Tendances de développement de la technologie DWDM des équipements. Équipements russes DWDM et CWDM. Principe de fonctionnement des systèmes de multiplexage par répartition en longueur d'onde
Le principe de base de la technologie WDM (multiplexage par répartition en longueur d'onde, division en fréquence des canaux) est la capacité de transmettre plusieurs signaux à différentes longueurs d'onde porteuses dans une seule fibre optique. Dans les télécommunications russes, les systèmes de transmission créés à l'aide de la technologie WDM sont appelés « systèmes de compression ». 
Sur ce moment Il existe trois types de systèmes WDM :
1. CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing - division grossière en fréquence des canaux) - systèmes avec un espacement des porteuses optiques de 20 nm (2 500 GHz). La plage de fonctionnement est de 1 261 à 1 611 nm, dans laquelle jusqu'à 18 canaux simplex peuvent être implémentés. Norme UIT G.694.2.
2. DWDM (Multiplexage par répartition en longueur d'onde dense - division dense en fréquence des canaux) - systèmes avec un espacement des porteuses optiques de 0,8 nm (100 GHz). Il existe deux plages de fonctionnement : 1 525-1 565 nm et 1 570-1 610 nm, dans lesquelles jusqu'à 44 canaux simplex peuvent être implémentés. Norme UIT G.694.1.
3. HDWDM (Multiplexage par répartition en longueur d'onde haute densité) - systèmes avec un espacement des porteuses optiques de 0,4 nm (50 GHz) ou moins. Il est possible de mettre en œuvre jusqu'à 80 canaux simplex.
Cet article (revue) se concentre sur le problème de la surveillance dans les systèmes de compactage DWDM, plus en détail sur divers types Les systèmes WDM peuvent être trouvés sur le lien - lien.
Les systèmes de multiplexage par répartition en longueur d'onde DWDM peuvent utiliser l'une des deux plages de longueurs d'onde porteuses : bande C - 1 525-1 565 nm (une bande conventionnelle ou bande C peut également être trouvée) et bande L - 1 570-1 610 nm (bande de longueur d'onde longue ou L). -groupe).
La division en deux plages se justifie par l'utilisation d'amplificateurs optiques différents avec des plages de gain de fonctionnement différentes. La bande passante de gain pour une configuration d'amplificateur traditionnelle est d'environ 30 nm, 1 530-1 560 nm, ce qui correspond à la bande C. Pour l'amplification dans la plage de longueurs d'onde longues (bande L), la configuration de l'amplificateur d'erbium est modifiée en allongeant la fibre d'erbium, ce qui entraîne un déplacement de la plage d'amplification vers des longueurs d'onde de 1 560 à 1 600 nm.
À l'heure actuelle, les équipements DWDM en bande C jouissent d'une grande reconnaissance dans les télécommunications russes. Cela est dû à l’abondance de divers équipements prenant en charge cette gamme. Il convient de noter que les fabricants d'équipements comprennent à la fois de vénérables entreprises nationales et de grandes marques mondiales, ainsi que de nombreux fabricants asiatiques anonymes.
Le principal problème dans n’importe quelle partie du système de compactage (quel que soit le type) est le niveau de puissance dans le canal optique. Tout d’abord, vous devez comprendre en quoi consiste généralement un système d’étanchéité DWDM.
Composants du système DWDM :
1) Transpondeur
2) Multiplexeur/démultiplexeur
3) Amplificateur optique
4) Compensateur de dispersion chromatique
Le transpondeur effectue une régénération 3R (« remodelage, « réamplification », « resynchronisation » - restauration de la forme, de la puissance et de la synchronisation du signal) du signal optique client entrant. Le transpondeur peut également convertir le trafic client d'un protocole de transmission (souvent Ethernet) à un autre, plus résistant au bruit (par exemple OTN utilisant FEC) et transmettre le signal au port linéaire.
En plus systèmes simples un convertisseur OEO peut agir comme un transpondeur, qui effectue une régénération 2R (« remodelage », « réamplification ») et transmet le signal client au port linéaire sans changer le protocole de transmission.
Le port client se présente souvent sous la forme d'un emplacement pour émetteurs-récepteurs optiques, dans lequel un module est inséré pour la communication avec l'équipement client. Le port de ligne dans le transpondeur peut être réalisé sous la forme d'un emplacement pour un émetteur-récepteur optique ou sous la forme d'un simple adaptateur optique. La conception du port linéaire dépend de la conception et de l’objectif du système dans son ensemble. Dans un convertisseur OEO, le port ligne est toujours conçu comme un emplacement pour un émetteur-récepteur optique.
Dans de nombreux systèmes, le lien intermédiaire, le transpondeur, est éliminé afin de réduire le coût du système ou en raison d'une redondance fonctionnelle dans une tâche particulière.
Les multiplexeurs optiques sont conçus pour combiner (mélanger) des canaux WDM individuels en un signal de groupe pour leur transmission simultanée sur une fibre optique. Les démultiplexeurs optiques sont conçus pour séparer le signal en bande de base reçu à l'extrémité de réception. DANS systèmes modernes les fonctions de compactage, de multiplexage et de démultiplexage sont assurées par un seul appareil : un multiplexeur/démultiplexeur (MUX/DEMUX).
Un multiplexeur/démultiplexeur peut être divisé en une unité de multiplexage et une unité de démultiplexage.
Un amplificateur optique à base de fibre optique d'impuretés dopée à l'erbium (Erbium Doped Fiber Amplifier-EDFA) augmente la puissance du signal optique de groupe qu'il contient (sans démultiplexage préalable) sans conversion optoélectronique. L'amplificateur EDFA est constitué de deux éléments actifs : une fibre active dopée Er3+ et une pompe adaptée.
