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Valeur Cwdm des fréquences porteuses. Quelles technologies les opérateurs peuvent-ils utiliser pour améliorer les capacités des réseaux optiques existants ? Évaluation de la qualité de la ligne

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).

Nombre de longueurs d'onde et de canaux CWDM et DWDM

Grille de fréquences CWDM et DWDM

Longueurs d'onde et fréquences CWDM et DWDM

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

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.

Remarques

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).

Le multiplexage par répartition en longueur d'onde (Dense Wave Division Multiplexing, DWDM), riche en technologies, est conçu pour créer une nouvelle génération de dorsales optiques fonctionnant à des vitesses de plusieurs térabits. Les informations contenues dans les lignes de communication à fibres optiques transmettaient simultanément un grand nombre d'ondes lumineuses. Les réseaux DWDM fonctionnent sur le principe de la commutation de canal, chaque onde lumineuse est un canal spectral unique et constitue une information essentielle.

Opportunités du DWDM

Le nombre de canaux dans une seule fibre : 64 faisceaux lumineux dans une fenêtre transparente de 1 550 nm. Chaque onde lumineuse transmet des informations à 40 Gb/s. Le développement du matériel est également en cours avec des débits de données allant jusqu'à 100 Gbit/s et Cisco est déjà en train de développer une telle technologie.

La technologie DWDM a un prédécesseur - la technologie de multiplexage par répartition en longueur d'onde (Wave Division Multiplexing, WDM), qui utilise quatre fenêtres de transmission de canaux spectraux 1 310 nm et 1 550 nm, avec un espacement des porteuses de 800 à 400 GHz. Le multiplexage DWDM est dit « densifié » car il utilise une distance entre les longueurs d'onde considérablement plus petite que le WDM.

Plans de fréquences

À l'heure actuelle, deux plans de fréquences (c'est-à-dire un ensemble de fréquences séparées les unes des autres par une valeur constante) sont définis dans la recommandation G.692 Secteur ITU-T :

Le pas du plan de fréquences (espacement entre les canaux de fréquence adjacents) de 100 GHz (0,8 nm = OUI), grâce auquel l'onde de transmission de données 41 est appliquée dans la plage de 1 528,77 (196,1 THz) à 1 560,61 nm (192,1 THz) ;
Plan de fréquence par incréments de 50 GHz (OUI = 0,4 nm), permettant de transférer dans la même gamme de 81 longueurs d'onde.
Certaines entreprises ont également produit des équipements, appelés équipements de multiplexage par répartition en longueur d'onde (High-Dense WDM, HDWDM), capables de fonctionner avec une fréquence allant jusqu'à 25 GHz.

Le principal problème dans la construction de systèmes DWDM super denses est qu’avec la diminution du pas de fréquence, il y a un chevauchement du spectre des canaux adjacents et un flou du faisceau lumineux. Cela entraîne une augmentation du nombre d'erreurs et l'impossibilité de transmettre des informations sur le système.

Plans de fréquences du DWDM

Dans les plans de canaux suivants, ils sont actuellement utilisés pour différents types de systèmes DWDM, CWDM, HDWDM, WDM.

Plans de fréquences DWDM

Amplificateurs à fibre optique

Le succès pratique de la technologie DWDM a défini à bien des égards l’apparence des amplificateurs à fibre optique. Les dispositifs optiques amplifient directement les signaux lumineux dans la bande de 1 550 nm, éliminant ainsi le besoin de conversion intermédiaire sous forme électrique, comme le font les régénérateurs utilisés dans le réseau SDH. L’inconvénient des systèmes de régénération de signaux électriques est qu’ils doivent subir un certain type de codage, ce qui les rend assez coûteux. Les amplificateurs optiques, transmission « transparente » des informations, permettent d'augmenter la vitesse de ligne sans qu'il soit nécessaire de mettre à niveau les unités d'amplification. Longueur de la section entre les amplificateurs optiques peut atteindre 150 km ou plus, ce qui fournit des réseaux fédérateurs DWDM économiques générés dans lesquels la longueur de la section multiplex est aujourd'hui de 600 à 3 000 km avec l'utilisation de 1 à 7 amplificateurs optiques intermédiaires.

La recommandation ITU-T G.692 définit trois types de sections amplificatrices, c'est-à-dire les sections entre deux multiplexeurs adjacents, DWDM :

L (longue)- le terrain comprend au maximum 8 travées de lignes de communication à fibres optiques et 7 d'amplificateurs optiques, la distance maximale entre les ampères - jusqu'à 80 km avec une longueur totale maximale de la section de 640 km ;
V (Très long)- le terrain se compose d'un maximum de 5 travées de lignes de communication à fibres optiques et de 4 amplificateurs optiques, la distance maximale entre les ampères - jusqu'à 120 km avec une longueur totale maximale de 600 km de section ;
U (Ultralong)- terrain sans répéteurs jusqu'à 160 km

Restrictions sur la quantité de roue libre et longue durée associées à la dégradation du signal optique dans l'amplification optique. Bien que l'amplificateur optique restaure la force du signal, il ne compense pas complètement l'effet de dispersion chromatique (c'est-à-dire la propagation de différentes longueurs d'onde à des vitesses différentes, en raison de laquelle le signal à l'extrémité de réception est « étalé » sur les fibres) et d'autres effets non linéaires. Par conséquent, pour construire des autoroutes plus étendues, il faut installer entre les parties de renforcement des multiplexeurs DWDM effectuant la régénération du signal en le convertissant en forme électrique et inversement. Pour réduire les effets non linéaires dans la limitation du signal DWDM, on applique également les systèmes électriques.

Topologies typiques

Connexion ultralongue à deux points sur la base de multiplexeurs de terminaux, DWDM

Circuit DWDM avec entrée-sortie dans les nœuds intermédiaires

Topologie en anneau

La topologie en anneau assure la capacité de survie du réseau DWDM via des chemins redondants. méthodes de protection du trafic utilisées dans DWDM, similaires aux méthodes dans SDH. Pour certains la connexion était sécurisée, deux chemins sont établis entre ses extrémités : principal et réserve. Le point final du multiplexeur compare les deux signaux et sélectionne la meilleure qualité de signal.

Multiplexeurs DWDM en anneau

La topologie maillée

Avec le développement des réseaux DWDM, la topologie maillée est de plus en plus utilisée, ce qui offre les meilleures performances en termes de flexibilité, de performance et de résilience que les autres topologies. Cependant, pour implémenter une topologie maillée, vous devez disposer de connexions croisées optiques (Optical Cross-Connector, PL), qui non seulement ajoutent des ondes au signal de transit global et les émettent, comme le font les entrées-sorties du multiplexeur, mais prennent également en charge des signaux arbitraires. commutation entre des signaux optiques transmis par des ondes de différentes longueurs.

DWDM maillé

Multiplexeurs optiques IO

Multiplexeurs passifs utilisés dans les réseaux DWDM (sans alimentation ni conversion active) et multiplexeurs actifs, démultipleskory.

Multiplexeurs passifs	Multiplexeurs actifs
Le nombre d’ondes lumineuses émises est faible	Le nombre d'ondes lumineuses est limité au plan de fréquence applicable et à un ensemble d'ondes lumineuses
Il vous permet d'afficher et d'entrer le signal sous forme d'onde lumineuse sans modifier le spectre global du faisceau lumineux.	Il n'introduit pas d'atténuation supplémentaire car il produit un démultiplexage complet de tous les canaux et une conversion sous forme électrique.
Introduit une atténuation supplémentaire	Cela a un coût élevé
Cela a un coût budgétaire

Interconnexions optiques

Dans les réseaux à topologie maillée, il est nécessaire de fournir la flexibilité nécessaire pour modifier l'itinéraire de la vague de connexions entre les abonnés du réseau. De telles capacités fournissent des interconnexions optiques, pour guider l'une des ondes sur n'importe quel port de sortie à partir de chaque signal de port d'entrée (bien entendu, à condition qu'aucun autre signal de ce port n'utilise l'onde, il doit effectuer une autre longueur d'onde de diffusion).

Il existe deux types de répartiteurs optiques :

Connecteurs transversaux optoélectroniques avec conversion intermédiaire en forme électrique ;
des interconnexions entièrement optiques ou des commutateurs photoniques.

Système microélectromécanique, MEMS

Facteurs à prendre en compte dans la construction de systèmes DWDM

Dispersion chromatique

Dispersion chromatique- du fait de son influence, au fur et à mesure de sa propagation dans la fibre, les impulsions constituant le signal optique s'élargissent. Lors de la transmission de signaux sur de longues distances, les impulsions peuvent se superposer aux impulsions adjacentes, ce qui rend difficile une récupération précise. Avec l'augmentation de la vitesse de transmission, la longueur de la fibre optique et l'effet de dispersion chromatique augmentent. Pour réduire l'effet de la dispersion chromatique sur les signaux transmis, des compensateurs de dispersion sont appliqués.

Dispersion du mode de polarisation

PMD se produit dans une fibre optique en raison de la différence entre les vitesses de propagation des deux composantes du mode de polarisation mutuellement perpendiculaire, ce qui conduit à une distorsion des impulsions transmises. La raison de ce phénomène est l'hétérogénéité de la forme géométrique de la fibre optique. Effet de la dispersion du mode de polarisation sur les signaux optiques transmis avec un taux croissant avec un nombre croissant de canaux et un système d'étanchéité avec une longueur de fibre croissante.

Rétrodiffusion stimulée Mandelstam - Brillouin, l'essence de ce phénomène est de créer un signal optique de domaines périodiques avec un indice de réfraction variable - une sorte de réseau de diffraction virtuel, traversé par lequel les signaux se propagent comme une onde acoustique. Les signaux de cette grille virtuelle réfléchis sont ajoutés et amplifiés pour former un signal optique inverse avec la fréquence Doppler vers le bas. Ce phénomène entraîne une augmentation du niveau de bruit et empêche la propagation du signal optique, puisqu'une grande partie de sa puissance est dissipée en sens inverse. On appelle souvent à tort ce phénomène onde acoustique réfléchie.

Modulation de phaseà des niveaux de puissance élevés du signal laser, une modulation de sa propre phase du signal peut se produire. Cette modulation étend la gamme et élargit ou comprime le signal dans le temps, selon le signe de la dispersion chromatique. Dans les systèmes WDM denses, un signal d'automodulation avec des signaux à spectre étendu peut être superposé aux canaux adjacents. Le signal de modulation de phase augmente avec l'augmentation de la puissance, l'augmentation du taux de transmission et avec une dispersion chromatique négative. L'influence de la modulation de phase est réduite à zéro ou à une petite dispersion chromatique positive

Modulation en phase croisée le signal résultant du phénomène module la phase des signaux d'un canal provenant des canaux voisins. Facteurs affectant la modulation entre phases, coïncidant avec les facteurs d'influence de la modulation de phase. De plus, l'effet de modulation entre phases dépend du nombre de canaux du système.

Mélange à quatre ondes, est indiqué au niveau de puissance seuil du laser, auquel cas les caractéristiques non linéaires de la fibre conduisent à l'interaction de trois ondes et de la quatrième onde de la nouvelle apparition, qui peut coïncider avec la fréquence d'un autre canal. Une telle fréquence de superposition augmente le niveau de bruit et rend la réception du signal difficile

Bruit d'amplificateur EDFA d'insertion, la raison de ce phénomène - la puissance de l'émission spontanée amplifiée qui se produit en raison des caractéristiques de conception des amplificateurs edfa. Lors du passage à travers l'amplificateur, la composante utile du signal optique est ajoutée au bruit, réduisant ainsi le rapport « signal/bruit », car le signal peut être reçu par erreur. Ce phénomène limite le nombre d'amplificateurs en ligne.

Technologie DWDM

Le multiplexage dense par répartition en longueur d'onde (DWDM) est technologie moderne transmission d'un grand nombre de canaux optiques sur une seule fibre, qui est à la base de la nouvelle génération technologies de réseau. Actuellement, l'industrie des télécommunications connaît des changements sans précédent associés à la transition des systèmes vocaux vers les systèmes de transmission de données, conséquence du développement rapide des technologies Internet et d'une variété d'applications réseau. Le déploiement à grande échelle des réseaux de données s'accompagne d'une modification de l'architecture du réseau elle-même. C'est pourquoi des changements fondamentaux sont nécessaires dans les principes de conception, de contrôle et de gestion des réseaux. La nouvelle génération de technologies de réseau repose sur des réseaux optiques multi-longueurs d'onde basés sur le multiplexage dense par répartition en longueur d'onde (DWDM).

Description de la technologie

Grille 100 GHz.

Le tableau de droite montre les grilles de plans de fréquences 100 GHz avec différents degrés de rareté des canaux. Toutes les grilles sauf une 500/400 ont des canaux équidistants. La répartition uniforme des canaux vous permet d'optimiser le fonctionnement des convertisseurs d'ondes, des lasers accordables et d'autres dispositifs d'un réseau tout optique, et facilite également sa constitution.

La mise en œuvre d’une grille de plan de fréquence particulière dépend en grande partie de trois facteurs principaux :

type d'amplificateurs optiques utilisés (silicium ou fluorozirconate) ;
vitesses de transmission par canal - 2,4 Gbit/s (STM-16) ou 10 Gbit/s (STM-64) ;
influence des effets non linéaires.

De plus, tous ces facteurs sont fortement interconnectés.

Les EDFA à fibre de silicium standard présentent un inconvénient : une grande variation de gain dans la région inférieure à 1 540 nm, ce qui entraîne des rapports signal/bruit plus faibles et une non-linéarité de gain dans cette région. Des valeurs de gain très faibles et très élevées sont également indésirables. À mesure que la bande passante augmente, le rapport signal/bruit minimum autorisé par la norme augmente - par exemple, pour le canal STM-64, il est 4 à 7 dB plus élevé que pour le STM-16. Ainsi, la non-linéarité du gain EDFA du silicium limite plus fortement la taille de la zone pour les canaux multiplex STM-64 (1540-1560 nm) que pour les canaux STM-16 et une capacité plus faible (où la quasi-totalité de la zone de gain EDFA du silicium peut être utilisée, malgré la non-linéarité) .

Grille 50 GHz.

Un plan de grille de fréquences plus dense, mais non standardisé, avec un intervalle de 50 GHz, permet une utilisation plus efficace de la zone 1 540-1 560 nm dans laquelle fonctionnent les EDFA au silicium standard. Outre cet avantage, cette grille présente également des inconvénients.

Dans- d'abord, avec des intervalles intercanaux décroissants, l'influence de l'effet de mélange à quatre ondes augmente, ce qui commence à limiter longueur maximale ligne inter-régénération (ligne basée uniquement sur des amplificateurs optiques).

Dans- deuxième La courte distance inter-canaux de 0,4 nm peut limiter la possibilité de multiplexage des canaux STM-64. Comme le montre la figure, le multiplexage des canaux STM-64 avec un intervalle de 50 GHz n'est pas autorisé, car les spectres des canaux adjacents se chevauchent alors. Ce n'est que s'il existe un taux de transmission inférieur par canal (STM-4 et inférieur) qu'il n'y a pas de chevauchement de spectre.

DANS- troisième, à 50 GHz, les exigences relatives aux lasers accordables, multiplexeurs et autres composants deviennent plus strictes, ce qui réduit le nombre de fabricants d'équipements potentiels et entraîne également une augmentation de son coût.

