Acasă › Programe › Valoarea Cwdm a frecvențelor purtătoare. Ce tehnologii pot folosi operatorii pentru a îmbunătăți capacitățile rețelelor optice existente? Evaluarea calității liniei

Valoarea Cwdm a frecvențelor purtătoare. Ce tehnologii pot folosi operatorii pentru a îmbunătăți capacitățile rețelelor optice existente? Evaluarea calității liniei

Apar adesea întrebări despre care este diferența dintre tehnologiile CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing) și DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing), în afară de numărul diferit de canale. Tehnologiile sunt similare în principiile organizării canalelor de comunicare și canalelor de intrare-ieșire, dar au grade complet diferite de precizie tehnologică, ceea ce afectează semnificativ parametrii liniei și costul soluțiilor.

Numărul de lungimi de undă și canale CWDM și DWDM

Tehnologia de multiplexare a diviziunii în lungime de undă CWDM implică utilizarea a 18 lungimi de undă 1), în timp ce multiplexarea cu diviziune a lungimii de undă de precizie DWDM poate folosi 40 de lungimi de undă sau mai mult.

Grilă de frecvență CWDM și DWDM

Canalele în tehnologia CWDM sunt împărțite după lungimea de undă, în DWDM - după frecvență 2). Lungimea de undă este calculată secundar din raportul dintre viteza luminii în vid și frecvența. Pentru CWDM, se folosește o grilă de lungimi de undă cu un pas de 20 nm; pentru sistemele DWDM standard, grilele de frecvență sunt de 100 GHz și 50 GHz; pentru DWDM de înaltă densitate se utilizează grile de 25 și 12,5 GHz.

lungimi de undă și frecvențe CWDM și DWDM

Tehnologia CWDM folosește lungimi de undă din intervalul 1270 - 1610 nm. Luând în considerare toleranțele și lățimea de bandă a filtrelor, intervalul se extinde la 1262,5 - 1617,5, care este 355 nm. obținem 18 lungimi de undă.

Pentru DWDM cu o grilă de 100 GHz, purtătorii sunt situati în intervalul de la 191,5 (1565,50 nm) THz la 196,1 THz (1528,77 nm), adică o gamă de 4,6 THz sau 36,73 nm lățime. Total 46 de lungimi de undă pentru 23 de canale duplex.

Pentru DWDM cu o grilă de 50 GHz, frecvențele semnalului sunt în intervalul 192 THz (1561,42 nm) - 196 THz (1529,55 nm), adică 4 THz (31,87 nm). Există 80 de lungimi de undă aici.

Capacitate de amplificare CWDM și DWDM

Sistemele de multiplexare cu diviziune în lungime de undă bazate pe tehnologia CWDM nu implică amplificarea unui semnal cu mai multe componente. Acest lucru se datorează lipsei amplificatoarelor optice care funcționează într-un spectru atât de larg.

Tehnologia DWDM, dimpotrivă, implică amplificarea semnalului. Semnalul multicomponent poate fi amplificat cu amplificatoare standard cu erbiu (EDFA).

Domeniu de funcționare CWDM și DWDM

Sistemele CWDM sunt concepute pentru a funcționa pe linii de lungime relativ scurtă, aproximativ 50-80 de kilometri.

Sistemele DWDM permit transmiterea datelor pe distanțe mult mai mari de 100 de kilometri. În plus, în funcție de tipul de modulare a semnalului, canalele DWDM pot funcționa fără regenerare la o distanță mai mare de 1000 de kilometri.

Note

1) La începutul anului 2015, producătorii de module optice, inclusiv SKEO, au introdus module CWDM SFP cu o lungime de undă de 1625 nm. Această lungime de undă nu este specificată de ITU G.694.2, dar a găsit o utilizare în practică.

2) Grilele de frecvență pentru CWDM sunt descrise în standardul ITU G.694.2, pentru DWDM - în standardul G.694.1 (reviziunea 2).

Numărul de lungimi de undă și canale CWDM și DWDM

Grilă de frecvență CWDM și DWDM

lungimi de undă și frecvențe CWDM și DWDM

Pentru DWDM cu o grilă de 50 GHz, frecvențele semnalului sunt în intervalul 192 THz (1561,42 nm) - 196 THz (1529,55 nm), adică 4 THz (31,87 nm). Există 80 de lungimi de undă aici.

Capacitate de amplificare CWDM și DWDM

Tehnologia DWDM, dimpotrivă, implică amplificarea semnalului. Semnalul multicomponent poate fi amplificat cu amplificatoare standard cu erbiu (EDFA).

Domeniu de funcționare CWDM și DWDM

Sistemele CWDM sunt concepute pentru a funcționa pe linii de lungime relativ scurtă, aproximativ 50-80 de kilometri.

Note

2) Grilele de frecvență pentru CWDM sunt descrise în standardul ITU G.694.2, pentru DWDM - în standardul G.694.1 (reviziunea 2).

Multiplexarea cu diviziune a lungimii de undă, cu tehnologie plină (Dense Wave Division Multiplexing, DWDM) este proiectată pentru a crea o nouă generație de coloană vertebrală optică care rulează la viteze multi-terabit și. Informațiile din liniile de comunicație prin fibră optică au trecut în același timp un număr mare de unde luminoase. Rețelele DWDM funcționează pe principiul comutării canalelor, fiecare undă luminoasă este un singur canal spectral și este o informație esențială.

Oportunitățile DWDM

Numărul de canale dintr-o singură fibră - 64 de fascicule de lumină în transparența ferestrei de 1550 nm. Fiecare undă luminoasă transmite informații la 40 Gb/s. Dezvoltarea hardware este, de asemenea, în curs de dezvoltare cu rate de date la viteze de până la 100 Gbit/s, iar Cisco, sunt deja în curs de dezvoltare pentru o astfel de tehnologie.

În tehnologia DWDM are predecesor - tehnologia de multiplexare a diviziunii în lungime de undă (Wave Division Multiplexing, WDM), care utilizează patru ferestre de transmisie a canalelor spectrale 1310 nm și 1550 nm, cu o distanță între purtători de 800-400 GHz. Multiplexarea DWDM numită „densificată” datorită faptului că folosește o distanță considerabil mai mică între lungimi de undă decât WDM.

Planuri de frecvență

În prezent, două din planul de frecvență (adică un set de frecvențe care sunt separate între ele printr-o valoare constantă) sunt definite de recomandarea G.692 Sector ITU-T:

Pasul planului de frecvență (distanța dintre canalele de frecvență adiacente) de 100 GHz (0,8 nm = DA), prin care unda de transmisie a datelor 41 este aplicată în intervalul de la 1528,77 (196,1 THz) la 1560,61 nm (192,1 THz);
Plan de frecvență în trepte de 50 GHz (DA = 0,4 nm), permițându-vă să transferați în același interval de 81 de lungimi de undă.
Unele companii au produs, de asemenea, echipamente, numitele echipamente de multiplexare cu diviziune a lungimii de undă (High-Dense WDM, HDWDM), capabile să funcționeze cu o frecvență de până la 25 GHz.

Principala problemă în construcția sistemelor DWDM super-dense este că, odată cu scăderea treptei de frecvență, există o suprapunere a spectrului canalelor adiacente și există o estompare a fasciculului de lumină. Acest lucru duce la o creștere a numărului de erori și la incapacitatea de a transmite informații în sistem

Planurile de frecvență ale DWDM

În următoarele planuri de canale sunt utilizate în prezent pentru diferite tipuri de sisteme DWDM, CWDM, HDWDM, WDM.

Planuri de frecvență DWDM

Amplificatoare cu fibră optică

Succesul practic al tehnologiei DWDM a definit în multe feluri aspectul unui amplificator cu fibră optică. Dispozitivele optice amplifică direct semnalele luminoase în banda de 1550 nm, eliminând necesitatea conversiei intermediare în formă electrică, la fel ca regeneratoarele utilizate în rețeaua SDH. Dezavantajul sistemelor de regenerare a semnalului electric este că trebuie să ia un anumit tip de codare, ceea ce le face destul de scumpe. Amplificatoarele optice, informații de transmisie „transparente”, permit creșterea vitezei liniei fără a fi nevoie de upgrade a unităților de amplificare. Lungimea secțiunii dintre amplificatoarele optice poate ajunge 150 km sau mai mult, care oferă coloană vertebrală DWDM economică generată în care lungimea secțiunii multiplex este astăzi de 600-3000 km cu utilizarea amplificatoarelor optice intermediare de la 1 la 7.

Recomandarea ITU-T G.692 a definit trei tipuri de secțiuni de amplificare, adică secțiuni între două multiplexoare adiacente, DWDM:

L (lung)- parcela este formată din maximum 8 trave de linii de comunicație cu fibră optică și 7 de amplificatoare optice, distanța maximă dintre amperi - până la 80 km cu o lungime totală maximă a secțiunii de 640 km;
V (foarte lung)- parcela este formată din maximum 5 trave de linii de comunicație cu fibră optică și 4 amplificatoare optice, distanța maximă dintre amperi - până la 120 km cu o lungime totală maximă de 600 km secțiune;
U (ultra lung)- parcela fara repetitoare pana la 160 km

Restricții privind cantitatea de coasting și lung asociate cu degradarea semnalului optic în amplificarea optică. Deși amplificatorul optic restabilește puterea semnalului, acesta nu compensează pe deplin efectul dispersiei cromatice (adică propagarea diferitelor lungimi de undă la viteze diferite, datorită cărora semnalul de la capătul de recepție este fibre „untate”) și alte efecte neliniare. Prin urmare, pentru a construi o mai extinsă autostrăzi trebuie instalate între porțiunile de armare multiplexere DWDM care efectuează regenerarea semnalului prin conversia acestuia în formă electrică și înapoi. Pentru a reduce efectele neliniare în limitarea semnalului DWDM se aplică și sistemele de alimentare.

Topologii tipice

Conexiune ultralungă în două puncte pe baza multiplexoarelor terminale, DWDM

Circuit DWDM cu intrare-ieșire în nodurile intermediare

Topologie inel

Topologia inel oferă o rețea DWDM de supraviețuire prin căi redundante. metode de protecție a traficului utilizate în DWDM, similare metodelor din SDH. Pentru unii, conexiunea a fost securizată, două căi sunt stabilite între punctele sale finale: principal și de rezervă. Punctul final al multiplexorului compară cele două semnale și selectează cea mai bună calitate a semnalului.

Multiplexoare de apel DWDM

Topologia plasă

Odată cu dezvoltarea rețelelor DWDM, se utilizează din ce în ce mai mult topologia mesh, care oferă cele mai bune performanțe în ceea ce privește flexibilitatea, performanța și rezistența decât alte topologii. Cu toate acestea, pentru a implementa o topologie mesh, trebuie să aveți conexiuni încrucișate optice (Optical Cross-Connector, PL), care nu numai că adaugă unde la semnalul general de tranzit și le emite, la fel ca și intrarea-ieșire a multiplexorului, dar și suportă arbitrare. comutarea între semnale optice transmise unde de diferite lungimi.

Mesh DWDM

Multiplexoare optice IO

Muliplexoare pasive utilizate în rețelele DWDM (fără alimentare și conversie activă) și multiplexoare active, demultipleskory.

Multiplexoare pasive	Multiplexoare active
Numărul de unde luminoase emise scăzut	Numărul de unde luminoase este limitat la planul de frecvență aplicabil și la un set de unde luminoase
Vă permite să afișați și semnalul de intrare este un val de lumină fără a modifica spectrul general al fasciculului de lumină	Nu introduce o atenuare suplimentară deoarece produce o demultiplexare completă a tuturor canalelor și transformarea în formă electrică
Introduce o atenuare suplimentară	Are un cost ridicat
Are un cost bugetar

Conexiuni optice încrucișate

În rețelele cu topologie mesh este necesar să se ofere flexibilitatea de a schimba traseul valului de conexiuni între abonații rețelei. Astfel de capabilități oferă conexiuni optice încrucișate, pentru a ghida oricare dintre unde la orice port de ieșire de la fiecare semnal de port de intrare (desigur, cu condiția ca niciun alt semnal al acestui port să nu folosească valul trebuie să realizeze o altă lungime de undă de difuzare).

Există două tipuri de conexiuni optice încrucișate:

Conectori încrucișați optoelectronici cu conversie intermediară în formă electrică;
conexiuni încrucișate integral optice sau comutatoare fotonice.

Sistem microelectro-mecanic, MEMS

Factori care trebuie luați în considerare în construcția sistemelor DWDM

Dispersia cromatică

Dispersia cromatică- ca urmare a influenţei sale, pe măsură ce se propagă prin fibră, impulsurile care constituie semnalul optic devin mai largi. Când se transmit semnale pe distanțe lungi, impulsurile pot fi suprapuse pe cele adiacente, ceea ce face dificilă recuperarea precisă. Odată cu creșterea vitezei de transmisie, lungimea fibrei optice și efectul de dispersie cromatică crește. Pentru a reduce efectul dispersiei cromatice asupra semnalelor transmise, se aplică compensatori de dispersie.

Dispersia mod de polarizare

PMD apare într-o fibră optică din cauza diferenței în vitezele de propagare a celor două componente ale modului de polarizare reciproc perpendiculare, ceea ce duce la distorsiunea impulsurilor transmise. Motivul acestui fenomen este eterogenitatea formei geometrice a fibrei optice. Efectul dispersiei modului de polarizare asupra semnalelor optice transmise cu o rată în creștere cu creșterea numărului de canale și al sistemului de etanșare cu creșterea lungimii fibrei.

Difuzare inversă stimulată Mandelstam - Brillouin, Esența acestui fenomen este crearea unui semnal optic de domenii periodice cu indice de refracție variabil - un fel de rețea de difracție virtuală, care trece prin care semnalele se propagă ca unda acustică. Reflectate, semnalele de grilă virtuală sunt adăugate și amplificate pentru a forma un semnal optic invers cu frecvența Doppler în jos. Acest fenomen duce la o creștere a nivelului de zgomot și previne răspândirea semnalului optic, deoarece o mare parte a puterii acestuia este disipată în sens invers. Adesea numit în mod greșit acest fenomen undă acustică reflectată.

Modulare de fază la niveluri mari de putere ale semnalului laser poate apărea modularea propriei faze a semnalului. Această modulație extinde domeniul și lărgește sau comprimă semnalul în timp, în funcție de semnul dispersiei cromatice. În sistemele WDM dense, semnalul de automodulație cu semnale cu spectru extins poate fi suprapus pe canalele adiacente. Semnalul de modulație de fază crește odată cu creșterea puterii, creșterea ratei de transmisie și cu o dispersie cromatică negativă. Influența modulării fazei este redusă la zero sau la o dispersie cromatică pozitivă mică

Modulație încrucișată semnalul rezultat al fenomenului modulează faza semnalelor unui canal de la canalele vecine. Factorii care afectează modulația încrucișată, coincid cu factorii care influențează modulația de fază. În plus, efectul de modulare încrucișată depinde de numărul de canale din sistem.

Amestecare cu patru valuri, este afișat la nivelul de putere prag laser, caz în care caracteristicile neliniare ale fibrei conduc la interacțiunea a trei unde și al patrulea val al noului aspect, care poate coincide cu frecvența altui canal. O astfel de frecvență de suprapunere crește nivelul de zgomot și recepția semnalului dificilă

Zgomot amplificator EDFA de inserție, motivul acestui fenomen - puterea de emisie spontană amplificată care are loc datorită caracteristicilor de proiectare amplificatoare edfa. În procesul de trecere prin amplificator la componenta utilă a semnalului optic se adaugă zgomotului, reducând astfel raportul „semnal / zgomot”, ca urmare a semnalului poate fi primit în eroare. Acest fenomen limitează cantitatea de amplificatoare în linie.

Tehnologia DWDM

Multiplexarea cu diviziune a lungimii de undă densă (DWDM) este tehnologie moderna transmiterea unui număr mare de canale optice pe o singură fibră, care stă la baza noii generații tehnologii de rețea. În prezent, industria telecomunicațiilor suferă schimbări fără precedent asociate cu tranziția de la sistemele bazate pe voce la sistemele de transmisie a datelor, care este o consecință a dezvoltării rapide a tehnologiilor Internet și a unei varietăți de aplicații de rețea. Odată cu implementarea la scară largă a rețelelor de date vine o modificare a arhitecturii rețelei în sine. Acesta este motivul pentru care sunt necesare schimbări fundamentale în principiile de proiectare, control și management al rețelei. Noua generație de tehnologii de rețea se bazează pe rețele optice cu mai multe lungimi de undă bazate pe multiplexarea densă cu diviziune în lungime de undă (DWDM).

Descrierea tehnologiei

Cel mai important parametru în tehnologia de multiplexare a undelor dense este, fără îndoială, distanța dintre canalele adiacente. Este necesară standardizarea amenajării spațiale a canalelor, fie și numai pentru că pe baza acesteia va fi posibilă efectuarea de teste pentru compatibilitatea reciprocă a echipamentelor de la diferiți producători. Sectorul de standardizare în telecomunicații al Uniunii Internaționale de Telecomunicații ITU-T a aprobat un plan de frecvență DWDM cu o distanță între canale de 100 GHz (nm), (Tabelul 1). În același timp, continuă o dezbatere majoră în jurul adoptării unui plan de frecvență cu o distanță și mai mică dintre canale de 50 GHz (nm). Fără a înțelege limitările și beneficiile fiecărui plan de spectru, transportatorii și organizațiile care intenționează să-și extindă capacitatea rețelei se pot confrunta cu provocări semnificative și investiții inutile.

Grila de 100 GHz.

Tabelul din dreapta arată grile de plan de frecvență de 100 GHz cu diferite grade de dispersie a canalului. Toate grilele, cu excepția unuia 500/400, au canale egal distanțate. Distribuția uniformă a canalelor vă permite să optimizați funcționarea convertoarelor de undă, a laserelor reglabile și a altor dispozitive ale unei rețele integral optice și, de asemenea, ușurează construirea acesteia.

Implementarea unei anumite rețele de plan de frecvență depinde în mare măsură de trei factori principali:

tipul de amplificatoare optice utilizate (siliciu sau fluorozirconat);
viteze de transmisie pe canal - 2,4 Gbit/s (STM-16) sau 10 Gbit/s (STM-64);
influența efectelor neliniare.

În plus, toți acești factori sunt strâns interconectați.

EDFA-urile standard din fibră de siliciu au un dezavantaj - variația mare a câștigului în regiunea sub 1540 nm, ceea ce duce la raporturi semnal-zgomot mai scăzute și la câștig neliniar în această regiune. Atât valorile de câștig foarte scăzute, cât și cele foarte mari sunt la fel de nedorite. Pe măsură ce lățimea de bandă crește, raportul minim semnal-zgomot permis de standard crește - de exemplu, pentru canalul STM-64 este cu 4-7 dB mai mare decât pentru STM-16. Astfel, neliniaritatea câștigului EDFA de siliciu limitează mai puternic dimensiunea zonei pentru canalele multiplex STM-64 (1540-1560 nm) decât pentru canalele STM-16 și capacitatea mai mică (unde poate fi utilizată aproape întreaga zonă de câștig EDFA de siliciu, în ciuda faptului că neliniaritatea).

Grila de 50 GHz.

Un plan de grilă de frecvență mai dens, dar nestandardizat, cu un interval de 50 GHz, permite utilizarea mai eficientă a zonei de 1540-1560 nm în care funcționează EDFA-urile standard de siliciu. Alături de acest avantaj, această grilă are și dezavantajele sale.

În- primul, odată cu scăderea intervalelor intercanale, influența efectului de amestecare cu patru unde crește, care începe să se limiteze lungime maxima linie de inter-regenerare (linie bazată doar pe amplificatoare optice).

În- al doilea Distanța scurtă între canale de 0,4 nm poate limita posibilitatea de multiplexare a canalelor STM-64. După cum se poate observa din figură, multiplexarea canalelor STM-64 cu un interval de 50 GHz nu este permisă, deoarece atunci spectrele canalelor adiacente se suprapun. Numai dacă există o rată de transmisie mai mică pe canal (STM-4 și mai jos), suprapunerea spectrului nu are loc.

ÎN- al treilea, la 50 GHz, cerințele pentru lasere reglabile, multiplexoare și alte componente devin mai stricte, ceea ce reduce numărul potențialilor producători de echipamente și duce, de asemenea, la o creștere a costului acestuia.

Multiplexoare DWDM

Multiplexoarele DWDM (spre deosebire de WDM mai tradiționale) au două caracteristici distinctive:

folosind o singură fereastră de transparență de 1550 nm, în regiunea benzii C 1530-1560 nm și a benzii L 1570-1600 nm;
distanță mică între canalele multiplex, 0,8 sau 0,4 nm.

În plus, deoarece multiplexoarele DWDM sunt proiectate să funcționeze cu un număr mare de canale de până la 32 sau mai mult, împreună cu dispozitivele DWDM în care toate canalele sunt multiplexate (demultiplexate) simultan, noi dispozitive care nu au analogi în sistemele WDM și funcționează în De asemenea, sunt permise modurile de adăugare sau ieșirea unuia sau mai multor canale către/de la un flux principal multiplex reprezentat de un număr mare de alte canale. Deoarece porturile/polii de ieșire ai unui demultiplexor sunt alocate unor lungimi de undă specifice, se spune că dispozitivul efectuează rutarea pasivă a lungimii de undă. Datorită distanțelor scurte dintre canale și a necesității de a lucra cu un număr mare de canale simultan, fabricarea multiplexoarelor DWDM necesită o precizie semnificativ mai mare în comparație cu multiplexoarele WDM (de obicei folosind ferestre de transparență de 1310 nm, 1550 nm sau, suplimentar, regiunea lungimii de undă în apropiere de 1650 nm). De asemenea, este important să se asigure o performanță ridicată de diafonie în câmp apropiat (directivitate) și pe distanță lungă (izolare) la polii unui dispozitiv DWDM. Toate acestea duc la un cost mai mare al dispozitivelor DWDM comparativ cu WDM.

Figura „a” prezintă un circuit multiplexer DWDM tipic cu un element reflectorizant în oglindă. Să luăm în considerare funcționarea sa în modul demultiplexare. Semnalul multiplex de intrare ajunge la portul de intrare. Acest semnal trece apoi prin ghidul de undă al plăcii și este distribuit pe mai multe ghiduri de undă reprezentând o structură de difracție AWG (arrayed waveguide grating). Ca și înainte, semnalul din fiecare ghid de undă rămâne multiplexat și fiecare canal rămâne reprezentat în toate ghidurile de undă. Apoi, semnalele sunt reflectate de pe suprafața oglinzii și, ca urmare, fluxurile de lumină sunt din nou colectate în placa-ghid de undă, unde sunt focalizate și interferate - se formează maxime de intensitate a interferenței separate spațial, corespunzătoare diferitelor canale. Geometria plăcii de ghidare de undă, în special locația polilor de ieșire și lungimile ghidului de undă ale structurii AWG sunt calculate astfel încât maximele de interferență să coincidă cu polii de ieșire. Multiplexarea are loc invers.

O altă metodă de construire a unui multiplexor se bazează nu pe una, ci pe o pereche de plăci de ghidare de undă (Fig. b). Principiul de funcționare a unui astfel de dispozitiv este similar cu cazul precedent, cu excepția faptului că aici se folosește o placă suplimentară pentru focalizare și interferență.

Multiplexoarele DWDM, fiind dispozitive pasive, introduc o atenuare mare în semnal. De exemplu, pierderile pentru un dispozitiv (Fig. 1a) care operează în modul demultiplexare sunt de 4-8 dB, cu diafonie pe distanță lungă.

Transpondere și transceiver

Pentru a transmite date la lungimi de undă dintr-o rețea DWDM, pot fi utilizate două tipuri de dispozitive - transceiver și transpondere DWDM. Transceiverele DWDM vin într-o varietate de factori de formă și pot fi utilizate în soluții DWDM pasive.

Spre deosebire de transceiver, transponderele vă permit să convertiți lungimea de undă de radiație a dispozitivului terminal într-o lungime de undă DWDM pentru transmisie la multiplexor. Intrările multiplexorului optic primesc semnale optice ai căror parametri respectă standardele definite de recomandările G.692. Un transponder poate avea un număr diferit de intrări și ieșiri optice. Dar dacă un semnal optic poate fi furnizat oricărei intrări transponder, ai cărui parametri sunt determinați de rec. G.957, atunci semnalele sale de ieșire trebuie să corespundă în parametri cu rec. G.692. Mai mult, dacă semnalele optice m sunt comprimate, atunci la ieșirea transponderului lungimea de undă a fiecărui canal trebuie să corespundă doar unuia dintre ele în conformitate cu grila planului de frecvență ITU.

Aplicarea amplificatoarelor optice

Dezvoltarea tehnologiei de amplificare optică bazată pe EDFA a schimbat foarte mult metodologia de proiectare a sistemelor de comunicații cu fibră optică. Sistemele tradiționale de fibră optică folosesc repetoare regeneratoare care măresc puterea semnalului (Fig. 3a). Când lungimea dintre nodurile aflate la distanță începe să depășească, în ceea ce privește atenuarea semnalului, lungimea maximă admisă de zbor între nodurile învecinate, se instalează regeneratoare suplimentare în punctele intermediare care acceptă semnal slab, îl amplifică în procesul de conversie optoelectronică, restabilește ciclul de lucru, fronturile și caracteristicile de timp ale repetarii pulsului, iar după transformarea lui în formă optică, transmit semnalul amplificat corect, în aceeași formă în care era la ieșirea lui regeneratorul anterior. Deși astfel de sisteme de regenerare funcționează bine, sunt destul de scumpe și, odată instalate, nu pot crește capacitatea liniei.

Pe baza EDFA, pierderea de putere în linie este depășită prin amplificare optică (Fig. 3b). Spre deosebire de regeneratoare, acest câștig „transparent” nu este legat de rata de biți a semnalului, permițând transmiterea informațiilor la rate mai mari și creșterea debitului până când intră în joc alți factori limitatori, cum ar fi dispersia cromatică și dispersia modului de polarizare. Amplificatoarele EDFA sunt, de asemenea, capabile să amplifice un semnal WDM multicanal, adăugând o altă dimensiune lățimii de bandă.

Deși semnalul optic generat de transmițătorul laser original are o polarizare bine definită, toate celelalte noduri de-a lungul căii semnalului optic, inclusiv receptorul optic, ar trebui să prezinte o dependență slabă a parametrilor lor de direcția de polarizare. În acest sens, amplificatoarele optice EDFA, caracterizate printr-o dependență slabă de polarizare a câștigului, au un avantaj tangibil față de amplificatoarele cu semiconductor.

Aplicarea dispozitivelor ROADM

Utilizarea unui multiplexor optic de adăugare/eliminare reconfigurabil (ROADM) permite implementarea flexibilă și configurarea de la distanță a canalelor de spectru. La orice nod din rețeaua ROADM, este posibilă comutarea stării canalului de spectru la intrare/ieșire și transmisie end-to-end fără a întrerupe serviciile existente. Când lucrați cu un laser reglabil, ROADM oferă un control flexibil al canalelor spectrale. ROADM-urile vă permit să construiți rețele cu mai multe inele sau rețele mixte: pe baza tehnologiei de comutare a selectorului de spectru (WSS).

Construcția rețelelor DWDM

Rețelele urbane DWDM, de regulă, sunt construite folosind o arhitectură inel, care permite utilizarea mecanismelor de protecție la nivel DWDM cu o viteză de recuperare de cel mult 50 ms. Este posibilă construirea unei infrastructuri de rețea pe echipamente de la mai mulți furnizori cu un nivel de distribuție suplimentar bazat pe echipamente Metro DWDM. Acest nivel este introdus pentru a organiza schimbul de trafic între rețele cu echipamente de la diferite companii.

În tehnologia DWDM, rezoluția minimă a semnalului este canalul optic sau lungimea de undă. Utilizarea lungimii de undă întregi cu o capacitate de canal de 2,5 sau 10 Gbit/s pentru a face schimb de trafic între subrețele este justificată pentru construirea de rețele mari de transport. Dar transponder-multiplexoarele vă permit să organizați schimbul de trafic între subrețele la nivelul semnalelor STM-4/STM-1/GE. Nivelul de distribuție poate fi construit și pe baza tehnologiei SDH. Dar DWDM are un mare avantaj asociat cu transparența canalelor de control și a canalelor de servicii (de exemplu, comunicarea serviciului). Când semnalele SDH/ATM/IP sunt împachetate într-un canal optic, structura și conținutul pachetelor nu se modifică. Sistemele DWDM monitorizează doar octeții individuali pentru a se asigura că semnalele circulă corect. Prin urmare, conectarea subrețelelor printr-o infrastructură DWDM la o singură lungime de undă poate fi considerată ca o conectare cu o pereche de cabluri optice.

Când se utilizează echipamente de la diferiți producători, două subrețele de transmisie de date de la un producător sunt conectate printr-o rețea DWDM de la alt producător. Un sistem de control conectat fizic la o subrețea poate controla și funcționarea altei subrețele. Dacă s-ar folosi echipamente SDH la nivel de distribuție, acest lucru nu ar fi posibil. Astfel, pe baza rețelelor DWDM, este posibilă combinarea rețelelor de la diferiți producători pentru a transmite trafic eterogen.

SFP (WDM, CWDM, DWDM) – CE ESTE? PENTRU CE SUNT NECESARĂ?

Tehnologii WDM (Wavelength Division Multiplexing).

Multiplexarea spectrului se bazează pe o metodă de multiplexare a canalelor optice. Principiu aceasta metoda constă în faptul că fiecare flux de informație este transmis pe o fibră optică la o lungime de undă diferită (la o frecvență purtătoare diferită), distanțată la o distanță de 20 nm unul de celălalt.

Folosind dispozitive speciale - multiplexoare optice - fluxurile sunt combinate într-un singur semnal optic, care este introdus în fibra optică. Pe partea de recepție, se efectuează operația inversă - demultiplexarea, realizată cu ajutorul demultiplexoarelor optice. Acest lucru deschide posibilități cu adevărat inepuizabile atât pentru creșterea capacității liniei, cât și pentru construirea de soluții topologice complexe folosind o singură fibră.

Atunci când alegeți numărul de canale, ar trebui să acordați atenție tipului de fibră monomod utilizată!
De exemplu, fibrele G.652B (fibră cu vârf de apă la 1383 nm) au pierderi mari de radiație la lungimi de undă scurte, astfel încât distanța de transmisie admisă este redusă și numărul de canale spectrale va fi mai mic decât este necesar.

În sistemele Coarse WDM, în conformitate cu recomandarea ITU G.694.2, nu trebuie utilizate mai mult de 18 purtători cu un pas de 20 nm: 1270, 1290, 1310 ... 1570, 1590, 1610, adică. dacă intervalul total de lungimi de undă necesar nu depășește 340 nm. Trebuie avut în vedere că la marginile unui interval atât de mare atenuarea este destul de mare, mai ales în regiunea cu lungimi de undă scurte. Numărul de canale a fost crescut la 18 folosind așa-numitele fibre zero peak de apă (ZWPF, Zero Water Peak Fiber; LWPF, Low Water Peak Fiber), ai căror parametri sunt determinați de recomandarea ITU-T G.652.C/ D. În fibre de acest tip Vârful de absorbție la o lungime de undă de 1383 nm a fost eliminat și valoarea atenuării la această lungime de undă este de aproximativ 0,31 dB/km.

Fibra G.653 s-a dovedit nepotrivită pentru noua tehnologie de multiplexare a diviziunii în lungime de undă WDM, care evoluează rapid, datorită dispersiei sale zero la 1550 nm, ceea ce a condus la o creștere bruscă a distorsiunii semnalului de la amestecarea cu patru unde în aceste sisteme. Cea mai potrivită fibră optică pentru WDM dens și de mare densitate (DWDM și HDWDM) a fost G.655, iar fibra optică G.656 recent standardizată pentru WDM rar.
Crearea fibrelor fără „vârf de apă” a făcut posibilă utilizarea tuturor undelor în intervalul de la 1260 la 1625 nm în sistemele de comunicații, de exemplu. unde fibra optică de cuarț are cea mai mare transparență.

ECHIPAMENTE DE BAZĂ

Multiplexoare/demultiplexoare (MUX/DEMUX); vă permit să însumați și să separați semnalele optice.

vă permit să selectați și să adăugați un semnal la fibră la anumite frecvențe purtătoare.

În funcție de sarcina la îndemână, configurația multiplexorului/demultiplexorului (Mux/Demux) este determinată de următoarele caracteristici:

Multiplexor dublu de fibre (2 fibre)
Multiplexor cu o singură fibră(1 fibră (fibră simplă) sau bidirecțională)
Multiplexor cu 4 sau 8 canale(8 sau 16 lungimi de undă), în funcțiune pe o singură fibră
8 sau 16 canale, funcționând pe două fibre
multiplexor cu două „comune”(UZUAL) concluzii pentru a implementa o topologie „inel”.
Pentru topologiile „Point-to-Point” sau „Ring”, este necesar un set „pairwise” (porturi Tx–Rx) de multiplexoare - Mux/Demux Tip I, Mux/Demux Tip II
Conectori – FC,SC,LC,ST,FA,SA

Multiplexoarele pot fi furnizate în următoarele versiuni:
Raft 19" 1RU
Într-o cutie de plastic(pentru montare pe perete sau cutie)
După tipul conectorului– LC, SC etc.

Transceiver SFP (Small Form Factor Pluggable) (SFP, SFP+, X2, XFP) – genera și recepționează semnale optice (anumite lungimi de undă) într-un sistem CWDM; converti un semnal din electric în optic și invers. Modulul SFP combină atât un emițător, cât și un receptor. Prin urmare, acceptă transmisia și recepția simultană a datelor pe două legături într-un singur canal. Din vremea radioului, astfel de dispozitive au fost numite transceiver. Acesta este motivul pentru care modulele SFP sunt numite transceiver.

Fiecare transceiver SFP funcționează pe două fibre și, spre deosebire de transceiver-urile standard 1000Base LX cu două fibre, funcționează pe două lungimi de undă diferite - receptor de bandă largă funcționează cu o lungime de undă și emițătorul cu alta.
Pentru a forma un canal de date într-un sistem SFP, transceiver-urile sunt configurate în perechi.

Transceiverele diferă și în puterea semnalului (kilometraj), adică funcționează la distanțe diferite.

Pentru o compresie mai puternică a semnalului optic, sunt utilizate module SFP „color” care funcționează într-un anumit interval de lungimi de undă (CWDM). Astfel de transceiver-uri SFP sunt proiectate pentru a genera semnale optice „purtător principal” de la 1270 la 1610 nm (pas de 20 nm).

Sunt disponibile module SFP care funcționează atât pe una, cât și pe două fibre, cu un debit de 1,25, 2,5 și 4,25 Gbps. Aceste module pot fi instalate direct în echipamentele de comutare de la aproape orice producător, permițând integrarea fără probleme a CWDM în infrastructura existentă. Același modul poate servi ca interfață Gigabit Ethernet, Fibre Channel sau SDH, ceea ce adaugă în mod semnificativ flexibilitate soluției.

De asemenea, este posibil să instalați module CWDM SFP în șasiul convertorului media. Utilizarea unui șasiu este cea mai flexibilă soluție, eliminând complet problemele de incompatibilitate a echipamentelor. Folosind șasiul, obțineți porturi standard Gigabit Ethernet 1000BASE-T, eliminând nevoia de switch-uri scumpe cu porturi SFP.

O atenție deosebită trebuie acordată compactării canalelor de 10 Gbit/s. Cu doar trei ani în urmă, nu existau transceiver care să funcționeze la viteze de 10 Gbit/s și să suporte lungimi de undă ale rețelei de frecvență a sistemelor de multiplexare cu spectru rar; acum au apărut astfel de module, cu toate acestea, utilizarea lor impune restricții semnificative asupra capacităților sistemului, comparativ cu multiplexarea canalelor 1,25 Gbit/s și 2,5 Gbit/s.

În prezent, nu există lasere de 10 Gbps care funcționează în intervalul de lungimi de undă 1350-1450 nm, astfel încât numărul maxim de canale multiplexate de 10 Gbps nu poate depăși 12 atunci când se utilizează două fibre G.652D. În plus, atunci când se utilizează canale de 10 Gbit/s, este necesar să se țină cont de faptul că bugetul optic maxim al unor astfel de module nu este în prezent mai mare de 28 dBm, ceea ce corespunde unui interval de funcționare de aproximativ 80 de kilometri pe fibră monomod. În cazurile în care este necesară comprimarea și transmiterea a mai mult de 12 canale de 10 Gbit/s, incl. pe distanțe mai mari de 80 de kilometri se folosesc echipamente DWDM.

Module OADM - multiplexoare de intrare/ieșire; vă permit să selectați și să adăugați un semnal la fibră pentru anumiți purtători.

Proprietăți de bază:
Intrare/ieșire cu un singur canal
Optica pasiva
Pierdere redusă de inserție pentru legăturile de backhaul
Lungime de undă dedicată utilizatorului final

În mod fundamental, se disting modulele OADM cu un singur canal și cu două canale. Diferența lor constă în capacitatea de a recepționa și recepționa un semnal optic de la unul sau două multiplexoare și se datorează fizic prezenței uneia sau două unități transceiver. În consecință, un modul OADM cu un singur canal are o unitate transceiver și este capabil să lucreze cu un singur multiplexor într-o direcție. Modulul OADM cu două canale are două unități transceiver și este capabil să lucreze „în două direcții” cu două multiplexoare/demultiplexoare.

Unitatea transceiver a modulului OADM cu un singur canal are patru interfețe:

Port Com – primește un semnal de la multiplexor
Port expres – transmite semnalul către alte elemente ale sistemului
Adaugă port – adaugă un canal la o anumită lungime de undă la linie,
Drop port – extrage un canal la o anumită lungime de undă din linie.

Astfel de dispozitive nu au restricții privind protocoalele sau lățimea de bandă.
În consecință, modulul OADM cu două canale are două porturi suplimentare Add and Drop.
Dacă se folosește un sistem cu fibre duale, se adaugă și porturile Com2 și Express2.
Un modul OADM cu un singur canal funcționează în tandem cu un transceiver SFP, un OADM cu două canale - cu două

Modul de tranzit terminal OADM ( modul drop/pass) preia un canal de la trunchi și îl direcționează către portul local. Canalele rămase sunt transmise direct la alte noduri de rețea.

Modulul de multiplexare OADM cu un singur canal (modul drop/add) are două interfețe locale. Primul preia un canal de la trunchi și îl direcționează către portul local, al doilea adaugă acest canal înapoi la trunchi în direcția opusă. Un astfel de modul este necesar atunci când se construiește o rețea cu topologie „în inel”.

Modulele OADM pot fi furnizate în următoarele versiuni:
Rackmount 19” 1RU
Într-o carcasă de plastic (pentru montare pe perete sau într-un manșon)
Conectori – LC, SC etc.

Principalele sisteme de multiplexare cu diviziune a lungimii de undă sunt:

- WDM (multiplexarea cu diviziune a lungimii de undă)

- CWDM (multiplexare grosieră cu diviziunea lungimii de undă)

Deci, ce este WDM?

Tehnologie pentru adăugarea de semnale optice cu lungimi de undă diferite, transmise simultan de-a lungul unei fibre, 2 sau mai multe semnale separate la capătul îndepărtat prin lungime de undă. Cel mai tipic (WDM cu 2 canale) combină lungimi de undă de 1310 nm și 1550 nm într-o singură fibră.

WDM cu două canale (și trei canale) poate fi utilizat pentru a adăuga rapid și ușor o lungimi de undă suplimentare (sau două suplimentare). Este foarte ușor de instalat și conectat și foarte ieftin. În cele mai multe cazuri, WDM este soluția cea mai rentabilă pentru lipsa cablurilor, oferind un câștig de fibră de 2 la 1 sau 3 la 1 prin combinarea lungimilor de undă de 1310 nm, 1550 nm și 1490 nm într-o singură fibră.

În cazurile în care sunt necesare mai multe canale pentru a extinde infrastructura de fibră optică existentă, CWDM oferă o soluție eficientă pentru distanțe optice scurte (până la 80 km). CWDM poate adăuga ușor și rapid până la 18 lungimi de undă suplimentare la frecvențele standardizate ITU. Este ideal pentru rețele de dimensiuni moderate cu dimensiuni transversale de până la 100 km. Deoarece distanța dintre lungimea de undă este de 20 nm, pot fi utilizate lasere mai puțin costisitoare, rezultând un cost foarte scăzut. Sistemele CWDM, deși multicanal, nu au mecanisme de amplificare optică, iar limitările de gamă sunt determinate de canalul cu atenuare maximă. În plus, canalele din regiunea 1360nm până la 1440nm pot experimenta cea mai mare atenuare (1 până la 2 dB/km) din cauza vârfului de apă din această regiune pentru unele tipuri de cablu optic.

Acolo unde este necesară o capacitate mare sau transmisie pe distanțe lungi, soluții DWDM este metoda preferată pentru creșterea capacității de fibre. Cu laserele sale de înaltă precizie optimizate pentru a funcționa în fereastra de 1550 nm (pentru a reduce pierderile), sistemele DWDM sunt solutie ideala pentru rețele mai solicitante. Sistemele DWDM pot folosi EDFA pentru a amplifica toate lungimile de undă din fereastra DWDM și pentru a extinde lungimile de transmisie până la 500 km.

Sistemele DWDM sunt de obicei limitate în interval la 4-5 secțiuni de amplificare din cauza zgomotului emisiilor spontane amplificate (ASE) din EDFA. Instrumente de simulare sunt disponibile pentru a determina exact câte EDFA pot fi instalate. Pe secțiuni lungi (>120 km) dispersia poate fi o problemă, necesitând instalarea modulelor de compensare a dispersiei. Banda DWDM este limitată la lungimi de undă cuprinse între 1530 nm și 1565 nm de intervalul de câștig EDFA.

Tipuri de solutii:

1. Punct - punct.

Adăugarea unui sistem spectral punct la punct la un sistem optic este o soluție simplă și rentabilă la problema deficitului de fibre.
Sistemele cu o topologie similară sunt tipice pentru rezolvarea problemelor de transmitere simultană a unui număr mare de fluxuri de date pentru a crește numărul de servicii furnizate (video, voce etc.). În acest caz, se folosesc fibre dintr-o rețea de transport optic deja existentă. În acest mod de operare, informațiile sunt transmise prin canale între două puncte. Pentru a transmite cu succes date pe o distanță de până la 50-80 km, sunt necesare multiplexoare/demultiplexoare în acele noduri în care fluxurile de informații vor fi combinate și ulterior separate.

Conexiune de ramură

Această arhitectură implementează transferul de informații de la un nod la altul cu noduri intermediare de-a lungul acestei căi, unde canalele individuale pot fi introduse și ieșite folosind module OADM. Numărul maxim de ramificații este determinat de numărul de canale de transmisie duplex (de exemplu, 4 sau și bugetul optic al liniei. La calcul, trebuie să rețineți că fiecare modul OADM introduce atenuare, în urma căreia lungimea totală a traseului este redus în mod corespunzător.Un canal optic poate fi extras în orice punct al traseului.

În acest caz, modulele OADM (dual-channel) sunt instalate între două multiplexoare/demultiplexoare.
În acest caz, fiecare modul OADM cu două canale trebuie să fie echipat cu două transceiver SFP.

Punct cu ramuri.

Diferența fundamentală față de prima opțiune este absența unui al doilea multiplexor/demultiplexor. Astfel, schimbul de semnale are loc între centrul de comunicații central și echipamentul final pe diferite secțiuni ale liniei. Această arhitectură pare promițătoare din punct de vedere economic, deoarece de fapt, vă permite să eliminați comutatorul stratului de agregare din rețea cu economii semnificative de fibră. În acest caz, distanța de la modulul OADM (un singur canal) până la locația echipamentului final (comutator, router, convertor media) este limitată doar de puterea semnalului în linie și pierderile de inserție de la echipamentul de compresie.

Avantaje
Economisirea fibrei optice - sistemul de multiplexare a spectrului vă permite să transmiteți până la 8 canale pe o singură fibră cu un debit de până la 2,5 Gb/s pe canal
Independență față de alimentare - puterea este necesară numai pentru echipamentele active
Fără probleme cu blocări, reporniri etc.
Nu este nevoie să organizați accesul permanent la locațiile elementelor sistemului - există module OADM concepute pentru plasarea în cuplaje optice
Nivel redus de influență a „factorului uman” - absența componentelor active care necesită configurare, management etc.
Reducere semnificativă a costului de proprietate - costuri de operare mai mici
Cost relativ redus, posibilitate de eliminare a echipamentelor de nivel de agregare
Raza maximă de funcționare este de 80 de kilometri sau mai mult
Independență față de protocoalele client – transmiterea a până la 18 servicii independente pe două perechi de fibre optice; transparență pentru toate protocoalele de transfer de date
Disponibilitate tipuri variate echipamente pentru instalare in diverse conditii: in rack, in cuplaj, pe perete.

Cu siguranță toată lumea a auzit despre transmiterea informațiilor prin rețele de fibră optică și, de asemenea, că această metodă oferă cele mai mari viteze de până acum. Acesta din urmă este cel care oferă un motiv bun pentru dezvoltarea tehnologiilor de transmisie a datelor prin fibră optică. Deja astăzi, debitul poate atinge ordinul terabiților (1000 gigabiți) pe secundă.

În comparație cu alte metode de transmitere a informațiilor, ordinul de mărime TB/s este pur și simplu de neatins. Un alt avantaj al unor astfel de tehnologii este fiabilitatea transmisiei. Transmisia prin fibra optica nu prezinta dezavantajele transmisiei de semnal electric sau radio. Nu există interferențe care pot deteriora semnalul și nu este nevoie să acordați licență pentru utilizarea frecvenței radio. Cu toate acestea, nu mulți oameni își imaginează modul în care informațiile sunt transferate prin fibra optică în general și, cu atât mai mult, nu sunt familiarizați cu implementările specifice ale tehnologiilor. În acest articol ne vom uita la una dintre ele - tehnologia DWDM (multiplexare cu diviziune în lungime de undă densă).

În primul rând, să ne uităm la modul în care informațiile sunt transmise prin fibra optică în general. O fibră optică este un ghid de undă care poartă undele electromagnetice cu o lungime de undă de ordinul a o mie de nanometri (10-9 m). Aceasta este o regiune de radiație infraroșie care nu este vizibilă pentru ochiul uman. Iar ideea principală este că, odată cu o anumită selecție a materialului fibros și a diametrului acestuia, apare o situație când pentru unele lungimi de undă acest mediu devine aproape transparent și chiar și atunci când atinge limita dintre fibră și mediul extern, cea mai mare parte a energiei este reflectată înapoi în fibră. Acest lucru asigură că radiația trece prin fibră fără pierderi mari, iar sarcina principală este de a primi această radiație la celălalt capăt al fibrei. Desigur, o descriere atât de scurtă ascunde munca enormă și dificilă a multor oameni. Nu credeți că un astfel de material este ușor de creat sau că acest efect este evident. Dimpotrivă, ar trebui tratată ca o mare descoperire, deoarece oferă acum o modalitate mai bună de transmitere a informațiilor. Trebuie să înțelegeți că materialul ghidului de undă este o dezvoltare unică, iar calitatea transmisiei datelor și nivelul de interferență depind de proprietățile sale; Izolația ghidului de undă este proiectată pentru a se asigura că ieșirea de energie exterioară este minimă. Vorbind în mod specific despre o tehnologie numită „multiplexare”, aceasta înseamnă că transmiteți mai multe lungimi de undă în același timp. Ele nu interacționează între ele, iar atunci când primesc sau transmit informații, efectele de interferență (suprapunerea unei unde pe alta) sunt nesemnificative, deoarece se manifestă cel mai puternic la lungimi de undă multiple. Chiar aici despre care vorbim despre utilizarea frecvențelor apropiate (frecvența este invers proporțională cu lungimea de undă, deci nu contează despre ce vorbiți). Un dispozitiv numit multiplexor este un dispozitiv pentru codificarea sau decodarea informațiilor în forme de undă și înapoi. După această scurtă introducere, să trecem la o descriere specifică a tehnologiei DWDM.

Principalele caracteristici ale multiplexoarelor DWDM, care le deosebesc doar de multiplexoarele WDM:

utilizarea unei singure ferestre de transparență de 1550 nm, în regiunea de amplificare EDFA de 1530-1560 nm (EDFA - sistem de amplificare optică);
distanțe scurte între canalele multiplex - 3,2/1,6/0,8 sau 0,4 nm.

Pentru referință, să presupunem că lungimea de undă a luminii vizibile este de 400-800 nm. În plus, deoarece numele în sine vorbește despre transmisia densă a canalelor, numărul de canale este mai mare decât în schemele convenționale WDM și ajunge la câteva zeci. Din acest motiv, este necesar să se creeze dispozitive care să poată adăuga un canal sau să-l elimine, spre deosebire de schemele convenționale în care toate canalele sunt codificate sau decodificate simultan. Conceptul de rutare pasivă a lungimii de undă este asociat cu astfel de dispozitive, care operează pe un canal din multe. De asemenea, este clar că lucrul cu un număr mare de canale necesită o precizie mai mare a dispozitivelor de codificare și decodare a semnalului și impune cerințe mai mari pentru calitatea liniei. De aici și creșterea evidentă a costului dispozitivelor – reducând în același timp prețul pentru transmiterea unei unități de informație datorită faptului că aceasta poate fi transmisă acum într-un volum mai mare.

Așa funcționează un demultiplexor cu oglindă (diagrama din Fig. 1a). Semnalul multiplex de intrare ajunge la portul de intrare. Acest semnal trece apoi prin placa ghidului de undă și este distribuit pe mai multe ghiduri de undă, care sunt o structură de difracție AWG (arrayed waveguide grating). Ca și înainte, semnalul din fiecare dintre ghidurile de undă rămâne multiplexat, iar fiecare canal rămâne reprezentat în toate ghidurile de undă, adică până acum a avut loc doar paralelizarea. Apoi, semnalele sunt reflectate de pe suprafața oglinzii și, ca rezultat, fluxurile de lumină sunt din nou colectate în placa de ghidare de undă, unde sunt focalizate și interferate. Acest lucru duce la formarea unui model de interferență cu maxime separate spațial și, de obicei, geometria plăcii și a oglinzii este calculată astfel încât aceste maxime să coincidă cu polii de ieșire. Multiplexarea are loc invers.

O altă metodă de construire a unui multiplexor se bazează nu pe una, ci pe o pereche de plăci de ghidare de undă (Fig. 1b). Principiul de funcționare a unui astfel de dispozitiv este similar cu cazul precedent, cu excepția faptului că aici se folosește o placă suplimentară pentru focalizare și interferență.

Multiplexoarele DWDM, fiind dispozitive pur pasive, introduc o atenuare mare în semnal. De exemplu, pierderile pentru un dispozitiv (vezi Fig. 1a) care operează în modul demultiplexare sunt de 10-12 dB, cu interferență de diafonie pe distanță lungă mai mică de –20 dB și o jumătate de lățime a spectrului de semnal de 1 nm (pe baza materialelor). de la Oki Electric Industry). Din cauza pierderilor mari, este adesea necesară instalarea unui amplificator optic înainte și/sau după multiplexorul DWDM.

Cel mai important parametru în tehnologia de multiplexare a undelor dense este, fără îndoială, distanța dintre canalele adiacente. Standardizarea amenajării spațiale a canalelor este necesară fie și numai pentru că, pe baza acesteia, va fi posibilă efectuarea de teste pentru compatibilitatea reciprocă a echipamentelor de la diferiți producători. Sectorul de standardizare a telecomunicațiilor al Uniunii Internaționale de Telecomunicații (ITU-T) a aprobat un plan de frecvență DWDM cu o distanță între canale de 100 GHz, ceea ce corespunde unei diferențe de lungime de undă de 0,8 nm. Se discută și problema transmiterii informațiilor cu o diferență de lungimi de undă de 0,4 nm. S-ar părea că diferența poate fi făcută și mai mică, obținându-se astfel un randament mai mare, dar în acest caz apar dificultăți pur tehnologice asociate cu fabricarea de lasere care generează un semnal strict monocromatic (frecvență constantă fără interferențe) și rețele de difracție care separă maximele. în spațiu, corespunzătoare diferitelor lungimi de undă. Când utilizați separarea de 100 GHz, toate canalele umplu uniform banda utilizabilă, ceea ce este convenabil atunci când configurați echipamentul și îl reconfigurați. Alegerea intervalului de separare este determinată de lățimea de bandă necesară, tipul de laser și gradul de interferență pe linie. Cu toate acestea, trebuie luat în considerare faptul că atunci când funcționează chiar și într-un interval atât de îngust (1530-1560 nm), influența interferenței neliniare la limitele acestei regiuni este foarte semnificativă. Acest lucru explică faptul că, pe măsură ce numărul de canale crește, este necesară creșterea puterii laserului, dar aceasta, la rândul său, duce la o scădere a raportului semnal-zgomot. Ca urmare, utilizarea unui sigiliu mai rigid nu este încă standardizată și este în curs de dezvoltare. Un alt dezavantaj evident al creșterii densității este reducerea distanței pe care semnalul poate fi transmis fără amplificare sau regenerare (acest lucru va fi discutat mai detaliat mai jos).

Rețineți că problema de neliniaritate menționată mai sus este inerentă sistemelor de amplificare pe bază de siliciu. Acum sunt dezvoltate sisteme de fluor-zirconat mai fiabile care oferă o liniaritate mai mare (în întreaga regiune de 1530-1560 nm) a câștigului. Pe măsură ce aria de operare EDFA crește, devine posibilă multiplexarea a 40 de canale STM-64 la intervale de 100 GHz, cu o capacitate totală de 400 GHz per fibră (Fig. 2).

Tabelul arată specificații unul dintre sistemele multiplex puternice care utilizează planul de frecvență 100/50 GHz, fabricat de Ciena Corp.

Să aruncăm o privire mai atentă asupra sistemului de amplificare optică. Care este problema? Inițial, semnalul este generat de un laser și trimis către fibră. Se răspândește de-a lungul fibrei, suferind modificări. Principala schimbare cu care trebuie tratată este împrăștierea (dispersia) semnalului. Este asociată cu efecte neliniare care apar atunci când un pachet de undă trece printr-un mediu și se explică în mod evident prin rezistența mediului. Acest lucru ridică problema transmisiei pe distanțe lungi. Mare - în sensul de sute sau chiar mii de kilometri. Aceasta este cu 12 ordine de mărime mai mare decât lungimea de undă, așa că nu este surprinzător că, chiar dacă efectele neliniare sunt mici, atunci în total la o astfel de distanță trebuie luate în considerare. În plus, poate exista neliniaritate în laserul în sine. Există două moduri de a obține o transmisie fiabilă a semnalului. Prima este instalarea unor regeneratoare care vor primi un semnal, îl vor decoda, vor genera un nou semnal, complet identic cu cel care a sosit, și îl vor trimite mai departe. Această metodă este eficientă, dar astfel de dispozitive sunt destul de costisitoare, iar creșterea capacității lor sau adăugarea de noi canale pe care trebuie să le gestioneze implică dificultăți în reconfigurarea sistemului. A doua metodă este pur și simplu amplificarea optică a semnalului, complet similară cu amplificarea sunetului într-un centru muzical. Această amplificare se bazează pe tehnologia EDFA. Semnalul nu este decodat, ci doar amplitudinea acestuia este crescută. Acest lucru vă permite să scăpați de pierderile de viteză în nodurile de amplificare și, de asemenea, elimină problema adăugării de noi canale, deoarece amplificatorul amplifică totul într-un interval dat.

Pe baza EDFA, pierderea de putere a liniei este depășită prin amplificare optică (Fig. 3). Spre deosebire de regeneratoare, acest câștig transparent nu este legat de rata de biți a semnalului, permițând transmiterea informațiilor la rate mai mari și creșterea debitului până când intră în joc alți factori limitatori, cum ar fi dispersia cromatică și dispersia modului de polarizare. Amplificatoarele EDFA sunt, de asemenea, capabile să amplifice un semnal WDM multicanal, adăugând o altă dimensiune lățimii de bandă.

Deși semnalul optic generat de transmițătorul laser original are o polarizare bine definită, toate celelalte noduri de-a lungul traseului semnalului optic, inclusiv receptorul optic, ar trebui să prezinte o dependență slabă a parametrilor lor de direcția de polarizare. În acest sens, amplificatoarele optice EDFA, caracterizate printr-o dependență slabă de polarizare a câștigului, au un avantaj vizibil față de amplificatoarele cu semiconductor. În fig. Figura 3 prezintă diagramele de funcționare ale ambelor metode.

Spre deosebire de regeneratoare, amplificatoarele optice introduc zgomot suplimentar care trebuie luat în considerare. Prin urmare, alături de câștig, unul dintre parametrii importanți ai EDFA este cifra de zgomot. Tehnologia EDFA este mai ieftină, din acest motiv este mai des folosită în practica reală.

Deoarece EDFA, cel puțin din punct de vedere al prețului, arată mai atractiv, să ne uităm la principalele caracteristici ale acestui sistem. Aceasta este puterea de saturație care caracterizează putere de iesire amplificator (poate atinge și chiar depăși 4 W); câștig, definit ca raportul dintre puterile semnalelor de intrare și de ieșire; puterea de emisie spontană amplificată determină nivelul de zgomot, pe care amplificatorul însuși îl creează. Aici este oportun să dăm un exemplu de centru muzical, unde se pot urmări analogii în toți acești parametri. Al treilea (nivelul de zgomot) este deosebit de important și este de dorit ca acesta să fie cât mai scăzut posibil. Folosind o analogie, ați putea încerca să includeți Centrul muzical, fără a porni niciun disc, dar în același timp rotiți butonul de volum la maxim. În cele mai multe cazuri, veți auzi ceva zgomot. Acest zgomot este creat de sistemele de amplificare pur și simplu pentru că sunt alimentate. În mod similar, în cazul nostru, are loc emisia spontană, dar din moment ce amplificatorul este proiectat să emită unde într-un anumit interval, fotonii din acest interval anume vor fi mai probabil să fie emiși în linie. Acest lucru va crea (în cazul nostru) zgomot ușor. Aceasta impune o limitare a lungimii maxime a liniei și a numărului de amplificatoare optice din aceasta. Câștigul este de obicei selectat astfel încât să restabilească nivelul original al semnalului. În fig. Figura 4 prezintă spectrele comparative ale semnalului de ieșire în prezența și absența unui semnal la intrare.

Un alt parametru care este convenabil de utilizat la caracterizarea unui amplificator este factorul de zgomot - acesta este raportul dintre parametrii semnal-zgomot la intrarea și la ieșirea amplificatorului. Într-un amplificator ideal, acest parametru ar trebui să fie egal cu unitatea.

Există trei aplicații pentru amplificatoarele EDFA: preamplificatoare, amplificatoare de linie și amplificatoare de putere. Primele sunt instalate direct în fața receptorului. Acest lucru se face pentru a crește raportul semnal-zgomot, ceea ce permite utilizarea unor receptoare mai simple și poate reduce prețul echipamentului. Amplificatoarele liniare sunt destinate pur și simplu să amplifice semnalul în linii lungi sau în cazul ramificării unor astfel de linii. Amplificatoarele de putere sunt folosite pentru a amplifica semnalul de ieșire direct după laser. Acest lucru se datorează faptului că și puterea laserului este limitată și uneori este mai ușor să instalați pur și simplu un amplificator optic decât să instalați un laser mai puternic. În fig. Figura 5 prezintă schematic toate cele trei moduri de utilizare a EDFA.

Pe lângă amplificarea optică directă descrisă mai sus, un dispozitiv de amplificare care utilizează efectul de amplificare Raman și dezvoltat la Bell Labs se pregătește în prezent să intre pe piață. Esența efectului este că un fascicul laser de o anumită lungime de undă este trimis din punctul de recepție către semnal, care balansează rețeaua cristalină a ghidului de undă în așa fel încât începe să emită fotoni într-o gamă largă de frecvențe. Astfel, nivelul general al semnalului util crește, ceea ce vă permite să creșteți ușor distanța maximă. Astăzi, această distanță este de 160-180 km, față de 70-80 km fără îmbunătățirea Raman. Aceste dispozitive, produse de Lucent Technologies, vor ajunge pe piață la începutul anului 2001.

Ceea ce a fost descris mai sus este tehnologie. Acum câteva cuvinte despre implementări care există deja și sunt folosite activ în practică. În primul rând, observăm că utilizarea rețelelor de fibră optică nu este doar Internetul și, poate, nu atât Internetul. Rețelele de fibră optică pot transporta canale de voce și TV. În al doilea rând, să spunem că sunt mai multe tipuri diferite retelelor. Suntem interesați de rețelele principale pe distanțe lungi, precum și de rețelele localizate, de exemplu într-un singur oraș (așa-numitele soluții de metrou). În același timp, pentru canalele de comunicație trunchi, unde regula „cu cât țeava este mai groasă, cu atât mai bine” funcționează perfect, tehnologia DWDM este soluția optimă și rezonabilă. O situație diferită apare în rețelele urbane, în care cerințele pentru transmiterea traficului nu sunt la fel de mari ca cele ale canalelor trunchi. Aici, operatorii folosesc un transport vechi bazat pe SDH/SONET, care operează în intervalul de lungimi de undă de 1310 nm. În acest caz, pentru a rezolva problema lățimii de bandă insuficiente, care, apropo, nu este încă foarte acută pentru rețelele urbane, puteți folosi noua tehnologie SWDM, care este un fel de compromis între SDH/SONET și DWDM (citește mai mult despre tehnologia SWDM de pe CD-ROM-ul nostru). Cu această tehnologie, aceleași noduri de inel de fibră acceptă atât transmisia de date pe un singur canal la 1310 nm, cât și multiplexarea prin diviziune a lungimii de undă la 1550 nm. Economiile sunt realizate prin „pornirea” unei lungimi de undă suplimentare, care necesită adăugarea unui modul la dispozitivul corespunzător.

DWDM și trafic

Unul dintre Puncte importante Când utilizați tehnologia DWDM, acesta este traficul transmis. Cert este că majoritatea echipamentelor care există în prezent acceptă transmiterea unui singur tip de trafic pe o singură lungime de undă. Ca urmare, apare adesea o situație în care traficul nu umple complet fibra. Astfel, traficul mai puțin „dens” este transmis pe un canal cu un debit formal echivalent cu, de exemplu, STM-16.

În prezent, apar echipamente care realizează încărcarea completă a lungimilor de undă. În acest caz, o lungime de undă poate fi „umplută” cu trafic eterogen, de exemplu, TDM, ATM, IP. Un exemplu este familia de echipamente Chromatis de la Lucent Technologies, care poate transmite toate tipurile de trafic suportate de interfețele I/O pe o singură lungime de undă. Acest lucru se realizează prin comutatorul încrucișat TDM încorporat și comutatorul ATM. Mai mult, comutatorul suplimentar de la bancomat nu este determinant de preț. Cu alte cuvinte, funcționalitatea suplimentară a echipamentului este obținută aproape la același cost. Acest lucru ne permite să anticipăm că viitorul constă în dispozitive universale capabile să transmită orice trafic cu utilizarea optimă a lățimii de bandă.

DWDM mâine

Trecând ușor la tendințele de dezvoltare ale acestei tehnologii, cu siguranță nu vom descoperi America dacă spunem că DWDM este cea mai promițătoare tehnologie de transmisie optică a datelor. Acest lucru poate fi atribuit într-o măsură mai mare creșterii rapide a traficului de internet, ale cărui rate de creștere se apropie de mii de procente. Principalele puncte de plecare în dezvoltare vor fi creșterea lungimii maxime de transmisie fără amplificare a semnalului optic și implementarea unui număr mai mare de canale (lungimi de undă) într-o singură fibră. Sistemele de astăzi oferă transmisie de 40 de lungimi de undă, corespunzătoare unei rețele de frecvență de 100 gigaherți. Dispozitivele cu o rețea de 50 GHz care acceptă până la 80 de canale urmează să intre pe piață, ceea ce corespunde cu transmiterea fluxurilor de terabit pe o singură fibră. Și astăzi puteți auzi deja declarații de la laboratoarele companiilor de dezvoltare precum Lucent Technologies sau Nortel Networks despre crearea iminentă a sistemelor de 25 GHz.

Cu toate acestea, în ciuda dezvoltării atât de rapide a ingineriei și cercetării, indicatorii de piață își fac propriile ajustări. Anul trecut a fost marcat de o scădere gravă a pieței optice, dovadă fiind scăderea semnificativă a prețului acțiunilor Nortel Networks (29% într-o zi de tranzacționare) după ce a anunțat dificultăți în vânzarea produselor sale. Alți producători s-au găsit într-o situație similară.

În același timp, în timp ce piețele occidentale se confruntă cu o anumită saturație, piețele estice abia încep să se desfășoare. Cel mai izbitor exemplu este piața chineză, unde o duzină de operatori la scară națională se întrec pentru a construi rețele backbone. Și dacă „ei” au rezolvat practic problemele construirii rețelelor backbone, atunci în țara noastră, oricât de trist ar fi, pur și simplu nu este nevoie de canale groase pentru transmiterea propriului nostru trafic. Cu toate acestea, expoziția „Departamental și rețele corporative Communications” a relevat interesul imens al operatorilor de telecomunicații autohtoni pentru noile tehnologii, inclusiv DWDM. Și dacă astfel de monștri precum Transtelecom sau Rostelecom au deja rețele de transport la scară de stat, atunci sectorul energetic actual abia începe să le construiască. Deci, în ciuda tuturor necazurilor, optica este viitorul. Și DWDM va juca un rol important aici.

ComputerPress 1"2001

Popular în categoria: