Domov › programy › Cwdm hodnota nosných frekvencií. Aké technológie môžu operátori použiť na rozšírenie možností existujúcich optických sietí? Hodnotenie kvality linky

Cwdm hodnota nosných frekvencií. Aké technológie môžu operátori použiť na rozšírenie možností existujúcich optických sietí? Hodnotenie kvality linky

Často vyvstávajú otázky, aký je rozdiel medzi technológiami CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing) a DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing), okrem rozdielneho počtu kanálov. Technológie sú podobné v princípoch organizácie komunikačných kanálov a vstupno-výstupných kanálov, ale majú úplne iný stupeň technologickej presnosti, čo výrazne ovplyvňuje parametre linky a cenu riešení.

Počet vlnových dĺžok a kanálov CWDM a DWDM

Technológia multiplexovania s delením vlnovej dĺžky CWDM zahŕňa použitie 18 vlnových dĺžok 1), zatiaľ čo presné multiplexovanie s delením vlnovej dĺžky DWDM môže využívať 40 alebo viac vlnových dĺžok.

Frekvenčná mriežka CWDM a DWDM

Kanály v technológii CWDM sú rozdelené podľa vlnovej dĺžky, v DWDM - podľa frekvencie 2). Vlnová dĺžka sa vypočíta sekundárne z pomeru rýchlosti svetla vo vákuu k frekvencii. Pre CWDM sa používa mriežka vlnovej dĺžky s krokom 20 nm, pre štandardné DWDM systémy sú frekvenčné mriežky 100 GHz a 50 GHz, pre DWDM s vysokou hustotou sa používajú mriežky 25 a 12,5 GHz.

Vlnové dĺžky a frekvencie CWDM a DWDM

Technológia CWDM využíva vlnové dĺžky z rozsahu 1270 - 1610 nm. Pri zohľadnení tolerancií a šírky pásma filtrov sa rozsah rozširuje na 1262,5 - 1617,5, čo je 355 nm. dostaneme 18 vlnových dĺžok.

Pre DWDM s mriežkou 100 GHz sa nosné nachádzajú v rozsahu od 191,5 (1565,50 nm) THz do 196,1 THz (1528,77 nm), t.j. rozsah 4,6 THz alebo 36,73 nm široký. Celkom 46 vlnových dĺžok pre 23 duplexných kanálov.

Pre DWDM s 50 GHz mriežkou sú frekvencie signálu v rozsahu 192 THz (1561,42 nm) - 196 THz (1529,55 nm), čo je 4 THz (31,87 nm). Je tu 80 vlnových dĺžok.

Možnosť zosilnenia CWDM a DWDM

Systémy multiplexovania s delením vlnovej dĺžky založené na technológii CWDM nezahŕňajú zosilnenie viaczložkového signálu. Je to spôsobené nedostatkom optických zosilňovačov pracujúcich v tak širokom spektre.

Technológia DWDM, naopak, zahŕňa zosilnenie signálu. Viaczložkový signál je možné zosilniť štandardnými erbiovými zosilňovačmi (EDFA).

Prevádzkový rozsah CWDM a DWDM

Systémy CWDM sú určené na prevádzku na tratiach relatívne krátkej dĺžky, približne 50 – 80 kilometrov.

Systémy DWDM umožňujú prenos dát na vzdialenosti oveľa väčšie ako 100 kilometrov. Okrem toho v závislosti od typu modulácie signálu môžu kanály DWDM fungovať bez regenerácie na vzdialenosť viac ako 1000 kilometrov.

Poznámky

1) Začiatkom roka 2015 výrobcovia optických modulov vrátane SKEO predstavili CWDM SFP moduly s vlnovou dĺžkou 1625 nm. Táto vlnová dĺžka nie je špecifikovaná ITU G.694.2, ale našla využitie v praxi.

2) Frekvenčné siete pre CWDM sú opísané v norme ITU G.694.2, pre DWDM - v norme G.694.1 (revízia 2).

Počet vlnových dĺžok a kanálov CWDM a DWDM

Frekvenčná mriežka CWDM a DWDM

Vlnové dĺžky a frekvencie CWDM a DWDM

Pre DWDM s 50 GHz mriežkou sú frekvencie signálu v rozsahu 192 THz (1561,42 nm) - 196 THz (1529,55 nm), čo je 4 THz (31,87 nm). Je tu 80 vlnových dĺžok.

Možnosť zosilnenia CWDM a DWDM

Technológia DWDM, naopak, zahŕňa zosilnenie signálu. Viaczložkový signál je možné zosilniť štandardnými erbiovými zosilňovačmi (EDFA).

Prevádzkový rozsah CWDM a DWDM

Systémy CWDM sú určené na prevádzku na tratiach relatívne krátkej dĺžky, približne 50 – 80 kilometrov.

Poznámky

2) Frekvenčné siete pre CWDM sú opísané v norme ITU G.694.2, pre DWDM - v norme G.694.1 (revízia 2).

Technologicky nabitý multiplex s delením vlnových dĺžok (Dense Wave Division Multiplexing, DWDM) je navrhnutý tak, aby vytvoril novú generáciu optických chrbticových sietí, ktoré bežia pri multi-terabitových rýchlostiach a. Informácie v komunikačných linkách z optických vlákien prešli súčasne veľkým počtom svetelných vĺn. DWDM siete fungujú na princípe prepínania kanálov, každá svetelná vlna je jeden spektrálny kanál a je podstatnou informáciou.

Príležitosti DWDM

Počet kanálov v jednom vlákne - 64 svetelných lúčov v priehľadnosti okna 1550 nm. Každá svetelná vlna prenáša informácie rýchlosťou 40 Gb/s. V súčasnosti prebieha aj vývoj hardvéru s rýchlosťami prenosu dát až do 100 Gbit/s a Cisco už na vývoji takejto technológie prebieha.

V DWDM má technológia predchodcu - vlnovú multiplexovú technológiu (Wave Division Multiplexing, WDM), ktorá využíva štyri spektrálne kanálové prenosové okná 1310 nm a 1550 nm, s nosným rozstupom 800-400 GHz. Multiplexovanie DWDM nazývané "zhustené" kvôli skutočnosti, že využíva podstatne menšiu vzdialenosť medzi vlnovými dĺžkami ako WDM.

Frekvenčné plány

V súčasnosti sú dve z frekvenčného plánu (tj množina frekvencií, ktoré sú od seba oddelené konštantnou hodnotou) definované odporúčaním G.692 Sektor ITU-T:

Rozstup frekvenčného plánu (rozstup medzi susednými frekvenčnými kanálmi) 100 GHz (0,8 nm = ÁNO), pričom vlna 41 prenosu dát sa aplikuje v rozsahu 1528,77 (196,1 THz) až 1560,61 nm (192,1 THz);
Frekvenčný plán v prírastkoch 50 GHz (ÁNO = 0,4 nm), ktorý vám umožňuje prenášať v rovnakom rozsahu 81 vlnových dĺžok.
Niektoré spoločnosti vyrábali aj zariadenia, tzv. vlnové multiplexné zariadenia (High-Dense WDM, HDWDM), schopné pracovať s frekvenciou až do 25 GHz.

Hlavným problémom pri konštrukcii superhustých DWDM systémov je, že s klesajúcim frekvenčným krokom dochádza k prekrývaniu spektra susedných kanálov a dochádza k rozmazaniu svetelného lúča. To vedie k zvýšeniu počtu chýb a neschopnosti prenášať informácie do systému

Frekvenčné plány DWDM

V nasledujúcich kanálových plánoch sa v súčasnosti používajú rôzne typy systémov DWDM, CWDM, HDWDM, WDM.

Frekvenčné plány DWDM

Optické zosilňovače

Praktický úspech technológie DWDM v mnohých smeroch definoval vzhľad zosilňovačov z optických vlákien. Optické zariadenia priamo zosilňujú svetelné signály v pásme 1550 nm, čím eliminujú potrebu prechodnej konverzie na elektrickú formu, rovnako ako regenerátory používané v sieti SDH. Nevýhodou systémov regenerácie elektrického signálu je, že musia mať určitý typ kódovania, čo ich značne predražuje. Optické zosilňovače, „transparentné“ informácie o prenose, umožňujú zvýšiť rýchlosť linky bez potreby modernizácie zosilňovacích jednotiek. Dĺžka úseku medzi optickými zosilňovačmi môže dosiahnuť 150 km a viac, čo poskytuje hospodárne generované DWDM chrbticové siete, v ktorých dĺžka multiplexného úseku je dnes 600-3000 km s použitím 1 až 7 medziľahlých optických zosilňovačov.

Odporúčanie ITU-T G.692 definovalo tri typy zosilňovacích úsekov, tj úseky medzi dvoma susednými multiplexormi, DWDM:

L (dlhá)- pozemok pozostáva z maximálne 8 polí optických komunikačných vedení a 7 optických zosilňovačov, maximálna vzdialenosť medzi zosilňovačmi - do 80 km s maximálnou celkovou dĺžkou úseku 640 km;
V (veľmi dlhé)- pozemok pozostáva z maximálne 5 úsekov optických komunikačných vedení a 4 optických zosilňovačov, maximálna vzdialenosť medzi zosilňovačmi - do 120 km s maximálnou celkovou dĺžkou úseku 600 km;
U (veľmi dlhé)- pozemok bez opakovačov do 160 km

Obmedzenia týkajúce sa množstva dobehu a dlhého dobehu spojené s degradáciou optického signálu v optickom zosilnení. Optický zosilňovač síce obnovuje silu signálu, ale nekompenzuje úplne vplyv chromatickej disperzie (t.j. šírenie rôznych vlnových dĺžok rôznymi rýchlosťami, vďaka čomu sa signál na prijímacom konci „rozmazáva“ vláknami) a iných nelineárnych efektov. Preto na vybudovanie rozsiahlejšej diaľnice je potrebné inštalovať medzi výstužnými časťami DWDM multiplexory vykonávajúce regeneráciu signálu jeho premenou na elektrickú formu a späť. Na zníženie nelineárnych efektov v obmedzení signálu DWDM sa používajú aj napájacie systémy.

Typické topológie

Ultradlhé dvojbodové pripojenie na báze koncových multiplexerov, DWDM

DWDM obvod so vstupom a výstupom v medziľahlých uzloch

Prstencová topológia

Kruhová topológia poskytuje sieť DWDM prežitia prostredníctvom redundantných ciest. metódy ochrany dopravy používané v DWDM, podobné metódam v SDH. Pre niektorých bolo spojenie zabezpečené, medzi jeho koncovými bodmi sú vytvorené dve cesty: hlavná a rezervná. Koncový bod multiplexora porovná dva signály a vyberie najlepšiu kvalitu signálu.

Krúžkové DWDM multiplexory

Topológia siete

S rozvojom DWDM sietí sa čoraz viac používa mesh topológia, ktorá poskytuje najlepší výkon z hľadiska flexibility, výkonu a odolnosti ako iné topológie. Na implementáciu topológie mesh však musíte mať optické krížové prepojenia (optický krížový konektor, PL), ktoré nielen pridávajú vlny k celkovému tranzitnému signálu a vydávajú ich von, ako to robí vstupno-výstupný multiplexer, ale podporujú aj ľubovoľné prepínanie medzi optickými signálmi prenášanými vlnami rôznych dĺžok.

Sieťovina DWDM

Optické multiplexery IO

Pasívne muliplexory používané v sieťach DWDM (bez napájania a aktívnej konverzie) a aktívne multiplexory, demultipleskory.

Pasívne multiplexory	Aktívne multiplexory
Počet výstupných svetelných vĺn je nízky	Počet svetelných vĺn je obmedzený na príslušný frekvenčný plán a súbor svetelných vĺn
Umožňuje zobraziť a vstupný signál je svetelná vlna bez zmeny celkového spektra svetelného lúča	Nezavádza dodatočné tlmenie, pretože vytvára kompletné demultiplexovanie všetkých kanálov a premenu na elektrickú formu
Zavádza dodatočný útlm	Má vysoké náklady
Má to rozpočtové náklady

Optické krížové spoje

V sieťach s mesh topológiou je potrebné poskytnúť flexibilitu na zmenu trasy vlny spojení medzi účastníkmi siete. Takéto možnosti poskytujú optické krížové prepojenia na vedenie akejkoľvek vlny na ľubovoľnom výstupnom porte z každého signálu vstupného portu (samozrejme za predpokladu, že žiadny iný signál tohto portu nepoužíva vlnu, musí vykonávať inú vlnovú dĺžku vysielania).

Existujú dva typy optických krížových prepojení:

Optoelektronické krížové konektory s prechodnou konverziou na elektrickú formu;
celooptické krížové prepojenia alebo fotonické prepínače.

Mikroelektrický mechanický systém, MEMS

Faktory, ktoré treba zvážiť pri konštrukcii DWDM systémov

Chromatická disperzia

Chromatická disperzia- v dôsledku jeho vplyvu sa pri šírení cez vlákno rozširujú impulzy tvoriace optický signál. Pri prenose signálov na veľké vzdialenosti môžu byť impulzy superponované na susedné, čo sťažuje presné obnovenie. So zvyšujúcou sa rýchlosťou prenosu sa zvyšuje dĺžka optického vlákna a efekt chromatickej disperzie. Na zníženie vplyvu chromatickej disperzie na prenášané signály sa používajú disperzné kompenzátory.

Polarizačný režim rozptylu

PMD vzniká v optickom vlákne v dôsledku rozdielu v rýchlostiach šírenia dvoch vzájomne kolmých zložiek polarizačného vidu, čo vedie k skresleniu prenášaných impulzov. Dôvodom tohto javu je heterogenita geometrického tvaru optického vlákna. Vplyv rozptylu polarizačných vidov na prenášané optické signály so zvyšujúcou sa rýchlosťou so zvyšujúcim sa počtom kanálov a tesniaci systém so zvyšujúcou sa dĺžkou vlákna.

Stimulovaný spätný rozptyl Mandelstam - Brillouin, podstatou tohto javu je vytvorenie optického signálu periodických domén s rôznym indexom lomu - akejsi virtuálnej difrakčnej mriežky, cez ktorú sa signály šíria ako akustická vlna. Odrazené signály tejto virtuálnej mriežky sú pridané a zosilnené tak, aby vytvorili reverzný optický signál so zníženou Dopplerovou frekvenciou. Tento jav vedie k zvýšeniu hladiny šumu a zabraňuje šíreniu optického signálu, pretože veľká časť jeho výkonu je rozptýlená v opačnom smere. Tento jav sa často mylne nazýva odrazená akustická vlna.

Fázová modulácia pri vysokých výkonových hladinách laserového signálu môže dôjsť k modulácii vlastnej fázy signálu. Táto modulácia rozširuje rozsah a rozširuje alebo komprimuje signál v čase, v závislosti od znamienka chromatickej disperzie. V hustých WDM systémoch môže byť signál automodulácie so signálmi s rozšíreným spektrom superponovaný na susedné kanály. Signál fázovej modulácie sa zvyšuje so zvyšujúcim sa výkonom, zvyšovaním prenosovej rýchlosti a so zápornou chromatickou disperziou. Vplyv fázovej modulácie je znížený pri nulovej alebo malej pozitívnej chromatickej disperzii

Medzifázová modulácia javový výsledný signál moduluje fázu signálov jedného kanálu zo susedných kanálov. Faktory ovplyvňujúce medzifázovú moduláciu, ktoré sa zhodujú s faktormi ovplyvňujúcimi fázovú moduláciu. Okrem toho efekt medzifázovej modulácie závisí od počtu kanálov v systéme.

Štvorvlnové miešanie, je znázornený na prahovej úrovni výkonu lasera, v tomto prípade nelineárne charakteristiky vlákna vedú k interakcii troch vĺn a štvrtej vlny nového vzhľadu, ktorá sa môže zhodovať s frekvenciou iného kanála. Takáto prekrývacia frekvencia zvyšuje hladinu šumu a sťažuje príjem signálu

Vložený šum zosilňovača EDFA, dôvodom tohto javu je sila zosilnenej spontánnej emisie, ku ktorej dochádza v dôsledku konštrukčných prvkov zosilňovačov edfa. V procese prechodu cez zosilňovač k užitočnej zložke optického signálu sa pridáva k šumu, čím sa znižuje pomer "signál / šum" v dôsledku toho, že signál môže byť prijatý chybne. Tento jav obmedzuje množstvo in-line zosilňovačov.

Technológia DWDM

Hustý vlnový multiplex (DWDM) je moderná technológia prenos veľkého počtu optických kanálov cez jedno vlákno, čo je základom novej generácie sieťové technológie. V súčasnosti prechádza telekomunikačný priemysel bezprecedentnými zmenami spojenými s prechodom od hlasových systémov k systémom prenosu dát, čo je dôsledkom rýchleho rozvoja internetových technológií a rôznych sieťových aplikácií. S rozsiahlym nasadením dátových sietí prichádza aj úprava samotnej architektúry siete. To je dôvod, prečo sú potrebné zásadné zmeny v princípoch návrhu, kontroly a riadenia siete. Nová generácia sieťových technológií je založená na viacvlnových optických sieťach založených na hustom vlnovom delení multiplexovania (DWDM).

Popis technológie

100 GHz sieť.

Tabuľka vpravo zobrazuje 100 GHz frekvenčné plánovacie siete s rôznym stupňom šírky kanálov. Všetky mriežky okrem jednej 500/400 majú rovnako vzdialené kanály. Rovnomerná distribúcia kanálov vám umožňuje optimalizovať prevádzku prevodníkov vĺn, laditeľných laserov a iných zariadení celooptickej siete a tiež uľahčuje jej vybudovanie.

Implementácia konkrétnej siete frekvenčného plánu do značnej miery závisí od troch hlavných faktorov:

typ použitých optických zosilňovačov (kremík alebo fluórzirkoničitan);
prenosové rýchlosti na kanál - 2,4 Gbit/s (STM-16) alebo 10 Gbit/s (STM-64);
vplyv nelineárnych efektov.

Všetky tieto faktory sú navyše silne prepojené.

Štandardné EDFA z kremíkových vlákien majú jednu nevýhodu - veľké kolísanie zisku v oblasti pod 1540 nm, čo vedie k nižším pomerom signálu k šumu a nelinearite zisku v tejto oblasti. Veľmi nízke aj veľmi vysoké hodnoty zisku sú rovnako nežiaduce. So zvyšujúcou sa šírkou pásma sa minimálny odstup signálu od šumu povolený štandardom zvyšuje - napríklad pre kanál STM-64 je o 4-7 dB vyšší ako pre STM-16. Nelinearita zosilnenia kremíka EDFA teda silnejšie obmedzuje veľkosť zóny pre multiplexné kanály STM-64 (1540-1560 nm) ako pre kanály STM-16 a nižšiu kapacitu (kde možno použiť takmer celú zónu zosilnenia kremíka EDFA, nelinearita).

50 GHz sieť.

Hustší, no neštandardizovaný plán frekvenčnej siete s intervalom 50 GHz umožňuje efektívnejšie využitie zóny 1540-1560 nm, v ktorej fungujú štandardné kremíkové EDFA. Spolu s touto výhodou má táto mriežka svoje nevýhody.

In- najprv, s klesajúcimi medzikanálovými intervalmi sa zvyšuje vplyv štvorvlnového miešacieho efektu, ktorý začína obmedzovať maximálna dĺžka medziregeneračná linka (linka založená len na optických zosilňovačoch).

In- druhý Krátka medzikanálová vzdialenosť 0,4 nm môže obmedziť možnosť multiplexovania kanálov STM-64. Ako je vidieť z obrázku, multiplexovanie kanálov STM-64 s intervalom 50 GHz nie je prípustné, pretože potom sa spektrá susedných kanálov prekrývajú. Iba v prípade nižšej prenosovej rýchlosti na kanál (STM-4 a nižšie) nedochádza k prekrývaniu spektra.

IN- tretí, pri 50 GHz sa sprísňujú požiadavky na laditeľné lasery, multiplexory a ďalšie komponenty, čo znižuje počet potenciálnych výrobcov zariadení a vedie aj k zvýšeniu ich nákladov.

DWDM multiplexory

DWDM multiplexory (na rozdiel od tradičnejších WDM) majú dve charakteristické črty:

použitie iba jedného okna priehľadnosti 1550 nm v oblasti C-pásma 1530-1560 nm a L-pásma 1570-1600 nm;
malá vzdialenosť medzi multiplexnými kanálmi, 0,8 alebo 0,4 nm.

Okrem toho, keďže multiplexory DWDM sú navrhnuté tak, aby pracovali s veľkým počtom kanálov až do 32 alebo viac, spolu so zariadeniami DWDM, v ktorých sú všetky kanály multiplexované (demultiplexované) súčasne, nové zariadenia, ktoré nemajú v systémoch WDM analógy a fungujú v sčítacie režimy sú tiež povolené alebo výstup jedného alebo viacerých kanálov do/z hlavného multiplexného toku reprezentovaného veľkým počtom iných kanálov. Pretože výstupné porty/póly demultiplexora sú priradené špecifickým vlnovým dĺžkam, hovorí sa, že zariadenie vykonáva pasívne smerovanie vlnových dĺžok. Kvôli krátkym vzdialenostiam medzi kanálmi a potrebe pracovať s veľkým počtom kanálov súčasne si výroba DWDM multiplexerov vyžaduje podstatne väčšiu presnosť v porovnaní s WDM multiplexormi (zvyčajne s použitím okien priehľadnosti 1310 nm, 1550 nm alebo dodatočne oblasti vlnovej dĺžky v blízkosti 1650 nm). Je tiež dôležité zabezpečiť vysoký výkon presluchov v blízkom poli (smerovosť) a na diaľku (izolácia) na póloch zariadenia DWDM. To všetko vedie k vyšším nákladom na zariadenia DWDM v porovnaní s WDM.

Obrázok „a“ zobrazuje typický obvod multiplexora DWDM so zrkadlovým odrazovým prvkom. Uvažujme o jeho prevádzke v režime demultiplexovania. Prichádzajúci multiplexný signál dosiahne vstupný port. Tento signál potom prechádza cez doskový vlnovod a je distribuovaný cez viacero vlnovodov, ktoré predstavujú difrakčnú štruktúru AWG (arrayed vlnovodná mriežka). Tak ako predtým, signál v každom z vlnovodov zostáva multiplexovaný a každý kanál zostáva zastúpený vo všetkých vlnovodoch. Ďalej sa signály odrážajú od povrchu zrkadla a v dôsledku toho sa svetelné toky opäť zhromažďujú vo vlnovodnej doske, kde sa zaostrujú a interferujú - vytvárajú sa priestorovo oddelené maximá intenzity interferencie zodpovedajúce rôznym kanálom. Geometria vlnovodnej dosky, najmä umiestnenie výstupných pólov, a dĺžky vlnovodov štruktúry AWG sú vypočítané tak, aby sa interferenčné maximá zhodovali s výstupnými pólmi. K multiplexovaniu dochádza opačne.

Ďalší spôsob konštrukcie multiplexora je založený nie na jednej, ale na dvojici vlnovodných dosiek (obr. b). Princíp činnosti takéhoto zariadenia je podobný ako v predchádzajúcom prípade, až na to, že tu sa na zaostrovanie a rušenie používa prídavná doska.

DWDM multiplexory, ktoré sú pasívnymi zariadeniami, zavádzajú do signálu veľký útlm. Napríklad straty pre zariadenie (obr. 1a) pracujúce v režime demultiplexovania sú 4-8 dB, s presluchom na veľké vzdialenosti

Transpondéry a transceivery

Na prenos dát na vlnových dĺžkach z DWDM mriežky je možné použiť dva typy zariadení – transceivery a DWDM transpondéry. DWDM transceivery sa dodávajú v rôznych formách a môžu byť použité v pasívnych DWDM riešeniach.

Na rozdiel od transceiverov vám transpondéry umožňujú previesť vlnovú dĺžku žiarenia koncového zariadenia na vlnovú dĺžku DWDM na prenos do multiplexora. Vstupy optického multiplexora prijímajú optické signály, ktorých parametre zodpovedajú štandardom definovaným odporúčaniami G.692. Transpondér môže mať rôzny počet optických vstupov a výstupov. Ale ak je možné priviesť optický signál na akýkoľvek vstup transpondéra, ktorého parametre sú určené rec. G.957, potom jeho výstupné signály musia parametrami zodpovedať rec. G.692. Okrem toho, ak je komprimovaných m optických signálov, potom na výstupe transpondéra musí vlnová dĺžka každého kanála zodpovedať iba jednému z nich v súlade s frekvenčným plánom siete ITU.

Aplikácia optických zosilňovačov

Vývoj technológie optického zosilnenia založenej na EDFA výrazne zmenil metodiku návrhu komunikačných systémov z optických vlákien. Tradičné systémy s optickými vláknami využívajú opakovače regenerátora, ktoré zvyšujú výkon signálu (obr. 3a). Keď dĺžka medzi vzdialenými uzlami začne z hľadiska útlmu signálu prekračovať maximálnu povolenú dĺžku letu medzi susednými uzlami, na medziľahlé body sa inštalujú ďalšie regenerátory, ktoré akceptujú slabý signál, zosilnia ho v procese optoelektronickej konverzie, obnovia pracovný cyklus, fronty a časové charakteristiky opakovania impulzu a po prevedení do optickej podoby prenesú správny zosilnený signál, v rovnakej forme, ako bol na výstupe predchádzajúci regenerátor. Hoci takéto regeneračné systémy fungujú dobre, sú dosť drahé a po inštalácii nedokážu zvýšiť kapacitu linky.

Na základe EDFA je strata výkonu vo vedení prekonaná optickým zosilnením (obr. 3b). Na rozdiel od regenerátorov nie je tento „transparentný“ zisk viazaný na bitovú rýchlosť signálu, čo umožňuje prenos informácií vyššími rýchlosťami a zvyšuje priepustnosť, kým do hry nevstúpia ďalšie obmedzujúce faktory, ako je chromatická disperzia a polarizačná vidová disperzia. Zosilňovače EDFA sú tiež schopné zosilniť viackanálový signál WDM, čím pridávajú šírke pásma ďalší rozmer.

Hoci optický signál generovaný pôvodným laserovým vysielačom má dobre definovanú polarizáciu, všetky ostatné uzly pozdĺž trasy optického signálu, vrátane optického prijímača, by mali vykazovať slabú závislosť svojich parametrov od smeru polarizácie. V tomto zmysle majú optické zosilňovače EDFA, vyznačujúce sa slabou polarizačnou závislosťou zisku, hmatateľnú výhodu oproti polovodičovým zosilňovačom.

Na rozdiel od regenerátorov optické zosilňovače prinášajú dodatočný šum, ktorý je potrebné vziať do úvahy. Preto je spolu so ziskom jedným z dôležitých parametrov EDFA aj šumové číslo.

Aplikácia zariadení ROADM

Použitie rekonfigurovateľného optického add/drop multiplexera (ROADM) umožňuje flexibilné nasadenie a vzdialenú konfiguráciu spektrálnych kanálov. V ktoromkoľvek uzle siete ROADM je možné prepnúť stav frekvenčného kanála na vstup/výstup a end-to-end prenos bez prerušenia existujúcich služieb. Pri práci s laditeľným laserom poskytuje ROADM flexibilné ovládanie spektrálnych kanálov. ROADM vám umožňujú budovať siete s viacerými okruhmi alebo zmiešanými sieťami: založené na technológii prepínania selektora spektra (WSS).

Výstavba DWDM sietí

Mestské siete DWDM sú spravidla budované pomocou kruhovej architektúry, ktorá umožňuje použitie ochranných mechanizmov na úrovni DWDM s rýchlosťou obnovy maximálne 50 ms. Sieťovú infraštruktúru je možné vybudovať na zariadeniach od viacerých dodávateľov s ďalšou distribučnou úrovňou založenou na zariadeniach Metro DWDM. Táto úroveň je zavedená na organizovanie výmeny prevádzky medzi sieťami so zariadeniami od rôznych spoločností.

V technológii DWDM je minimálnym rozlíšením signálu optický kanál alebo vlnová dĺžka. Použitie celých vlnových dĺžok s kanálovou kapacitou 2,5 alebo 10 Gbit/s na výmenu prevádzky medzi podsieťami je opodstatnené pri budovaní veľkých transportných sietí. Ale transpondér-multiplexory vám umožňujú organizovať výmenu prevádzky medzi podsieťami na úrovni signálov STM-4/STM-1/GE. Distribučná úroveň môže byť postavená aj na báze technológie SDH. DWDM má však veľkú výhodu spojenú s transparentnosťou riadiacich kanálov a servisných kanálov (napríklad servisnej komunikácie). Keď sú signály SDH/ATM/IP zabalené do optického kanála, štruktúra a obsah paketov sa nemení. Systémy DWDM monitorujú iba jednotlivé bajty, aby zabezpečili správny tok signálov. Preto prepojenie podsietí cez DWDM infraštruktúru na jednej vlnovej dĺžke možno považovať za prepojenie s párom optických káblov.

Pri použití zariadení od rôznych výrobcov sú dve podsiete na prenos dát od jedného výrobcu prepojené cez sieť DWDM od iného výrobcu. Riadiaci systém fyzicky pripojený k jednej podsieti môže riadiť aj činnosť inej podsiete. Ak by sa na distribučnej úrovni používali zariadenia SDH, nebolo by to možné. Na základe DWDM sietí je teda možné kombinovať siete od rôznych výrobcov na prenos heterogénnej prevádzky.

SFP (WDM, CWDM, DWDM) – ČO TO JE? NA ČO SÚ POTREBNÉ?

Technológia Wavelength Division Multiplexing (WDM).

Multiplexovanie spektra je založené na metóde multiplexovania optických kanálov. Princíp túto metódu spočíva v tom, že každý informačný tok je prenášaný cez jedno optické vlákno na inej vlnovej dĺžke (pri inej nosnej frekvencii), vzdialených od seba vo vzdialenosti 20 nm.

Pomocou špeciálnych zariadení - optických multiplexerov - sa toky spájajú do jedného optického signálu, ktorý sa privádza do optického vlákna. Na prijímacej strane sa vykonáva reverzná operácia - demultiplexovanie, vykonávané pomocou optických demultiplexorov. To otvára skutočne nevyčerpateľné možnosti ako na zvýšenie kapacity linky, tak aj na budovanie komplexných topologických riešení pomocou jediného vlákna.

Pri výbere počtu kanálov by ste mali venovať pozornosť typu použitého jednovidového vlákna!
Napríklad vlákna G.652B (vlákno s vrcholom vody pri 1383 nm) majú vysoké straty žiarenia na krátkych vlnových dĺžkach, takže prípustná prenosová vzdialenosť je znížená a počet spektrálnych kanálov bude menší, ako sa požaduje.

V systémoch Coarse WDM by sa v súlade s odporúčaním ITU G.694.2 nemalo používať viac ako 18 nosných s rozstupom 20 nm: 1270, 1290, 1310 ... 1570, 1590, 1610, t.j. ak celkový požadovaný rozsah vlnových dĺžok nepresahuje 340 nm. Malo by sa vziať do úvahy, že na okrajoch takého širokého rozsahu je útlm dosť veľký, najmä v oblasti krátkych vlnových dĺžok. Počet kanálov sa zvýšil na 18 pomocou takzvaných vlákien zero water peak (ZWPF, Zero Water Peak Fiber; LWPF, Low Water Peak Fiber), ktorých parametre určuje odporúčanie ITU-T G.652.C/ D. Vo vláknach tohto typu Absorpčný vrchol pri vlnovej dĺžke 1383 nm bol eliminovaný a hodnota útlmu pri tejto vlnovej dĺžke je približne 0,31 dB/km.

Vlákno G.653 sa ukázalo ako nevhodné pre novú, rýchlo sa rozvíjajúcu technológiu multiplexovania s delením vlnovej dĺžky WDM kvôli jeho nulovej disperzii pri 1550 nm, čo viedlo k prudkému nárastu skreslenia signálu zo štvorvlnového miešania v týchto systémoch. Najvhodnejšie optické vlákno pre husté a vysokohustotné WDM (DWDM a HDWDM) bolo G.655 a nedávno štandardizované optické vlákno G.656 pre riedke WDM.
Vytvorenie vlákien bez „vodného vrcholu“ umožnilo využiť v komunikačných systémoch všetky vlny v rozsahu od 1260 do 1625 nm, t.j. kde kremenné optické vlákno má najväčšiu priehľadnosť.

ZÁKLADNÉ VYBAVENIE

Multiplexory/demultiplexory (MUX/DEMUX); umožňujú sčítať a oddeliť optické signály.

umožňujú vybrať a pridať signál do vlákna na určitých nosných frekvenciách.

V závislosti od danej úlohy je konfigurácia multiplexora/demultiplexora (Mux/Demux) určená nasledujúcimi charakteristikami:

Dvojvláknový multiplexor (2 vlákna)
Jednovláknový multiplexor(1 vlákno (jedno vlákno) alebo obojsmerné)
4 alebo 8 kanálový multiplexer(8 alebo 16 vlnových dĺžok), prevádzkové na jednom vlákne
8 alebo 16 kanálový, pracujúci na dvoch vláknach
multiplexor s dvoma "spoločnými"(BEŽNÉ) závery implementovať „kruhovú“ topológiu
Pre topológie „Point-to-Point“ alebo „Ring“ je potrebná „párová“ (porty Tx–Rx) sada multiplexerov – Mux/Demux typu I, Mux/Demux typu II
Konektory – FC,SC,LC,ST,FA,SA

Multiplexory je možné dodať v nasledujúcich verziách:
Stojan 19" 1RU
V plastovom puzdre(pre montáž na stenu alebo krabicu)
Podľa typu konektora– LC, SC atď.

SFP (Small Form Factor Pluggable) transceivery (SFP, SFP+, X2, XFP) – generovať a prijímať optické signály (určité vlnové dĺžky) v systéme CWDM; previesť signál z elektrického na optický a naopak. SFP modul kombinuje vysielač aj prijímač. Preto podporuje súčasný prenos a príjem dát cez dve linky v rámci jedného kanála. Od čias rádia sa takéto zariadenia nazývajú transceivery. Preto sa moduly SFP nazývajú transceivery.

Každý SFP transceiver pracuje na dvoch vláknach a na rozdiel od štandardných dvojvláknových 1000Base LX transceiverov pracuje na dvoch rôznych vlnových dĺžkach - širokopásmový prijímač pracuje s jednou vlnovou dĺžkou a vysielač s inou.
Na vytvorenie dátového kanála v systéme SFP sú vysielače a prijímače konfigurované v pároch.

Vysielače a prijímače sa líšia aj silou signálu (dojazdom), t.j. fungujú na rôzne vzdialenosti.

Pre silnejšiu kompresiu optického signálu sa používajú „farebné“ moduly SFP, ktoré pracujú v určitom rozsahu vlnových dĺžok (CWDM). Takéto transceivery SFP sú navrhnuté tak, aby generovali optické signály „hlavného nosného“ od 1270 do 1610 nm (krok 20 nm).

Dostupné sú SFP moduly, ktoré fungujú na jednom aj dvoch vláknach s priepustnosťou 1,25, 2,5 a 4,25 Gbps. Tieto moduly môžu byť inštalované priamo do spínacieho zariadenia prakticky od akéhokoľvek výrobcu, čo umožňuje bezproblémovú integráciu CWDM do existujúcej infraštruktúry. Rovnaký modul môže slúžiť ako rozhranie Gigabit Ethernet, Fibre Channel alebo SDH, čo výrazne dodáva riešeniu flexibilitu.

Je tiež možné nainštalovať moduly CWDM SFP do šasi konvertora médií. Použitie podvozku je najflexibilnejšie riešenie, ktoré úplne eliminuje problémy s nekompatibilitou zariadení. Pomocou šasi získate štandardné gigabitové ethernetové porty 1000BASE-T, čím sa eliminuje potreba drahých prepínačov s portami SFP.

Osobitná pozornosť by sa mala venovať zhutneniu 10 Gbit/s kanálov. Ešte pred tromi rokmi neexistovali žiadne transceivery pracujúce rýchlosťou 10 Gbit/sa podporujúce vlnové dĺžky frekvenčnej siete systémov s riedkym spektrom multiplexovania, teraz sa takéto moduly objavili, ich použitie však výrazne obmedzuje možnosti systému, v porovnaní s kanálovým multiplexovaním 1,25 Gbit/sa 2,5 Gbit/s.

V súčasnosti neexistujú žiadne 10 Gbps lasery pracujúce v rozsahu vlnových dĺžok 1350-1450 nm, takže maximálny počet 10 Gbps multiplexných kanálov nemôže prekročiť 12 pri použití dvoch vlákien G.652D. Navyše pri použití 10 Gbit/s kanálov je potrebné vziať do úvahy, že maximálny optický rozpočet takýchto modulov v súčasnosti nie je vyšší ako 28 dBm, čo zodpovedá prevádzkovému dosahu približne 80 kilometrov cez jednovidové vlákno. V prípadoch, keď je potrebné komprimovať a prenášať viac ako 12 10 Gbit/s kanálov, vr. na vzdialenosti viac ako 80 kilometrov sa používa zariadenie DWDM.

OADM moduly - vstupno/výstupné multiplexory; umožňujú vybrať a pridať signál do vlákna pre určité nosiče.

Základné vlastnosti:
Jednokanálový vstup/výstup
Pasívna optika
Nízka strata vloženia pre backhaul linky
Vyhradená vlnová dĺžka pre koncového užívateľa

V zásade sa rozlišujú jednokanálové a dvojkanálové moduly OADM. Ich rozdiel spočíva v schopnosti prijímať a prijímať optický signál z jedného alebo dvoch multiplexerov a je fyzicky spôsobený prítomnosťou jednej alebo dvoch transceiverov. V súlade s tým má jednokanálový modul OADM jednu jednotku vysielača a prijímača a je schopný pracovať iba s jedným multiplexorom v jednom smere. Dvojkanálový modul OADM má dve jednotky transceivera a je schopný pracovať „v dvoch smeroch“ s dvoma multiplexormi/demultiplexormi.

Transceiver jednotka jednokanálového modulu OADM má štyri rozhrania:

Com port – prijíma signál z multiplexora
Expresný port – prenáša signál do ostatných prvkov systému
Pridať port – pridá k linke kanál s určitou vlnovou dĺžkou,
Drop port – vytiahne z linky kanál na určitej vlnovej dĺžke.

Takéto zariadenia nemajú žiadne obmedzenia na protokoly alebo šírku pásma.
V súlade s tým má dvojkanálový modul OADM dva ďalšie porty Add a Drop.
V prípade použitia dvojvláknového systému sú pridané aj porty Com2 a Express2.
Jednokanálový modul OADM pracuje v tandeme s jedným SFP transceiverom, dvojkanálový OADM - s dvoma

OADM terminálový tranzitný modul ( modul drop/pass) odoberie jeden kanál z kmeňa a nasmeruje ho do miestneho portu. Zvyšné kanály prechádzajú priamo do iných sieťových uzlov.

Jednokanálový OADM multiplexný modul (modul drop/add) má dve lokálne rozhrania. Prvý odoberie jeden kanál z kufra a nasmeruje ho do lokálneho portu, druhý pridá tento kanál späť do kufra v opačnom smere. Takýto modul je potrebný pri konštrukcii siete „kruhovej“ topológie.

Moduly OADM je možné dodať v nasledujúcich verziách:
Rackmount 19” 1RU
V plastovom kufríku (pre montáž na stenu alebo do objímky)
Konektory – LC, SC atď.

Hlavné systémy multiplexovania s delením vlnovej dĺžky sú:

- WDM (Wavelength Division Multiplexing)

- CWDM (hrubé vlnové delenie multiplexovania)

Čo je teda WDM?

Technológia pridávania optických signálov s rôznymi vlnovými dĺžkami, prenášaných súčasne po jednom vlákne, 2 alebo viacerých signálov oddelených na vzdialenom konci vlnovou dĺžkou. Najtypickejší (2-kanálový WDM) kombinuje vlnové dĺžky 1310 nm a 1550 nm v jednom vlákne.

Dvojkanálový WDM (a trojkanálový) možno použiť na rýchle a jednoduché pridanie dodatočných (alebo dvoch dodatočných) vlnových dĺžok. Inštalácia a pripojenie je veľmi jednoduché a je veľmi lacné. Vo väčšine prípadov je WDM cenovo najefektívnejšie riešenie pre nedostatok káblov, ktoré poskytuje zisk 2:1 alebo 3:1 vláknom spojením vlnových dĺžok 1310 nm, 1550 nm a 1490 nm do jedného vlákna.

V prípadoch, keď je potrebných viac kanálov na rozšírenie existujúcej infraštruktúry optických vlákien, CWDM poskytuje efektívne riešenie pre krátke optické rozpätia (do 80 km). CWDM môže jednoducho a rýchlo pridať až 18 dodatočných vlnových dĺžok na štandardizovaných frekvenciách ITU. Je ideálny pre stredne veľké siete s rozmermi prierezu do 100 km. Keďže vzdialenosť medzi vlnovými dĺžkami je 20 nm, možno použiť lacnejšie lasery, čo má za následok veľmi nízke náklady. Systémy CWDM, aj keď sú viackanálové, nemajú žiadne optické zosilňovacie mechanizmy a obmedzenia rozsahu sú určené kanálom s maximálnym útlmom. Okrem toho kanály z oblasti 1360 nm až 1440 nm môžu zaznamenať najväčší útlm (1 až 2 dB/km) v dôsledku špičky vody v tejto oblasti pre niektoré typy optických káblov.

Tam, kde je potrebná vysoká kapacita alebo prenos na veľké vzdialenosti, riešenia DWDM je preferovanou metódou na zvýšenie kapacity vlákna. Vďaka svojim vysoko presným laserom optimalizovaným na prevádzku v okne 1550 nm (na zníženie strát) sú systémy DWDM ideálne riešenie pre náročnejšie siete. Systémy DWDM môžu použiť EDFA na zosilnenie všetkých vlnových dĺžok v okne DWDM a predĺžiť prenosové dĺžky až na 500 km.

Systémy DWDM sú typicky obmedzené v rozsahu na 4-5 zosilňovacích sekcií v dôsledku šumu zosilnených spontánnych emisií (ASE) v EDFA. K dispozícii sú simulačné nástroje na presné určenie, koľko EDFA je možné nainštalovať. Na dlhých úsekoch (>120 km) môže byť rozptyl problémom, čo si vyžaduje inštaláciu modulov na kompenzáciu rozptylu. Pásmo DWDM je obmedzené na vlnové dĺžky v rozsahu od 1530 nm do 1565 nm rozsahom zisku EDFA.

Typy riešení:

1. Bod - bod.

Pridanie spektrálneho systému bod-bod k optickému systému je jednoduchým a nákladovo efektívnym riešením problému nedostatku vlákien.
Systémy s podobnou topológiou sú typické pre riešenie problémov súčasného prenosu veľkého množstva dátových tokov pre zvýšenie počtu poskytovaných služieb (video, hlas a pod.). V tomto prípade sa používajú vlákna z už existujúcej optickej prenosovej siete. V tomto režime prevádzky sa informácie prenášajú cez kanály medzi dvoma bodmi. Pre úspešný prenos dát na vzdialenosť až 50-80 km sú potrebné multiplexory/demultiplexory v tých uzloch, kde sa budú informačné toky kombinovať a následne oddeľovať.

Pobočkové pripojenie

Táto architektúra implementuje prenos informácií z jedného uzla do druhého s medziľahlými uzlami pozdĺž tejto cesty, kde jednotlivé kanály môžu byť vstupné a výstupné pomocou modulov OADM. Maximálny počet vetiev je určený počtom duplexných prenosových kanálov (napríklad 4 alebo a optickým rozpočtom linky. Pri výpočte je potrebné pamätať na to, že každý modul OADM zavádza útlm, v dôsledku čoho celková dĺžka Optický kanál možno extrahovať v ktoromkoľvek bode cesty.

V tomto prípade sú moduly OADM (dvojkanálové) inštalované medzi dva multiplexory / demultiplexory.
V tomto prípade musí byť každý dvojkanálový modul OADM vybavený dvoma SFP transceivermi.

Bod s vetvami.

Zásadným rozdielom oproti prvej možnosti je absencia druhého multiplexora/demultiplexora. K výmene signálov teda dochádza medzi centrálnym komunikačným centrom a koncovým zariadením na rôznych úsekoch linky. Táto architektúra sa z ekonomického hľadiska javí ako perspektívna, pretože v skutočnosti vám umožňuje eliminovať prepínač agregačnej vrstvy zo siete s výraznými úsporami na vlákne. V tomto prípade je vzdialenosť od modulu OADM (jednokanál) k umiestneniu konečného zariadenia (switch, router, media konvertor) obmedzená iba výkonom signálu v linke a stratami vloženia z multiplexného zariadenia.

Výhody
Úsporné optické vlákno - systém multiplexovania spektra umožňuje prenášať až 8 kanálov cez jedno vlákno s priepustnosťou až 2,5 Gb/s na kanál
Nezávislosť od napájania - napájanie je potrebné len pre aktívne zariadenia
Žiadne problémy s pádmi, reštartmi atď.
Nie je potrebné organizovať trvalý prístup k umiestneniu prvkov systému - existujú moduly OADM určené na umiestnenie do optických spojok
Znížená úroveň vplyvu „ľudského faktora“ - absencia aktívnych komponentov, ktoré vyžadujú konfiguráciu, správu atď.
Výrazné zníženie nákladov na vlastníctvo – nižšie prevádzkové náklady
Relatívne nízka cena, možnosť eliminácie vybavenia na úrovni agregácie
Maximálny prevádzkový dosah je 80 kilometrov alebo viac
Nezávislosť od klientskych protokolov – prenos až 18 nezávislých služieb cez dva páry optických vlákien; transparentnosť pre všetky protokoly prenosu údajov
Dostupnosť rôzne druhy zariadenie na inštaláciu v rôznych podmienkach: do stojana, do spojky, na stenu.

Každý určite počul o prenose informácií cez optické siete a tiež o tom, že tento spôsob poskytuje doteraz najvyššie rýchlosti. Práve to druhé poskytuje dobrý dôvod pre rozvoj technológií prenosu dát cez optické vlákno. Už dnes môže priepustnosť dosiahnuť rádovo terabitov (1000 gigabitov) za sekundu.

V porovnaní s inými spôsobmi prenosu informácií je rádová veľkosť TB/s jednoducho nedosiahnuteľná. Ďalšou výhodou takýchto technológií je spoľahlivosť prenosu. Prenos optickými vláknami nemá nevýhody prenosu elektrického alebo rádiového signálu. Neexistuje žiadne rušenie, ktoré by mohlo poškodiť signál, a nie je potrebné licencovať používanie rádiovej frekvencie. Málokto si však predstaví, ako sa informácie prenášajú cez optické vlákno vo všeobecnosti, a ešte menej pozná konkrétne implementácie technológií. V tomto článku sa pozrieme na jednu z nich – technológiu DWDM (dense wavelength-division multiplexing).

Najprv sa pozrime na to, ako sa všeobecne prenášajú informácie cez optické vlákno. Optické vlákno je vlnovod, ktorý nesie elektromagnetické vlny s vlnovou dĺžkou rádovo tisíc nanometrov (10-9 m). Ide o oblasť infračerveného žiarenia, ktorú ľudské oko nevidí. A hlavnou myšlienkou je, že pri určitom výbere materiálu vlákna a jeho priemeru nastáva situácia, keď sa pre niektoré vlnové dĺžky toto médium stane takmer priehľadným a aj keď narazí na hranicu medzi vláknom a vonkajším prostredím, väčšina energie je odráža späť do vlákna. Tým je zabezpečené, že žiarenie prechádza vláknom bez väčších strát a hlavnou úlohou je toto žiarenie prijať na druhom konci vlákna. Samozrejme, že takýto stručný popis skrýva obrovskú a neľahkú prácu mnohých ľudí. Nemyslite si, že takýto materiál je ľahké vytvoriť alebo že tento efekt je zrejmý. Naopak, malo by sa to považovať za veľký objav, pretože teraz poskytuje lepší spôsob prenosu informácií. Musíte pochopiť, že materiál vlnovodu je jedinečný vývoj a kvalita prenosu údajov a úroveň rušenia závisia od jeho vlastností; Izolácia vlnovodu je navrhnutá tak, aby zabezpečila minimálny výstup energie smerom von. Konkrétne, ak hovoríme o technológii nazývanej „multiplexovanie“, znamená to, že prenášate viacero vlnových dĺžok súčasne. Neinteragujú medzi sebou a pri prijímaní alebo prenose informácií sú interferenčné efekty (superpozícia jednej vlny na druhú) nevýznamné, pretože sa prejavujú najsilnejšie pri viacerých vlnových dĺžkach. Práve tu hovoríme o o používaní blízkych frekvencií (frekvencia je nepriamo úmerná vlnovej dĺžke, takže nezáleží na tom, o čom hovoríte). Zariadenie nazývané multiplexer je zariadenie na kódovanie alebo dekódovanie informácií do priebehov a späť. Po tomto krátkom úvode prejdime ku konkrétnemu popisu technológie DWDM.

Hlavné charakteristiky DWDM multiplexerov, ktoré ich odlišujú od samotných WDM multiplexerov:

použitie iba jedného priesvitného okna 1550 nm v EDFA amplifikačnej oblasti 1530-1560 nm (EDFA - optický amplifikačný systém);
krátke vzdialenosti medzi multiplexnými kanálmi - 3,2/1,6/0,8 alebo 0,4 nm.

Pre porovnanie povedzme, že vlnová dĺžka viditeľného svetla je 400-800 nm. Okrem toho, keďže samotný názov hovorí o hustom prenose kanálov, počet kanálov je väčší ako v konvenčných schémach WDM a dosahuje niekoľko desiatok. Z tohto dôvodu je potrebné vytvoriť zariadenia, ktoré sú schopné pridať kanál alebo ho odstrániť, na rozdiel od konvenčných schém, kde sú všetky kanály kódované alebo dekódované naraz. Koncept pasívneho smerovania vlnovej dĺžky je spojený s takými zariadeniami, ktoré pracujú na jednom kanáli z mnohých. Je tiež zrejmé, že práca s veľkým počtom kanálov vyžaduje väčšiu presnosť zariadení na kódovanie a dekódovanie signálu a kladie vyššie nároky na kvalitu linky. Z toho vyplýva zjavné zvýšenie nákladov na zariadenia - pri súčasnom znížení ceny za prenos jednotky informácie vzhľadom na to, že sa teraz môže prenášať vo väčšom objeme.

Takto funguje demultiplexor so zrkadlom (schéma na obr. 1a). Prichádzajúci multiplexný signál dosiahne vstupný port. Tento signál potom prechádza cez vlnovodnú dosku a je distribuovaný cez mnoho vlnovodov, ktoré sú difrakčnou štruktúrou AWG (arrayed vlnovodná mriežka). Tak ako predtým, signál v každom z vlnovodov zostáva multiplexovaný a každý kanál zostáva zastúpený vo všetkých vlnovodoch, to znamená, že zatiaľ došlo iba k paralelizácii. Ďalej sa signály odrážajú od povrchu zrkadla a v dôsledku toho sa svetelné toky opäť zhromažďujú vo vlnovodnej doske, kde sú zaostrené a rušené. To vedie k vytvoreniu interferenčného obrazca s priestorovo oddelenými maximami a zvyčajne sa geometria dosky a zrkadla vypočíta tak, aby sa tieto maximá zhodovali s výstupnými pólmi. K multiplexovaniu dochádza opačne.

Ďalší spôsob konštrukcie multiplexora je založený nie na jednej, ale na dvojici vlnovodných dosiek (obr. 1b). Princíp činnosti takéhoto zariadenia je podobný ako v predchádzajúcom prípade, až na to, že tu sa na zaostrovanie a rušenie používa prídavná doska.

DWDM multiplexory, ktoré sú čisto pasívnymi zariadeniami, vnášajú do signálu veľký útlm. Napríklad straty pre zariadenie (pozri obr. 1a) pracujúce v režime demultiplexovania sú 10-12 dB, s presluchovým rušením na veľké vzdialenosti menej ako –20 dB a polovičnou šírkou spektra signálu 1 nm (na základe materiálov od spoločnosti Oki Electric Industry). Kvôli veľkým stratám je často potrebné inštalovať optický zosilňovač pred a/alebo za DWDM multiplexer.

Najdôležitejším parametrom technológie multiplexovania s hustou vlnou je nepochybne vzdialenosť medzi susednými kanálmi. Štandardizácia priestorového usporiadania kanálov je potrebná už len preto, že na jej základe bude možné začať vykonávať skúšky vzájomnej kompatibility zariadení od rôznych výrobcov. Sektor telekomunikačnej štandardizácie Medzinárodnej telekomunikačnej únie (ITU-T) schválil frekvenčný plán DWDM s medzikanálovým rozostupom 100 GHz, čo zodpovedá rozdielu vlnových dĺžok 0,8 nm. Diskutuje sa aj o problematike prenosu informácií s rozdielom vlnových dĺžok 0,4 nm. Zdalo by sa, že rozdiel možno ešte zmenšiť, čím sa dosiahne väčšia priepustnosť, ale v tomto prípade vznikajú čisto technologické ťažkosti spojené s výrobou laserov, ktoré generujú striktne monochromatický signál (konštantná frekvencia bez rušenia) a difrakčných mriežok, ktoré oddeľujú maximá. vo vesmíre, zodpovedajúce rôznym vlnovým dĺžkam. Pri použití 100 GHz oddelenia všetky kanály rovnomerne zaplnia použiteľné pásmo, čo je výhodné pri nastavovaní zariadenia a jeho rekonfigurácii. Voľba separačného intervalu je daná požadovanou šírkou pásma, typom lasera a mierou rušenia na linke. Treba však vziať do úvahy, že pri prevádzke aj v tak úzkom rozsahu (1530-1560 nm) je vplyv nelineárnej interferencie na hraniciach tejto oblasti veľmi významný. To vysvetľuje skutočnosť, že so zvyšujúcim sa počtom kanálov je potrebné zvýšiť výkon lasera, čo však zase vedie k zníženiu pomeru signálu k šumu. Výsledkom je, že použitie tuhšieho tesnenia ešte nie je štandardizované a je vo vývoji. Ďalšou zjavnou nevýhodou zvyšovania hustoty je zmenšenie vzdialenosti, na ktorú môže byť signál prenesený bez zosilnenia alebo regenerácie (toto bude podrobnejšie diskutované nižšie).

Všimnite si, že vyššie uvedený problém nelinearity je vlastný zosilňovacím systémom na báze kremíka. Teraz sa vyvíjajú spoľahlivejšie systémy fluór-zirkonát, ktoré poskytujú väčšiu linearitu (v celej oblasti 1530-1560 nm) zisku. Ako sa operačná oblasť EDFA zvyšuje, je možné multiplexovať 40 kanálov STM-64 v intervaloch 100 GHz s celkovou kapacitou 400 GHz na vlákno (obr. 2).

Tabuľka ukazuje technické údaje jeden z výkonných multiplexných systémov využívajúcich frekvenčný plán 100/50 GHz, vyrábaný spoločnosťou Ciena Corp.

Pozrime sa bližšie na systém optického zosilnenia. Aký je problém? Spočiatku je signál generovaný laserom a posielaný do vlákna. Šíri sa pozdĺž vlákna, prechádza zmenami. Hlavnou zmenou, ktorú treba riešiť, je rozptyl signálu (disperzia). Je spojená s nelineárnymi efektmi, ktoré vznikajú, keď vlnový paket prechádza médiom a je zjavne vysvetlený odporom média. To vyvoláva problém prenosu na veľké vzdialenosti. Veľké – v zmysle stoviek či dokonca tisícok kilometrov. To je o 12 rádov dlhšie ako vlnová dĺžka, takže nie je prekvapujúce, že aj keď sú nelineárne efekty malé, celkovo ich pri takejto vzdialenosti treba brať do úvahy. Navyše, v samotnom laseri môže byť nelinearita. Existujú dva spôsoby, ako dosiahnuť spoľahlivý prenos signálu. Prvým je inštalácia regenerátorov, ktoré prijmú signál, dekódujú ho, vygenerujú nový signál, úplne identický s tým, ktorý prišiel, a pošlú ho ďalej. Táto metóda je efektívna, ale takéto zariadenia sú dosť drahé a zvýšenie ich kapacity alebo pridanie nových kanálov, ktoré musia zvládnuť, zahŕňa ťažkosti pri rekonfigurácii systému. Druhý spôsob je jednoducho optické zosilnenie signálu, úplne podobné zosilneniu zvuku v hudobnom centre. Toto zosilnenie je založené na technológii EDFA. Signál sa nedekóduje, ale zvýši sa iba jeho amplitúda. To vám umožní zbaviť sa strát rýchlosti v zosilňovacích uzloch a tiež odstráni problém s pridávaním nových kanálov, pretože zosilňovač zosilňuje všetko v danom rozsahu.

Na základe EDFA je strata výkonu vo vedení prekonaná optickým zosilnením (obr. 3). Na rozdiel od regenerátorov nie je tento transparentný zisk viazaný na bitovú rýchlosť signálu, čo umožňuje prenos informácií pri vyšších rýchlostiach a zvyšuje priepustnosť, kým do hry nevstúpia ďalšie obmedzujúce faktory, ako je chromatická disperzia a polarizačná vidová disperzia. Zosilňovače EDFA sú tiež schopné zosilniť viackanálový signál WDM, čím pridávajú šírke pásma ďalší rozmer.

Hoci optický signál generovaný pôvodným laserovým vysielačom má dobre definovanú polarizáciu, všetky ostatné uzly pozdĺž dráhy optického signálu, vrátane optického prijímača, by mali vykazovať slabú závislosť svojich parametrov od smeru polarizácie. V tomto zmysle majú optické zosilňovače EDFA, vyznačujúce sa slabou polarizačnou závislosťou zisku, výraznú výhodu oproti polovodičovým zosilňovačom. Na obr. Obrázok 3 ukazuje prevádzkové diagramy oboch metód.

Na rozdiel od regenerátorov optické zosilňovače prinášajú dodatočný šum, ktorý je potrebné vziať do úvahy. Preto spolu so ziskom je jedným z dôležitých parametrov EDFA šumové číslo. Technológia EDFA je lacnejšia, z tohto dôvodu sa častejšie využíva v reálnej praxi.