Multiplexeurs DWDM

Les multiplexeurs DWDM (contrairement au WDM plus traditionnel) ont deux caractéristiques distinctives :

en utilisant une seule fenêtre de transparence de 1 550 nm, dans la région de la bande C 1 530-1 560 nm et de la bande L 1 570-1 600 nm ;
faible distance entre les canaux multiplex, 0,8 ou 0,4 nm.

De plus, étant donné que les multiplexeurs DWDM sont conçus pour fonctionner avec un grand nombre de canaux jusqu'à 32 ou plus, ainsi que les appareils DWDM dans lesquels tous les canaux sont multiplexés (démultiplexés) simultanément, les nouveaux appareils qui n'ont pas d'analogues dans les systèmes WDM et fonctionnent dans le Le mode d'addition est également autorisé ou la sortie d'un ou plusieurs canaux vers/depuis un flux multiplex principal représenté par un grand nombre d'autres canaux. Étant donné que les ports/pôles de sortie d'un démultiplexeur sont attribués à des longueurs d'onde spécifiques, le dispositif est censé effectuer un routage passif des longueurs d'onde. En raison des courtes distances entre les canaux et de la nécessité de travailler avec un grand nombre de canaux simultanément, la fabrication des multiplexeurs DWDM nécessite une précision nettement supérieure à celle des multiplexeurs WDM (utilisant généralement des fenêtres de transparence de 1 310 nm, 1 550 nm ou en plus la région de longueur d'onde aux environs de 1650 nm). Il est également important de garantir des performances élevées de diaphonie en champ proche (directivité) et à longue portée (isolation) aux pôles d'un appareil DWDM. Tout cela entraîne un coût plus élevé des appareils DWDM par rapport au WDM.

La figure "a" montre un circuit multiplexeur DWDM typique avec un élément réfléchissant miroir. Considérons son fonctionnement en mode démultiplexage. Le signal multiplex entrant atteint le port d'entrée. Ce signal traverse ensuite le guide d'ondes à plaques et est distribué sur plusieurs guides d'ondes représentant une structure de diffraction AWG (réseau de guides d'ondes en réseau). Comme auparavant, le signal dans chacun des guides d'ondes reste multiplexé et chaque canal reste représenté dans tous les guides d'ondes. Ensuite, les signaux sont réfléchis par la surface du miroir et, par conséquent, les flux lumineux sont à nouveau collectés dans la plaque guide d'ondes, où ils sont focalisés et interférés - des maxima d'intensité d'interférence spatialement séparés sont formés, correspondant à différents canaux. La géométrie de la plaque-guide d'onde, en particulier l'emplacement des pôles de sortie, et les longueurs de guide d'onde de la structure AWG sont calculées de manière à ce que les maxima d'interférence coïncident avec les pôles de sortie. Le multiplexage s'effectue à l'envers.

Une autre méthode de construction d'un multiplexeur repose non pas sur une mais sur une paire de plaques guides d'ondes (Fig. b). Le principe de fonctionnement d'un tel dispositif est similaire au cas précédent, sauf qu'ici une plaque supplémentaire est utilisée pour la focalisation et l'interférence.

Les multiplexeurs DWDM, étant des dispositifs passifs, introduisent une forte atténuation dans le signal. Par exemple, les pertes pour un appareil (Fig. 1a) fonctionnant en mode démultiplexage sont de 4 à 8 dB, avec diaphonie à longue portée

Transpondeurs et émetteurs-récepteurs

Pour transmettre des données aux longueurs d'onde d'une grille DWDM, deux types d'appareils peuvent être utilisés : les émetteurs-récepteurs et les transpondeurs DWDM. Les émetteurs-récepteurs DWDM se présentent sous différents formats et peuvent être utilisés dans des solutions DWDM passives.

Contrairement aux émetteurs-récepteurs, les transpondeurs vous permettent de convertir la longueur d'onde de rayonnement du terminal en une longueur d'onde DWDM pour la transmission au multiplexeur. Les entrées du multiplexeur optique reçoivent des signaux optiques dont les paramètres sont conformes aux normes définies par les recommandations G.692. Un transpondeur peut avoir un nombre différent d'entrées et de sorties optiques. Mais si un signal optique peut être fourni à n'importe quelle entrée de transpondeur, dont les paramètres sont déterminés par rec. G.957, alors ses signaux de sortie doivent correspondre en paramètres à rec. G.692. De plus, si m signaux optiques sont compressés, alors à la sortie du transpondeur la longueur d'onde de chaque canal doit correspondre à un seul d'entre eux conformément à la grille du plan de fréquences de l'UIT.

Application des amplificateurs optiques

Le développement de la technologie d'amplification optique basée sur EDFA a considérablement modifié la méthodologie de conception des systèmes de communication à fibre optique. Les systèmes à fibre optique traditionnels utilisent des répéteurs régénérateurs qui augmentent la puissance du signal (Fig. 3a). Lorsque la longueur entre les nœuds distants commence à dépasser, en termes d'atténuation du signal, la longueur de vol maximale autorisée entre les nœuds voisins, des régénérateurs supplémentaires sont installés aux points intermédiaires qui acceptent signal faible, l'amplifient dans le processus de conversion optoélectronique, restaurent le rapport cyclique, les fronts et les caractéristiques temporelles de la répétition de l'impulsion, et après l'avoir converti en forme optique, ils transmettent le signal amplifié correct, sous la même forme qu'il était à la sortie de le régénérateur précédent. Bien que de tels systèmes de régénération fonctionnent bien, ils sont assez coûteux et, une fois installés, ne peuvent pas augmenter la capacité de la ligne.

Sur la base de l'EDFA, la perte de puissance dans la ligne est surmontée par une amplification optique (Fig. 3b). Contrairement aux régénérateurs, ce gain « transparent » n'est pas lié au débit binaire du signal, permettant aux informations d'être transmises à des débits plus élevés et augmentant le débit jusqu'à ce que d'autres facteurs limitants tels que la dispersion chromatique et la dispersion du mode de polarisation entrent en jeu. Les amplificateurs EDFA sont également capables d'amplifier un signal WDM multicanal, ajoutant ainsi une autre dimension à la bande passante.

Bien que le signal optique généré par l'émetteur laser d'origine ait une polarisation bien définie, tous les autres nœuds le long du trajet du signal optique, y compris le récepteur optique, devraient présenter une faible dépendance de leurs paramètres par rapport à la direction de polarisation. En ce sens, les amplificateurs optiques EDFA, caractérisés par une faible dépendance du gain en polarisation, présentent un avantage tangible par rapport aux amplificateurs à semi-conducteurs.

Application des appareils ROADM

L'utilisation d'un multiplexeur optique ajout/extraction reconfigurable (ROADM) permet un déploiement flexible et une configuration à distance des canaux de spectre. À n'importe quel nœud du réseau ROADM, il est possible de changer l'état du canal spectral en entrée/sortie et en transmission de bout en bout sans interrompre les services existants. Lorsque vous travaillez avec un laser accordable, ROADM offre un contrôle flexible des canaux spectraux. Les ROADM vous permettent de créer des réseaux avec plusieurs anneaux ou des réseaux mixtes : basés sur la technologie de commutation de sélecteur de spectre (WSS).

Construction de réseaux DWDM

En règle générale, les réseaux DWDM urbains sont construits à l'aide d'une architecture en anneau, qui permet l'utilisation de mécanismes de protection au niveau DWDM avec une vitesse de récupération ne dépassant pas 50 ms. Il est possible de construire une infrastructure réseau sur des équipements de plusieurs fournisseurs avec un niveau de distribution supplémentaire basé sur les équipements Metro DWDM. Ce niveau est introduit pour organiser l'échange de trafic entre des réseaux dotés d'équipements de différentes entreprises.

Dans la technologie DWDM, la résolution minimale du signal est le canal optique, ou longueur d'onde. L'utilisation de longueurs d'onde entières avec une capacité de canal de 2,5 ou 10 Gbit/s pour échanger du trafic entre sous-réseaux est justifiée pour la construction de grands réseaux de transport. Mais les transpondeurs-multiplexeurs permettent d'organiser l'échange de trafic entre sous-réseaux au niveau des signaux STM-4/STM-1/GE. Le niveau de distribution peut également être construit sur la base de la technologie SDH. Mais le DWDM présente un grand avantage lié à la transparence des canaux de contrôle et des canaux de service (par exemple, la communication de service). Lorsque les signaux SDH/ATM/IP sont regroupés dans un canal optique, la structure et le contenu des paquets ne changent pas. Les systèmes DWDM surveillent uniquement les octets individuels pour garantir que les signaux circulent correctement. Par conséquent, la connexion de sous-réseaux sur une infrastructure DWDM à une seule longueur d’onde peut être considérée comme une connexion avec une paire de câbles optiques.

Lors de l'utilisation d'équipements de fabricants différents, deux sous-réseaux de transmission de données d'un fabricant sont connectés via un réseau DWDM d'un autre fabricant. Un système de contrôle physiquement connecté à un sous-réseau peut également contrôler le fonctionnement d'un autre sous-réseau. Si l’équipement SDH était utilisé au niveau de la distribution, cela ne serait pas possible. Ainsi, en s'appuyant sur les réseaux DWDM, il est possible de combiner des réseaux de différents constructeurs pour transmettre un trafic hétérogène.

SFP (WDM, CWDM, DWDM) – QU'EST-CE QUE C'EST ? À QUOI SONT-ILS NÉCESSAIRES ?

Technologies de multiplexage par répartition en longueur d'onde (WDM).

Le multiplexage spectral repose sur une méthode de multiplexage des canaux optiques. Principe cette méthode réside dans le fait que chaque flux d'informations est transmis sur une fibre optique à une longueur d'onde différente (à une fréquence porteuse différente), espacées de 20 nm les unes des autres.

À l'aide de dispositifs spéciaux - des multiplexeurs optiques - les flux sont combinés en un seul signal optique, qui est introduit dans la fibre optique. Côté réception, l'opération inverse est effectuée - le démultiplexage, réalisé à l'aide de démultiplexeurs optiques. Cela ouvre des possibilités véritablement inépuisables pour augmenter la capacité des lignes et créer des solutions topologiques complexes à l’aide d’une seule fibre.

Lors du choix du nombre de canaux, il faudra faire attention au type de fibre monomode utilisé !
Par exemple, les fibres G.652B (fibre à pointe d'eau à 1 383 nm) ont des pertes de rayonnement élevées aux courtes longueurs d'onde, de sorte que la distance de transmission autorisée est réduite et le nombre de canaux spectraux sera inférieur à celui requis.

Dans les systèmes Coarse WDM, conformément à la recommandation UIT G.694.2, pas plus de 18 porteuses avec un pas de 20 nm doivent être utilisées : 1270, 1290, 1310... 1570, 1590, 1610, c'est-à-dire si la plage de longueurs d'onde totale requise ne dépasse pas 340 nm. Il convient de tenir compte du fait qu’aux limites d’une plage aussi large, l’atténuation est assez importante, en particulier dans la région des courtes longueurs d’onde. Le nombre de canaux a été porté à 18 en utilisant des fibres dites à pic d'eau nul (ZWPF, Zero Water Peak Fiber ; LWPF, Low Water Peak Fiber), dont les paramètres sont déterminés par la recommandation ITU-T G.652.C/ D. En fibres de ce genre Le pic d'absorption à une longueur d'onde de 1383 nm a été éliminé et la valeur d'atténuation à cette longueur d'onde est d'environ 0,31 dB/km.

La fibre G.653 s'est avérée inadaptée à la nouvelle technologie de multiplexage par répartition en longueur d'onde WDM, en évolution rapide, en raison de sa dispersion nulle à 1 550 nm, ce qui a entraîné une forte augmentation de la distorsion du signal due au mélange à quatre ondes dans ces systèmes. La fibre optique la plus adaptée au WDM dense et haute densité (DWDM et HDWDM) était la G.655, et la fibre optique G.656 récemment normalisée pour le WDM clairsemé.
La création de fibres sans « pic d'eau » a permis d'utiliser toutes les ondes dans la gamme de 1260 à 1625 nm dans les systèmes de communication, c'est-à-dire où la fibre optique en quartz a la plus grande transparence.

ÉQUIPEMENT DE BASE

Multiplexeurs/démultiplexeurs (MUX/DEMUX) ; vous permettent de sommer et de séparer les signaux optiques.

vous permettent de sélectionner et d'ajouter un signal à la fibre à certaines fréquences porteuses.

En fonction de la tâche à accomplir, la configuration du multiplexeur/démultiplexeur (Mux/Demux) est déterminée par les caractéristiques suivantes :

Multiplexeur double fibre (2 fibres)
Multiplexeur monofibre(1 fibre (monofibre) ou bidirectionnelle)
Multiplexeur 4 ou 8 canaux(8 ou 16 longueurs d'onde), fonctionnant sur une fibre
8 ou 16 canaux, fonctionnant sur deux fibres
multiplexeur à deux "communs"(COMMUN) conclusions mettre en œuvre une topologie en « anneau »
Pour les topologies « Point à point » ou « En anneau », un ensemble de multiplexeurs « par paire » (ports Tx-Rx) est requis - Mux/Demux Type I, Mux/Demux Type II
Connecteurs – FC, SC, LC, ST, FA, SA

Les multiplexeurs peuvent être fournis dans les versions suivantes :
Support 19" 1RU
Dans un coffret en plastique(pour montage mural ou en boîte)
Par type de connecteur– LC, SC, etc.

Émetteurs-récepteurs SFP (Small Form Factor Pluggable) (SFP, SFP+, X2, XFP) – générer et recevoir des signaux optiques (certaines longueurs d'onde) dans un système CWDM ; convertir un signal électrique en optique et vice versa. Module SFP combine à la fois un émetteur et un récepteur. Par conséquent, il prend en charge la transmission et la réception simultanées de données sur deux liaisons au sein d’un seul canal. Depuis l’époque de la radio, ces appareils sont appelés émetteurs-récepteurs. C'est pourquoi les modules SFP sont appelés émetteurs-récepteurs.

Chaque émetteur-récepteur SFP fonctionne sur deux fibres et, contrairement aux émetteurs-récepteurs 1000Base LX standard à deux fibres, fonctionne sur deux longueurs d'onde différentes - récepteur haut débit fonctionne avec une longueur d'onde et l'émetteur avec une autre.
Pour former un canal de données dans un système SFP, les émetteurs-récepteurs sont configurés par paires.

Les émetteurs-récepteurs diffèrent également par la force du signal (kilométrage), c'est-à-dire qu'ils fonctionnent sur des distances différentes.

Pour une compression plus forte du signal optique, des modules SFP « couleur » sont utilisés qui fonctionnent dans une certaine plage de longueurs d'onde. (MCWDM). De tels émetteurs-récepteurs SFP sont conçus pour générer des signaux optiques « porteuse principale » de 1 270 à 1 610 nm (pas de 20 nm).

Des modules SFP sont disponibles et fonctionnent sur une ou deux fibres avec un débit de 1,25, 2,5 et 4,25 Gbit/s. Ces modules peuvent être installés directement dans les équipements de commutation de pratiquement n'importe quel fabricant, permettant une intégration transparente du CWDM dans l'infrastructure existante. Le même module peut servir d'interface Gigabit Ethernet, Fibre Channel ou SDH, ce qui ajoute considérablement de la flexibilité à la solution.

Il est également possible d'installer des modules CWDM SFP dans un châssis de convertisseur de média. L'utilisation d'un châssis est la solution la plus flexible, éliminant totalement les problèmes d'incompatibilité des équipements. En utilisant le châssis, vous bénéficiez de ports Ethernet Gigabit 1000BASE-T standard, éliminant ainsi le besoin de commutateurs coûteux dotés de ports SFP.

Une attention particulière doit être portée au compactage des canaux 10 Gbit/s. Il y a à peine trois ans, il n'existait pas d'émetteurs-récepteurs fonctionnant à des vitesses de 10 Gbit/s et prenant en charge les longueurs d'onde de la grille de fréquences des systèmes de multiplexage à spectre clairsemé ; de tels modules sont maintenant apparus, cependant, leur utilisation impose des restrictions importantes sur les capacités du système, par rapport au multiplexage de canaux 1,25 Gbit/s et 2,5 Gbit/s.

Il n'existe actuellement aucun laser à 10 Gbit/s fonctionnant dans la plage de longueurs d'onde de 1 350 à 1 450 nm, de sorte que le nombre maximum de canaux multiplexés à 10 Gbit/s ne peut pas dépasser 12 lors de l'utilisation de deux fibres G.652D. De plus, lors de l'utilisation de canaux à 10 Gbit/s, il faut tenir compte du fait que le budget optique maximum de tels modules ne dépasse actuellement pas 28 dBm, ce qui correspond à une portée de fonctionnement d'environ 80 kilomètres sur fibre monomode. Dans les cas où il est nécessaire de compresser et de transmettre plus de 12 canaux à 10 Gbit/s, y compris. sur des distances supérieures à 80 kilomètres, des équipements DWDM sont utilisés.

Modules OADM - multiplexeurs d'entrée/sortie ; vous permettent de sélectionner et d'ajouter un signal à la fibre pour certains transporteurs.

Propriétés de base :
Entrée/sortie monocanal
Optique passive
Faible perte d'insertion pour les liaisons de liaison
Longueur d'onde dédiée à l'utilisateur final

Fondamentalement, on distingue les modules OADM monocanal et double canal. Leur différence réside dans la capacité de recevoir et de recevoir un signal optique provenant d'un ou deux multiplexeurs et est physiquement due à la présence d'un ou deux émetteurs-récepteurs. En conséquence, un module OADM monocanal possède une unité émetteur-récepteur et est capable de fonctionner avec un seul multiplexeur dans une direction. Le module OADM à deux canaux dispose de deux unités émetteurs-récepteurs et est capable de fonctionner « dans deux directions » avec deux multiplexeurs/démultiplexeurs.

L'unité émetteur-récepteur du module OADM monocanal dispose de quatre interfaces :

Port Com – reçoit un signal du multiplexeur
Port express – transmet le signal aux autres éléments du système
Ajouter un port – ajoute un canal à une certaine longueur d'onde à la ligne,
Port de dépôt – extrait un canal à une certaine longueur d'onde de la ligne.

Ces appareils n'ont aucune restriction sur les protocoles ou la bande passante.
En conséquence, le module OADM à deux canaux dispose de deux ports Add et Drop supplémentaires.
Si un système double fibre est utilisé, les ports Com2 et Express2 sont également ajoutés.
Un module OADM monocanal fonctionne en tandem avec un émetteur-récepteur SFP, un OADM double canal - avec deux

Module de transit du terminal OADM ( module déposer/passer) prend un canal du réseau et l'achemine vers le port local. Les canaux restants sont transmis directement aux autres nœuds du réseau.

Le module de multiplexage OADM monocanal (module drop/add) dispose de deux interfaces locales. Le premier prend un canal du tronc et le dirige vers le port local, le second rajoute ce canal au tronc dans la direction opposée. Un tel module est nécessaire lors de la construction d'un réseau topologique en « anneau ».

Les modules OADM peuvent être fournis dans les versions suivantes :
Montage en rack 19" 1RU
Dans un coffret plastique (pour montage mural ou dans une pochette)
Connecteurs – LC, SC, etc.

Les principaux systèmes de multiplexage par répartition en longueur d'onde sont :

- WDM (multiplexage par répartition en longueur d'onde)

- CWDM (Multiplexage par répartition en longueur d'onde grossière)

Alors, qu’est-ce que le WDM ?

Technologie permettant d'ajouter des signaux optiques de différentes longueurs d'onde, transmis simultanément le long d'une fibre, 2 signaux ou plus séparés à l'extrémité par longueur d'onde. Les plus typiques (WDM à 2 canaux) combinent les longueurs d'onde de 1 310 nm et 1 550 nm dans une seule fibre.

Le WDM à deux canaux (et à trois canaux) peut être utilisé pour ajouter rapidement et facilement une (ou deux) longueurs d'onde supplémentaires. Il est très simple à installer et à connecter et très peu coûteux. Dans la plupart des cas, le WDM constitue la solution la plus rentable en cas de pénurie de câbles, offrant un gain de fibre de 2 pour 1 ou de 3 pour 1 en combinant les longueurs d'onde de 1 310 nm, 1 550 nm et 1 490 nm en une seule fibre.

Dans les cas où davantage de canaux sont nécessaires pour étendre l'infrastructure de fibre optique existante, CWDM constitue une solution efficace pour les courtes portées optiques (jusqu'à 80 km). CWDM peut ajouter facilement et rapidement jusqu'à 18 longueurs d'onde supplémentaires aux fréquences standardisées de l'UIT. Il est idéal pour les réseaux de taille moyenne avec des dimensions transversales allant jusqu'à 100 km. L’espacement des longueurs d’onde étant de 20 nm, des lasers moins coûteux peuvent être utilisés, ce qui entraîne un coût très faible. Les systèmes CWDM, bien que multicanaux, ne disposent d'aucun mécanisme d'amplification optique et les limitations de portée sont déterminées par le canal présentant l'atténuation maximale. De plus, les canaux compris entre 1 360 nm et 1 440 nm peuvent subir la plus grande atténuation (1 à 2 dB/km) en raison du pic d'eau dans cette région pour certains types de câbles optiques.

Lorsqu'une transmission de grande capacité ou longue distance est requise, des solutions DWDM est la méthode privilégiée pour augmenter la capacité de la fibre. Avec ses lasers de haute précision optimisés pour fonctionner dans la fenêtre de 1 550 nm (afin de réduire les pertes), les systèmes DWDM sont solution idéale pour les réseaux plus exigeants. Les systèmes DWDM peuvent utiliser l'EDFA pour amplifier toutes les longueurs d'onde de la fenêtre DWDM et étendre les longueurs de transmission jusqu'à 500 km.

Les systèmes DWDM ont généralement une portée limitée à 4 à 5 sections d'amplification en raison du bruit des émissions spontanées amplifiées (ASE) dans l'EDFA. Des outils de simulation sont disponibles pour déterminer exactement combien d'EDFA peuvent être installés. Sur de longues sections (>120 km), la dispersion peut poser problème, nécessitant l'installation de modules de compensation de dispersion. La bande DWDM est limitée aux longueurs d'onde allant de 1 530 nm à 1 565 nm par la plage de gain EDFA.

Types de solutions :

1. Point - point.

L'ajout d'un système spectral point à point à un système optique constitue une solution simple et rentable au problème de pénurie de fibres.
Les systèmes ayant une topologie similaire sont typiques pour résoudre les problèmes de transmission simultanée d'un grand nombre de flux de données afin d'augmenter le nombre de services fournis (vidéo, voix, etc.). Dans ce cas, des fibres provenant d'un réseau de transport optique déjà existant sont utilisées. Dans ce mode de fonctionnement, les informations sont transmises via des canaux entre deux points. Pour transmettre avec succès des données sur une distance allant jusqu'à 50 à 80 km, des multiplexeurs/démultiplexeurs sont nécessaires dans les nœuds où les flux d'informations seront combinés puis séparés.

Connexion de branche

Cette architecture implémente le transfert d'informations d'un nœud à un autre avec des nœuds intermédiaires le long de ce chemin, où des canaux individuels peuvent être entrés et sortis à l'aide de modules OADM. Le nombre maximum de branches est déterminé par le nombre de canaux de transmission duplex (par exemple, 4 ou et le budget optique de la ligne. Lors du calcul, vous devez vous rappeler que chaque module OADM introduit une atténuation, de sorte que la longueur totale du chemin est réduit en conséquence. Un canal optique peut être extrait à n’importe quel point du chemin.

Dans ce cas, des modules OADM (double canal) sont installés entre deux multiplexeurs/démultiplexeurs.
Dans ce cas, chaque module OADM à deux canaux doit être équipé de deux émetteurs-récepteurs SFP.

Point avec des branches.

La différence fondamentale avec la première option est l'absence de deuxième multiplexeur/démultiplexeur. Ainsi, l'échange de signaux s'effectue entre le centre de communication central et les équipements terminaux sur différentes sections de la ligne. Cette architecture semble prometteuse d'un point de vue économique, car en fait, cela vous permet d'éliminer le commutateur de couche d'agrégation du réseau avec des économies significatives en fibre. Dans ce cas, la distance entre le module OADM (monocanal) et l'emplacement de l'équipement final (commutateur, routeur, convertisseur de média) n'est limitée que par la puissance du signal dans la ligne et les pertes d'insertion de l'équipement de compression.

Avantages
Économie de fibre optique - le système de multiplexage du spectre vous permet de transmettre jusqu'à 8 canaux sur une fibre avec un débit allant jusqu'à 2,5 Gb/s par canal
Indépendance de l'alimentation électrique - l'alimentation n'est requise que pour les équipements actifs
Aucun problème de crash, redémarrage, etc.
Il n'est pas nécessaire d'organiser un accès permanent aux emplacements des éléments du système - il existe des modules OADM conçus pour être placés dans des couplages optiques
Niveau d'influence réduit du « facteur humain » - absence de composants actifs nécessitant une configuration, une gestion, etc.
Réduction significative du coût de possession - coûts d'exploitation réduits
Coût relativement faible, possibilité d'éliminer les équipements au niveau de l'agrégation
La portée de fonctionnement maximale est de 80 kilomètres ou plus
Indépendance des protocoles clients – transmission de jusqu'à 18 services indépendants sur deux paires de fibres optiques ; transparence pour tous les protocoles de transfert de données
Disponibilité divers typeséquipement pour installation dans diverses conditions : en rack, dans un raccord, sur un mur.

Tout le monde a sûrement entendu parler de la transmission d'informations via des réseaux de fibre optique et du fait que cette méthode offre les vitesses les plus élevées à ce jour. C’est cette dernière raison qui justifie le développement des technologies de transmission de données par fibre optique. Aujourd’hui déjà, le débit peut atteindre l’ordre du térabit (1 000 gigabits) par seconde.

Comparé à d’autres méthodes de transmission d’informations, l’ordre de grandeur TB/s est tout simplement inaccessible. Un autre avantage de ces technologies est la fiabilité de la transmission. La transmission par fibre optique ne présente pas les inconvénients de la transmission de signaux électriques ou radio. Il n’y a aucune interférence susceptible d’endommager le signal et il n’est pas nécessaire d’obtenir une licence pour l’utilisation de la fréquence radio. Cependant, peu de gens imaginent comment les informations sont transférées sur la fibre optique en général, et encore plus ne connaissent pas les mises en œuvre spécifiques des technologies. Dans cet article, nous examinerons l'une d'entre elles : la technologie DWDM (multiplexage par répartition en longueur d'onde dense).

Voyons d’abord comment les informations sont transmises sur la fibre optique en général. Une fibre optique est un guide d'onde qui transporte ondes électromagnétiques avec une longueur d'onde de l'ordre du millier de nanomètres (10-9 m). Il s’agit d’une zone de rayonnement infrarouge qui n’est pas visible à l’œil humain. Et l'idée principale est qu'avec une certaine sélection du matériau de la fibre et de son diamètre, une situation se présente lorsque, pour certaines longueurs d'onde, ce milieu devient presque transparent et même lorsqu'il atteint la frontière entre la fibre et l'environnement extérieur, la majeure partie de l'énergie est réfléchi dans la fibre. Cela garantit que le rayonnement traverse la fibre sans trop de perte, et la tâche principale est de recevoir ce rayonnement à l'autre extrémité de la fibre. Bien entendu, une description aussi brève cache le travail énorme et difficile de nombreuses personnes. Ne pensez pas qu’un tel matériau soit facile à créer ou que cet effet soit évident. Au contraire, il faut la considérer comme une grande découverte, car elle permet désormais de mieux transmettre l’information. Vous devez comprendre que le matériau du guide d'ondes est un développement unique et que la qualité de la transmission des données et le niveau d'interférence dépendent de ses propriétés ; L'isolation du guide d'ondes est conçue pour garantir que la production d'énergie vers l'extérieur est minimale. En parlant spécifiquement d'une technologie appelée « multiplexage », cela signifie que vous transmettez plusieurs longueurs d'onde en même temps. Ils n'interagissent pas entre eux et lors de la réception ou de la transmission d'informations, les effets d'interférence (superposition d'une onde sur une autre) sont insignifiants, car ils se manifestent le plus fortement à plusieurs longueurs d'onde. Ici nous parlons de sur l'utilisation de fréquences proches (la fréquence est inversement proportionnelle à la longueur d'onde, donc peu importe de quoi vous parlez). Un appareil appelé multiplexeur est un appareil permettant de coder ou de décoder des informations en formes d'onde et inversement. Après cette courte introduction, passons à une description spécifique de la technologie DWDM.

Les principales caractéristiques des multiplexeurs DWDM, qui les distinguent des simples multiplexeurs WDM :

utilisation d'une seule fenêtre de transparence de 1 550 nm, dans la région d'amplification EDFA de 1 530 à 1 560 nm (EDFA - système d'amplification optique) ;
courtes distances entre les canaux multiplex - 3,2/1,6/0,8 ou 0,4 nm.

Pour référence, disons que la longueur d'onde de la lumière visible est comprise entre 400 et 800 nm. De plus, comme le nom lui-même parle d'une transmission dense de canaux, le nombre de canaux est supérieur à celui des schémas WDM conventionnels et atteint plusieurs dizaines. Pour cette raison, il est nécessaire de créer des dispositifs capables d'ajouter ou de supprimer une chaîne, par opposition aux schémas conventionnels dans lesquels toutes les chaînes sont codées ou décodées en même temps. Le concept de routage passif de longueur d’onde est associé à de tels dispositifs, qui fonctionnent sur un canal parmi plusieurs. Il est également clair que travailler avec un grand nombre de canaux nécessite une plus grande précision des dispositifs de codage et de décodage des signaux et impose des exigences plus élevées en matière de qualité de ligne. D'où l'augmentation évidente du coût des appareils - tout en réduisant simultanément le prix de transmission d'une unité d'information du fait qu'elle peut désormais être transmise dans un volume plus important.

C'est ainsi que fonctionne un démultiplexeur avec miroir (schéma de la Fig. 1a). Le signal multiplex entrant atteint le port d'entrée. Ce signal traverse ensuite la plaque de guide d'ondes et est distribué sur de nombreux guides d'ondes, qui constituent une structure de diffraction AWG (réseau de guides d'ondes en réseau). Comme auparavant, le signal dans chacun des guides d'ondes reste multiplexé et chaque canal reste représenté dans tous les guides d'ondes, c'est-à-dire que jusqu'à présent, seule la parallélisation s'est produite. Ensuite, les signaux sont réfléchis par la surface du miroir et, par conséquent, les flux lumineux sont à nouveau collectés dans la plaque guide d'ondes, où ils sont focalisés et interférés. Cela conduit à la formation d'un motif d'interférence avec des maxima spatialement séparés, et généralement la géométrie de la plaque et du miroir est calculée de manière à ce que ces maxima coïncident avec les pôles de sortie. Le multiplexage s'effectue à l'envers.

Une autre méthode de construction d'un multiplexeur repose non pas sur une, mais sur une paire de plaques de guide d'ondes (Fig. 1b). Le principe de fonctionnement d'un tel dispositif est similaire au cas précédent, sauf qu'ici une plaque supplémentaire est utilisée pour la focalisation et l'interférence.

Les multiplexeurs DWDM, étant des dispositifs purement passifs, introduisent une forte atténuation dans le signal. Par exemple, les pertes pour un appareil (voir Fig. 1a) fonctionnant en mode démultiplexage sont de 10 à 12 dB, avec des interférences de diaphonie à longue portée inférieures à –20 dB et une demi-largeur du spectre du signal de 1 nm (basée sur les matériaux d'Oki Electric Industry). En raison des pertes importantes, il est souvent nécessaire d'installer un amplificateur optique avant et/ou après le multiplexeur DWDM.

Le paramètre le plus important dans la technologie de multiplexage à ondes denses est sans aucun doute la distance entre canaux adjacents. La normalisation de la disposition spatiale des canaux est nécessaire, ne serait-ce que parce que sur cette base, il sera possible de commencer à tester la compatibilité mutuelle des équipements de différents fabricants. Le secteur de normalisation des télécommunications de l'Union internationale des télécommunications (UIT-T) a approuvé un plan de fréquences DWDM avec un espacement inter-canaux de 100 GHz, ce qui correspond à une différence de longueur d'onde de 0,8 nm. La question de la transmission d'informations avec une différence de longueurs d'onde de 0,4 nm est également abordée. Il semblerait que la différence puisse être encore plus petite, obtenant ainsi un débit plus élevé, mais dans ce cas, des difficultés purement technologiques surviennent liées à la fabrication de lasers générant un signal strictement monochromatique (fréquence constante sans interférence) et de réseaux de diffraction qui séparent les maxima. dans l'espace, correspondant à différentes longueurs d'onde. Lorsque vous utilisez une séparation de 100 GHz, tous les canaux remplissent uniformément la bande utilisable, ce qui est pratique lors de la configuration et de la reconfiguration de l'équipement. Le choix de l'intervalle de séparation est déterminé par la bande passante requise, le type de laser et le degré d'interférence sur la ligne. Cependant, il faut garder à l'esprit que même dans une plage aussi étroite (1 530-1 560 nm), l'influence des interférences non linéaires aux limites de cette région est très importante. Cela explique le fait qu'à mesure que le nombre de canaux augmente, il est nécessaire d'augmenter la puissance du laser, ce qui entraîne à son tour une diminution du rapport signal/bruit. En conséquence, l’utilisation d’un joint plus rigide n’est pas encore normalisée et est en cours de développement. Un autre inconvénient évident de l'augmentation de la densité est la réduction de la distance sur laquelle le signal peut être transmis sans amplification ni régénération (ceci sera discuté plus en détail ci-dessous).

Notez que le problème de non-linéarité mentionné ci-dessus est inhérent aux systèmes d'amplification à base de silicium. Des systèmes fluor-zirconate plus fiables sont actuellement développés, offrant une plus grande linéarité (dans toute la région de 1 530 à 1 560 nm) du gain. À mesure que la zone d'exploitation EDFA augmente, il devient possible de multiplexer 40 canaux STM-64 à des intervalles de 100 GHz avec une capacité totale de 400 GHz par fibre (Fig. 2).

Le tableau montre Caractéristiques l'un des puissants systèmes multiplex utilisant le plan de fréquence 100/50 GHz, fabriqué par Ciena Corp.

Examinons de plus près le système d'amplification optique. Quel est le problème? Initialement, le signal est généré par un laser et envoyé à la fibre. Il se propage le long de la fibre et subit des modifications. Le principal changement à gérer est la diffusion du signal (dispersion). Elle est associée à des effets non linéaires qui surviennent lorsqu'un paquet d'ondes traverse un milieu et s'explique évidemment par la résistance du milieu. Cela pose le problème de la transmission longue distance. Grand - dans le sens de centaines, voire de milliers de kilomètres. C'est 12 ordres de grandeur plus long que la longueur d'onde, il n'est donc pas surprenant que même si les effets non linéaires sont faibles, alors au total à une telle distance, ils doivent être pris en compte. De plus, il peut y avoir une non-linéarité dans le laser lui-même. Il existe deux manières d’obtenir une transmission fiable du signal. La première est l'installation de régénérateurs qui recevront un signal, le décoderont, généreront un nouveau signal, totalement identique à celui arrivé, et l'enverront plus loin. Cette méthode est efficace, mais de tels dispositifs sont assez coûteux, et augmenter leur capacité ou ajouter de nouveaux canaux qu'ils doivent gérer entraîne des difficultés de reconfiguration du système. La deuxième méthode est simplement une amplification optique du signal, tout à fait similaire à l’amplification sonore d’un centre musical. Cette amplification est basée sur la technologie EDFA. Le signal n'est pas décodé, mais seule son amplitude est augmentée. Cela vous permet de vous débarrasser des pertes de vitesse dans les nœuds d'amplification et supprime également le problème de l'ajout de nouveaux canaux, puisque l'amplificateur amplifie tout dans une plage donnée.

Sur la base de l'EDFA, la perte de puissance de ligne est surmontée par une amplification optique (Fig. 3). Contrairement aux régénérateurs, ce gain transparent n'est pas lié au débit binaire du signal, ce qui permet aux informations d'être transmises à des débits plus élevés et augmente le débit jusqu'à ce que d'autres facteurs limitants tels que la dispersion chromatique et la dispersion du mode de polarisation entrent en jeu. Les amplificateurs EDFA sont également capables d'amplifier un signal WDM multicanal, ajoutant ainsi une autre dimension à la bande passante.

Bien que le signal optique généré par l'émetteur laser d'origine ait une polarisation bien définie, tous les autres nœuds le long du trajet du signal optique, y compris le récepteur optique, devraient présenter une faible dépendance de leurs paramètres par rapport à la direction de polarisation. En ce sens, les amplificateurs optiques EDFA, caractérisés par une faible dépendance du gain en polarisation, présentent un avantage notable par rapport aux amplificateurs à semi-conducteurs. En figue. La figure 3 montre les schémas de fonctionnement des deux méthodes.

Contrairement aux régénérateurs, les amplificateurs optiques introduisent un bruit supplémentaire dont il faut tenir compte. Par conséquent, outre le gain, l’un des paramètres importants de l’EDFA est le facteur de bruit. La technologie EDFA est moins chère, c'est pourquoi elle est plus souvent utilisée dans la pratique réelle.

Étant donné que l'EDFA, au moins en termes de prix, semble plus attractif, examinons les principales caractéristiques de ce système. C'est le pouvoir de saturation qui caractérise puissance de sortie amplificateur (il peut atteindre et même dépasser 4 W) ; le gain, défini comme le rapport des puissances des signaux d'entrée et de sortie ; la puissance de l'émission spontanée amplifiée détermine niveau de bruit, que l'amplificateur lui-même crée. Il convient ici de donner un exemple de centre musical, où l'on peut tracer des analogies dans tous ces paramètres. Le troisième (niveau sonore) est particulièrement important et il est souhaitable qu'il soit le plus faible possible. En utilisant une analogie, vous pourriez essayer d'inclure Centre de musique, sans lancer aucun disque, mais en tournant en même temps le bouton de volume au maximum. Dans la plupart des cas, vous entendrez du bruit. Ce bruit est créé par les systèmes d’amplification simplement parce qu’ils sont alimentés. De même, dans notre cas, une émission spontanée se produit, mais comme l'amplificateur est conçu pour émettre des ondes dans une certaine plage, les photons de cette plage particulière seront plus susceptibles d'être émis dans la ligne. Cela créera (dans notre cas) un léger bruit. Cela impose une limitation sur la longueur maximale de la ligne et sur le nombre d'amplificateurs optiques qu'elle contient. Le gain est généralement sélectionné de manière à restaurer le niveau du signal d'origine. En figue. La figure 4 montre les spectres comparatifs du signal de sortie en présence et en absence d'un signal à l'entrée.

Un autre paramètre qu'il est pratique d'utiliser lors de la caractérisation d'un amplificateur est le facteur de bruit - il s'agit du rapport des paramètres signal/bruit à l'entrée et à la sortie de l'amplificateur. Dans un amplificateur idéal, ce paramètre devrait être égal à l'unité.

Il existe trois applications pour les amplificateurs EDFA : les préamplificateurs, les amplificateurs de ligne et les amplificateurs de puissance. Les premiers sont installés directement devant le récepteur. Ceci est fait pour augmenter le rapport signal/bruit, ce qui permet l'utilisation de récepteurs plus simples et peut réduire le prix de l'équipement. Les amplificateurs linéaires sont destinés à simplement amplifier le signal dans de longues lignes ou dans le cas de dérivation de telles lignes. Les amplificateurs de puissance sont utilisés pour amplifier le signal de sortie directement après le laser. Cela est dû au fait que la puissance du laser est également limitée et qu'il est parfois plus facile d'installer simplement un amplificateur optique que d'installer un laser plus puissant. En figue. La figure 5 montre schématiquement les trois façons d'utiliser l'EDFA.

En plus de l'amplification optique directe décrite ci-dessus, un dispositif d'amplification utilisant l'effet d'amplification Raman et développé aux Bell Labs se prépare actuellement à entrer sur le marché. L'essence de l'effet est qu'un faisceau laser d'une certaine longueur d'onde est envoyé du point de réception vers le signal, ce qui fait vibrer le réseau cristallin du guide d'onde de telle manière qu'il commence à émettre des photons dans une large gamme de fréquences. Ainsi, le niveau global du signal utile augmente, ce qui permet d'augmenter légèrement la distance maximale. Aujourd'hui, cette distance est de 160 à 180 km, contre 70 à 80 km sans amélioration Raman. Ces appareils, fabriqués par Lucent Technologies, arriveront sur le marché début 2001.

Ce qui a été décrit ci-dessus relève de la technologie. Quelques mots maintenant sur les implémentations qui existent déjà et sont activement utilisées dans la pratique. Tout d’abord, nous notons que l’utilisation des réseaux de fibre optique ne concerne pas seulement Internet et, peut-être, pas tant Internet. Les réseaux à fibre optique peuvent acheminer des chaînes vocales et télévisées. Deuxièmement, disons qu'il existe plusieurs différents types réseaux. Nous nous intéressons aux réseaux fédérateurs longue distance, ainsi qu'aux réseaux localisés, par exemple au sein d'une même ville (ce que l'on appelle les solutions métro). Dans le même temps, pour les canaux de communication principaux, où la règle « plus le tuyau est épais, mieux c'est » fonctionne parfaitement, la technologie DWDM est la solution optimale et raisonnable. Une situation différente se présente dans les réseaux urbains, dans lesquels les demandes de transport de trafic ne sont pas aussi importantes que celles des canaux principaux. Ici, les opérateurs utilisent le bon vieux transport basé sur SDH/SONET fonctionnant dans la gamme de longueurs d'onde de 1 310 nm. Dans ce cas, pour résoudre le problème de bande passante insuffisante, qui d'ailleurs n'est pas encore très aigu pour les réseaux urbains, vous pouvez utiliser la nouvelle technologie SWDM, qui est une sorte de compromis entre SDH/SONET et DWDM (en savoir plus sur la technologie SWDM sur notre CD-ROM ). Grâce à cette technologie, les mêmes nœuds en anneau de fibre prennent en charge à la fois la transmission de données monocanal à 1 310 nm et le multiplexage par répartition en longueur d'onde à 1 550 nm. Des économies sont réalisées en « allumant » une longueur d'onde supplémentaire, ce qui nécessite l'ajout d'un module à l'appareil correspondant.

DWDM et trafic

Un des les points importants Lors de l'utilisation de la technologie DWDM, il s'agit du trafic transmis. Le fait est que la plupart des équipements existants prennent en charge la transmission d’un seul type de trafic sur une seule longueur d’onde. En conséquence, il arrive souvent que le trafic ne remplisse pas complètement la fibre. Ainsi, un trafic moins « dense » est transmis sur un canal avec un débit formel équivalent, par exemple, à STM-16.

Actuellement, des équipements apparaissent permettant de réaliser un chargement complet des longueurs d'onde. Dans ce cas, une longueur d'onde peut être « remplie » de trafic hétérogène, par exemple TDM, ATM, IP. Un exemple est la famille d'équipements Chromatis de Lucent Technologies, qui peut transmettre tous les types de trafic pris en charge par les interfaces d'E/S sur une seule longueur d'onde. Ceci est réalisé grâce au commutateur croisé TDM et au commutateur ATM intégrés. De plus, le commutateur ATM supplémentaire n’est pas déterminant pour le prix. En d’autres termes, des fonctionnalités supplémentaires de l’équipement sont obtenues presque au même coût. Cela nous permet de prédire que l'avenir réside dans des appareils universels capables de transmettre n'importe quel trafic avec une utilisation optimale de la bande passante.

DWDM demain

En passant en douceur aux tendances de développement de cette technologie, nous ne découvrirons certainement pas l'Amérique si nous disons que le DWDM est la technologie de transmission optique de données la plus prometteuse. Cela peut être attribué dans une large mesure à la croissance rapide du trafic Internet, dont les taux de croissance approchent les milliers de pour cent. Les principaux points de départ du développement seront l'augmentation de la longueur maximale de transmission sans amplification du signal optique et la mise en œuvre d'un plus grand nombre de canaux (longueurs d'onde) dans une fibre. Les systèmes actuels assurent la transmission de 40 longueurs d'onde, correspondant à une grille de fréquences de 100 gigahertz. Les appareils dotés d'un réseau 50 GHz prenant en charge jusqu'à 80 canaux sont les prochains à entrer sur le marché, ce qui correspond à la transmission de flux térabits sur une seule fibre. Et aujourd'hui, on peut déjà entendre des déclarations de laboratoires de sociétés de développement telles que Lucent Technologies ou Nortel Networks sur la création imminente de systèmes 25 GHz.

Cependant, malgré le développement rapide de l'ingénierie et de la recherche, les indicateurs du marché procèdent à leurs propres ajustements. L'année écoulée a été marquée par une forte baisse du marché de l'optique, comme en témoigne la baisse significative du cours de l'action Nortel Networks (29% en une journée de bourse) après l'annonce de difficultés d'écoulement de ses produits. D'autres constructeurs se sont retrouvés dans une situation similaire.

Dans le même temps, alors que les marchés occidentaux connaissent une certaine saturation, les marchés orientaux commencent tout juste à se développer. L’exemple le plus frappant est celui du marché chinois, où une douzaine d’opérateurs à l’échelle nationale se précipitent pour construire des réseaux fédérateurs. Et si «ils» ont pratiquement résolu les problèmes de construction de réseaux fédérateurs, alors dans notre pays, aussi triste que cela puisse être, il n'y a tout simplement pas besoin de canaux épais pour transmettre notre propre trafic. Néanmoins, l'exposition « Départementale et réseaux d'entreprise Communications" a révélé l'énorme intérêt des opérateurs de télécommunications nationaux pour les nouvelles technologies, notamment le DWDM. Et si des monstres comme Transtelecom ou Rostelecom disposent déjà de réseaux de transport à l'échelle de l'État, alors le secteur énergétique actuel commence tout juste à les construire. Ainsi, malgré tous les problèmes, l’optique est l’avenir. Et DWDM jouera ici un rôle important.

OrdinateurPress 1"2001

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