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Valore Cwdm delle frequenze portanti. Quali tecnologie possono utilizzare gli operatori per migliorare le capacità delle reti ottiche esistenti? Valutazione della qualità della linea

Spesso sorgono domande su quale sia la differenza tra le tecnologie CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing) e DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing), oltre al diverso numero di canali. Le tecnologie sono simili nei principi di organizzazione dei canali di comunicazione e dei canali di input-output, ma hanno gradi di precisione tecnologica completamente diversi, che influiscono in modo significativo sui parametri della linea e sul costo delle soluzioni.

Numero di lunghezze d'onda e canali CWDM e DWDM

La tecnologia di multiplexing a divisione di lunghezza d'onda CWDM prevede l'uso di 18 lunghezze d'onda 1), mentre il multiplexing a divisione di lunghezza d'onda di precisione DWDM può utilizzare 40 lunghezze d'onda o più.

Griglia di frequenze CWDM e DWDM

I canali nella tecnologia CWDM sono divisi per lunghezza d'onda, in DWDM - per frequenza 2). La lunghezza d'onda viene calcolata secondariamente dal rapporto tra la velocità della luce nel vuoto e la frequenza. Per CWDM viene utilizzata una griglia di lunghezze d'onda con un passo di 20 nm; per i sistemi DWDM standard, le griglie di frequenza sono 100 GHz e 50 GHz; per DWDM ad alta densità vengono utilizzate griglie da 25 e 12,5 GHz.

Lunghezze d'onda e frequenze CWDM e DWDM

La tecnologia CWDM utilizza lunghezze d'onda nell'intervallo 1270 - 1610 nm. Tenendo conto delle tolleranze e della larghezza di banda dei filtri, l'intervallo si espande fino a 1262,5 - 1617,5, ovvero 355 nm. otteniamo 18 lunghezze d'onda.

Per DWDM con una rete da 100 GHz, le portanti si trovano nell'intervallo da 191,5 (1565,50 nm) THz a 196,1 THz (1528,77 nm), cioè una gamma di 4,6 THz o 36,73 nm di larghezza. Totale 46 lunghezze d'onda per 23 canali duplex.

Per DWDM con una griglia da 50 GHz, le frequenze del segnale sono comprese nell'intervallo 192 THz (1561,42 nm) - 196 THz (1529,55 nm), ovvero 4 THz (31,87 nm). Qui ci sono 80 lunghezze d'onda.

Capacità di amplificazione CWDM e DWDM

I sistemi di multiplexing a divisione di lunghezza d'onda basati sulla tecnologia CWDM non comportano l'amplificazione di un segnale multicomponente. Ciò è dovuto alla mancanza di amplificatori ottici che operano in uno spettro così ampio.

La tecnologia DWDM, al contrario, prevede l'amplificazione del segnale. Il segnale multicomponente può essere amplificato con amplificatori di erbio standard (EDFA).

Campo operativo CWDM e DWDM

I sistemi CWDM sono progettati per operare su linee di lunghezza relativamente breve, circa 50-80 chilometri.

I sistemi DWDM consentono la trasmissione di dati su distanze molto superiori a 100 chilometri. Inoltre, a seconda del tipo di modulazione del segnale, i canali DWDM possono funzionare senza rigenerazione a una distanza superiore a 1000 chilometri.

Appunti

1) All'inizio del 2015 i produttori di moduli ottici, tra cui SKEO, hanno introdotto i moduli SFP CWDM con una lunghezza d'onda di 1625 nm. Questa lunghezza d'onda non è specificata dall'ITU G.694.2, ma ha trovato utilizzo nella pratica.

2) Le griglie di frequenza per CWDM sono descritte nello standard ITU G.694.2, per DWDM - nello standard G.694.1 (revisione 2).

Numero di lunghezze d'onda e canali CWDM e DWDM

Griglia di frequenze CWDM e DWDM

Lunghezze d'onda e frequenze CWDM e DWDM

Per DWDM con una griglia da 50 GHz, le frequenze del segnale sono comprese nell'intervallo 192 THz (1561,42 nm) - 196 THz (1529,55 nm), ovvero 4 THz (31,87 nm). Qui ci sono 80 lunghezze d'onda.

Capacità di amplificazione CWDM e DWDM

La tecnologia DWDM, al contrario, prevede l'amplificazione del segnale. Il segnale multicomponente può essere amplificato con amplificatori di erbio standard (EDFA).

Campo operativo CWDM e DWDM

I sistemi CWDM sono progettati per operare su linee di lunghezza relativamente breve, circa 50-80 chilometri.

Appunti

2) Le griglie di frequenza per CWDM sono descritte nello standard ITU G.694.2, per DWDM - nello standard G.694.1 (revisione 2).

Il multiplexing a divisione di lunghezza d'onda ricco di tecnologia (Dense Wave Division Multiplexing, DWDM) è progettato per creare una nuova generazione di dorsali ottiche che funzionano a velocità multi-terabit e. Le informazioni nelle linee di comunicazione in fibra ottica trasmettevano contemporaneamente un gran numero di onde luminose. Le reti DWDM funzionano secondo il principio della commutazione di canale, ogni onda luminosa è un singolo canale spettrale ed è un'informazione essenziale.

Opportunità del DWDM

Il numero di canali in una singola fibra: 64 raggi luminosi nella trasparenza della finestra da 1550 nm. Ogni onda luminosa trasmette informazioni a 40 Gb/s. è in corso anche lo sviluppo dell'hardware con velocità di trasferimento dati fino a 100 Gbit/s e Cisco sta già sviluppando tale tecnologia.

La tecnologia DWDM ha un predecessore: la tecnologia di multiplexing a divisione di lunghezza d'onda (Wave Division Multiplexing, WDM), che utilizza quattro finestre di trasmissione del canale spettrale 1310 nm e 1550 nm, con una spaziatura delle portanti di 800-400 GHz. Multiplexing DWDM chiamato "densificato" per il fatto che utilizza una distanza tra le lunghezze d'onda notevolmente inferiore rispetto al WDM.

Piani di frequenza

Attualmente due dei piani di frequenza (cioè un insieme di frequenze separate tra loro da un valore costante) sono definiti raccomandazione G.692 Settore ITU-T:

Il passo del piano di frequenza (spaziatura tra canali di frequenza adiacenti) di 100 GHz (0,8 nm = SÌ), per cui l'onda di trasmissione dati 41 viene applicata nell'intervallo da 1528,77 (196,1 THz) a 1560,61 nm (192,1 THz);
Piano di frequenza con incrementi di 50 GHz (SI = 0,4 nm), che consente di trasferire nella stessa gamma di 81 lunghezze d'onda.
Alcune aziende producevano anche apparecchiature, le cosiddette apparecchiature di multiplexing a divisione di lunghezza d'onda (WDM ad alta densità, HDWDM), in grado di funzionare con incrementi di frequenza fino a 25 GHz.

Il problema principale nella costruzione di sistemi DWDM super-densi è che al diminuire del passo di frequenza si ha una sovrapposizione dello spettro dei canali adiacenti e si ha una sfocatura del fascio luminoso. Ciò porta ad un aumento del numero di errori e all’impossibilità di trasmettere informazioni al sistema

Piani di frequenza del DWDM

Nei seguenti piani di canale vengono attualmente utilizzati vari tipi di sistemi DWDM, CWDM, HDWDM, WDM.

Piani di frequenza DWDM

Amplificatori in fibra ottica

Il successo pratico della tecnologia DWDM ha definito in molti modi l'aspetto degli amplificatori in fibra ottica. I dispositivi ottici amplificano direttamente i segnali luminosi nella banda dei 1550 nm, eliminando la necessità di una conversione intermedia in forma elettrica, così come fanno i rigeneratori utilizzati nella rete SDH. Lo svantaggio dei sistemi di rigenerazione del segnale elettrico è che devono adottare un certo tipo di codifica, il che li rende piuttosto costosi. Gli amplificatori ottici, informazioni di trasmissione “trasparenti”, consentono di aumentare la velocità della linea senza la necessità di aggiornare le unità amplificatrici. Lunghezza del tratto tra gli amplificatori ottici può raggiungere 150 km o più, che fornisce dorsali DWDM economiche generate in cui la lunghezza della sezione multiplex è oggi di 600-3000 km con l'uso da 1 a 7, gli amplificatori ottici intermedi.

La raccomandazione ITU-T G.692 ha definito tre tipologie di sezioni amplificatrici, ovvero sezioni tra due multiplexer adiacenti, DWDM:

L (lungo)- lotto costituito da un massimo di 8 tratte di linee di comunicazione in fibra ottica e 7 di amplificatori ottici, la distanza massima tra gli amplificatori - fino a 80 km con una lunghezza totale massima della tratta di 640 km;
V (Molto lungo)- il lotto è costituito da un massimo di 5 tratti di linee di comunicazione in fibra ottica e 4 amplificatori ottici, la distanza massima tra gli amplificatori - fino a 120 km con una lunghezza totale massima di 600 km di sezione;
U (Ultra lungo)- trama senza ripetitori fino a 160 km

Restrizioni sulla quantità di coasting e lungo tempo associati alla degradazione del segnale ottico nell'amplificazione ottica. Sebbene l'amplificatore ottico ripristini l'intensità del segnale, non compensa completamente l'effetto della dispersione cromatica (cioè la propagazione di diverse lunghezze d'onda a velocità diverse, a causa della quale il segnale all'estremità ricevente viene "imbrattato" dalle fibre) e altri effetti non lineari. Pertanto, per costruire autostrade più estese è necessario installare tra le porzioni di rinforzo multiplexer DWDM che eseguono la rigenerazione del segnale convertendolo in forma elettrica e viceversa. Per ridurre gli effetti non lineari nella limitazione del segnale DWDM si applicano anche i sistemi di alimentazione.

Topologie tipiche

Collegamento a due punti ultralungo sulla base dei multiplexer terminali, DWDM

Circuito DWDM con ingresso-uscita nei nodi intermedi

Topologia ad anello

La topologia ad anello garantisce la sopravvivenza della rete DWDM attraverso percorsi ridondanti. metodi di protezione del traffico utilizzati in DWDM, simili ai metodi in SDH. Per alcuni la connessione era protetta, tra i suoi endpoint vengono stabiliti due percorsi: principale e di riserva. L'endpoint del multiplexer confronta i due segnali e seleziona la migliore qualità del segnale.

Multiplexer DWDM ad anello

La topologia a maglie

Con lo sviluppo delle reti DWDM viene utilizzata sempre più la topologia mesh, che fornisce le migliori prestazioni in termini di flessibilità, prestazioni e resilienza rispetto ad altre topologie. Tuttavia, per implementare una topologia mesh, è necessario disporre di collegamenti incrociati ottici (Optical Cross-Connector, PL), che non solo aggiungono onde al segnale di transito complessivo e le emettono, così come l'ingresso-uscita del multiplexer, ma supportano anche arbitrari commutazione tra segnali ottici trasmessi da onde di diverse lunghezze.

Maglia DWDM

Multiplexer ottici IO

Multiplexer passivi utilizzati nelle reti DWDM (senza alimentazione e conversione attiva) e multiplexer attivi, demultipleskory.

Multiplexer passivi	Multiplexer attivi
Il numero di onde luminose emesse è basso	Il numero di onde luminose è limitato al piano di frequenza applicabile e a un insieme di onde luminose
Consente di visualizzare e il segnale in ingresso è un'onda luminosa senza modificare lo spettro complessivo del raggio luminoso	Non introduce attenuazione aggiuntiva perché produce una completa demultiplazione di tutti i canali e la conversione in forma elettrica
Introduce un'ulteriore attenuazione	Ha un costo elevato
Ha un costo economico

Collegamenti incrociati ottici

Nelle reti con topologia mesh è necessario fornire la flessibilità necessaria per modificare il percorso dell'onda di connessioni tra gli abbonati della rete. Tali funzionalità forniscono connessioni incrociate ottiche, per guidare una qualsiasi delle onde su qualsiasi porta di uscita da ciascun segnale della porta di ingresso (ovviamente, a condizione che nessun altro segnale di questa porta non utilizzi l'onda deve eseguire un'altra lunghezza d'onda di trasmissione).

Esistono due tipi di collegamenti incrociati ottici:

Connettori incrociati optoelettronici con conversione intermedia in forma elettrica;
collegamenti incrociati completamente ottici o interruttori fotonici.

Sistema microelettromeccanico, MEMS

Fattori da considerare nella costruzione dei sistemi DWDM

Dispersione cromatica

Dispersione cromatica- a causa della sua influenza, man mano che si propaga attraverso la fibra, gli impulsi che costituiscono il segnale ottico diventano più ampi. Quando si trasmettono segnali su lunghe distanze, gli impulsi possono sovrapporsi a quelli adiacenti, rendendo difficile un recupero accurato. Con l'aumentare della velocità di trasmissione la lunghezza della fibra ottica e l'effetto di dispersione cromatica aumentano. Per ridurre l'effetto della dispersione cromatica sui segnali trasmessi vengono applicati dei compensatori di dispersione.

Dispersione della modalità di polarizzazione

PMD si verifica in una fibra ottica a causa della differenza nelle velocità di propagazione dei due componenti della modalità di polarizzazione reciprocamente perpendicolari, che porta alla distorsione degli impulsi trasmessi. La ragione di questo fenomeno è l'eterogeneità della forma geometrica della fibra ottica. Effetto della dispersione della modalità di polarizzazione sui segnali ottici trasmessi con velocità crescente all'aumentare del numero di canali e sistema di tenuta all'aumentare della lunghezza della fibra.

Retrodiffusione stimolata Mandelstam - Brillouin, L'essenza di questo fenomeno è creare un segnale ottico di domini periodici con indice di rifrazione variabile - una sorta di reticolo di diffrazione virtuale, attraverso il quale i segnali si propagano come l'onda acustica. I segnali riflessi di questa griglia virtuale vengono aggiunti e amplificati per formare un segnale ottico inverso con la frequenza Doppler abbassata. Questo fenomeno porta ad un aumento del livello di rumore e impedisce la diffusione del segnale ottico, poiché gran parte della sua potenza viene dissipata nella direzione opposta. Spesso erroneamente chiamato questo fenomeno onda acustica riflessa.

Modulazione di fase ad alti livelli di potenza del segnale laser può verificarsi una modulazione della propria fase del segnale. Questa modulazione estende la gamma e allarga o comprime il segnale nel tempo, a seconda del segno della dispersione cromatica. Nei sistemi WDM densi, il segnale di automodulazione con segnali a spettro espanso può essere sovrapposto ai canali adiacenti. Il segnale di modulazione di fase viene incrementato all'aumentare della potenza, all'aumentare della velocità di trasmissione e con una dispersione cromatica negativa. L'influenza della modulazione di fase è ridotta a zero o con una piccola dispersione cromatica positiva

Modulazione a fasi incrociate il segnale risultante dal fenomeno modula la fase dei segnali di un canale provenienti dai canali vicini. Fattori che influenzano la modulazione di fase incrociata, coincidenti con i fattori che influenzano la modulazione di fase. Inoltre, l'effetto della modulazione a fase incrociata dipende dal numero di canali nel sistema.

Miscelazione a quattro onde, viene mostrato il livello di potenza di soglia del laser, nel qual caso le caratteristiche non lineari della fibra portano all'interazione di tre onde e della quarta onda del nuovo aspetto, che può coincidere con la frequenza di un altro canale. Tale frequenza di sovrapposizione aumenta il livello di rumore e rende difficile la ricezione del segnale

Rumore dell'amplificatore EDFA ad inserzione, la ragione di questo fenomeno è la potenza dell'emissione spontanea amplificata che si verifica a causa delle caratteristiche di progettazione degli amplificatori EDFA. Nel processo di passaggio attraverso l'amplificatore, alla componente utile del segnale ottico viene aggiunto del rumore, riducendo così il rapporto "segnale / rumore" in quanto il segnale può essere ricevuto in modo errato. Questo fenomeno limita la quantità di amplificatori in linea.

Tecnologia DWDM

Il multiplexing a divisione di lunghezza d'onda densa (DWDM) lo è tecnologia moderna trasmissione di un gran numero di canali ottici su una fibra, che è alla base della nuova generazione tecnologie di rete. Attualmente, l'industria delle telecomunicazioni sta attraversando cambiamenti senza precedenti associati al passaggio dai sistemi vocali ai sistemi di trasmissione dati, che è una conseguenza del rapido sviluppo delle tecnologie Internet e di una varietà di applicazioni di rete. Con l’implementazione su larga scala delle reti di dati arriva una modifica dell’architettura di rete stessa. Ecco perché sono necessari cambiamenti fondamentali nei principi di progettazione, controllo e gestione della rete. La nuova generazione di tecnologie di rete si basa su reti ottiche multilunghezza d'onda basate sul multiplexing a divisione di lunghezza d'onda densa (DWDM).

Descrizione della tecnologia

Rete da 100GHz.

La tabella a destra mostra le griglie del piano di frequenza da 100 GHz con vari gradi di scarsità dei canali. Tutte le griglie tranne una 500/400 hanno canali equidistanti. La distribuzione uniforme dei canali consente di ottimizzare il funzionamento dei convertitori d'onda, dei laser sintonizzabili e di altri dispositivi di una rete completamente ottica e ne facilita anche la costruzione.

L’implementazione di una particolare griglia del piano delle frequenze dipende in gran parte da tre fattori principali:

tipo di amplificatori ottici utilizzati (silicio o fluorozirconato);
velocità di trasmissione per canale - 2,4 Gbit/s (STM-16) o 10 Gbit/s (STM-64);
influenza degli effetti non lineari.

Inoltre, tutti questi fattori sono fortemente interconnessi.

Gli EDFA standard in fibra di silicio presentano uno svantaggio: un'ampia variazione di guadagno nella regione al di sotto di 1540 nm, che porta a rapporti segnale-rumore più bassi e guadagna non linearità in questa regione. Sia i valori di guadagno molto bassi che quelli molto alti sono ugualmente indesiderabili. All'aumentare della larghezza di banda, aumenta il rapporto segnale-rumore minimo consentito dallo standard, ad esempio per il canale STM-64 è 4-7 dB superiore rispetto a STM-16. Pertanto, la non linearità del guadagno EDFA in silicio limita più fortemente la dimensione della zona per i canali multiplex STM-64 (1540-1560 nm) rispetto ai canali STM-16 e con capacità inferiore (dove è possibile utilizzare quasi l'intera zona di guadagno EDFA in silicio, nonostante la non linearità).

Rete da 50GHz.

Un piano di rete di frequenza più denso, ma non standardizzato, con un intervallo di 50 GHz, consente un uso più efficiente della zona 1540-1560 nm in cui operano gli EDFA in silicio standard. Insieme a questo vantaggio, questa griglia ha i suoi svantaggi.

In- Primo, con la diminuzione degli intervalli tra i canali, aumenta l'influenza dell'effetto di miscelazione a quattro onde, che inizia a limitare lunghezza massima linea di interrigenerazione (linea basata solo su amplificatori ottici).

In- secondo La breve distanza tra i canali di 0,4 nm può limitare la possibilità di eseguire il multiplexing dei canali STM-64. Come si può vedere dalla figura, il multiplexing dei canali STM-64 con un intervallo di 50 GHz non è consentito, poiché in questo caso gli spettri dei canali adiacenti si sovrappongono. Solo se è presente una velocità di trasmissione inferiore per canale (STM-4 e inferiore), non si verifica alcuna sovrapposizione dello spettro.

IN- terzo A 50 GHz i requisiti per laser sintonizzabili, multiplexer e altri componenti diventano più severi, il che riduce il numero di potenziali produttori di apparecchiature e porta anche ad un aumento dei costi.

Multiplexer DWDM

I multiplexer DWDM (a differenza del WDM più tradizionale) hanno due caratteristiche distintive:

utilizzando soltanto una finestra di trasparenza di 1550 nm, all'interno della regione della banda C 1530-1560 nm e della banda L 1570-1600 nm;
piccola distanza tra i canali multiplex, 0,8 o 0,4 nm.

Inoltre, poiché i multiplexer DWDM sono progettati per funzionare con un gran numero di canali fino a 32 o più, insieme ai dispositivi DWDM in cui tutti i canali sono multiplexati (demultiplexati) simultaneamente, nuovi dispositivi che non hanno analoghi nei sistemi WDM e funzionano in Sono consentite anche le modalità di aggiunta o l'emissione di uno o più canali verso/da un flusso multiplex principale rappresentato da un gran numero di altri canali. Poiché le porte/poli di uscita di un demultiplexer sono assegnati a lunghezze d'onda specifiche, si dice che il dispositivo esegua il routing passivo della lunghezza d'onda. A causa delle brevi distanze tra i canali e della necessità di lavorare con un gran numero di canali contemporaneamente, la produzione di multiplexer DWDM richiede una precisione significativamente maggiore rispetto ai multiplexer WDM (di solito utilizzando finestre di trasparenza di 1310 nm, 1550 nm o in aggiunta la regione della lunghezza d'onda in prossimità di 1650 nm). È anche importante garantire prestazioni elevate di diafonia in campo vicino (direttività) e a lungo raggio (isolamento) ai poli di un dispositivo DWDM. Tutto ciò porta ad un costo maggiore dei dispositivi DWDM rispetto ai WDM.

La figura "a" mostra un tipico circuito multiplexer DWDM con un elemento riflettente a specchio. Consideriamo il suo funzionamento in modalità demultiplexing. Il segnale multiplex in entrata raggiunge la porta di ingresso. Questo segnale passa quindi attraverso la guida d'onda della piastra e viene distribuito su più guide d'onda che rappresentano una struttura di diffrazione AWG (reticolo di guida d'onda schierato). Come prima, il segnale in ciascuna guida d'onda rimane multiplexato e ciascun canale rimane rappresentato in tutte le guide d'onda. Successivamente, i segnali vengono riflessi dalla superficie dello specchio e, di conseguenza, i flussi luminosi vengono nuovamente raccolti nella piastra della guida d'onda, dove vengono focalizzati e interferiti: si formano massimi di intensità di interferenza spazialmente separati, corrispondenti a diversi canali. La geometria della piastra guida d'onda, in particolare la posizione dei poli di uscita, e le lunghezze delle guide d'onda della struttura AWG sono calcolate in modo che i massimi di interferenza coincidano con i poli di uscita. Il multiplexing avviene al contrario.

Un altro metodo per costruire un multiplexer si basa non su una ma su una coppia di piastre guida d'onda (Fig. b). Il principio di funzionamento di un tale dispositivo è simile al caso precedente, tranne per il fatto che qui viene utilizzata una piastra aggiuntiva per la messa a fuoco e l'interferenza.

I multiplexer DWDM, essendo dispositivi passivi, introducono una grande attenuazione nel segnale. Ad esempio, le perdite per un dispositivo (Fig. 1a) che funziona in modalità demultiplexing sono 4-8 dB, con diafonia a lungo raggio

Transponder e ricetrasmettitori

Per trasmettere dati a lunghezze d'onda da una griglia DWDM, possono essere utilizzati due tipi di dispositivi: ricetrasmettitori e transponder DWDM. I ricetrasmettitori DWDM sono disponibili in diversi fattori di forma e possono essere utilizzati in soluzioni DWDM passive.

A differenza dei ricetrasmettitori, i transponder consentono di convertire la lunghezza d'onda della radiazione del dispositivo terminale in una lunghezza d'onda DWDM per la trasmissione al multiplexer. Gli ingressi del multiplexer ottico ricevono segnali ottici i cui parametri sono conformi agli standard definiti dalle raccomandazioni G.692. Un transponder può avere un numero diverso di ingressi e uscite ottiche. Ma se un segnale ottico può essere fornito a qualsiasi ingresso del transponder, i cui parametri sono determinati da rec. G.957, i suoi segnali di uscita devono corrispondere nei parametri a rec. G.692. Inoltre, se vengono compressi m segnali ottici, all'uscita del transponder la lunghezza d'onda di ciascun canale deve corrispondere a uno solo di essi secondo la griglia del piano di frequenza ITU.

Applicazione di amplificatori ottici

Lo sviluppo della tecnologia di amplificazione ottica basata su EDFA ha notevolmente cambiato la metodologia di progettazione dei sistemi di comunicazione in fibra ottica. I tradizionali sistemi in fibra ottica utilizzano ripetitori rigeneratori che aumentano la potenza del segnale (Fig. 3a). Quando la lunghezza tra nodi remoti comincia a superare, in termini di attenuazione del segnale, la lunghezza massima consentita del volo tra nodi vicini, vengono installati ulteriori rigeneratori nei punti intermedi che accettano segnale debole, lo amplificano nel processo di conversione optoelettronica, ripristinano il ciclo di lavoro, i fronti e le caratteristiche temporali della ripetizione dell'impulso e, dopo averlo convertito in forma ottica, trasmettono il segnale amplificato corretto, nella stessa forma in cui era all'uscita di il rigeneratore precedente. Sebbene tali sistemi di rigenerazione funzionino bene, sono piuttosto costosi e, una volta installati, non possono aumentare la capacità della linea.

Sulla base dell'EDFA, la perdita di potenza nella linea viene superata mediante amplificazione ottica (Fig. 3b). A differenza dei rigeneratori, questo guadagno "trasparente" non è legato al bit rate del segnale, consentendo di trasmettere le informazioni a velocità più elevate e aumentando il throughput finché non entrano in gioco altri fattori limitanti come la dispersione cromatica e la dispersione della modalità di polarizzazione. Gli amplificatori EDFA sono anche in grado di amplificare un segnale WDM multicanale, aggiungendo un'altra dimensione alla larghezza di banda.

Sebbene il segnale ottico generato dal trasmettitore laser originale abbia una polarizzazione ben definita, tutti gli altri nodi lungo il percorso del segnale ottico, compreso il ricevitore ottico, dovrebbero mostrare una debole dipendenza dei loro parametri dalla direzione della polarizzazione. In questo senso, gli amplificatori ottici EDFA, caratterizzati da una debole dipendenza dalla polarizzazione del guadagno, hanno un vantaggio tangibile rispetto agli amplificatori a semiconduttore.

Applicazione dei dispositivi ROADM

L'uso di un multiplexer ottico add/drop riconfigurabile (ROADM) consente l'implementazione flessibile e la configurazione remota dei canali dello spettro. In qualsiasi nodo della rete ROADM è possibile commutare lo stato del canale dello spettro su input/output e trasmissione end-to-end senza interrompere i servizi esistenti. Quando si lavora con un laser sintonizzabile, ROADM fornisce un controllo flessibile dei canali spettrali. I ROADM consentono di realizzare reti ad anelli multipli o reti miste: basate sulla tecnologia WSS (Spectrum Selector Switching).

Costruzione di reti DWDM

Le reti DWDM urbane, di norma, sono costruite utilizzando un'architettura ad anello, che consente l'utilizzo di meccanismi di protezione a livello DWDM con una velocità di ripristino non superiore a 50 ms. È possibile realizzare un'infrastruttura di rete su apparecchiature di più fornitori con un livello di distribuzione aggiuntivo basato su apparecchiature Metro DWDM. Questo livello viene introdotto per organizzare lo scambio di traffico tra reti con apparecchiature di società diverse.

Nella tecnologia DWDM, la risoluzione minima del segnale è il canale ottico o la lunghezza d'onda. Per la realizzazione di grandi reti di trasporto è giustificato l'utilizzo di intere lunghezze d'onda con capacità di canale di 2,5 o 10 Gbit/s per lo scambio di traffico tra sottoreti. Ma i multiplexer di transponder consentono di organizzare lo scambio di traffico tra sottoreti a livello dei segnali STM-4/STM-1/GE. Il livello di distribuzione può essere realizzato anche sulla base della tecnologia SDH. Ma DWDM ha un grande vantaggio associato alla trasparenza dei canali di controllo e dei canali di servizio (ad esempio, la comunicazione di servizio). Quando i segnali SDH/ATM/IP vengono inseriti in un canale ottico, la struttura e il contenuto dei pacchetti non cambiano. I sistemi DWDM monitorano solo i singoli byte per garantire che i segnali fluiscano correttamente. Pertanto, la connessione di sottoreti su un'infrastruttura DWDM a una singola lunghezza d'onda può essere considerata come la connessione con una coppia di cavi ottici.

Quando si utilizzano apparecchiature di produttori diversi, due sottoreti di trasmissione dati di un produttore vengono collegate tramite una rete DWDM di un altro produttore. Un sistema di controllo fisicamente connesso ad una sottorete può anche controllare il funzionamento di un'altra sottorete. Se le apparecchiature SDH venissero utilizzate a livello di distribuzione, ciò non sarebbe possibile. Pertanto, sulla base delle reti DWDM, è possibile combinare reti di diversi produttori per trasmettere traffico eterogeneo.

SFP (WDM, CWDM, DWDM) – CHE COS'È? A COSA SERVONO?

Tecnologie Wavelength Division Multiplexing (WDM).

Il multiplexing dello spettro si basa su un metodo di multiplexing dei canali ottici. Principio questo metodo sta nel fatto che ciascun flusso di informazioni viene trasmesso su una fibra ottica a una lunghezza d'onda diversa (a una frequenza portante diversa), distanziate l'una dall'altra di 20 nm.

Utilizzando dispositivi speciali - multiplexer ottici - i flussi vengono combinati in un segnale ottico, che viene introdotto nella fibra ottica. Sul lato ricevente viene eseguita l'operazione inversa: demultiplexing, effettuato utilizzando demultiplexer ottici. Ciò apre possibilità davvero inesauribili sia per aumentare la capacità della linea che per costruire soluzioni topologiche complesse utilizzando una singola fibra.

Quando si sceglie il numero di canali, è necessario prestare attenzione al tipo di fibra monomodale utilizzata!
Ad esempio, le fibre G.652B (fibra con picco d'acqua a 1383 nm) presentano elevate perdite di radiazioni a lunghezze d'onda corte, quindi la distanza di trasmissione consentita è ridotta e il numero di canali spettrali sarà inferiore a quello richiesto.

Nei sistemi Coarse WDM, secondo la raccomandazione ITU G.694.2, non dovrebbero essere utilizzate più di 18 portanti con un passo di 20 nm: 1270, 1290, 1310 ... 1570, 1590, 1610, cioè se l'intervallo di lunghezze d'onda totale richiesto non supera i 340 nm. Va tenuto presente che ai bordi di un intervallo così ampio l'attenuazione è piuttosto ampia, soprattutto nella regione delle lunghezze d'onda corte. Il numero di canali è stato aumentato a 18 utilizzando le cosiddette fibre con picco d'acqua zero (ZWPF, Zero Water Peak Fiber; LWPF, Low Water Peak Fiber), i cui parametri sono determinati dalla raccomandazione ITU-T G.652.C/ D. Nelle fibre di questo tipo Il picco di assorbimento alla lunghezza d'onda di 1383 nm è stato eliminato e il valore di attenuazione a questa lunghezza d'onda è di circa 0,31 dB/km.

La fibra G.653 si è rivelata inadatta per la nuova tecnologia di multiplexing a divisione di lunghezza d'onda WDM in rapida evoluzione a causa della sua dispersione zero a 1550 nm, che ha portato a un forte aumento della distorsione del segnale dalla miscelazione a quattro onde in questi sistemi. La fibra ottica più adatta per WDM denso e ad alta densità (DWDM e HDWDM) era G.655 e la fibra ottica G.656 recentemente standardizzata per WDM sparso.
La creazione di fibre senza "picco d'acqua" ha permesso di utilizzare tutte le onde nell'intervallo da 1260 a 1625 nm nei sistemi di comunicazione, ad es. dove la fibra ottica al quarzo ha la massima trasparenza.

ATTREZZATURA BASE

Multiplexer/demultiplexer (MUX/DEMUX); consentono di sommare e separare i segnali ottici.

consentono di selezionare e aggiungere un segnale alla fibra a determinate frequenze portanti.

A seconda del compito da svolgere, la configurazione del multiplexer/demultiplexer (Mux/Demux) è determinata dalle seguenti caratteristiche:

Multiplexer a doppia fibra (2 fibre)
Multiplexer a fibra singola(1 fibra (fibra singola) o bidirezionale)
Multiplexer a 4 o 8 canali(8 o 16 lunghezze d'onda), in funzione su una fibra
8 o 16 canali, operanti su due fibre
multiplexer con due "comuni"(COMUNE) conclusioni per implementare una topologia “ad anello”.
Per le topologie “punto a punto” o “ad anello”, è richiesto un set di multiplexer “a coppie” (porte Tx–Rx): Mux/Demux Tipo I, Mux/Demux Tipo II
Connettori – FC,SC,LC,ST,FA,SA

I multiplexer possono essere forniti nelle seguenti versioni:
Cremagliera 19" 1RU
In una custodia di plastica(per montaggio a parete o su scatola)
Per tipo di connettore– LC, SC, ecc.

Ricetrasmettitori SFP (Small Form Factor Pluggable) (SFP, SFP+, X2, XFP) – generare e ricevere segnali ottici (determinate lunghezze d'onda) in un sistema CWDM; convertire un segnale da elettrico a ottico e viceversa. Modulo SFP combina sia un trasmettitore che un ricevitore. Pertanto, supporta la trasmissione e la ricezione simultanea di dati su due collegamenti all'interno di un singolo canale. Sin dai tempi della radio, tali dispositivi sono stati chiamati ricetrasmettitori. Questo è il motivo per cui i moduli SFP sono chiamati ricetrasmettitori.

Ciascun ricetrasmettitore SFP funziona su due fibre e, a differenza dei ricetrasmettitori 1000Base LX standard a due fibre, funziona su due diverse lunghezze d'onda: ricevitore a banda larga funziona con una lunghezza d'onda e il trasmettitore con un'altra.
Per formare un canale dati in un sistema SFP, i ricetrasmettitori sono configurati a coppie.

I ricetrasmettitori differiscono anche per l'intensità del segnale (chilometraggio), ovvero funzionano su distanze diverse.

Per una compressione più forte del segnale ottico vengono utilizzati moduli SFP “a colori” che funzionano in un determinato intervallo di lunghezze d'onda (CWDM). Tali ricetrasmettitori SFP sono progettati per generare segnali ottici "portante principale" da 1270 a 1610 nm (passo di 20 nm).

Sono disponibili moduli SFP che operano sia su una che su due fibre con un throughput di 1,25, 2,5 e 4,25 Gbps. Questi moduli possono essere installati direttamente nelle apparecchiature di commutazione praticamente di qualsiasi produttore, consentendo un'integrazione perfetta del CWDM nell'infrastruttura esistente. Lo stesso modulo può fungere da interfaccia Gigabit Ethernet, Fibre Channel o SDH, il che aggiunge significativamente flessibilità alla soluzione.

È anche possibile installare moduli CWDM SFP nello chassis del convertitore multimediale. L'utilizzo di uno chassis è la soluzione più flessibile, eliminando completamente i problemi di incompatibilità delle apparecchiature. Utilizzando lo chassis, ottieni porte Gigabit Ethernet 1000BASE-T standard, eliminando la necessità di costosi switch con porte SFP.

Particolare attenzione dovrebbe essere prestata alla compattazione dei canali da 10 Gbit/s. Solo tre anni fa non esistevano ricetrasmettitori che funzionassero a velocità di 10 Gbit/s e che supportassero le lunghezze d'onda della griglia di frequenze dei sistemi di multiplexing a spettro sparso; ora sono comparsi tali moduli, tuttavia, il loro utilizzo impone restrizioni significative alle capacità del sistema, rispetto al multiplexing di canale 1,25 Gbit/s e 2,5 Gbit/s.

Attualmente non esistono laser da 10 Gbps che operano nell'intervallo di lunghezze d'onda 1350-1450 nm, quindi il numero massimo di canali multiplex da 10 Gbps non può superare 12 quando si utilizzano due fibre G.652D. Inoltre, quando si utilizzano canali da 10 Gbit/s, è necessario tenere presente che il budget ottico massimo di tali moduli non è attualmente superiore a 28 dBm, che corrisponde a un raggio operativo di circa 80 chilometri su fibra monomodale. Nei casi in cui è necessario comprimere e trasmettere più di 12 canali da 10 Gbit/s, incl. su distanze superiori a 80 chilometri viene utilizzata l'attrezzatura DWDM.

Moduli OADM - multiplexer di ingresso/uscita; consentono di selezionare e aggiungere un segnale alla fibra per determinati portanti.

Proprietà di base:
Ingresso/uscita a canale singolo
Ottica passiva
Bassa perdita di inserzione per i collegamenti di backhaul
Lunghezza d'onda dedicata all'utente finale

Fondamentalmente si distinguono i moduli OADM a canale singolo e a doppio canale. La loro differenza sta nella capacità di ricevere e ricevere un segnale ottico da uno o due multiplexer ed è fisicamente dovuta alla presenza di una o due unità ricetrasmittenti. Di conseguenza, un modulo OADM a canale singolo ha un'unità ricetrasmettitore ed è in grado di funzionare con un solo multiplexer in una direzione. Il modulo OADM a due canali dispone di due unità ricetrasmittenti ed è in grado di funzionare “in due direzioni” con due multiplexer/demultiplexer.

L'unità ricetrasmettitore del modulo OADM a canale singolo dispone di quattro interfacce:

Porta Com: riceve un segnale dal multiplexer
Porta Express: trasmette il segnale ad altri elementi del sistema
Aggiungi porta: aggiunge un canale a una determinata lunghezza d'onda alla linea,
Porta Drop: estrae un canale a una determinata lunghezza d'onda dalla linea.

Tali dispositivi non hanno restrizioni sui protocolli o sulla larghezza di banda.
Di conseguenza, il modulo OADM a due canali dispone di due porte Add and Drop aggiuntive.
Se viene utilizzato un sistema a doppia fibra, vengono aggiunte anche le porte Com2 ed Express2.
Un modulo OADM a canale singolo funziona in tandem con un ricetrasmettitore SFP, un modulo OADM a doppio canale - con due

Modulo di transito terminale OADM ( modulo drop/pass) prende un canale dal trunk e lo instrada alla porta locale. I canali rimanenti vengono passati direttamente agli altri nodi della rete.

Il modulo multiplexing OADM a canale singolo (modulo di eliminazione/aggiunta) dispone di due interfacce locali. Il primo prende un canale dal trunk e lo dirige alla porta locale, il secondo aggiunge nuovamente questo canale al trunk nella direzione opposta. Tale modulo è necessario quando si costruisce una rete con topologia ad “anello”.

I moduli OADM possono essere forniti nelle seguenti versioni:
Montaggio su rack 19" 1RU
In custodia di plastica (per il montaggio a parete o in una custodia)
Connettori: LC, SC, ecc.

I principali sistemi di multiplexing a divisione di lunghezza d'onda sono:

- WDM (multiplexing a divisione di lunghezza d'onda)

- CWDM (multiplexing a divisione di lunghezza d'onda grossa)

Allora cos'è il WDM?

Tecnologia per aggiungere segnali ottici con diverse lunghezze d'onda, trasmessi simultaneamente lungo una fibra, 2 o più segnali separati all'estremità dalla lunghezza d'onda. I più tipici (WDM a 2 canali) combinano le lunghezze d'onda di 1310 nm e 1550 nm in un'unica fibra.

Il WDM a due canali (e a tre canali) può essere utilizzato per aggiungere rapidamente e facilmente altre (o due) lunghezze d'onda aggiuntive. È molto facile da installare e collegare ed è molto economico. Nella maggior parte dei casi, WDM è la soluzione più conveniente per la carenza di cavi, fornendo un guadagno di fibra di 2 a 1 o 3 a 1 combinando le lunghezze d'onda di 1310 nm, 1550 nm e 1490 nm in un'unica fibra.

Nei casi in cui sono necessari più canali per espandere l'infrastruttura in fibra ottica esistente, CWDM fornisce una soluzione efficace per tratte ottiche brevi (fino a 80 km). CWDM può aggiungere facilmente e rapidamente fino a 18 lunghezze d'onda aggiuntive alle frequenze standardizzate ITU. È ideale per reti di medie dimensioni con sezioni trasversali fino a 100 km. Poiché la spaziatura delle lunghezze d'onda è di 20 nm, è possibile utilizzare laser meno costosi, con un conseguente costo molto basso. I sistemi CWDM, sebbene multicanale, non dispongono di meccanismi di amplificazione ottica e le limitazioni di portata sono determinate dal canale con la massima attenuazione. Inoltre, i canali dalla regione da 1360 nm a 1440 nm potrebbero subire l'attenuazione maggiore (da 1 a 2 dB/km) a causa del picco dell'acqua in questa regione per alcuni tipi di cavi ottici.

Laddove è richiesta un'elevata capacità o una trasmissione a lunga distanza, soluzioni DWDMè il metodo preferito per aumentare la capacità della fibra. Con i suoi laser ad alta precisione ottimizzati per funzionare nella finestra di 1550 nm (per ridurre le perdite), i sistemi DWDM sono soluzione ideale per le reti più esigenti. I sistemi DWDM possono utilizzare EDFA per amplificare tutte le lunghezze d'onda nella finestra DWDM ed estendere le lunghezze di trasmissione fino a 500 km.

I sistemi DWDM hanno in genere un intervallo limitato a 4-5 sezioni di amplificazione a causa del rumore delle emissioni spontanee amplificate (ASE) nell'EDFA. Sono disponibili strumenti di simulazione per determinare esattamente quanti EDFA possono essere installati. Su tratti lunghi (>120 km) la dispersione può rappresentare un problema, richiedendo l'installazione di moduli di compensazione della dispersione. La banda DWDM è limitata a lunghezze d'onda comprese tra 1530 nm e 1565 nm dall'intervallo di guadagno EDFA.

Tipi di soluzioni:

1. Punto - punto.

L'aggiunta di un sistema spettrale punto a punto a un sistema ottico è una soluzione semplice ed economica al problema della carenza di fibra.
I sistemi con una topologia simile sono tipici per risolvere problemi di trasmissione simultanea di un gran numero di flussi di dati per aumentare il numero di servizi forniti (video, voce, ecc.). In questo caso vengono utilizzate fibre provenienti da una rete di trasporto ottico già esistente. In questa modalità operativa, le informazioni vengono trasmesse attraverso canali tra due punti. Per trasmettere con successo i dati su una distanza fino a 50-80 km, sono necessari multiplexer/demultiplexer in quei nodi in cui i flussi di informazioni verranno combinati e successivamente separati.

Collegamento in derivazione

Questa architettura implementa il trasferimento di informazioni da un nodo a un altro con nodi intermedi lungo questo percorso, dove i singoli canali possono essere immessi e emessi utilizzando moduli OADM. Il numero massimo di diramazioni è determinato dal numero di canali di trasmissione duplex (ad esempio, 4 o e dal budget ottico della linea. Nel calcolo, è necessario ricordare che ciascun modulo OADM introduce un'attenuazione, di conseguenza la lunghezza totale del percorso viene corrispondentemente ridotto.In qualsiasi punto del percorso è possibile estrarre un canale ottico.

In questo caso i moduli OADM (doppio canale) vengono installati tra due multiplexer/demultiplexer.
In questo caso ogni modulo OADM a due canali deve essere dotato di due ricetrasmettitori SFP.

Punto con rami.

La differenza fondamentale rispetto alla prima opzione è l'assenza di un secondo multiplexer/demultiplexer. Pertanto, lo scambio di segnali avviene tra il centro di comunicazione centrale e le apparecchiature terminali su diverse sezioni della linea. Questa architettura sembra promettente dal punto di vista economico, perché consente infatti di eliminare dalla rete lo switch del livello di aggregazione con un notevole risparmio di fibra. In questo caso, la distanza dal modulo OADM (canale singolo) alla posizione dell'apparecchiatura finale (switch, router, convertitore multimediale) è limitata solo dalla potenza del segnale nella linea e dalle perdite di inserzione dell'apparecchiatura di compressione.

Vantaggi
Risparmio di fibra ottica: il sistema di multiplexing dello spettro consente di trasmettere fino a 8 canali su una fibra con un throughput fino a 2,5 Gb/s per canale
Indipendenza dall'alimentazione: l'alimentazione è necessaria solo per le apparecchiature attive
Nessun problema con arresti anomali, riavvii, ecc.
Non è necessario organizzare l'accesso permanente alle posizioni degli elementi del sistema: esistono moduli OADM progettati per il posizionamento in giunti ottici
Ridotto livello di influenza del "fattore umano" - assenza di componenti attivi che richiedono configurazione, gestione, ecc.
Riduzione significativa del costo di proprietà - minori costi operativi
Costo relativamente basso, possibilità di eliminare apparecchiature a livello di aggregazione
Il raggio d'azione massimo è di 80 chilometri o più
Indipendenza dai protocolli client – trasmissione fino a 18 servizi indipendenti su due coppie di fibre ottiche; trasparenza per tutti i protocolli di trasferimento dati
Disponibilità vari tipi apparecchiature per installazione in diverse condizioni: in rack, in accoppiamento, a parete.

Sicuramente tutti hanno sentito parlare della trasmissione di informazioni su reti in fibra ottica e anche che questo metodo offre le velocità più elevate fino ad oggi. È proprio quest'ultima a fornire una buona ragione per lo sviluppo delle tecnologie di trasmissione dei dati su fibra ottica. Già oggi il throughput può raggiungere l’ordine dei terabit (1000 gigabit) al secondo.

Se confrontato con altri metodi di trasmissione delle informazioni, l’ordine di grandezza TB/s è semplicemente irraggiungibile. Un altro vantaggio di tali tecnologie è l'affidabilità della trasmissione. La trasmissione in fibra ottica non presenta gli svantaggi della trasmissione del segnale elettrico o radio. Non sono presenti interferenze che possano danneggiare il segnale e non è necessario concedere una licenza per l'uso della radiofrequenza. Tuttavia, non molte persone immaginano come le informazioni vengono trasferite tramite fibra ottica in generale, e ancor di più non hanno familiarità con le implementazioni specifiche delle tecnologie. In questo articolo ne esamineremo uno: la tecnologia DWDM (multiplexing a divisione di lunghezza d'onda densa).

Per prima cosa, diamo un'occhiata a come le informazioni vengono trasmesse sulla fibra ottica in generale. Una fibra ottica è una guida d'onda che trasporta onde elettromagnetiche con una lunghezza d'onda dell'ordine di mille nanometri (10-9 m). Questa è una regione di radiazione infrarossa che non è visibile all'occhio umano. E l'idea principale è che con una certa selezione del materiale della fibra e del suo diametro, si verifica una situazione in cui per alcune lunghezze d'onda questo mezzo diventa quasi trasparente e anche quando colpisce il confine tra la fibra e l'ambiente esterno, la maggior parte dell'energia viene riflesso nella fibra. Ciò garantisce che la radiazione passi attraverso la fibra senza troppe perdite e il compito principale è ricevere questa radiazione all'altra estremità della fibra. Naturalmente dietro una descrizione così breve si nasconde il lavoro enorme e difficile di molte persone. Non pensare che tale materiale sia facile da creare o che questo effetto sia ovvio. Al contrario, dovrebbe essere considerata una grande scoperta, poiché ora fornisce un modo migliore di trasmettere le informazioni. È necessario comprendere che il materiale della guida d'onda è uno sviluppo unico e la qualità della trasmissione dei dati e il livello di interferenza dipendono dalle sue proprietà; L'isolamento della guida d'onda è progettato per garantire che la produzione di energia verso l'esterno sia minima. Parlando specificamente di una tecnologia chiamata "multiplexing", ciò significa che si trasmettono più lunghezze d'onda contemporaneamente. Non interagiscono tra loro e durante la ricezione o la trasmissione di informazioni gli effetti di interferenza (sovrapposizione di un'onda su un'altra) sono insignificanti, poiché si manifestano in modo più forte a più lunghezze d'onda. Giusto qui stiamo parlando sull'uso di frequenze vicine (la frequenza è inversamente proporzionale alla lunghezza d'onda, quindi non importa di cosa parli). Un dispositivo chiamato multiplexer è un dispositivo per codificare o decodificare le informazioni in forme d'onda e viceversa. Dopo questa breve introduzione passiamo alla descrizione specifica della tecnologia DWDM.

Le principali caratteristiche dei multiplexer DWDM, che li distinguono dai semplici multiplexer WDM:

utilizzo di una sola finestra di trasparenza di 1550 nm, all'interno della regione di amplificazione EDFA di 1530-1560 nm (EDFA - sistema di amplificazione ottica);
brevi distanze tra canali multiplex: 3,2/1,6/0,8 o 0,4 nm.

Per riferimento, diciamo che la lunghezza d'onda della luce visibile è 400-800 nm. Inoltre, poiché il nome stesso parla di una fitta trasmissione di canali, il numero di canali è maggiore rispetto agli schemi WDM convenzionali e raggiunge diverse decine. Per questo motivo, è necessario creare dispositivi in grado di aggiungere o rimuovere un canale, in contrasto con gli schemi convenzionali in cui tutti i canali vengono codificati o decodificati contemporaneamente. Il concetto di instradamento passivo della lunghezza d'onda è associato a tali dispositivi, che operano su un canale tra molti. È anche chiaro che lavorare con un gran numero di canali richiede una maggiore precisione dei dispositivi di codifica e decodifica del segnale e pone requisiti più elevati in termini di qualità della linea. Da qui l'ovvio aumento del costo dei dispositivi, riducendo allo stesso tempo il prezzo per la trasmissione di un'unità di informazioni poiché ora può essere trasmessa in un volume maggiore.

Ecco come funziona un demoltiplicatore con specchio (schema in Fig. 1a). Il segnale multiplex in entrata raggiunge la porta di ingresso. Questo segnale passa quindi attraverso la piastra della guida d'onda e viene distribuito su molte guide d'onda, che sono una struttura di diffrazione AWG (arrayed waveguide reticolo). Come prima, il segnale in ciascuna delle guide d'onda rimane multiplexato e ciascun canale rimane rappresentato in tutte le guide d'onda, cioè finora si è verificata solo la parallelizzazione. Successivamente, i segnali vengono riflessi dalla superficie dello specchio e, di conseguenza, i flussi luminosi vengono nuovamente raccolti nella piastra della guida d'onda, dove vengono focalizzati e interferiti. Ciò porta alla formazione di una figura di interferenza con massimi spazialmente separati, e solitamente la geometria della piastra e dello specchio viene calcolata in modo tale che questi massimi coincidano con i poli di uscita. Il multiplexing avviene al contrario.

Un altro metodo per costruire un multiplexer si basa non su una, ma su una coppia di piastre guida d'onda (Fig. 1b). Il principio di funzionamento di un tale dispositivo è simile al caso precedente, tranne per il fatto che qui viene utilizzata una piastra aggiuntiva per la messa a fuoco e l'interferenza.

I multiplexer DWDM, essendo dispositivi puramente passivi, introducono una grande attenuazione nel segnale. Ad esempio, le perdite per un dispositivo (vedere Fig. 1a) che funziona in modalità demultiplexing sono 10-12 dB, con interferenze di diafonia a lungo raggio inferiori a –20 dB e metà larghezza dello spettro del segnale di 1 nm (basato sui materiali da Oki Electric Industry). A causa delle grandi perdite, spesso è necessario installare un amplificatore ottico prima e/o dopo il multiplexer DWDM.

Il parametro più importante nella tecnologia del multiplexing a onde dense è senza dubbio la distanza tra i canali adiacenti. La standardizzazione della disposizione spaziale dei canali è necessaria anche solo perché sulla base di essa sarà possibile iniziare a condurre test per la compatibilità reciproca di apparecchiature di diversi produttori. Il settore di standardizzazione delle telecomunicazioni dell'Unione internazionale delle telecomunicazioni (ITU-T) ha approvato un piano di frequenze DWDM con una spaziatura tra i canali di 100 GHz, che corrisponde ad una differenza di lunghezza d'onda di 0,8 nm. Viene discussa anche la questione della trasmissione di informazioni con una differenza di lunghezze d'onda di 0,4 nm. Sembrerebbe che la differenza possa essere ridotta ancora di più, ottenendo così una maggiore produttività, ma in questo caso sorgono difficoltà puramente tecnologiche legate alla produzione di laser che generano un segnale strettamente monocromatico (frequenza costante senza interferenze) e reticoli di diffrazione che separano i massimi nello spazio, corrispondenti a diverse lunghezze d'onda. Quando si utilizza la separazione a 100 GHz, tutti i canali riempiono uniformemente la banda utilizzabile, il che è utile quando si impostano e riconfigurano le apparecchiature. La scelta dell'intervallo di separazione è determinata dalla larghezza di banda richiesta, dal tipo di laser e dal grado di interferenza sulla linea. Tuttavia, va tenuto presente che quando si opera anche in un intervallo così ristretto (1530-1560 nm), l'influenza dell'interferenza non lineare ai confini di questa regione è molto significativa. Ciò spiega il fatto che all'aumentare del numero di canali è necessario aumentare la potenza del laser, ma ciò, a sua volta, porta ad una diminuzione del rapporto segnale-rumore. Di conseguenza, l'uso di una guarnizione più rigida non è ancora standardizzato ed è in fase di sviluppo. Un altro ovvio svantaggio dell'aumento della densità è la riduzione della distanza su cui il segnale può essere trasmesso senza amplificazione o rigenerazione (questo sarà discusso più dettagliatamente di seguito).

Si noti che il problema della non linearità menzionato sopra è inerente ai sistemi di amplificazione basati sul silicio. Attualmente vengono sviluppati sistemi fluoro-zirconati più affidabili che forniscono una maggiore linearità (nell'intera regione di 1530-1560 nm) del guadagno. Con l'aumento dell'area operativa EDFA, diventa possibile eseguire il multiplex di 40 canali STM-64 a intervalli di 100 GHz con una capacità totale di 400 GHz per fibra (Fig. 2).

La tabella mostra specifiche uno dei potenti sistemi multiplex che utilizzano il piano di frequenza 100/50 GHz, prodotto da Ciena Corp.

Diamo uno sguardo più da vicino al sistema di amplificazione ottica. Qual è il problema? Inizialmente, il segnale viene generato da un laser e inviato alla fibra. Si diffonde lungo la fibra, subendo modifiche. Il principale cambiamento da affrontare è lo scattering (dispersione) del segnale. È associato agli effetti non lineari che si verificano quando un pacchetto d'onde attraversa un mezzo ed è ovviamente spiegato dalla resistenza del mezzo. Ciò solleva il problema della trasmissione a lunga distanza. Grande: nel senso di centinaia o addirittura migliaia di chilometri. Questo è 12 ordini di grandezza più lungo della lunghezza d'onda, quindi non sorprende che anche se gli effetti non lineari sono piccoli, in totale a tale distanza devono essere presi in considerazione. Inoltre, potrebbe esserci non linearità nel laser stesso. Esistono due modi per ottenere una trasmissione affidabile del segnale. Il primo è l'installazione di rigeneratori che riceveranno un segnale, lo decodificheranno, genereranno un nuovo segnale, completamente identico a quello arrivato, e lo invieranno ulteriormente. Questo metodo è efficace, ma tali dispositivi sono piuttosto costosi e l'aumento della loro capacità o l'aggiunta di nuovi canali da gestire comporta difficoltà nella riconfigurazione del sistema. Il secondo metodo è semplicemente l'amplificazione ottica del segnale, del tutto simile all'amplificazione del suono in un centro musicale. Questa amplificazione si basa sulla tecnologia EDFA. Il segnale non viene decodificato, ma ne viene solo aumentata l'ampiezza. Ciò consente di eliminare le perdite di velocità nei nodi di amplificazione ed elimina anche il problema dell'aggiunta di nuovi canali, poiché l'amplificatore amplifica tutto in un determinato intervallo.

Sulla base dell'EDFA, la perdita di potenza della linea viene superata dall'amplificazione ottica (Fig. 3). A differenza dei rigeneratori, questo guadagno trasparente non è legato al bit rate del segnale, consentendo la trasmissione delle informazioni a velocità più elevate e aumentando il throughput finché non entrano in gioco altri fattori limitanti come la dispersione cromatica e la dispersione della modalità di polarizzazione. Gli amplificatori EDFA sono anche in grado di amplificare un segnale WDM multicanale, aggiungendo un'altra dimensione alla larghezza di banda.

Sebbene il segnale ottico generato dal trasmettitore laser originale abbia una polarizzazione ben definita, tutti gli altri nodi lungo il percorso del segnale ottico, compreso il ricevitore ottico, dovrebbero mostrare una debole dipendenza dei loro parametri dalla direzione della polarizzazione. In questo senso, gli amplificatori ottici EDFA, caratterizzati da una debole dipendenza dalla polarizzazione del guadagno, presentano un notevole vantaggio rispetto agli amplificatori a semiconduttore. Nella fig. La Figura 3 mostra i diagrammi operativi di entrambi i metodi.

A differenza dei rigeneratori, gli amplificatori ottici introducono rumore aggiuntivo di cui bisogna tenere conto. Pertanto, insieme al guadagno, uno dei parametri importanti dell'EDFA è la figura di rumore. La tecnologia EDFA è più economica e per questo motivo viene utilizzata più spesso nella pratica reale.

Poiché EDFA, almeno in termini di prezzo, sembra più attraente, consideriamo le caratteristiche principali di questo sistema. Questo è il potere di saturazione che caratterizza potenza di uscita amplificatore (può raggiungere e anche superare i 4 W); guadagno, definito come il rapporto tra le potenze dei segnali di ingresso e di uscita; determina la potenza dell'emissione spontanea amplificata livello di rumore, che l'amplificatore stesso crea. Qui è opportuno fornire un esempio di centro musicale, dove si possono rintracciare analogie in tutti questi parametri. Il terzo (livello di rumore) è particolarmente importante ed è auspicabile che sia il più basso possibile. Usando un'analogia, potresti provare a includere Centro musicale, senza avviare alcun disco, ma contemporaneamente ruotare la manopola del volume al massimo. Nella maggior parte dei casi sentirai del rumore. Questo rumore è creato dai sistemi di amplificazione semplicemente perché sono alimentati. Allo stesso modo, nel nostro caso, si verifica un'emissione spontanea, ma poiché l'amplificatore è progettato per emettere onde in un certo intervallo, sarà più probabile che i fotoni di questo particolare intervallo vengano emessi nella linea. Ciò creerà (nel nostro caso) un leggero rumore. Ciò impone una limitazione alla lunghezza massima della linea e al numero di amplificatori ottici in essa contenuti. Il guadagno viene solitamente selezionato in modo da ripristinare il livello del segnale originale. Nella fig. La Figura 4 mostra gli spettri comparativi del segnale di uscita in presenza e assenza di segnale in ingresso.

Un altro parametro utile da utilizzare quando si caratterizza un amplificatore è il fattore di rumore: questo è il rapporto tra i parametri segnale-rumore all'ingresso e all'uscita dell'amplificatore. In un amplificatore ideale, questo parametro dovrebbe essere uguale all'unità.

Esistono tre applicazioni per gli amplificatori EDFA: preamplificatori, amplificatori di linea e amplificatori di potenza. I primi sono installati direttamente davanti al ricevitore. Questo viene fatto per aumentare il rapporto segnale-rumore, che consente l'uso di ricevitori più semplici e può ridurre il prezzo dell'apparecchiatura. Gli amplificatori lineari sono destinati semplicemente ad amplificare il segnale in linee lunghe o in caso di ramificazione di tali linee. Gli amplificatori di potenza vengono utilizzati per amplificare il segnale di uscita direttamente dopo il laser. Ciò è dovuto al fatto che anche la potenza del laser è limitata e talvolta è più semplice installare semplicemente un amplificatore ottico piuttosto che installare un laser più potente. Nella fig. La Figura 5 mostra schematicamente tutti e tre i modi di utilizzare EDFA.

Oltre all'amplificazione ottica diretta sopra descritta, attualmente si sta preparando ad entrare nel mercato un dispositivo di amplificazione che utilizza l'effetto di amplificazione Raman e sviluppato presso i Bell Labs. L'essenza dell'effetto è che un raggio laser di una certa lunghezza d'onda viene inviato dal punto di ricezione verso il segnale, che oscilla il reticolo cristallino della guida d'onda in modo tale che inizi a emettere fotoni in un'ampia gamma di frequenze. Aumenta così il livello complessivo del segnale utile, che consente di aumentare leggermente la distanza massima. Oggi questa distanza è di 160-180 km, rispetto ai 70-80 km senza miglioramento Raman. Questi dispositivi, prodotti da Lucent Technologies, arriveranno sul mercato all'inizio del 2001.

Ciò che è stato descritto sopra è la tecnologia. Ora qualche parola sulle implementazioni già esistenti e utilizzate attivamente nella pratica. Innanzitutto notiamo che l'uso delle reti in fibra ottica non è solo Internet e, forse, non tanto Internet. Le reti in fibra ottica possono trasportare canali vocali e TV. In secondo luogo, diciamo che ce ne sono diversi tipi diversi reti. Siamo interessati alle reti dorsali a lunga distanza, così come alle reti localizzate, ad esempio all'interno di una città (le cosiddette soluzioni metropolitane). Allo stesso tempo, per i canali di comunicazione di linea, dove la regola “più spesso è il tubo, meglio è” funziona perfettamente, la tecnologia DWDM è la soluzione ottimale e ragionevole. Una situazione diversa si presenta nelle reti urbane, nelle quali le richieste di trasmissione del traffico non sono così elevate come quelle dei canali principali. Qui gli operatori utilizzano il buon vecchio trasporto basato su SDH/SONET che opera nella gamma di lunghezze d'onda di 1310 nm. In questo caso, per risolvere il problema della larghezza di banda insufficiente, che tra l'altro non è ancora molto grave per le reti urbane, è possibile utilizzare la nuova tecnologia SWDM, che è una sorta di compromesso tra SDH/SONET e DWDM (leggi di più sulla tecnologia SWDM sul nostro CD-ROM). Con questa tecnologia, gli stessi nodi dell'anello in fibra supportano sia la trasmissione dati a canale singolo a 1310 nm che il multiplexing a divisione di lunghezza d'onda a 1550 nm. Il risparmio si ottiene "accendendo" una lunghezza d'onda aggiuntiva, che richiede l'aggiunta di un modulo al dispositivo corrispondente.

DWDM e traffico

Uno di punti importanti Quando si utilizza la tecnologia DWDM, questo è il traffico trasmesso. Il fatto è che la maggior parte delle apparecchiature attualmente esistenti supporta la trasmissione di un solo tipo di traffico su una lunghezza d'onda. Di conseguenza, spesso si verifica una situazione in cui il traffico non riempie completamente la fibra. Pertanto, il traffico meno “denso” viene trasmesso su un canale con un throughput formale equivalente, ad esempio, a STM-16.

Attualmente stanno apparendo apparecchiature che realizzano il pieno carico di lunghezze d'onda. In questo caso, una lunghezza d'onda può essere "riempita" con traffico eterogeneo, ad esempio TDM, ATM, IP. Un esempio è la famiglia di apparecchiature Chromatis di Lucent Technologies, in grado di trasmettere tutti i tipi di traffico supportati dalle interfacce I/O su un'unica lunghezza d'onda. Ciò si ottiene attraverso l'interruttore incrociato TDM e l'interruttore ATM integrati. Inoltre, il cambio ATM aggiuntivo non determina il prezzo. In altre parole, la funzionalità aggiuntiva dell'apparecchiatura si ottiene quasi allo stesso costo. Ciò ci consente di prevedere che il futuro risiede nei dispositivi universali in grado di trasmettere qualsiasi traffico con un utilizzo ottimale della larghezza di banda.

DWDM domani

Passando senza intoppi alle tendenze di sviluppo di questa tecnologia, sicuramente non scopriremo l'America se diciamo che DWDM è la tecnologia di trasmissione ottica dei dati più promettente. Ciò può essere attribuito in misura maggiore alla rapida crescita del traffico Internet, i cui tassi di crescita si avvicinano al migliaia di punti percentuali. I principali punti di partenza dello sviluppo saranno l'aumento della lunghezza massima di trasmissione senza amplificazione del segnale ottico e l'implementazione di un numero maggiore di canali (lunghezze d'onda) in una fibra. I sistemi odierni forniscono la trasmissione di 40 lunghezze d'onda, corrispondenti a una griglia di frequenza di 100 gigahertz. I prossimi dispositivi con una rete a 50 GHz che supportano fino a 80 canali entreranno nel mercato, il che corrisponde alla trasmissione di flussi di terabit su una singola fibra. E oggi puoi già sentire le dichiarazioni dei laboratori di società di sviluppo come Lucent Technologies o Nortel Networks sull'imminente creazione di sistemi a 25 GHz.

Tuttavia, nonostante lo sviluppo così rapido dell’ingegneria e della ricerca, gli indicatori di mercato apportano i propri aggiustamenti. L'anno trascorso è stato caratterizzato da un grave calo del mercato dell'ottica, come testimonia il significativo calo del prezzo delle azioni di Nortel Networks (29% in un giorno di negoziazione) dopo che ha annunciato difficoltà nella vendita dei suoi prodotti. Altri produttori si sono trovati in una situazione simile.

Allo stesso tempo, mentre i mercati occidentali stanno sperimentando una certa saturazione, i mercati orientali stanno appena iniziando a svilupparsi. L’esempio più eclatante è il mercato cinese, dove una dozzina di operatori su scala nazionale stanno gareggiando per costruire reti dorsali. E se "loro" hanno praticamente risolto i problemi relativi alla costruzione di reti dorsali, allora nel nostro paese, per quanto triste possa essere, semplicemente non c'è bisogno di canali spessi per trasmettere il nostro traffico. Tuttavia, la mostra “Dipartimentale e reti aziendali Communications" ha rivelato l'enorme interesse degli operatori di telecomunicazioni nazionali per le nuove tecnologie, incluso il DWDM. E se mostri come Transtelecom o Rostelecom dispongono già di reti di trasporto su scala statale, l'attuale settore energetico sta appena iniziando a costruirle. Quindi, nonostante tutti i problemi, l'ottica è il futuro. E DWDM svolgerà un ruolo significativo qui.

ComputerPress 1"2001

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