Keďže EDFA, aspoň čo sa týka ceny, vyzerá atraktívnejšie, pozrime sa na hlavné charakteristiky tohto systému. Toto je charakteristika saturačnej sily výstupný výkon zosilňovač (môže dosiahnuť a dokonca prekročiť 4 W); zisk, definovaný ako pomer výkonov vstupných a výstupných signálov; určuje silu zosilnenej spontánnej emisie úroveň hluku, ktoré samotný zosilňovač vytvára. Tu je vhodné uviesť príklad hudobného centra, kde možno vysledovať analógie vo všetkých týchto parametroch. Tretia (hladina hluku) je obzvlášť dôležitá a je žiaduce, aby bola čo najnižšia. Pomocou analógie by ste sa mohli pokúsiť zahrnúť hudobné centrum, bez spustenia akéhokoľvek disku, ale zároveň otočte ovládač hlasitosti na maximum. Vo väčšine prípadov budete počuť hluk. Tento hluk vytvárajú zosilňovacie systémy jednoducho preto, že sú napájané. Podobne v našom prípade dochádza k spontánnej emisii, ale keďže zosilňovač je navrhnutý tak, aby vysielal vlny v určitom rozsahu, fotóny tohto konkrétneho rozsahu budú s väčšou pravdepodobnosťou emitované do vedenia. Tým vznikne (v našom prípade) svetelný šum. To obmedzuje maximálnu dĺžku vedenia a počet optických zosilňovačov v ňom. Zosilnenie sa zvyčajne volí tak, aby sa obnovila pôvodná úroveň signálu. Na obr. Obrázok 4 ukazuje porovnávacie spektrá výstupného signálu v prítomnosti a neprítomnosti signálu na vstupe.

Ďalším parametrom, ktorý je vhodné použiť pri charakterizácii zosilňovača, je šumový faktor – ide o pomer parametrov signálu k šumu na vstupe a výstupe zosilňovača. V ideálnom zosilňovači by sa tento parameter mal rovnať jednote.

Existujú tri aplikácie pre zosilňovače EDFA: predzosilňovače, linkové zosilňovače a výkonové zosilňovače. Prvé sú inštalované priamo pred prijímačom. Toto sa robí s cieľom zvýšiť pomer signálu k šumu, čo umožňuje použitie jednoduchších prijímačov a môže znížiť cenu zariadenia. Lineárne zosilňovače sú určené na jednoduché zosilnenie signálu v dlhých vedeniach alebo v prípade rozvetvenia takýchto vedení. Výkonové zosilňovače sa používajú na zosilnenie výstupného signálu priamo za laserom. Je to spôsobené tým, že výkon lasera je tiež obmedzený a niekedy je jednoduchšie jednoducho nainštalovať optický zosilňovač ako nainštalovať výkonnejší laser. Na obr. Obrázok 5 schematicky znázorňuje všetky tri spôsoby použitia EDFA.

Okrem vyššie opísaného priameho optického zosilnenia sa v súčasnosti pripravuje na vstup na trh aj zosilňovacie zariadenie využívajúce Ramanov amplifikačný efekt a vyvinuté v Bell Labs. Podstatou efektu je, že z prijímacieho bodu je smerom k signálu vyslaný laserový lúč určitej vlnovej dĺžky, ktorý rozkýva kryštálovú mriežku vlnovodu takým spôsobom, že začne vyžarovať fotóny v širokom rozsahu frekvencií. Celková úroveň užitočného signálu tak stúpa, čo umožňuje mierne zvýšiť maximálnu vzdialenosť. Dnes je táto vzdialenosť 160-180 km v porovnaní so 70-80 km bez Ramanovho vylepšenia. Tieto zariadenia vyrábané spoločnosťou Lucent Technologies sa dostanú na trh začiatkom roku 2001.

To, čo bolo opísané vyššie, je technológia. Teraz pár slov o implementáciách, ktoré už existujú a aktívne sa používajú v praxi. Po prvé, poznamenávame, že používanie sietí z optických vlákien nie je len internet a možno ani nie tak internet. Optické siete môžu prenášať hlasové a televízne kanály. Po druhé, povedzme, že ich je niekoľko odlišné typy siete. Máme záujem o diaľkové chrbticové siete, ale aj lokalizované siete napríklad v rámci jedného mesta (tzv. metro riešenia). Zároveň pre diaľkové komunikačné kanály, kde pravidlo „čím hrubšie potrubie, tým lepšie“ funguje perfektne, je technológia DWDM optimálnym a rozumným riešením. Iná situácia nastáva v mestských sieťach, v ktorých nie sú požiadavky na prenos prevádzky také veľké ako pri diaľkových kanáloch. Tu operátori používajú starý dobrý prenos na báze SDH/SONET pracujúci v rozsahu vlnových dĺžok 1310 nm. V tomto prípade na vyriešenie problému s nedostatočnou šírkou pásma, ktorý, mimochodom, zatiaľ nie je pre mestské siete veľmi akútny, môžete využiť novú technológiu SWDM, ktorá je akýmsi kompromisom medzi SDH/SONET a DWDM (čítaj viac o technológii SWDM na našom CD-ROMe). S touto technológiou tie isté vláknové kruhové uzly podporujú jednokanálový prenos dát pri 1310 nm a multiplexovanie s delením podľa vlnovej dĺžky pri 1550 nm. Úspory sa dosahujú „zapnutím“ dodatočnej vlnovej dĺžky, čo si vyžaduje pridanie modulu k príslušnému zariadeniu.

DWDM a premávka

Jeden z dôležité body Pri použití technológie DWDM ide o prenášanú prevádzku. Faktom je, že väčšina zariadení, ktoré v súčasnosti existujú, podporuje prenos iba jedného typu prevádzky na jednej vlnovej dĺžke. V dôsledku toho často nastáva situácia, keď premávka vlákno úplne nezaplní. Menej „hustá“ prevádzka sa teda prenáša cez kanál s formálnou priepustnosťou ekvivalentnou napríklad STM-16.

V súčasnosti sa objavujú zariadenia, ktoré realizujú plné zaťaženie vlnových dĺžok. V tomto prípade môže byť jedna vlnová dĺžka „vyplnená“ heterogénnou prevádzkou, povedzme TDM, ATM, IP. Príkladom je rodina zariadení Chromatis od Lucent Technologies, ktorá dokáže prenášať všetky typy prevádzky podporované I/O rozhraniami na jednej vlnovej dĺžke. To sa dosiahne pomocou vstavaného krížového spínača TDM a spínača ATM. Navyše, dodatočný prepínač ATM nie je určujúci pre cenu. Inými slovami, dodatočná funkčnosť zariadenia je dosiahnutá takmer za rovnakú cenu. To nám umožňuje predpovedať, že budúcnosť spočíva v univerzálnych zariadeniach schopných prenášať akúkoľvek prevádzku s optimálnym využitím šírky pásma.

DWDM zajtra

Po plynulom prechode k vývojovým trendom tejto technológie určite neobjavíme Ameriku, ak povieme, že DWDM je najsľubnejšia technológia optického prenosu dát. Vo väčšej miere to možno pripísať rýchlemu rastu internetovej prevádzky, ktorej tempo rastu sa blíži k tisíckam percent. Hlavnými východiskami vývoja bude zvýšenie maximálnej prenosovej dĺžky bez optického zosilnenia signálu a implementácia väčšieho počtu kanálov (vlnových dĺžok) v jednom vlákne. Dnešné systémy poskytujú prenos 40 vlnových dĺžok, čo zodpovedá 100-gigahertzovej frekvenčnej sieti. Zariadenia s 50-GHz sieťou podporujúcou až 80 kanálov sú ďalšie v poradí, ktoré vstupujú na trh, čo zodpovedá prenosu terabitových tokov cez jedno vlákno. A dnes už môžete počuť vyjadrenia laboratórií vývojových spoločností ako Lucent Technologies alebo Nortel Networks o blížiacom sa vytvorení 25-GHz systémov.

Napriek takémuto rýchlemu rozvoju inžinierstva a výskumu sa však trhové ukazovatele prispôsobujú. Minulý rok sa niesol v znamení vážneho poklesu na trhu s optikou, čoho dôkazom je výrazný pokles ceny akcií Nortel Networks (29 % za jeden deň obchodovania) po tom, čo oznámila ťažkosti s predajom svojich produktov. V podobnej situácii sa ocitli aj ďalší výrobcovia.

Zároveň, zatiaľ čo západné trhy zažívajú určitú saturáciu, východné trhy sa len začínajú rozvíjať. Najvýraznejším príkladom je čínsky trh, kde sa tucet vnútroštátnych operátorov preteká v budovaní chrbticových sietí. A ak „oni“ prakticky vyriešili otázky budovania chrbticových sietí, potom v našej krajine, akokoľvek to môže byť, jednoducho nie sú potrebné hrubé kanály na prenos našej vlastnej prevádzky. Napriek tomu výstava „Rezortné a firemné siete Communications“ odhalil obrovský záujem domácich telekomunikačných operátorov o nové technológie vrátane DWDM. A ak také monštrá ako Transtelecom alebo Rostelecom už majú štátne dopravné siete, tak ich súčasný energetický sektor len začína budovať. Takže napriek všetkým problémom je optika budúcnosťou. A DWDM tu bude hrať významnú úlohu.

ComputerPress 1"2001

Populárne v kategórii: