica más adecuada para WDM denso y de alta densidad (DWDM y HDWDM) fue la G.655, y la fibra óptica G.656 recientemente estandarizada para WDM disperso.
La creación de fibras sin "pico de agua" hizo posible utilizar todas las ondas en el rango de 1260 a 1625 nm en los sistemas de comunicación, es decir. donde la fibra óptica de cuarzo tiene la mayor transparencia.

EQUIPAMIENTO BÁSICO

Multiplexores/demultiplexores (MUX/DEMUX); Le permite sumar y separar señales ópticas.

le permite seleccionar y agregar una señal a la fibra en ciertas frecuencias portadoras.

Dependiendo de la tarea a realizar, la configuración del multiplexor/demultiplexor (Mux/Demux) viene determinada por las siguientes características:

Multiplexor de doble fibra (2 fibras)
Multiplexor de fibra única(1 fibra (fibra única) o bidireccional)
Multiplexor de 4 u 8 canales(8 o 16 longitudes de onda), funcionando en una fibra
8 o 16 canales, operando con dos fibras.
multiplexor con dos "comunes"(COMÚN) conclusiones implementar una topología en “anillo”
Para topologías “Punto a Punto” o “Anillo”, se requiere un conjunto de multiplexores “por pares” (puertos Tx-Rx): Mux/Demux Tipo I, Mux/Demux Tipo II
Conectores: FC,SC,LC,ST,FA,SA

Los multiplexores se pueden suministrar en las siguientes versiones:
Estante 19" 1RU
En una caja de plástico(para montaje en pared o caja)
Por tipo de conector– LC, SC, etc.

Transceptores SFP (factor de forma pequeño conectable) (SFP, SFP+, X2, XFP) – generar y recibir señales ópticas (determinadas longitudes de onda) en un sistema CWDM; convertir una señal de eléctrica a óptica y viceversa. módulo SFP Combina un transmisor y un receptor. Por lo tanto, admite la transmisión y recepción simultánea de datos a través de dos enlaces dentro de un solo canal. Desde la época de la radio, estos dispositivos se denominan transceptores. Por eso los módulos SFP se denominan transceptores.

Cada transceptor SFP funciona con dos fibras y, a diferencia de los transceptores 1000Base LX estándar de dos fibras, funciona con dos longitudes de onda diferentes: receptor de banda ancha trabaja con una longitud de onda y el transmisor con otra.
Para formar un canal de datos en un sistema SFP, los transceptores se configuran en pares.

Los transceptores también difieren en la intensidad de la señal (kilometraje), es decir, funcionan a diferentes distancias.

Para una compresión de señal óptica más fuerte, se utilizan módulos SFP de “color” que operan en un cierto rango de longitud de onda (CWDM). Estos transceptores SFP están diseñados para generar señales ópticas de "portadora principal" de 1270 a 1610 nm (en pasos de 20 nm).

Hay módulos SFP disponibles que funcionan con una y dos fibras con un rendimiento de 1,25, 2,5 y 4,25 Gbps. Estos módulos se pueden instalar directamente en equipos de conmutación de prácticamente cualquier fabricante, lo que permite una integración perfecta de CWDM en la infraestructura existente. El mismo módulo puede servir como interfaz Gigabit Ethernet, Fibre Channel o SDH, lo que agrega significativamente flexibilidad a la solución.

También es posible instalar módulos CWDM SFP en un chasis de convertidor de medios. Utilizar un chasis es la solución más flexible, eliminando por completo los problemas de incompatibilidad de equipos. Al utilizar el chasis, obtiene puertos Gigabit Ethernet 1000BASE-T estándar, lo que elimina la necesidad de costosos conmutadores con puertos SFP.

Se debe prestar especial atención a la compactación de canales de 10 Gbit/s. Hace apenas tres años no existían transceptores que funcionaran a velocidades de 10 Gbit/s y soportaran longitudes de onda de la red de frecuencias de los sistemas de multiplexación de espectro disperso; ahora han aparecido tales módulos, sin embargo, su uso impone restricciones significativas a las capacidades del sistema. en comparación con la multiplexación de canales de 1,25 Gbit/s y 2,5 Gbit/s.

Actualmente no hay láseres de 10 Gbps que funcionen en el rango de longitud de onda de 1350-1450 nm, por lo que el número máximo de canales multiplexados de 10 Gbps no puede exceder los 12 cuando se utilizan dos fibras G.652D. Además, cuando se utilizan canales de 10 Gbit/s, es necesario tener en cuenta que el balance óptico máximo de dichos módulos actualmente no supera los 28 dBm, lo que corresponde a un alcance operativo de aproximadamente 80 kilómetros a través de fibra monomodo. En los casos en que sea necesario comprimir y transmitir más de 12 canales de 10 Gbit/s, incl. en distancias de más de 80 kilómetros se utilizan equipos DWDM.

Módulos OADM - multiplexores de entrada/salida; le permite seleccionar y agregar una señal a la fibra para ciertos operadores.

Propiedades básicas:
Entrada/salida de un solo canal
Óptica pasiva
Baja pérdida de inserción para enlaces de retorno
Longitud de onda dedicada al usuario final

Básicamente, se distinguen los módulos OADM de un solo canal y de dos canales. Su diferencia radica en la capacidad de recibir y recibir una señal óptica de uno o dos multiplexores y se debe físicamente a la presencia de una o dos unidades transceptoras. En consecuencia, un módulo OADM de un solo canal tiene una unidad transceptora y es capaz de funcionar con un solo multiplexor en una dirección. El módulo OADM de dos canales tiene dos unidades transceptoras y es capaz de trabajar “en dos direcciones” con dos multiplexores/demultiplexores.

La unidad transceptora del módulo OADM monocanal tiene cuatro interfaces:

Puerto Com: recibe una señal del multiplexor.
Puerto Express: pasa la señal a otros elementos del sistema.
Agregar puerto: agrega un canal en una determinada longitud de onda a la línea,
Puerto de caída: extrae un canal a una determinada longitud de onda de la línea.

Estos dispositivos no tienen restricciones de protocolos ni de ancho de banda.
En consecuencia, el módulo OADM de dos canales tiene dos puertos Add y Drop adicionales.
Si se utiliza un sistema de doble fibra, también se agregan puertos Com2 y Express2.
Un módulo OADM de un solo canal funciona en conjunto con un transceptor SFP, un OADM de dos canales, con dos

Módulo de tránsito terminal OADM ( módulo de caída/paso) toma un canal del troncal y lo dirige al puerto local. Los canales restantes pasan directamente a otros nodos de la red.

El módulo de multiplexación OADM de un solo canal (módulo de eliminación/adición) tiene dos interfaces locales. El primero toma un canal del troncal y lo dirige al puerto local, el segundo agrega este canal nuevamente al troncal en la dirección opuesta. Un módulo de este tipo es necesario al construir una red con topología en "anillo".

Los módulos OADM se pueden suministrar en las siguientes versiones:
Montaje en rack 19” 1RU
En caja de plástico (para montaje en pared o en funda)
Conectores: LC, SC, etc.

Los principales sistemas de multiplexación por división de longitud de onda son:

- WDM (multiplexación por división de longitud de onda)

- CWDM (Multiplexación por división de longitud de onda gruesa)

Entonces, ¿qué es WDM?

Tecnología para sumar señales ópticas con diferentes longitudes de onda, transmitidas simultáneamente a lo largo de una fibra, 2 o más señales separadas en el extremo opuesto por longitud de onda. Los más típicos (WDM de 2 canales) combinan longitudes de onda de 1310 nm y 1550 nm en una sola fibra.

Se puede utilizar WDM de dos canales (y de tres canales) para agregar rápida y fácilmente una longitud de onda adicional (o dos adicionales). Es muy fácil de instalar y conectar y muy económico. En la mayoría de los casos, WDM es la solución más rentable para la escasez de cables, ya que proporciona una ganancia de fibra de 2 a 1 o 3 a 1 al combinar las longitudes de onda de 1310 nm, 1550 nm y 1490 nm en una sola fibra.

En los casos en los que se requieren más canales para ampliar la infraestructura de fibra óptica existente, CWDM proporciona una solución eficaz para tramos ópticos cortos (hasta 80 km). CWDM puede agregar fácil y rápidamente hasta 18 longitudes de onda adicionales en frecuencias estandarizadas por la UIT. Es ideal para redes de tamaño moderado con dimensiones de sección transversal de hasta 100 km. Dado que el espaciado de longitudes de onda es de 20 nm, se pueden utilizar láseres menos costosos, lo que resulta en un costo muy bajo. Los sistemas CWDM, aunque son multicanal, no tienen ningún mecanismo de amplificación óptica y las limitaciones de alcance están determinadas por el canal con máxima atenuación. Además, los canales de la región de 1360 nm a 1440 nm pueden experimentar la mayor atenuación (1 a 2 dB/km) debido al pico de agua en esta región para algunos tipos de cable óptico.

Cuando se requiere transmisión de alta capacidad o larga distancia, existen soluciones DWDM es el método preferido para aumentar la capacidad de la fibra. Con sus láseres de alta precisión optimizados para operar en la ventana de 1550 nm (para reducir las pérdidas), los sistemas DWDM son solución ideal para redes más exigentes. Los sistemas DWDM pueden utilizar EDFA para amplificar todas las longitudes de onda en la ventana DWDM y extender las longitudes de transmisión hasta 500 km.

Los sistemas DWDM suelen tener un rango limitado a 4 o 5 secciones de amplificación debido al ruido de las emisiones espontáneas amplificadas (ASE) en el EDFA. Hay herramientas de simulación disponibles para determinar exactamente cuántos EDFA se pueden instalar. En tramos largos (>120 km) la dispersión puede ser un problema, requiriendo la instalación de módulos de compensación de dispersión. La banda DWDM está limitada a longitudes de onda que van desde 1530 nm a 1565 nm por el rango de ganancia EDFA.

Tipos de soluciones:

1. Punto - punto.

Agregar un sistema espectral punto a punto a un sistema óptico es una solución simple y rentable al problema de la escasez de fibra.
Los sistemas con una topología similar son típicos para resolver problemas de transmisión simultánea de una gran cantidad de flujos de datos para aumentar la cantidad de servicios brindados (video, voz, etc.). En este caso se utilizan fibras de una red de transporte óptica ya existente. En este modo de operación, la información se transmite a través de canales entre dos puntos. Para transmitir datos con éxito a una distancia de hasta 50-80 km, se necesitan multiplexores/demultiplexores en aquellos nodos donde los flujos de información se combinarán y posteriormente se separarán.

Conexión de rama

Esta arquitectura implementa la transferencia de información de un nodo a otro con nodos intermedios a lo largo de este camino, donde los canales individuales pueden recibir entrada y salida utilizando módulos OADM. El número máximo de ramas está determinado por el número de canales de transmisión dúplex (por ejemplo, 4 o y el presupuesto óptico de la línea. Al calcular, debe recordar que cada módulo OADM introduce atenuación, como resultado de lo cual la longitud total La longitud del camino se reduce correspondientemente y se puede extraer un canal óptico en cualquier punto del camino.

En este caso, los módulos OADM (doble canal) se instalan entre dos multiplexores/demultiplexores.
En este caso, cada módulo OADM de dos canales debe estar equipado con dos transceptores SFP.

Punto con ramas.

La diferencia fundamental con la primera opción es la ausencia de un segundo multiplexor/demultiplexor. Así, el intercambio de señales se produce entre el centro de comunicaciones central y los equipos finales en diferentes tramos de la línea. Esta arquitectura parece prometedora desde el punto de vista económico, porque de hecho, permite eliminar el switch de capa de agregación de la red con un importante ahorro en fibra. En este caso, la distancia desde el módulo OADM (un solo canal) hasta la ubicación del equipo final (conmutador, enrutador, convertidor de medios) está limitada únicamente por la potencia de la señal en la línea y las pérdidas de inserción del equipo de multiplexación.

Ventajas
Ahorro de fibra óptica: el sistema de multiplexación de espectro le permite transmitir hasta 8 canales a través de una fibra con un rendimiento de hasta 2,5 Gb/s por canal
Independencia del suministro de energía: solo se requiere energía para el equipo activo
No hay problemas con fallas, reinicios, etc.
No es necesario organizar el acceso permanente a las ubicaciones de los elementos del sistema: existen módulos OADM diseñados para su colocación en acoplamientos ópticos.
Nivel reducido de influencia del "factor humano": ausencia de componentes activos que requieran configuración, gestión, etc.
Reducción significativa del coste de propiedad: menores costes operativos
Costo relativamente bajo, posibilidad de eliminar equipos a nivel de agregación.
El rango operativo máximo es de 80 kilómetros o más.
Independencia de los protocolos del cliente: transmisión de hasta 18 servicios independientes a través de dos pares de fibras ópticas; Transparencia para todos los protocolos de transferencia de datos.
Disponibilidad varios tipos Equipos para instalación en diversas condiciones: en rack, en acoplamiento, en pared.

Seguramente todo el mundo ha oído hablar de la transmisión de información a través de redes de fibra óptica, y además que este método proporciona las velocidades más altas hasta la fecha. Es esto último lo que constituye una buena razón para el desarrollo de tecnologías de transmisión de datos a través de fibra óptica. Hoy en día, el rendimiento puede alcanzar el orden de los terabits (1.000 gigabits) por segundo.

En comparación con otros métodos de transmisión de información, el orden de magnitud TB/s es simplemente inalcanzable. Otra ventaja de estas tecnologías es la fiabilidad de la transmisión. La transmisión por fibra óptica no tiene las desventajas de la transmisión de señales eléctricas o de radio. No hay interferencias que puedan dañar la señal y no es necesario licenciar el uso de la radiofrecuencia. Sin embargo, no mucha gente imagina cómo se transfiere la información a través de fibra óptica en general y, más aún, no está familiarizada con implementaciones específicas de tecnologías. En este artículo veremos uno de ellos: la tecnología DWDM (multiplexación por división de longitud de onda densa).

Primero, veamos cómo se transmite la información a través de fibra óptica en general. Una fibra óptica es una guía de ondas que transporta ondas electromagnéticas con una longitud de onda del orden de mil nanómetros (10-9 m). Se trata de una región de radiación infrarroja que no es visible para el ojo humano. Y la idea principal es que con una cierta selección del material de la fibra y su diámetro, surge una situación en la que para algunas longitudes de onda este medio se vuelve casi transparente e incluso cuando toca el límite entre la fibra y el ambiente externo, la mayor parte de la energía es reflejado nuevamente en la fibra. Esto asegura que la radiación pase a través de la fibra sin mucha pérdida, y la tarea principal es recibir esta radiación en el otro extremo de la fibra. Por supuesto, tras una descripción tan breve se esconde el enorme y difícil trabajo de muchas personas. No crea que dicho material es fácil de crear o que este efecto es obvio. Al contrario, debería considerarse un gran descubrimiento, ya que ahora proporciona una mejor forma de transmitir información. Debe comprender que el material de la guía de ondas es un desarrollo único y que la calidad de la transmisión de datos y el nivel de interferencia dependen de sus propiedades; El aislamiento de la guía de ondas está diseñado para garantizar que la salida de energía hacia el exterior sea mínima. Hablando específicamente de una tecnología llamada "multiplexación", esto significa que se transmiten múltiples longitudes de onda al mismo tiempo. No interactúan entre sí y, al recibir o transmitir información, los efectos de interferencia (superposición de una onda sobre otra) son insignificantes, ya que se manifiestan con mayor fuerza en múltiples longitudes de onda. Aquí mismo estamos hablando acerca de sobre el uso de frecuencias cercanas (la frecuencia es inversamente proporcional a la longitud de onda, por lo que no importa de qué hables). Un dispositivo llamado multiplexor es un dispositivo para codificar o decodificar información en formas de onda y viceversa. Después de esta breve introducción, pasemos a una descripción específica de la tecnología DWDM.

Las principales características de los multiplexores DWDM, que los distinguen de los simplexores WDM:

uso de una sola ventana de transparencia de 1550 nm, dentro de la región de amplificación EDFA de 1530-1560 nm (EDFA - sistema de amplificación óptica);
distancias cortas entre canales multiplex: 3,2/1,6/0,8 o 0,4 nm.

Como referencia, digamos que la longitud de onda de la luz visible es de 400 a 800 nm. Además, dado que el nombre mismo habla de una transmisión densa de canales, el número de canales es mayor que en los esquemas WDM convencionales y alcanza varias docenas. Debido a esto, existe la necesidad de crear dispositivos que sean capaces de agregar un canal o eliminarlo, a diferencia de los esquemas convencionales donde todos los canales se codifican o decodifican a la vez. El concepto de enrutamiento pasivo de longitud de onda está asociado con estos dispositivos, que operan en un canal entre muchos. También está claro que trabajar con una gran cantidad de canales requiere una mayor precisión de los dispositivos de codificación y decodificación de señales y exige mayores exigencias en la calidad de la línea. De ahí el evidente aumento en el coste de los dispositivos, al mismo tiempo que se reduce el precio de transmisión de una unidad de información debido a que ahora se puede transmitir en un volumen mayor.

Así funciona un demultiplexor con espejo (esquema de la Fig. 1a). La señal multiplex entrante llega al puerto de entrada. Esta señal luego pasa a través de la placa de guía de ondas y se distribuye sobre muchas guías de ondas, que son una estructura de difracción AWG (rejilla de guía de ondas matriz). Como antes, la señal en cada una de las guías de ondas permanece multiplexada y cada canal permanece representado en todas las guías de ondas, es decir, hasta ahora sólo se ha producido la paralelización. A continuación, las señales se reflejan desde la superficie del espejo y, como resultado, los flujos de luz se recogen nuevamente en la placa guía de ondas, donde se enfocan y se interfieren. Esto conduce a la formación de un patrón de interferencia con máximos separados espacialmente y, normalmente, la geometría de la placa y el espejo se calcula de modo que estos máximos coincidan con los polos de salida. La multiplexación se produce a la inversa.

Otro método para construir un multiplexor se basa no en una, sino en un par de placas de guía de ondas (Fig. 1b). El principio de funcionamiento de dicho dispositivo es similar al caso anterior, excepto que aquí se utiliza una placa adicional para enfocar e interferencia.

Los multiplexores DWDM, al ser dispositivos puramente pasivos, introducen una gran atenuación en la señal. Por ejemplo, las pérdidas para un dispositivo (ver Fig. 1a) que funciona en modo demultiplexación son de 10 a 12 dB, con interferencias de diafonía de largo alcance inferiores a –20 dB y la mitad del ancho del espectro de la señal es de 1 nm (según los materiales). de Oki Industria Eléctrica). Debido a las grandes pérdidas, a menudo es necesario instalar un amplificador óptico antes y/o después del multiplexor DWDM.

El parámetro más importante en la tecnología de multiplexación de onda densa es sin duda la distancia entre canales adyacentes. La estandarización de la disposición espacial de los canales es necesaria aunque sólo sea porque a partir de ella será posible comenzar a realizar pruebas de compatibilidad mutua de equipos de diferentes fabricantes. El sector de normalización de las telecomunicaciones de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT-T) ha aprobado un plan de frecuencias DWDM con una separación entre canales de 100 GHz, lo que corresponde a una diferencia de longitud de onda de 0,8 nm. También se está discutiendo la cuestión de la transmisión de información con una diferencia de longitudes de onda de 0,4 nm. Parecería que la diferencia se puede reducir aún más, logrando así un mayor rendimiento, pero en este caso surgen dificultades puramente tecnológicas asociadas a la fabricación de láseres que generan una señal estrictamente monocromática (frecuencia constante sin interferencias) y rejillas de difracción que separan los máximos. en el espacio, correspondientes a diferentes longitudes de onda. Cuando se utiliza una separación de 100 GHz, todos los canales llenan uniformemente la banda utilizable, lo cual resulta conveniente a la hora de configurar y reconfigurar el equipo. La elección del intervalo de separación está determinada por el ancho de banda requerido, el tipo de láser y el grado de interferencia en la línea. Sin embargo, hay que tener en cuenta que cuando se opera incluso en un rango tan estrecho (1530-1560 nm), la influencia de la interferencia no lineal en los límites de esta región es muy significativa. Esto explica el hecho de que a medida que aumenta el número de canales, es necesario aumentar la potencia del láser, pero esto, a su vez, conduce a una disminución de la relación señal-ruido. Como resultado, el uso de un sello más rígido aún no está estandarizado y está en desarrollo. Otra desventaja obvia de aumentar la densidad es la reducción en la distancia a la que se puede transmitir la señal sin amplificación o regeneración (esto se discutirá con más detalle a continuación).

Tenga en cuenta que el problema de no linealidad mencionado anteriormente es inherente a los sistemas de amplificación basados en silicio. Actualmente se están desarrollando sistemas de flúor-circonato más fiables que proporcionan una mayor linealidad (en toda la región de 1530-1560 nm) de la ganancia. A medida que aumenta el área operativa de EDFA, es posible multiplexar 40 canales STM-64 a intervalos de 100 GHz con una capacidad total de 400 GHz por fibra (Fig. 2).

La tabla muestra especificaciones uno de los potentes sistemas multiplex que utiliza el plan de frecuencia 100/50 GHz, fabricado por Ciena Corp.

Echemos un vistazo más de cerca al sistema de amplificación óptica. ¿Cuál es el problema? Inicialmente, la señal es generada por un láser y enviada a la fibra. Se propaga a lo largo de la fibra y sufre cambios. El principal cambio a abordar es la dispersión de la señal (dispersión). Está asociado con efectos no lineales que surgen cuando un paquete de ondas pasa a través de un medio y obviamente se explica por la resistencia del medio. Esto plantea el problema de la transmisión a larga distancia. Grande, en el sentido de cientos o incluso miles de kilómetros. Esto es 12 órdenes de magnitud más largo que la longitud de onda, por lo que no es sorprendente que incluso si los efectos no lineales son pequeños, en total a esa distancia deben tenerse en cuenta. Además, puede haber no linealidad en el propio láser. Hay dos formas de lograr una transmisión de señal confiable. La primera es la instalación de regeneradores que recibirán una señal, la decodificarán, generarán una nueva señal, completamente idéntica a la que llegó, y la enviarán más lejos. Este método es eficaz, pero este tipo de dispositivos son bastante caros, y aumentar su capacidad o añadir nuevos canales que deben gestionar implica dificultades a la hora de reconfigurar el sistema. El segundo método es simplemente la amplificación óptica de la señal, completamente similar a la amplificación del sonido en un centro de música. Esta amplificación se basa en la tecnología EDFA. La señal no se decodifica, solo se aumenta su amplitud. Esto le permite deshacerse de las pérdidas de velocidad en los nodos de amplificación y también elimina el problema de agregar nuevos canales, ya que el amplificador amplifica todo en un rango determinado.

Según EDFA, la pérdida de potencia de la línea se soluciona mediante amplificación óptica (Fig. 3). A diferencia de los regeneradores, esta ganancia transparente no está ligada a la velocidad de bits de la señal, lo que permite que la información se transmita a velocidades más altas y aumente el rendimiento hasta que entren en juego otros factores limitantes, como la dispersión cromática y la dispersión del modo de polarización. Los amplificadores EDFA también son capaces de amplificar una señal WDM multicanal, añadiendo otra dimensión al ancho de banda.

Aunque la señal óptica generada por el transmisor láser original tiene una polarización bien definida, todos los demás nodos a lo largo del camino de la señal óptica, incluido el receptor óptico, deberían mostrar una débil dependencia de sus parámetros de la dirección de polarización. En este sentido, los amplificadores ópticos EDFA, caracterizados por una débil dependencia de la polarización de la ganancia, tienen una ventaja notable sobre los amplificadores semiconductores. En la Fig. La Figura 3 muestra los diagramas de funcionamiento de ambos métodos.

A diferencia de los regeneradores, los amplificadores ópticos introducen un ruido adicional que debe tenerse en cuenta. Por lo tanto, junto con la ganancia, uno de los parámetros importantes de EDFA es la figura de ruido. La tecnología EDFA es más barata, por lo que se utiliza con mayor frecuencia en la práctica real.

Dado que EDFA, al menos en términos de precio, parece más atractivo, consideremos las principales características de este sistema. Este es el poder de saturación que caracteriza potencia de salida amplificador (puede alcanzar e incluso superar los 4 W); ganancia, definida como la relación entre las potencias de las señales de entrada y salida; el poder de la emisión espontánea amplificada determina nivel de ruido, que crea el propio amplificador. Aquí conviene dar un ejemplo de un centro de música, donde se pueden rastrear analogías en todos estos parámetros. El tercero (el nivel de ruido) es especialmente importante y es deseable que sea lo más bajo posible. Usando una analogía, podrías intentar incluir Centro musical, sin iniciar ningún disco, pero al mismo tiempo gira el mando de volumen al máximo. En la mayoría de los casos escuchará algo de ruido. Este ruido lo crean los sistemas de amplificación simplemente porque están encendidos. De manera similar, en nuestro caso, se produce una emisión espontánea, pero dado que el amplificador está diseñado para emitir ondas en un cierto rango, será más probable que se emitan fotones de este rango particular en la línea. Esto creará (en nuestro caso) un ligero ruido. Esto impone una limitación en la longitud máxima de la línea y en el número de amplificadores ópticos que contiene. La ganancia generalmente se selecciona para restaurar el nivel de señal original. En la Fig. La Figura 4 muestra los espectros comparativos de la señal de salida en presencia y ausencia de señal en la entrada.

Otro parámetro que es conveniente utilizar al caracterizar un amplificador es el factor de ruido: es la relación entre los parámetros señal-ruido en la entrada y salida del amplificador. En un amplificador ideal, este parámetro debería ser igual a la unidad.

Hay tres aplicaciones para los amplificadores EDFA: preamplificadores, amplificadores de línea y amplificadores de potencia. Los primeros se instalan directamente delante del receptor. Esto se hace para aumentar la relación señal-ruido, lo que permite el uso de receptores más simples y puede reducir el precio del equipo. Los amplificadores lineales están destinados a amplificar simplemente la señal en líneas largas o en el caso de ramificaciones de dichas líneas. Los amplificadores de potencia se utilizan para amplificar la señal de salida directamente después del láser. Esto se debe al hecho de que la potencia del láser también es limitada y, a veces, es más fácil simplemente instalar un amplificador óptico que instalar un láser más potente. En la Fig. La Figura 5 muestra esquemáticamente las tres formas de utilizar EDFA.

Además de la amplificación óptica directa descrita anteriormente, actualmente se está preparando para ingresar al mercado un dispositivo de amplificación que utiliza el efecto de amplificación Raman y desarrollado en Bell Labs. La esencia del efecto es que un rayo láser de una determinada longitud de onda se envía desde el punto de recepción hacia la señal, que oscila la red cristalina de la guía de ondas de tal manera que comienza a emitir fotones en una amplia gama de frecuencias. Por lo tanto, el nivel general de la señal útil aumenta, lo que permite aumentar ligeramente la distancia máxima. Hoy en día, esta distancia es de 160 a 180 km, en comparación con los 70 a 80 km sin la mejora Raman. Estos dispositivos, fabricados por Lucent Technologies, llegarán al mercado a principios de 2001.

Lo que se describió anteriormente es tecnología. Ahora unas palabras sobre las implementaciones que ya existen y se utilizan activamente en la práctica. En primer lugar, observamos que el uso de redes de fibra óptica no es solo Internet y, quizás, no tanto Internet. Las redes de fibra óptica pueden transportar canales de voz y televisión. En segundo lugar, digamos que hay varios diferentes tipos redes. Nos interesan las redes troncales de larga distancia, así como las redes localizadas, por ejemplo dentro de una ciudad (las llamadas soluciones de metro). Al mismo tiempo, para los canales de comunicación troncales, donde la regla "cuanto más gruesa sea la tubería, mejor" funciona perfectamente, la tecnología DWDM es la solución óptima y razonable. Una situación diferente surge en las redes urbanas, en las que las demandas de transmisión de tráfico no son tan grandes como las de los canales troncales. Aquí, los operadores utilizan el viejo transporte basado en SDH/SONET que opera en el rango de longitud de onda de 1310 nm. En este caso, para solucionar el problema del ancho de banda insuficiente, que, por cierto, todavía no es muy grave para las redes urbanas, se puede utilizar la nueva tecnología SWDM, que es una especie de compromiso entre SDH/SONET y DWDM (leer más sobre la tecnología SWDM en nuestro CD-ROM). Con esta tecnología, los mismos nodos de anillo de fibra admiten tanto la transmisión de datos de un solo canal a 1310 nm como la multiplexación por división de longitud de onda a 1550 nm. El ahorro se consigue “encendiendo” una longitud de onda adicional, lo que requiere añadir un módulo al dispositivo correspondiente.

DWDM y tráfico

Uno de puntos importantes Cuando se utiliza la tecnología DWDM, este es el tráfico transmitido. El hecho es que la mayoría de los equipos que existen actualmente admiten la transmisión de un solo tipo de tráfico en una longitud de onda. Como resultado, a menudo surge una situación en la que el tráfico no llena completamente la fibra. Por lo tanto, se transmite un tráfico menos "denso" a través de un canal con un rendimiento formal equivalente, por ejemplo, a STM-16.

Actualmente están apareciendo equipos que realizan la carga completa de longitudes de onda. En este caso, una longitud de onda se puede "llenar" con tráfico heterogéneo, por ejemplo, TDM, ATM, IP. Un ejemplo es la familia de equipos Chromatis de Lucent Technologies, que puede transmitir todo tipo de tráfico soportado por interfaces de E/S en una única longitud de onda. Esto se logra mediante el conmutador cruzado TDM y el conmutador ATM integrados. Además, el cambio de cajero automático adicional no determina el precio. En otras palabras, se consigue una funcionalidad adicional del equipo casi al mismo coste. Esto nos permite predecir que el futuro pasa por dispositivos universales capaces de transmitir cualquier tráfico con un uso óptimo del ancho de banda.

DWDM mañana

Pasando sin problemas a las tendencias de desarrollo de esta tecnología, ciertamente no descubriremos Estados Unidos si decimos que DWDM es la tecnología de transmisión óptica de datos más prometedora. Esto se debe en gran medida al rápido crecimiento del tráfico de Internet, cuyas tasas de crecimiento se acercan al miles por ciento. Los principales puntos de partida en el desarrollo serán un aumento en la longitud máxima de transmisión sin amplificación de señal óptica y la implementación de una mayor cantidad de canales (longitudes de onda) en una fibra. Los sistemas actuales proporcionan transmisión de 40 longitudes de onda, correspondientes a una red de frecuencia de 100 gigahercios. Los siguientes en ingresar al mercado son los dispositivos con una red de 50 GHz que admite hasta 80 canales, lo que corresponde a la transmisión de flujos de terabits a través de una sola fibra. Y hoy ya se pueden escuchar declaraciones de laboratorios de empresas desarrolladoras como Lucent Technologies o Nortel Networks sobre la inminente creación de sistemas de 25 GHz.

Sin embargo, a pesar del rápido desarrollo de la ingeniería y la investigación, los indicadores del mercado hacen sus propios ajustes. El año pasado estuvo marcado por una grave caída en el mercado óptico, como lo demuestra la importante caída del precio de las acciones de Nortel Networks (29% en un día de negociación) después de que anunciara dificultades para vender sus productos. Otros fabricantes se encontraron en una situación similar.

Al mismo tiempo, mientras los mercados occidentales están experimentando cierta saturación, los mercados orientales apenas están comenzando a desarrollarse. El ejemplo más sorprendente es el mercado chino, donde una docena de operadores a escala nacional compiten por construir redes troncales. Y si "ellos" prácticamente han resuelto los problemas de la construcción de redes troncales, entonces en nuestro país, por triste que sea, simplemente no hay necesidad de canales gruesos para transmitir nuestro propio tráfico. Sin embargo, la exposición “Departamental y redes corporativas Communications" reveló el enorme interés de los operadores de telecomunicaciones nacionales por las nuevas tecnologías, incluido DWDM. Y si monstruos como Transtelecom o Rostelecom ya tienen redes de transporte a escala estatal, entonces el actual sector energético apenas está comenzando a construirlas. Entonces, a pesar de todos los problemas, la óptica es el futuro. Y DWDM jugará un papel importante aquí.

ComputadoraPrensa 1"2001

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