Selon le type, l'EDFA peut fournir une puissance de sortie de +16 à +26 dBm.
Il existe plusieurs types d'amplificateurs dont l'utilisation est déterminée par la tâche spécifique :
Amplificateurs de puissance optique d'entrée (boosters) - installés au début du parcours
Préamplificateurs optiques - installés en fin de parcours devant les récepteurs optiques
Amplificateurs optiques linéaires - installés aux nœuds d'amplification intermédiaires pour maintenir la puissance optique requise
Les amplificateurs optiques sont largement utilisés sur les longues lignes de transmission de données avec les systèmes de multiplexage par répartition en longueur d'onde DWDM.
Le compensateur de dispersion chromatique (Dispersion Compensation Module) est conçu pour corriger la forme des signaux optiques transmis dans la fibre optique, qui, à leur tour, sont déformés sous l'influence de la dispersion chromatique.
La dispersion chromatique est un phénomène physique dans la fibre optique dans lequel des signaux lumineux de différentes longueurs d'onde parcourent la même distance sur différentes périodes de temps, ce qui entraîne un élargissement de l'impulsion optique transmise. Ainsi, la dispersion chromatique est l'un des principaux facteurs limitant la longueur de la section relais du trajet. La fibre standard a une valeur de dispersion chromatique d'environ 17 ps/nm.
Pour augmenter la longueur de la section relais, des compensateurs de dispersion chromatique sont installés sur la ligne de transmission. L'installation de compensateurs nécessite souvent une ligne de transmission avec un débit de 10 Gbit/s ou plus.
Il existe deux principaux types de DCM :
1. Fibre de compensation de dispersion chromatique - DCF (Dispersion Compensation Fiber). Le composant principal de ces dispositifs passifs est une fibre avec une valeur de dispersion chromatique négative dans la plage de longueurs d'onde 1 525-1 565 nm.
2. Compensateur de dispersion chromatique basé sur un réseau de Bragg - DCM FBG (Dispersion Compensation Module Fiber Bragg Grating). Passif dispositif optique, constitué d'une fibre gazouillée et d'un circulateur optique. En raison de sa structure, la fibre gazouillée crée une dispersion chromatique conditionnellement négative des signaux entrants dans la plage de longueurs d'onde de 1 525 à 1 600 nm. Le circulateur optique de l'appareil agit comme un dispositif de filtrage qui dirige les signaux vers les broches appropriées.
Ainsi, le circuit standard se compose de seulement deux types de composants actifs - un transpondeur et un amplificateur, avec lesquels vous pouvez surveiller le niveau de puissance actuel des signaux transmis. Les transpondeurs mettent en œuvre la fonction de surveillance de l'état des ports linéaires, soit sur la base de la fonction DDMI intégrée aux émetteurs-récepteurs optiques, soit avec l'organisation de leur propre surveillance. L'utilisation de cette fonction permet à l'opérateur de recevoir des informations à jour sur l'état d'un canal de communication spécifique.
Étant donné que les amplificateurs optiques sont des amplificateurs avec retour, ils ont toujours pour fonction de surveiller le signal de groupe d'entrée (la puissance optique totale de tous les signaux entrants) et le signal de groupe sortant. Mais cette surveillance est peu pratique dans le cas de surveillance de canaux de communication spécifiques et peut être utilisée à titre évaluatif (présence ou absence de lumière). Ainsi, le seul outil permettant de contrôler la puissance optique dans un canal de transmission de données est un transpondeur.
Et comme les systèmes de compactage sont constitués non seulement d'éléments actifs, mais également passifs, organiser une surveillance complète des systèmes de compactage est une tâche très simple et très demandée.
Les options d'organisation de la surveillance dans les systèmes de compactage WDM seront abordées dans le prochain article.
Le principe de base de la technologie WDM (multiplexage par répartition en longueur d'onde, division en fréquence des canaux) est la capacité de transmettre plusieurs signaux à différentes longueurs d'onde porteuses dans une seule fibre optique. Dans les télécommunications russes, les systèmes de transmission créés à l'aide de la technologie WDM sont appelés « systèmes de compression ».
Il existe actuellement trois types de systèmes WDM :
1. CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing - division grossière en fréquence des canaux) - systèmes avec un espacement des porteuses optiques de 20 nm (2 500 GHz). La plage de fonctionnement est de 1 261 à 1 611 nm, dans laquelle jusqu'à 18 canaux simplex peuvent être implémentés. Norme UIT G.694.2.
2. DWDM (Multiplexage par répartition en longueur d'onde dense - division dense en fréquence des canaux) - systèmes avec un espacement des porteuses optiques de 0,8 nm (100 GHz). Il existe deux plages de fonctionnement : 1 525-1 565 nm et 1 570-1 610 nm, dans lesquelles jusqu'à 44 canaux simplex peuvent être implémentés. Norme UIT G.694.1.
3. HDWDM (Multiplexage par répartition en longueur d'onde haute densité) - systèmes avec un espacement des porteuses optiques de 0,4 nm (50 GHz) ou moins. Il est possible de mettre en œuvre jusqu'à 80 canaux simplex.
Cet article (revue) s'intéresse au problème de la surveillance dans les systèmes de compactage DWDM ; plus de détails sur les différents types de systèmes WDM peuvent être trouvés sur le lien - lien.
Les systèmes de multiplexage par répartition en longueur d'onde DWDM peuvent utiliser l'une des deux plages de longueurs d'onde porteuses : bande C - 1 525-1 565 nm (une bande conventionnelle ou bande C peut également être trouvée) et bande L - 1 570-1 610 nm (bande de longueur d'onde longue ou L). -groupe).
La division en deux plages se justifie par l'utilisation d'amplificateurs optiques différents avec des plages de gain de fonctionnement différentes. La bande passante de gain pour une configuration d'amplificateur traditionnelle est d'environ 30 nm, 1 530-1 560 nm, ce qui correspond à la bande C. Pour l'amplification dans la plage de longueurs d'onde longues (bande L), la configuration de l'amplificateur d'erbium est modifiée en allongeant la fibre d'erbium, ce qui entraîne un déplacement de la plage d'amplification vers des longueurs d'onde de 1 560 à 1 600 nm.
À l'heure actuelle, les équipements DWDM en bande C jouissent d'une grande reconnaissance dans les télécommunications russes. Cela est dû à l’abondance de divers équipements prenant en charge cette gamme. Il convient de noter que les fabricants d'équipements comprennent à la fois de vénérables entreprises nationales et de grandes marques mondiales, ainsi que de nombreux fabricants asiatiques anonymes.
Le principal problème dans n’importe quelle partie du système de compactage (quel que soit le type) est le niveau de puissance dans le canal optique. Tout d’abord, vous devez comprendre en quoi consiste généralement un système d’étanchéité DWDM.
Composants du système DWDM :
1) Transpondeur
2) Multiplexeur/démultiplexeur
3) Amplificateur optique
4) Compensateur de dispersion chromatique
Le transpondeur effectue une régénération 3R (« remodelage, « réamplification », « resynchronisation » - restauration de la forme, de la puissance et de la synchronisation du signal) du signal optique client entrant. Le transpondeur peut également convertir le trafic client d'un protocole de transmission (souvent Ethernet) à un autre, plus résistant au bruit (par exemple OTN utilisant FEC) et transmettre le signal au port linéaire.
Dans des systèmes plus simples, un convertisseur OEO peut agir comme un transpondeur, qui effectue une régénération 2R (« remodelage », « réamplification ») et transmet le signal client au port linéaire sans changer le protocole de transmission.
Le port client se présente souvent sous la forme d'un emplacement pour émetteurs-récepteurs optiques, dans lequel un module est inséré pour la communication avec l'équipement client. Le port de ligne dans le transpondeur peut être réalisé sous la forme d'un emplacement pour un émetteur-récepteur optique ou sous la forme d'un simple adaptateur optique. La conception du port linéaire dépend de la conception et de l’objectif du système dans son ensemble. Dans un convertisseur OEO, le port ligne est toujours conçu comme un emplacement pour un émetteur-récepteur optique.
Dans de nombreux systèmes, le lien intermédiaire, le transpondeur, est éliminé afin de réduire le coût du système ou en raison d'une redondance fonctionnelle dans une tâche particulière.
Les multiplexeurs optiques sont conçus pour combiner (mélanger) des canaux WDM individuels en un signal de groupe pour leur transmission simultanée sur une fibre optique. Les démultiplexeurs optiques sont conçus pour séparer le signal en bande de base reçu à l'extrémité de réception. Dans les systèmes de compactage modernes, les fonctions de multiplexage et de démultiplexage sont assurées par un seul appareil : un multiplexeur/démultiplexeur (MUX/DEMUX).
Un multiplexeur/démultiplexeur peut être divisé en une unité de multiplexage et une unité de démultiplexage.
Un amplificateur optique à base de fibre optique d'impuretés dopée à l'erbium (Erbium Doped Fiber Amplifier-EDFA) augmente la puissance du signal optique de groupe qu'il contient (sans démultiplexage préalable) sans conversion optoélectronique. L'amplificateur EDFA est constitué de deux éléments actifs : une fibre active dopée Er3+ et une pompe adaptée.
Selon le type, l'EDFA peut fournir une puissance de sortie de +16 à +26 dBm.
Il existe plusieurs types d'amplificateurs dont l'utilisation est déterminée par la tâche spécifique :
Amplificateurs de puissance optique d'entrée (boosters) - installés au début du parcours
Préamplificateurs optiques - installés en fin de parcours devant les récepteurs optiques
Amplificateurs optiques linéaires - installés aux nœuds d'amplification intermédiaires pour maintenir la puissance optique requise
Les amplificateurs optiques sont largement utilisés sur les longues lignes de transmission de données avec les systèmes de multiplexage par répartition en longueur d'onde DWDM.
Le compensateur de dispersion chromatique (Dispersion Compensation Module) est conçu pour corriger la forme des signaux optiques transmis dans la fibre optique, qui, à leur tour, sont déformés sous l'influence de la dispersion chromatique.
La dispersion chromatique est un phénomène physique dans la fibre optique dans lequel des signaux lumineux de différentes longueurs d'onde parcourent la même distance sur différentes périodes de temps, ce qui entraîne un élargissement de l'impulsion optique transmise. Ainsi, la dispersion chromatique est l'un des principaux facteurs limitant la longueur de la section relais du trajet. La fibre standard a une valeur de dispersion chromatique d'environ 17 ps/nm.
Pour augmenter la longueur de la section relais, des compensateurs de dispersion chromatique sont installés sur la ligne de transmission. L'installation de compensateurs nécessite souvent une ligne de transmission avec un débit de 10 Gbit/s ou plus.
Il existe deux principaux types de DCM :
1. Fibre de compensation de dispersion chromatique - DCF (Dispersion Compensation Fiber). Le composant principal de ces dispositifs passifs est une fibre avec une valeur de dispersion chromatique négative dans la plage de longueurs d'onde 1 525-1 565 nm.
2. Compensateur de dispersion chromatique basé sur un réseau de Bragg - DCM FBG (Dispersion Compensation Module Fiber Bragg Grating). Un dispositif optique passif composé d'une fibre à modulation de fréquence et d'un circulateur optique. En raison de sa structure, la fibre gazouillée crée une dispersion chromatique conditionnellement négative des signaux entrants dans la plage de longueurs d'onde de 1 525 à 1 600 nm. Le circulateur optique de l'appareil agit comme un dispositif de filtrage qui dirige les signaux vers les broches appropriées.
Ainsi, le circuit standard se compose de seulement deux types de composants actifs - un transpondeur et un amplificateur, avec lesquels vous pouvez surveiller le niveau de puissance actuel des signaux transmis. Les transpondeurs mettent en œuvre la fonction de surveillance de l'état des ports linéaires, soit sur la base de la fonction DDMI intégrée aux émetteurs-récepteurs optiques, soit avec l'organisation de leur propre surveillance. L'utilisation de cette fonction permet à l'opérateur de recevoir des informations à jour sur l'état d'un canal de communication spécifique.
Étant donné que les amplificateurs optiques sont des amplificateurs à rétroaction, ils ont toujours pour fonction de surveiller le signal du groupe d'entrée (la puissance optique totale de tous les signaux entrants) et le signal du groupe sortant. Mais cette surveillance est peu pratique dans le cas de surveillance de canaux de communication spécifiques et peut être utilisée à titre évaluatif (présence ou absence de lumière). Ainsi, le seul outil permettant de contrôler la puissance optique dans un canal de transmission de données est un transpondeur.
Et comme les systèmes de compactage sont constitués non seulement d'éléments actifs, mais également passifs, organiser une surveillance complète des systèmes de compactage est une tâche très simple et très demandée.
Les options d'organisation de la surveillance dans les systèmes de compactage WDM seront abordées dans le prochain article.
Des questions se posent souvent sur la différence entre les technologies CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing) et DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing), outre le nombre différent de canaux. Les technologies sont similaires dans les principes d'organisation des canaux de communication et des canaux d'entrée-sortie, mais ont des degrés de précision technologique complètement différents, ce qui affecte considérablement les paramètres de la ligne et le coût des solutions.
Nombre de longueurs d'onde et de canaux CWDM et DWDM
La technologie de multiplexage par répartition en longueur d'onde CWDM implique l'utilisation de 18 longueurs d'onde 1), tandis que le multiplexage par répartition en longueur d'onde de précision DWDM peut utiliser 40 longueurs d'onde ou plus.
Grille de fréquences CWDM et DWDM
Les canaux de la technologie CWDM sont divisés par longueur d'onde, en DWDM - par fréquence 2). La longueur d'onde est calculée secondairement à partir du rapport de la vitesse de la lumière dans le vide à la fréquence. Pour le CWDM, une grille de longueurs d'onde avec un pas de 20 nm est utilisée ; pour les systèmes DWDM standard, les grilles de fréquence sont de 100 GHz et 50 GHz ; pour le DWDM haute densité, des grilles de 25 et 12,5 GHz sont utilisées.
Longueurs d'onde et fréquences CWDM et DWDM
La technologie CWDM utilise des longueurs d'onde comprises entre 1 270 et 1 610 nm. Compte tenu des tolérances et de la bande passante des filtres, la plage s'étend jusqu'à 1262,5 - 1617,5, soit 355 nm. nous obtenons 18 longueurs d'onde.
Pour le DWDM avec une grille de 100 GHz, les porteuses se situent dans la plage de 191,5 (1565,50 nm) THz à 196,1 THz (1528,77 nm), soit une plage de 4,6 THz ou 36,73 nm de large. Total 46 longueurs d'onde pour 23 canaux duplex.
Pour le DWDM avec une grille de 50 GHz, les fréquences des signaux sont comprises entre 192 THz (1 561,42 nm) et 196 THz (1 529,55 nm), soit 4 THz (31,87 nm). Il y a 80 longueurs d'onde ici.
Capacité d'amplification CWDM et DWDM
Les systèmes de multiplexage par répartition en longueur d'onde basés sur la technologie CWDM n'impliquent pas l'amplification d'un signal multi-composants. Cela est dû au manque d’amplificateurs optiques fonctionnant sur un spectre aussi large.
La technologie DWDM, au contraire, implique une amplification du signal. Le signal multi-composants peut être amplifié avec des amplificateurs à l'erbium standard (EDFA).
Plage de fonctionnement CWDM et DWDM
Les systèmes CWDM sont conçus pour fonctionner sur des lignes de longueur relativement courte, environ 50 à 80 kilomètres.
Les systèmes DWDM permettent la transmission de données sur des distances bien supérieures à 100 kilomètres. De plus, selon le type de modulation du signal, les canaux DWDM peuvent fonctionner sans régénération à une distance supérieure à 1 000 kilomètres.
Remarques
1) Début 2015, les fabricants de modules optiques, dont SKEO, ont introduit des modules CWDM SFP d'une longueur d'onde de 1625 nm. Cette longueur d'onde n'est pas spécifiée par l'UIT G.694.2, mais a trouvé une utilisation dans la pratique.
2) Les grilles de fréquences pour CWDM sont décrites dans la norme ITU G.694.2, pour DWDM - dans la norme G.694.1 (révision 2).
La fibre optique possède une bande passante énorme. Il y a encore vingt ans, les gens pensaient qu’ils n’en auraient guère besoin, ne serait-ce qu’un centième. Cependant, le temps passe et les besoins de transmission de gros volumes d’informations augmentent de plus en plus vite. Les technologies telles que ATM, IP, SDH (STM-16/64) dans un avenir proche pourraient ne pas être en mesure de faire face à la croissance « explosive » des informations transmises. Ils ont été remplacés par la technologie DWDM.
DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) est une technologie de multiplexage par répartition en longueur d'onde dense. L'essence de la technologie DWDM réside dans le fait que plusieurs canaux d'informations sont transmis sur une fibre optique à différentes longueurs d'onde, ce qui permet l'utilisation la plus efficace des capacités de la fibre. Cela vous permet de maximiser le débit des lignes à fibre optique sans poser de nouveaux câbles ni installer de nouveaux équipements. De plus, travailler avec plusieurs canaux dans une fibre est beaucoup plus pratique que travailler avec différentes fibres, puisqu'un seul multiplexeur DWDM est nécessaire pour gérer n'importe quel nombre de canaux.
Les systèmes DWDM reposent sur la capacité de la fibre optique à transmettre simultanément de la lumière de différentes longueurs d'onde sans interférence mutuelle. Chaque longueur d'onde représente un canal optique distinct. Expliquons d'abord la notion d'interférence.
L'interférence lumineuse est une redistribution de l'intensité lumineuse résultant de la superposition (superposition) de plusieurs ondes lumineuses cohérentes. Ce phénomène s'accompagne d'une alternance de maxima et de minima d'intensité dans l'espace.
Dans la définition de l’interférence, il y a un concept important de cohérence. Les ondes lumineuses sont cohérentes lorsque leur différence de phase est constante. Si les ondes se chevauchent en antiphase, l'amplitude de l'onde résultante est nulle. Sinon, si les ondes se chevauchent dans la même phase, alors l'amplitude de l'onde résultante sera plus grande.
A ce stade, il est important de comprendre que si deux ondes ont des fréquences différentes elles ne seront plus cohérentes. En conséquence, ils ne devraient pas s’influencer mutuellement. Sur cette base, il devient clair que nous pouvons transmettre simultanément des signaux modulés de différentes longueurs d'onde (fréquences) sur le même support et qu'ils n'auront aucune influence les uns sur les autres. Cette idée est à la base de la technologie DWDM. Aujourd'hui, la technologie DWDM permet de transmettre des canaux sur une seule fibre avec une différence de longueur d'onde entre canaux adjacents d'à peine une fraction de nanomètre. Équipement moderne DWDM prend en charge des dizaines de canaux, chacun avec une capacité de 2,5 Gbit/s.
Il semblerait que si des ondes de fréquences différentes ne se chevauchent pas, un nombre presque infini de canaux peuvent être introduits dans une fibre optique, car le spectre de la lumière est immense. En théorie, cela est vrai, mais en pratique, certains problèmes se posent. Dans un premier temps, nous avons considéré précédemment une onde strictement monochromatique (une seule fréquence). Atteindre une telle monochromaticité est très difficile, car les ondes lumineuses sont générées par des lasers, des composants électroniques soumis à des phénomènes tels que le bruit thermique. Lors de la génération d’une onde lumineuse, le laser déformera sans le savoir le signal de sortie, entraînant de légères variations de fréquence. Deuxièmement, une onde monochromatique a une largeur spectrale égale à zéro. Sur le graphique, il peut être représenté comme une seule harmonique. En réalité, le spectre du signal lumineux est différent de zéro. Ces problèmes méritent d’être gardés à l’esprit lorsque nous parlons des systèmes DWDM.
L'essence de la technologie de multiplexage spectral (optique) réside dans la capacité d'organiser plusieurs signaux clients distincts (SDH, Ethernet) sur une seule fibre optique. Pour chaque signal client individuel, la longueur d'onde doit être modifiée. Cette transformation effectuée sur un transpondeur DWDM. Le signal de sortie du transpondeur correspondra à un canal optique spécifique avec sa propre longueur d'onde. Ensuite, à l'aide d'un multiplexeur, les signaux sont mélangés et transmis à la ligne optique. Au point final, l'opération inverse se produit - à l'aide d'un démultiplexeur, les signaux sont séparés du signal de groupe, la longueur d'onde est remplacée par une longueur d'onde standard (sur le transpondeur) et transmise au client. De ce fait, le signal optique a tendance à s’estomper. Afin de l'amplifier, des amplificateurs sont utilisés sur la ligne optique.
Nous avons examiné le fonctionnement du système DWDM en termes généraux. Sera ensuite une description plus détaillée des composants du système DWDM.
Le transpondeur DWDM est un convertisseur de fréquence qui assure une interface entre l'équipement d'accès au terminal et la ligne DWDM. Initialement, le transpondeur était destiné à convertir un signal client (optique, électrique) en un signal optique d'une longueur d'onde de l'ordre de 1550 nm (typique des systèmes DWDM). Cependant, au fil du temps, la fonction de régénération du signal est apparue dans les transpondeurs. La régénération du signal a rapidement traversé trois étapes de développement : 1R, 2R, 3R.
- 1R – relais. Seule l'amplitude est restituée. Cela limitait la durée des premiers systèmes DWDM, car essentiellement les paramètres restants (phase, forme) n'étaient pas restaurés et le résultat était « déchets entrants, déchets sortants ».
- 2R – restauration de l'amplitude et de la durée du signal. Ces transpondeurs utilisaient un déclencheur Schmidt pour effacer le signal. N'a pas gagné beaucoup de popularité.
- 3R – restauration de l'amplitude du signal, de sa durée et de sa phase. Pleinement appareil numérique. Capable de reconnaître les octets de service du niveau de contrôle des réseaux SONET/SDH.
Un multiplexeur DWDM (multiplexeur-transpondeur) est un système qui multiplexe dans le temps un signal à faible vitesse en une porteuse à grande vitesse.
Un (dé)multiplexeur DWDM est un dispositif qui, à l'aide de diverses techniques de séparation d'ondes, combine plusieurs signaux optiques pour transmettre des signaux sur une fibre optique et sépare ces signaux après la transmission.
Souvent, vous souhaitez ajouter et extraire un seul canal d'un signal composite sans modifier toute la structure du signal. A cet effet, on utilise des multiplexeurs d'entrée/sortie de canaux OADM (Optical Add/Drop Multiplexer), qui effectuent cette opération sans convertir les signaux de tous les canaux sous forme électrique.
Les amplificateurs à fibre dopée à l'erbium (EDFA) ont révolutionné le secteur des télécommunications au cours des dernières années. Les amplificateurs EDFA fournissent une amplification directe des signaux optiques sans conversion en signaux électriques et vice versa, ont un faible niveau de bruit et leur plage de longueurs d'onde de fonctionnement correspond presque exactement à la fenêtre de transparence de la fibre optique à quartz. C'est grâce à l'avènement des amplificateurs présentant cette combinaison de qualités que les lignes et réseaux de communication basés sur les systèmes DWDM sont devenus économiques et attractifs.
Des atténuateurs sont souvent installés dans la ligne de communication après l'émetteur optique, ce qui leur permet de réduire leur puissance de sortie à un niveau correspondant aux capacités des multiplexeurs en aval et des amplificateurs EDFA.
La fibre optique et certains composants des systèmes DWDM présentent une dispersion chromatique. L'indice de réfraction de la fibre dépend de la longueur d'onde du signal, ce qui entraîne une dépendance de la vitesse de propagation du signal sur la longueur d'onde (dispersion du matériau). Même si l'indice de réfraction était indépendant de la longueur d'onde, les signaux de différentes longueurs d'onde se propageraient toujours avec à des vitesses différentes du fait des propriétés géométriques intrinsèques de la fibre (dispersion du guide d'onde). L’effet résultant de la dispersion du matériau et du guide d’ondes est appelé dispersion chromatique.
La dispersion chromatique provoque l'élargissement des impulsions optiques à mesure qu'elles se déplacent le long de la fibre. Si la ligne est longue, cela conduit au fait que les impulsions proches commencent à se chevaucher, ce qui aggrave le signal. Les dispositifs de compensation de dispersion DCD donnent au signal une dispersion de signe égal mais opposé et restaurent la forme d'impulsion d'origine.
Les systèmes DWDM ont de nombreuses topologies : en anneau, maillées, linéaires. Considérons la topologie en anneau la plus populaire aujourd'hui. La topologie en anneau garantit la capacité de survie du réseau DWDM grâce aux chemins redondants. Pour que toute connexion soit sécurisée, deux chemins sont établis entre ses points de terminaison : le principal et le de secours. Le multiplexeur de point final compare les deux signaux et sélectionne le signal meilleure qualité(ou signal par défaut).
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Récemment, les autoroutes modernes (modernes avec un « C » majuscule) ont cessé d'avoir suffisamment de capacités standard des systèmes de compactage, à la fois en termes de plage de fonctionnement et de nombre de canaux utilisés simultanément, et en général bande passante systèmes et options d’extension pour les systèmes d’étanchéité. En Ukraine, la technologie DWDM a commencé à entrer activement dans le domaine des réseaux, à la fois en tant que système fédérateur et en tant que système de densification local.
Il n'y a pas si longtemps, un de nos fournisseurs ukrainiens (ils nous ont demandé de ne pas pointer du doigt, sinon nous serions sévèrement grondés) a dû transférer plusieurs dizaines de « ZhE » sur 162 kilomètres (sur une fibre) avec la volonté d'ajouter plusieurs autres de ces mêmes dizaines de « ZhE » à ce système à l’avenir. . Il est clair que vous pouvez «graduer» en largeur et ne pas avoir peur que les lambdas se terminent soudainement, uniquement avec du DWDM (enfin, ou un câble très épais et très noir, et aussi très long et très multiconducteur). Et si l'on prend en compte la distance sur laquelle un grand nombre de paquets doivent être livrés en un seul saut (sans régénération « sur le terrain »), alors choisir DWDM est la seule décision correcte et correcte.
Afin de couvrir une distance aussi importante en un seul tronçon, il a été décidé de concevoir une ligne qui, en plus des multiplexeurs/émetteurs-récepteurs/commutateurs standards, comprend également des amplificateurs de puissance, des compensateurs de dispersion et des diviseurs rouge-bleu.
Calculs effectués lors de la conception du système :
Sensibilité de l'émetteur-récepteur à la dispersion (A-Gear SFP+ DWDM 80LC et A-Gear XFP DWDM 80LC) – 1 600 ps/nm ;
Chemin sur fibre G.652D, dispersion de fibre 17 ps/(nm*km) ;
L'indicateur de dispersion totale sur une piste de 162 km : 17 ps/(nm*km) * 162 km == 2754 ps/nm ;
Au-delà de la norme de dispersion : 2754 ps/nm – 1600 ps/nm == 1154 ps/nm – il a été décidé d'installer un compensateur de dispersion A-Gear DMC-FC120 (compense complètement la dispersion de 120 km de fibre, indicateur de dispersion totale : -2001 ps/nm à une longueur d'onde de 1545 nm, longueur des fibres dans le compensateur 12,3 km) ;
Budget de perte de ligne : (162 km + 12,3 km) * 0,3dBm/km == 52,29dBm ;
Budget optique des émetteurs-récepteurs (A-Gear SFP+ DWDM 80LC et A-Gear XFP DWDM 80LC) – 26 dBm ;
Dépassement de la norme d'atténuation : 52,29 dBm - 26 dBm == 26,29 dBm - il a été décidé d'installer l'amplificateur EDFA A-Gear BA4123 (sensibilité (-10) dBm, maximum puissance de sortie 23dBm) et préamplificateur A-Gear PA4325 (sensibilité (-30)dBm, puissance de sortie maximale (-5)dBm).
Le résultat fut un système vraiment fonctionnel, stable comme le monde lui-même, à longue portée - tous les oiseaux ne voleront pas, extensible et généralement le meilleur. Une photo de ce système est présentée ci-dessous, et encore plus bas, nous avons décidé d'écrire une brève revue des composants DWDM qui existent aujourd'hui, des méthodes pour les inclure, de la terminologie - nous avons essayé de couvrir tout ce qui est disponible sur DWDM.
La photo montre (de haut en bas) : un interrupteur avec émetteur-récepteur, deux amplificateurs de puissance (booster et préamplificateur), un multiplexeur DWDM, encore un interrupteur avec émetteur-récepteur et tout en bas (gris, presque invisible) – un compensateur de dispersion. Cet ensemble d'équipements est situé au point A et au point B (ils ont également demandé de ne pas nommer les points, menaçant le téléphone avec une épaisse ceinture militaire en cuir). Disposant d'un ensemble d'équipements relativement petit et peu coûteux, il est facile et simple de parcourir 162 kilomètres, ce qui a été réalisé.
Sur cette note optimiste, la partie introductive touche à sa fin et nous entamons une analyse méthodique de la technologie devenue le « principal fleuron » monde moderne ingénierie des réseaux.
1. Qu'est-ce que DWDM, les différences entre DWDM et CWDM.
Pour ceux pour qui le débit des systèmes CWDM n'est pas suffisant (180 Gbit/s est le maximum extrême), il existe deux options pour satisfaire « l'appétit du trafic » : augmenter le nombre de fibres (ce qui est généralement associé aux creuseurs, aux grimpeurs de poteaux) et le siècle dernier en général) ou utiliser une technologie de joints plus « avancée » – DWDM.
DWDM(Anglais : Dense Wavelength Division Multiplexing - multiplexage de longueur d'onde dense) est une technologie de compression des flux d'informations, dans laquelle chaque flux d'informations primaire est transmis par des faisceaux lumineux à différentes longueurs d'onde, et la ligne de communication optique contient un signal de groupe total formé par un multiplexeur de plusieurs flux d’informations.
Abstrus. Essayons de le comprendre. Par analogie avec le CWDM (pour les connaisseurs), le DWDM est le même système d'étanchéité, constitué physiquement de appareils générant un flux d'informations(convertisseurs de média, routeurs... enfin, vous savez) des émetteurs-récepteurs (émetteurs-récepteurs qui créent un flux d'informations à différentes longueurs d'onde de rayonnement IR invisible à l'œil), multiplexeurs(appareils qui créent/partagent groupe signal lumineux) et guide d'onde optique(câble de fibre optique). De plus, DWDM comprend un groupe de composants conçus pour amplifier/restaurer le signal lumineux du groupe, mais pour que tout se déroule de manière cohérente, cela sera discuté ci-dessous.
Décidons immédiatement des mots avec lesquels nous allons opérer. Dans cet article, nous appellerons la chaîne flux d'informations à sens unique(un côté « parle » le flux d’information, l’autre « écoute » ce même flux). Le canal est situé sur sa seule porteuse, qui a une longueur d'onde (ou fréquence) spécifiquement définie. Mais, comme vous le savez, il est impossible d'établir une connexion à part entière entre deux abonnés dont l'un est sourd et l'autre muet. Par conséquent, pour créer une ligne de communication à part entière, il est nécessaire d'utiliser deux canaux physiques, et nous appellerons cette connexion « canal duplex intégral».
Ainsi, DWDM et CWDM font la même chose : le compactage. Quelle est la différence? Et la différence réside dans la grille de fréquences (ou dans les longueurs d'onde des porteuses, selon ce qui vous convient le mieux) des porteuses des flux d'informations primaires (canaux). Et dans les plages de fonctionnement du signal de groupe lui-même.
Plage de fonctionnement et grille de fréquence (onde). Encore un mot obscur dont nous allons tenter de comprendre le sens. Ce qui s'est passé longueur d'onde? Imaginons une sinusoïde. Ainsi, la longueur d’onde est la distance entre deux pics adjacents d’une onde sinusoïdale. La longueur d'onde est généralement désignée par la lettre grecque λ (lambda). Clairement illustré dans la figure ci-dessous :
Dans la norme CWDM, il est pratique de mesurer le rayonnement dans des longueurs d'onde : 1550 nm, 1310 nm, etc. (nanomètres – 10 -9 mètres !). Pratique, tout d’abord, car les nombres sont des nombres entiers. Dans les systèmes CWDM standard, la distance entre deux porteuses (canaux) adjacentes est de 1610 – 1590 == 20 nm (également un nombre entier ! Eh bien, pratique !).
Examinons maintenant la même situation du côté de la fréquence, d'abord en comprenant ce qu'est la fréquence. La fréquence est le nombre d'oscillations complètes(crête à crête) onde électromagnétique par seconde (indiqué en Hertz ou Hz). Pour protozoaires Pour les calculs, la fréquence peut être considérée comme la vitesse de la lumière divisée par la longueur d’onde. Considérons le flux d'informations sur une porteuse de 1550 nm, sa fréquence est approximativement égale à 300000000/0,00000155 == 193548387096774 Hz, soit 193548 GHz (Gigahertz !). et la distance entre les porteuses adjacentes sera de 300000000/0,00000020 == 1500000000000000 Hz, ou 1500000 GHz. C'est complètement gênant - il y a beaucoup de chiffres et ce n'est pas clair.
Aujourd'hui, les systèmes CWDM fonctionnent dans la plage 1 270 nm-1 610 nm, ce qui représente 18 canaux distincts (1 270 nm, 1 290 nm, 1 310 nm... 1 590 nm, 1 610 nm). Mais dans DWDM, les choses sont un peu différentes.
Les systèmes DWDM fonctionnent dans deux bandes, taillées pour les systèmes CWDM, à savoir : la bande C (C-Band) et la bande L (L-Band). GammeC est à l'intérieur à partir de 1528,77 nm(canal C61) jusqu'à 1577,03 nm(canal C01), et gammeL est à l'intérieur à partir de 1577,86 nm(canal L100) jusqu'à 1622,25 nm(canal L48). Les chiffres font déjà peur, et si l'on prend également en compte le fait que la grille d'ondes est inégale (c'est-à-dire que la distance entre deux canaux adjacents n'est pas toujours la même - de 0,5 nm à 0,8 nm), alors il est plus facile d'obtenir confus que de le comprendre. C'est pourquoi les systèmes DWDM utilisent le nom de bande et la numérotation des canaux dans cette plage (par exemple, C35 ou L91). Tout est clair ordinaire Les canaux du système DWDM sont présentés dans la figure 1.2, les données sur les fréquences et les longueurs d'onde sont présentées dans le tableau 1.1 :
Figure 1.2 – Bandes C et L des systèmes DWDM dans la gamme générale des systèmes CWDM.
Le tableau 1.1 est un maillage DWDM typique à 100 GHz.
Ici, nous devrions immédiatement faire plusieurs réserves.
Premièrement ( et c'est important pour mieux comprendre ! ), la gamme C est classiquement divisée en deux « gammes de couleurs » - bleu(1528 nm-1543 nm) et rouge(1547 nm-1564 nm). Pourquoi diviser - nous en parlerons davantage dans les articles suivants, il est maintenant simplement important de noter par vous-même que la division existe.
Deuxièmement, la bande L commence tout juste à être utilisée et tous les fabricants ne peuvent pas se permettre de fabriquer des équipements pour la bande L (tableau 1.1, marqué en bleu, les canaux L48-L65 sont absents du tableau).
Troisièmement, le mot « ordinaire » apparaît dans la légende du tableau, ce qui signifie qu'il doit également y avoir des grilles « inhabituelles ». Et ils le sont vraiment.
Comme nous l'avons découvert ci-dessus, il n'est pas pratique de distinguer les canaux DWDM par longueur d'onde. Mais en termes de fréquences, c'est tout à fait vrai, et si vous regardez attentivement le tableau 1.1, vous pouvez voir que la différence entre deux canaux adjacents est toujours de 100 GHz. Et, si l'on considère la bande C (actuellement maîtrisée par la plupart des fabricants de systèmes DWDM), nous pouvons alors afficher le nombre total de canaux qu'elle contient - 61 canaux. Faisons immédiatement une réserve que, comme dans les systèmes CWDM, chaque canal est un flux d'informations à sens unique, ce qui signifie que pour un échange complet de données, deux d'entre eux sont nécessaires (30 canaux duplex complets dans la bande C et 26 dans la bande L, pour un total de 56 canaux duplex complets).
En plus de la grille habituelle de 100 GHz, ils utilisent Grille 200 GHz (canaux impairs en bande C). Cela est dû au fait qu'un certain nombre de fabricants d'équipements DWDM ne sont pas en mesure de produire des multiplexeurs pour un réseau 100 GHz, car les composants sont assez chers et devraient être plus Haute qualité par rapport aux systèmes 200 GHz. Dans ce schéma de compactage, il existe 31 canaux de communication unidirectionnels ou 15 canaux full duplex.
Très rarement (enfin, très rarement), des systèmes de compactage DWDM avec un maillage de 50 gigahertz sont utilisés. Cela signifie qu'entre deux canaux principaux adjacents d'un maillage conventionnel à 100 GHz, il existe un sous-canal supplémentaire. Ces canaux sont appelés Q et H : Q– sous-canaux dans la gammeL(par exemple, Q80 – fréquence 188 050 GHz, longueur d'onde 1 594,22 nm), H– sous-canaux dans la gammeC(par exemple, H23 – fréquence 19 230 GHz, longueur d'onde 1 558,58 nm). Dans ces systèmes de compactage de la gamme C, il y a 61 canaux principaux et 61 canaux supplémentaires, pour un total de 122 canaux. Dans la bande L, il y a 53 canaux principaux et 53 sous-canaux, pour un total de 106 canaux. Puissance totale == 122+106 == 228 canaux unidirectionnels, soit 114 canaux de communication full duplex ! C'est beaucoup. Tant. Mais c'est très, très cher, et l'auteur n'a vu aucune mention de projets avec un système DWDM entièrement chargé avec une grille de 50 GHz.
Résumons :
- la « version allégée » du système DWDM dispose d'une grille de 200 GHz et est capable de fournir 15 canaux full duplex en bande C, tout en laissant la place à 15 canaux CWDM (1270nm-1510nm, 1590nm, 1610nm) ;
Un système DWDM standard dispose d'une grille de 100 GHz et est capable de fournir 30 canaux full-duplex dans la bande C et 26 canaux full-duplex dans la bande L, tout en laissant également de la place pour 15 canaux CWDM (1270 nm-1510 nm, 1590 nm, 1610 nm) ;
Le système DWDM complet dispose d'une grille de 50 GHz et est capable de fournir 60 canaux full-duplex dans la bande C et 52 canaux full-duplex dans la bande L, laissant là encore de la place pour 15 canaux CWDM (1270 nm-1510 nm, 1590 nm , 1610 nm);
