Trendi razvoja tehnologije dwdm opreme. Ruska oprema DWDM in CWDM. Princip delovanja sistemov za multipleksiranje z delitvijo valovnih dolžin
Osnovno načelo tehnologije WDM (Wavelength-division multiplexing, frekvenčna delitev kanalov) je zmožnost prenosa več signalov na različnih nosilnih valovnih dolžinah v enem optičnem vlaknu. V ruskih telekomunikacijah se prenosni sistemi, ustvarjeni s tehnologijo WDM, imenujejo "kompresijski sistemi". 
Vklopljeno ta trenutek Obstajajo tri vrste sistemov WDM:
1. CWDM (Coarse Wavelength-division multiplexing - groba frekvenčna delitev kanalov) - sistemi z razmikom optičnih nosilcev 20 nm (2500 GHz). Delovno območje je 1261-1611 nm, v katerem je mogoče implementirati do 18 simpleksnih kanalov. ITU standard G.694.2.
2. DWDM (Dense Wavelength-division multiplexing - gosta frekvenčna delitev kanalov) - sistemi z razmikom optičnih nosilcev 0,8 nm (100 GHz). Obstajata dve delovni območji - 1525-1565 nm in 1570-1610 nm, v katerih je mogoče implementirati do 44 simpleksnih kanalov. ITU standard G.694.1.
3. HDWDM (High Dense Wavelength-division multiplexing) – sistemi z razmikom optičnih nosilcev 0,4 nm (50 GHz) ali manj. Možna je implementacija do 80 simpleksnih kanalov.
Ta članek (pregled) se osredotoča na problem spremljanja v sistemih za stiskanje DWDM, podrobneje o tem različne vrste Sisteme WDM najdete na povezavi - povezava.
Sistemi za multipleksiranje po valovnih dolžinah DWDM lahko uporabljajo enega od dveh razponov nosilnih valovnih dolžin: pas C - 1525-1565 nm (na voljo je tudi običajni pas ali pas C) in pas L - 1570-1610 nm (pas dolgih valovnih dolžin ali L -skupina).
Delitev na dve območji je upravičena z uporabo različnih optičnih ojačevalnikov z različnimi območji ojačenja delovanja. Pasovna širina ojačanja za tradicionalno konfiguracijo ojačevalnika je približno 30 nm, 1530-1560 nm, kar je C-pas. Za ojačanje v območju dolgih valovnih dolžin (L-band) se konfiguracija erbijevega ojačevalnika spremeni s podaljšanjem erbijevega vlakna, kar povzroči premik v območju ojačanja na valovne dolžine 1560-1600 nm.
Trenutno je oprema DWDM C-pasu prejela veliko priznanje v ruskih telekomunikacijah. To je posledica obilice različne opreme, ki podpira ta obseg. Treba je opozoriti, da so proizvajalci opreme tako ugledna domača podjetja kot vodilne svetovne blagovne znamke, pa tudi številni brezlični azijski proizvajalci.
Glavna težava v katerem koli delu sistema za stiskanje (ne glede na vrsto) je raven moči v optičnem kanalu. Najprej morate razumeti, iz česa je tipično sestavljen tesnilni sistem DWDM.
Komponente sistema DWDM:
1) Transponder
2) Multiplekser/demultiplekser
3) Optični ojačevalnik
4) Kromatski kompenzator disperzije
Transponder izvaja 3R regeneracijo (“reshaping, “re-amplifying”, “retiming” - ponovna vzpostavitev oblike, moči in sinhronizacije signala) dohodnega optičnega signala odjemalca. Transponder lahko tudi pretvori promet odjemalca iz enega prenosnega protokola (pogosto Ethernet) v drugega, bolj odpornega na hrup (na primer OTN z uporabo FEC) in prenese signal na linearna vrata.
V več enostavni sistemi OEO pretvornik lahko deluje kot transponder, ki izvaja 2R regeneracijo (»preoblikovanje«, »ponovno ojačanje«) in prenaša odjemalski signal na linearna vrata brez spreminjanja prenosnega protokola.
Odjemalska vrata so pogosto izdelana v obliki reže za optične oddajnike, v katere se vstavi modul za komunikacijo z odjemalsko opremo. Linijski priključek v transponderju je lahko izveden v obliki reže za optični sprejemnik ali v obliki preprostega optičnega adapterja. Zasnova linearnega priključka je odvisna od zasnove in namena sistema kot celote. V pretvorniku OEO so linijska vrata vedno zasnovana kot reža za optični oddajnik-sprejemnik.
V mnogih sistemih je vmesna povezava, transponder, odpravljena zaradi znižanja stroškov sistema ali zaradi funkcionalne redundance pri določeni nalogi.
Optični multiplekserji so namenjeni združevanju (mešanju) posameznih WDM kanalov v skupinski signal za njihov hkratni prenos po enem optičnem vlaknu. Optični demultiplekserji so zasnovani za ločevanje prejetega osnovnega signala na sprejemnem koncu. IN sodobni sistemi funkcije zgoščevanja, multipleksiranja in demultipleksiranja izvaja ena naprava - multiplekser/demultiplekser (MUX/DEMUX).
Multiplekser/demultiplekser lahko razdelimo na enoto za multipleksiranje in enoto za demultipleksiranje.
Optični ojačevalnik na osnovi optičnega vlakna z nečistočami, dopiranega z erbijem (Erbium Doped Fiber Amplifier-EDFA), poveča moč skupinskega optičnega signala, ki je vključen v njem (brez predhodnega demultipleksiranja) brez optoelektronske pretvorbe. Ojačevalnik EDFA je sestavljen iz dveh aktivnih elementov: Er3+ dopiranega aktivnega vlakna in ustrezne črpalke.
Odvisno od tipa lahko EDFA zagotovi izhodno moč od +16 do +26 dBm.
Obstaja več vrst ojačevalnikov, katerih uporaba je odvisna od specifične naloge:
Vhodni optični ojačevalniki moči (boosterji) - nameščeni na začetku poti
Optični predojačevalniki - nameščeni na koncu trase pred optičnimi sprejemniki
Linearni optični ojačevalniki - nameščeni na vmesnih ojačevalnih vozliščih za vzdrževanje zahtevane optične moči
Optični ojačevalniki se pogosto uporabljajo na dolgih linijah za prenos podatkov s sistemi multipleksiranja z delitvijo valovnih dolžin DWDM.
Kromatski kompenzator disperzije (modul za kompenzacijo disperzije) je zasnovan tako, da popravi obliko optičnih signalov, ki se prenašajo v optičnem vlaknu, ki so posledično popačeni pod vplivom kromatske disperzije.
Kromatična disperzija je fizikalni pojav v optičnih vlaknih, pri katerem svetlobni signali z različnimi valovno dolžinami potujejo na enaki razdalji v različnih časovnih obdobjih, kar ima za posledico razširitev oddanega optičnega impulza. Tako je kromatična disperzija eden glavnih dejavnikov, ki omejuje dolžino štafetnega odseka poti. Standardna vlakna imajo vrednost kromatične disperzije približno 17 ps/nm.
Za povečanje dolžine relejnega odseka so na daljnovodu nameščeni kompenzatorji kromatične disperzije. Vgradnja kompenzatorjev pogosto zahteva daljnovod s hitrostjo 10 Gbit/s ali več.
Obstajata dve glavni vrsti DCM:
1. Vlakno za kompenzacijo kromatične disperzije - DCF (Dispersion Compensation Fiber). Glavna komponenta teh pasivnih naprav je vlakno z negativno kromatsko disperzijsko vrednostjo v območju valovnih dolžin 1525-1565 nm.
2. Kromatski disperzijski kompenzator na osnovi Braggove mreže - DCM FBG (Dispersion Compensation Module Fiber Bragg Grating). Pasivno optična naprava, ki je sestavljen iz čirpanega vlakna in optičnega krožnika. Zaradi svoje strukture čirpano vlakno ustvarja pogojno negativno kromatsko disperzijo dohodnih signalov v območju valovnih dolžin 1525-1600 nm. Optični krožnik v napravi deluje kot filtrirna naprava, ki usmerja signale na ustrezne nožice.
Tako je standardno vezje sestavljeno samo iz dveh vrst aktivnih komponent - transponderja in ojačevalnika, s katerima lahko spremljate trenutno raven moči oddanih signalov. Transponderji izvajajo funkcijo spremljanja statusa linearnih vrat, bodisi na podlagi vgrajene funkcije DDMI v optičnih sprejemnikih ali z organizacijo lastnega nadzora. Uporaba te funkcije omogoča operaterju prejemanje ažurnih informacij o statusu določenega komunikacijskega kanala.
Ker so optični ojačevalniki ojačevalniki z povratne informacije, vedno imajo funkcijo spremljanja signala vhodne skupine (skupna optična moč vseh vhodnih signalov) in signala izhodne skupine. Toda to spremljanje je neprijetno v primeru spremljanja določenih komunikacijskih kanalov in se lahko uporablja kot ocenjevalno (prisotnost ali odsotnost svetlobe). Tako je edino orodje za nadzor optične moči v kanalu za prenos podatkov transponder.
In ker sistemi za stiskanje niso sestavljeni le iz aktivnih, ampak tudi pasivnih elementov, je organizacija popolnega nadzora v sistemih za stiskanje zelo nepomembna in zahtevana naloga.
Možnosti za organizacijo spremljanja v sistemih za stiskanje WDM bodo obravnavane v naslednjem članku.
Osnovno načelo tehnologije WDM (Wavelength-division multiplexing, frekvenčna delitev kanalov) je zmožnost prenosa več signalov na različnih nosilnih valovnih dolžinah v enem optičnem vlaknu. V ruskih telekomunikacijah se prenosni sistemi, ustvarjeni s tehnologijo WDM, imenujejo "kompresijski sistemi".
Trenutno obstajajo tri vrste sistemov WDM:
1. CWDM (Coarse Wavelength-division multiplexing - groba frekvenčna delitev kanalov) - sistemi z razmikom optičnih nosilcev 20 nm (2500 GHz). Delovno območje je 1261-1611 nm, v katerem je mogoče implementirati do 18 simpleksnih kanalov. ITU standard G.694.2.
2. DWDM (Dense Wavelength-division multiplexing - gosta frekvenčna delitev kanalov) - sistemi z razmikom optičnih nosilcev 0,8 nm (100 GHz). Obstajata dve delovni območji - 1525-1565 nm in 1570-1610 nm, v katerih je mogoče implementirati do 44 simpleksnih kanalov. ITU standard G.694.1.
3. HDWDM (High Dense Wavelength-division multiplexing) – sistemi z razmikom optičnih nosilcev 0,4 nm (50 GHz) ali manj. Možna je implementacija do 80 simpleksnih kanalov.
Ta članek (recenzija) posveča pozornost problemu spremljanja v DWDM sistemih zgoščevanja, več podrobnosti o različnih vrstah WDM sistemov najdete na povezavi - povezava.
Sistemi za multipleksiranje po valovnih dolžinah DWDM lahko uporabljajo enega od dveh razponov nosilnih valovnih dolžin: pas C - 1525-1565 nm (na voljo je tudi običajni pas ali pas C) in pas L - 1570-1610 nm (pas dolgih valovnih dolžin ali L -skupina).
Delitev na dve območji je upravičena z uporabo različnih optičnih ojačevalnikov z različnimi območji ojačenja delovanja. Pasovna širina ojačanja za tradicionalno konfiguracijo ojačevalnika je približno 30 nm, 1530-1560 nm, kar je C-pas. Za ojačanje v območju dolgih valovnih dolžin (L-band) se konfiguracija erbijevega ojačevalnika spremeni s podaljšanjem erbijevega vlakna, kar povzroči premik v območju ojačanja na valovne dolžine 1560-1600 nm.
Trenutno je oprema DWDM C-pasu prejela veliko priznanje v ruskih telekomunikacijah. To je posledica obilice različne opreme, ki podpira ta obseg. Treba je opozoriti, da so proizvajalci opreme tako ugledna domača podjetja kot vodilne svetovne blagovne znamke, pa tudi številni brezlični azijski proizvajalci.
Glavna težava v katerem koli delu sistema za stiskanje (ne glede na vrsto) je raven moči v optičnem kanalu. Najprej morate razumeti, iz česa je tipično sestavljen tesnilni sistem DWDM.
Komponente sistema DWDM:
1) Transponder
2) Multiplekser/demultiplekser
3) Optični ojačevalnik
4) Kromatski kompenzator disperzije
Transponder izvaja 3R regeneracijo (“reshaping, “re-amplifying”, “retiming” - ponovna vzpostavitev oblike, moči in sinhronizacije signala) dohodnega optičnega signala odjemalca. Transponder lahko tudi pretvori promet odjemalca iz enega prenosnega protokola (pogosto Ethernet) v drugega, bolj odpornega na hrup (na primer OTN z uporabo FEC) in prenese signal na linearna vrata.
V enostavnejših sistemih lahko pretvornik OEO deluje kot transponder, ki izvaja 2R regeneracijo (»preoblikovanje«, »ponovno ojačanje«) in prenaša odjemalski signal na linearna vrata brez spreminjanja protokola prenosa.
Odjemalska vrata so pogosto izdelana v obliki reže za optične oddajnike, v katere se vstavi modul za komunikacijo z odjemalsko opremo. Linijski priključek v transponderju je lahko izveden v obliki reže za optični sprejemnik ali v obliki preprostega optičnega adapterja. Zasnova linearnega priključka je odvisna od zasnove in namena sistema kot celote. V pretvorniku OEO so linijska vrata vedno zasnovana kot reža za optični oddajnik-sprejemnik.
V mnogih sistemih je vmesna povezava, transponder, odpravljena zaradi znižanja stroškov sistema ali zaradi funkcionalne redundance pri določeni nalogi.
Optični multiplekserji so namenjeni združevanju (mešanju) posameznih WDM kanalov v skupinski signal za njihov hkratni prenos po enem optičnem vlaknu. Optični demultiplekserji so zasnovani za ločevanje prejetega osnovnega signala na sprejemnem koncu. V sodobnih sistemih zgoščanja funkcije multipleksiranja in demultipleksiranja izvaja ena naprava - multiplekser/demultiplekser (MUX/DEMUX).
Multiplekser/demultiplekser lahko razdelimo na enoto za multipleksiranje in enoto za demultipleksiranje.
Optični ojačevalnik na osnovi optičnega vlakna z nečistočami, dopiranega z erbijem (Erbium Doped Fiber Amplifier-EDFA), poveča moč skupinskega optičnega signala, ki je vključen v njem (brez predhodnega demultipleksiranja) brez optoelektronske pretvorbe. Ojačevalnik EDFA je sestavljen iz dveh aktivnih elementov: Er3+ dopiranega aktivnega vlakna in ustrezne črpalke.
Odvisno od tipa lahko EDFA zagotovi izhodno moč od +16 do +26 dBm.
Obstaja več vrst ojačevalnikov, katerih uporaba je odvisna od specifične naloge:
Vhodni optični ojačevalniki moči (boosterji) - nameščeni na začetku poti
Optični predojačevalniki - nameščeni na koncu trase pred optičnimi sprejemniki
Linearni optični ojačevalniki - nameščeni na vmesnih ojačevalnih vozliščih za vzdrževanje zahtevane optične moči
Optični ojačevalniki se pogosto uporabljajo na dolgih linijah za prenos podatkov s sistemi multipleksiranja z delitvijo valovnih dolžin DWDM.
Kromatski kompenzator disperzije (modul za kompenzacijo disperzije) je zasnovan tako, da popravi obliko optičnih signalov, ki se prenašajo v optičnem vlaknu, ki so posledično popačeni pod vplivom kromatske disperzije.
Kromatična disperzija je fizikalni pojav v optičnih vlaknih, pri katerem svetlobni signali z različnimi valovno dolžinami potujejo na enaki razdalji v različnih časovnih obdobjih, kar ima za posledico razširitev oddanega optičnega impulza. Tako je kromatična disperzija eden glavnih dejavnikov, ki omejuje dolžino štafetnega odseka poti. Standardna vlakna imajo vrednost kromatične disperzije približno 17 ps/nm.
Za povečanje dolžine relejnega odseka so na daljnovodu nameščeni kompenzatorji kromatične disperzije. Vgradnja kompenzatorjev pogosto zahteva daljnovod s hitrostjo 10 Gbit/s ali več.
Obstajata dve glavni vrsti DCM:
1. Vlakno za kompenzacijo kromatične disperzije - DCF (Dispersion Compensation Fiber). Glavna komponenta teh pasivnih naprav je vlakno z negativno kromatsko disperzijsko vrednostjo v območju valovnih dolžin 1525-1565 nm.
2. Kromatski disperzijski kompenzator na osnovi Braggove mreže - DCM FBG (Dispersion Compensation Module Fiber Bragg Grating). Pasivna optična naprava, sestavljena iz čirpanega vlakna in optičnega krožnika. Zaradi svoje strukture čirpano vlakno ustvarja pogojno negativno kromatsko disperzijo dohodnih signalov v območju valovnih dolžin 1525-1600 nm. Optični krožnik v napravi deluje kot filtrirna naprava, ki usmerja signale na ustrezne nožice.
Tako je standardno vezje sestavljeno samo iz dveh vrst aktivnih komponent - transponderja in ojačevalnika, s katerima lahko spremljate trenutno raven moči oddanih signalov. Transponderji izvajajo funkcijo spremljanja statusa linearnih vrat, bodisi na podlagi vgrajene funkcije DDMI v optičnih sprejemnikih ali z organizacijo lastnega nadzora. Uporaba te funkcije omogoča operaterju prejemanje ažurnih informacij o statusu določenega komunikacijskega kanala.
Ker so optični ojačevalniki povratni ojačevalniki, imajo vedno funkcijo spremljanja signala vhodne skupine (skupna optična moč vseh vhodnih signalov) in signala izhodne skupine. Toda to spremljanje je neprijetno v primeru spremljanja določenih komunikacijskih kanalov in se lahko uporablja kot ocenjevalno (prisotnost ali odsotnost svetlobe). Tako je edino orodje za nadzor optične moči v kanalu za prenos podatkov transponder.
In ker sistemi za stiskanje niso sestavljeni le iz aktivnih, ampak tudi pasivnih elementov, je organizacija popolnega nadzora v sistemih za stiskanje zelo nepomembna in zahtevana naloga.
Možnosti za organizacijo spremljanja v sistemih za stiskanje WDM bodo obravnavane v naslednjem članku.
Pogosto se porajajo vprašanja, kakšna je razlika med tehnologijama CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing) in DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) poleg različnega števila kanalov. Tehnologije so podobne v načelih organizacije komunikacijskih kanalov in vhodno-izhodnih kanalov, vendar imajo popolnoma različne stopnje tehnološke natančnosti, kar pomembno vpliva na parametre linije in stroške rešitev.
Število valovnih dolžin in kanalov CWDM in DWDM
Tehnologija multipleksiranja po valovnih dolžinah CWDM vključuje uporabo 18 valovnih dolžin 1), medtem ko lahko DWDM z natančnim multipleksiranjem po valovnih dolžinah uporablja 40 valovnih dolžin ali več.
Frekvenčna mreža CWDM in DWDM
Kanali v tehnologiji CWDM so razdeljeni po valovni dolžini, v DWDM - po frekvenci 2). Valovna dolžina se izračuna sekundarno iz razmerja med hitrostjo svetlobe v vakuumu in frekvenco. Za CWDM se uporablja mreža valovnih dolžin s korakom 20 nm; za standardne sisteme DWDM sta frekvenčni mreži 100 GHz in 50 GHz; za DWDM z visoko gostoto se uporabljata mreži 25 in 12,5 GHz.
Valovne dolžine in frekvence CWDM in DWDM
Tehnologija CWDM uporablja valovne dolžine v območju 1270 - 1610 nm. Ob upoštevanju toleranc in pasovne širine filtrov se razpon razširi na 1262,5 - 1617,5, kar je 355 nm. dobimo 18 valovnih dolžin.
Za DWDM z omrežjem 100 GHz se nosilci nahajajo v območju od 191,5 (1565,50 nm) THz do 196,1 THz (1528,77 nm), tj. razpon 4,6 THz ali 36,73 nm širok. Skupaj 46 valovnih dolžin za 23 dupleksnih kanalov.
Za DWDM z omrežjem 50 GHz so frekvence signala v območju 192 THz (1561,42 nm) - 196 THz (1529,55 nm), kar je 4 THz (31,87 nm). Tukaj je 80 valovnih dolžin.
Zmožnost ojačanja CWDM in DWDM
Sistemi za multipleksiranje z delitvijo valovnih dolžin, ki temeljijo na tehnologiji CWDM, ne vključujejo ojačanja večkomponentnega signala. To je posledica pomanjkanja optičnih ojačevalnikov, ki delujejo v tako širokem spektru.
Tehnologija DWDM, nasprotno, vključuje ojačanje signala. Večkomponentni signal je mogoče ojačati s standardnimi erbijevimi ojačevalniki (EDFA).
Območje delovanja CWDM in DWDM
Sistemi CWDM so zasnovani za delovanje na progah relativno kratke dolžine, približno 50-80 kilometrov.
Sistemi DWDM omogočajo prenos podatkov na razdalje, veliko večje od 100 kilometrov. Poleg tega lahko kanali DWDM, odvisno od vrste modulacije signala, delujejo brez regeneracije na razdalji več kot 1000 kilometrov.
Opombe
1) V začetku leta 2015 so proizvajalci optičnih modulov, vključno s SKEO, predstavili module CWDM SFP z valovno dolžino 1625 nm. Ta valovna dolžina ni opredeljena v ITU G.694.2, vendar je našla uporabo v praksi.
2) Frekvenčna omrežja za CWDM so opisana v standardu ITU G.694.2, za DWDM - v standardu G.694.1 (revizija 2).
Optična vlakna imajo ogromno pasovno širino. Še pred dvajsetimi leti so ljudje mislili, da ga bodo komaj potrebovali tudi stotinko. Vendar čas teče in potrebe po prenosu velikih količin informacij naraščajo vedno hitreje. Tehnologije, kot so ATM, IP, SDH (STM-16/64), v bližnji prihodnosti morda ne bodo kos "eksplozivni" rasti prenesenih informacij. Nadomestila jih je tehnologija DWDM.
DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) je tehnologija multipleksiranja z gosto valovno dolžino. Bistvo tehnologije DWDM je, da se po enem optičnem vlaknu prenaša več informacijskih kanalov na različnih valovnih dolžinah, kar omogoča najučinkovitejši izkoristek zmogljivosti vlakna. To vam omogoča, da povečate prepustnost optičnih linij brez polaganja novih kablov ali nameščanja nove opreme. Poleg tega je delo z več kanali v vlaknu veliko bolj priročno kot delo z različnimi vlakni, saj je za obdelavo poljubnega števila kanalov potreben en sam multiplekser DWDM.
Sistemi DWDM temeljijo na zmožnosti optičnih vlaken, da istočasno prenašajo svetlobo različnih valovnih dolžin brez medsebojnih motenj. Vsaka valovna dolžina predstavlja ločen optični kanal. Najprej pojasnimo koncept interference.
Svetlobna interferenca je prerazporeditev jakosti svetlobe kot posledica superpozicije (superpozicije) več koherentnih svetlobnih valov. Ta pojav spremljajo izmenjujoči se maksimumi in minimumi intenzivnosti v prostoru.
V definiciji interference je pomemben koncept koherence. Svetlobni valovi so koherentni, če je njihova fazna razlika konstantna. Če se valovi prekrivajo v protifazi, je amplituda nastalega vala enaka nič. V nasprotnem primeru, če se valovi prekrivajo v isti fazi, bo amplituda nastalega vala večja.
Na tej stopnji je pomembno razumeti, da če dva vala imata različni frekvenci, ne bosta več koherentna. Zato ne smejo vplivati drug na drugega. Na podlagi tega postane jasno, da lahko istočasno oddajamo modulirane signale z različnimi valovnimi dolžinami (frekvencami) po istem mediju in ti ne bodo vplivali drug na drugega. Ta ideja je osnova tehnologije DWDM. Danes tehnologija DWDM omogoča prenos kanalov po enem vlaknu z razliko valovne dolžine med sosednjimi kanali le za delček nanometra. Sodobna oprema DWDM podpira na desetine kanalov, vsak z zmogljivostjo 2,5 Gbps.
Zdi se, da če se valovi različnih frekvenc med seboj ne prekrivajo, potem lahko v optično vlakno vnesemo skoraj neskončno število kanalov, saj je spekter svetlobe ogromen. V teoriji je to res, v praksi pa obstajajo določene težave. Prvič, prej smo obravnavali strogo monokromatski val (ena frekvenca). Doseganje takšne monokromatičnosti je zelo težko, saj svetlobne valove ustvarjajo laserji – elektronske komponente, ki so podvržene pojavom, kot je toplotni šum. Pri ustvarjanju svetlobnega vala bo laser nevede popačil izhodni signal, kar bo povzročilo rahle spremembe frekvence. Drugič, monokromatski val ima spektralno širino enako nič. Na grafu je lahko predstavljen kot en sam harmonik. V resnici je spekter svetlobnega signala drugačen od nič. Ta vprašanja je vredno upoštevati, ko govorimo o sistemih DWDM.
Bistvo tehnologije spektralnega (optičnega) multipleksiranja je zmožnost organiziranja več ločenih signalov odjemalcev (SDH, Ethernet) preko enega optičnega vlakna. Za vsak posamezen signal odjemalca je treba spremeniti valovno dolžino. Ta preobrazba izvedeno na transponderju DWDM. Izhodni signal iz transponderja bo ustrezal določenemu optičnemu kanalu z lastno valovno dolžino. Nato se s pomočjo multiplekserja signali premešajo in prenesejo na optično linijo. Na končni točki se zgodi obratno delovanje - z uporabo demultiplekserja se signali ločijo od skupinskega signala, valovna dolžina se spremeni v standardno (na transponderju) in se pošlje odjemalcu. Zaradi tega optični signal bledi. Za njegovo ojačanje se uporabljajo ojačevalniki na optični liniji.
Ogledali smo si delovanje sistema DWDM na splošno. Sledi podrobnejši opis komponent sistema DWDM.
Transponder DWDM je frekvenčni pretvornik, ki zagotavlja vmesnik med opremo za dostop do terminala in linijo DWDM. Sprva je bil transponder namenjen pretvorbi odjemalskega signala (optičnega, električnega) v optični signal z valovno dolžino v območju 1550 nm (tipično za sisteme DWDM). Sčasoma pa se je v transponderjih pojavila funkcija regeneracije signala. Regeneracija signala je hitro prešla skozi tri stopnje razvoja - 1R, 2R, 3R.
- 1R – rele. Obnovljena je samo amplituda. To je omejilo dolžino zgodnjih sistemov DWDM, saj v bistvu preostali parametri (faza, oblika) niso bili obnovljeni in rezultat je bil "smeti noter, smeti ven."
- 2R – obnovitev amplitude in trajanja signala. Ti transponderji so za izbris signala uporabili Schmidtov sprožilec. Ni pridobil velike popularnosti.
- 3R – obnovitev amplitude signala, njegovega trajanja in faze. Popolnoma digitalna naprava. Sposobnost prepoznavanja servisnih bajtov nadzorne ravni SONET/SDH omrežij.
Muxponder DWDM (multiplekser-transponder) je sistem, ki časovno multipleksira signal nizke hitrosti v nosilec visoke hitrosti.
DWDM (de)multiplekser je naprava, ki z uporabo različnih tehnik ločevanja valov združuje več optičnih signalov za prenos signalov po optičnem vlaknu in te signale po prenosu loči.
Pogosto želite dodati in izvleči samo en kanal iz sestavljenega signala, ne da bi spremenili celotno strukturo signala. V ta namen se uporabljajo vhodno/izhodni multiplekserji kanalov OADM (Optical Add/Drop Multiplexer), ki to operacijo izvedejo brez pretvarjanja signalov vseh kanalov v električno obliko.
Erbium-Doped Fiber Amplifiers (EDFA) so v zadnjih nekaj letih revolucionirali telekomunikacijsko industrijo. Ojačevalniki EDFA zagotavljajo neposredno ojačanje optičnih signalov brez pretvorbe v električne signale in obratno, imajo nizek nivo šuma, njihov razpon delovnih valovnih dolžin pa se skoraj natančno ujema z oknom prosojnosti kvarčnega optičnega vlakna. Zahvaljujoč pojavu ojačevalnikov s to kombinacijo lastnosti so komunikacijske linije in omrežja, ki temeljijo na sistemih DWDM, postale ekonomične in privlačne.
V komunikacijski liniji za optičnim oddajnikom so pogosto nameščeni dušilniki, ki jim omogočajo zmanjšanje izhodne moči na raven, ki ustreza zmogljivostim downstream multiplekserjev in EDFA ojačevalnikov.
Optična vlakna in nekatere komponente sistemov DWDM kažejo kromatsko disperzijo. Lomni količnik vlakna je odvisen od valovne dolžine signala, kar vodi do odvisnosti hitrosti širjenja signala od valovne dolžine (materialna disperzija). Tudi če bi bil lomni količnik neodvisen od valovne dolžine, bi signali različnih valovnih dolžin še vedno potovali z pri različnih hitrostih zaradi intrinzičnih geometrijskih lastnosti vlakna (razpršenost valovoda). Posledični učinek disperzije materiala in valovoda se imenuje kromatska disperzija.
Kromatična disperzija povzroči, da se optični impulzi razširijo, ko potujejo po vlaknu. Če je linija dolga, to vodi do dejstva, da se bližnji impulzi začnejo prekrivati, kar poslabša signal. Naprave za kompenzacijo disperzije DCD dajejo signalu enako disperzijo, vendar nasprotnega predznaka, in obnovijo prvotno obliko impulza.
Sistemi DWDM imajo veliko topologij: obročasto, mrežasto, linearno. Razmislimo o najbolj priljubljeni topologiji obroča danes. Topologija obroča zagotavlja preživetje omrežja DWDM zaradi redundantnih poti. Da bi bila vsaka povezava varna, sta med njenimi končnimi točkami vzpostavljeni dve poti - glavna in rezervna. Multiplekser končne točke primerja oba signala in izbere signal najboljša kakovost(ali privzeti signal).
Naročite se na naše
V zadnjem času sodobne avtoceste (sodobne z veliko črko "C") nimajo več dovolj standardnih zmogljivosti sistemov za stiskanje, tako glede dosega delovanja kot števila sočasno uporabljenih kanalov in na splošno pasovna širina sistemi in možnosti razširitve tesnilnih sistemov. V Ukrajini je tehnologija DWDM začela aktivno vstopati v omrežno areno, tako kot hrbtenični sistem kot kot lokalni sistem zgoščevanja.
Nedolgo nazaj je moral eden od naših ukrajinskih ponudnikov (prosili so nas, naj ne kažemo s prstom, sicer bi nas hudo zmerjali) prenesti več deset "ZhE" v 162 kilometrih (preko enega vlakna) z željo, da bi dodal še nekaj več iste desetine "ZhE" v ta sistem v prihodnosti. . Jasno je, da lahko "razvrstite" v širino in se ne bojite, da se bodo lambde nenadoma končale, samo z DWDM (no, ali zelo debel in zelo črn, pa tudi zelo dolg in zelo večjedrni kabel). In če upoštevamo razdaljo, na katero je treba dostaviti ogromno število paketov v enem skoku (brez regeneracije "na terenu"), potem je izbira DWDM edina pravilna in pravilna odločitev.
Da bi v enem razponu pokrili tako resno razdaljo, so se odločili zasnovati linijo, ki poleg standardnih multiplekserjev/sprejemnikov/stikal vključuje tudi močnostne ojačevalnike, kompenzatorje disperzije in rdeče-modre delilnike.
Izračuni pri načrtovanju sistema:
Oddajno-sprejemna občutljivost na disperzijo (A-Gear SFP+ DWDM 80LC in A-Gear XFP DWDM 80LC) – 1600 ps/nm;
Pot po vlaknu G.652D, disperzija vlakna 17 ps/(nm*km);
Indikator skupne disperzije na 162 km progi: 17 ps/(nm*km) * 162 km == 2754 ps/nm;
Preseganje disperzijske norme: 2754 ps/nm – 1600 ps/nm == 1154 ps/nm – bilo je odločeno, da se vgradi disperzijski kompenzator A-Gear DMC-FC120 (popolnoma kompenzira disperzijo 120 km vlaken, indikator skupne disperzije : -2001 ps/nm pri valovni dolžini 1545 nm, dolžina vlaken v kompenzatorju 12,3 km);
Proračun izgube na liniji: (162 km + 12,3 km) * 0,3 dBm/km == 52,29 dBm;
Optični proračun oddajnikov (A-Gear SFP+ DWDM 80LC in A-Gear XFP DWDM 80LC) – 26 dBm;
Preseganje norme dušenja: 52,29 dBm - 26 dBm == 26,29 dBm - odločeno je bilo namestiti ojačevalnik EDFA A-Gear BA4123 (občutljivost (-10) dBm, največ izhodna moč 23dBm) in predojačevalnik A-Gear PA4325 (občutljivost (-30)dBm, največja izhodna moč (-5)dBm).
Rezultat je bil resnično delujoč sistem, stabilen kot svet sam, dolgega dosega - vsaka ptica ne bo letela, razširljiv in na splošno najboljši. Spodaj je predstavljena fotografija tega sistema, še nižje pa smo se odločili napisati kratek pregled komponent DWDM, ki obstajajo danes, metode za njihovo vključitev, terminologijo - poskušali smo zajeti vse, kar je na voljo na DWDM.
Na fotografiji (od zgoraj navzdol): stikalo z oddajno-sprejemnimi enotami, dva ojačevalnika moči (booster in predojačevalnik), DWDM multiplekser, spet stikalo z oddajno-sprejemno enoto in čisto spodaj (sivo, skoraj nevidno) – kompenzator disperzije. Ta komplet opreme se nahaja na točki A in B (prosili so tudi, da ne poimenujejo točk, telefonu grozijo z debelim usnjenim vojaškim pasom). S tako razmeroma majhnim in poceni kompletom opreme je enostavno in preprosto streljati 162 kilometrov, kar je bilo doseženo.
Na tej optimistični noti se uvodni del konča in začnemo metodično analizo tehnologije, ki je postala "glavni paradni konj" sodobni svet omrežni inženiring.
1. Kaj je DWDM, razlike med DWDM in CWDM.
Za tiste, ki jim prepustnost CWDM sistemov ne zadošča (180 Gbit/s je skrajni maksimum), obstajata dve možnosti za potešitev »prometnega apetita«: povečanje števila vlaken (kar je običajno povezano s kopači, plezalci na drogove). in na splošno prejšnje stoletje) ali uporabite bolj "napredno" tehnologijo tesnil - DWDM.
DWDM(angleško: Dense Wavelength Division Multiplexing - dense wavelength multiplexing) je tehnologija za stiskanje informacijskih tokov, pri kateri se vsak primarni informacijski tok prenaša s svetlobnimi žarki različnih valovnih dolžin, optična komunikacijska linija pa vsebuje skupni skupinski signal, ki ga tvori multiplekser iz več informacijskih tokov.
Nerazumljivo. Poskusimo ugotoviti. Po analogiji s CWDM (za poznavalce) je DWDM isti tesnilni sistem, ki je fizično sestavljen iz naprave, ki ustvarjajo pretok informacij(medijski pretvorniki, usmerjevalniki ... no, saj veste) oddajniki (sprejemniki, ki ustvarjajo informacijski tok na različnih valovnih dolžinah IR sevanja, očem nevidnem), multiplekserji(naprave, ki ustvarjajo/delijo skupina svetlobni signal) in optični valovod(optični kabel). Poleg tega DWDM vključuje skupino komponent, namenjenih ojačanju/obnovi skupinskega svetlobnega signala, a da bi vse potekalo dosledno, bo o tem razpravljano spodaj.
Takoj se odločimo za besede, s katerimi bomo operirali. V tem članku bomo imenovali kanal enosmerni pretok informacij(ena stran »govori« informacijski tok, druga »posluša« ta isti tok). Kanal se nahaja na svojem edinem nosilcu, ki ima točno določeno valovno dolžino (ali frekvenco). Toda, kot veste, je nemogoče zgraditi popolno povezavo med parom naročnikov, od katerih je eden gluh, drugi pa nem. Zato je za ustvarjanje ene polnopravne komunikacijske linije potrebno uporabiti dva fizična kanala in to povezavo bomo imenovali " full duplex kanal».
Torej, DWDM in CWDM delata isto stvar - stiskanje. Kaj je razlika? In razlika je v frekvenčni mreži (ali v valovnih dolžinah nosilcev, kar vam bolj ustreza) nosilcev primarnih informacijskih tokov (kanalov). In v delovnih območjih samega signala skupine.
Območje delovanja in frekvenčna (valovna) mreža. Še ena nejasna beseda, katere pomen bomo poskušali razumeti. Kaj se je zgodilo valovna dolžina? Predstavljajmo si sinusoido. Torej je valovna dolžina razdalja med dvema sosednjima vrhovoma sinusnega vala. Valovno dolžino običajno označujemo z grško črko λ (lambda). Jasno prikazano na spodnji sliki:
V standardu CWDM je priročno meriti sevanje v valovnih dolžinah: 1550 nm, 1310 nm itd. (nanometri – 10 -9 metrov!). Priročno predvsem zato, ker so števila cela števila. V standardnih sistemih CWDM je razdalja med dvema sosednjima nosilcema (kanaloma) 1610 – 1590 == 20 nm (tudi celo število! No, priročno!).
Zdaj pa poglejmo isto situacijo s strani frekvence, najprej z razumevanjem, kaj je frekvenca. Frekvenca je število popolnih nihanj(od vrha do vrha) elektromagnetno valovanje na sekundo (označeno v Hertzih ali Hz). Za praživali Za izračune si lahko frekvenco predstavljamo kot hitrost svetlobe, deljeno z valovno dolžino. Vzemimo informacijski tok na nosilcu 1550nm, njegova frekvenca je približno enaka 300000000/0,00000155 == 193548387096774 Hz ali 193548 GHz (Gigahertz!). in razdalja med sosednjima nosilcema bo 300000000/0,00000020 == 1500000000000000 Hz ali 1500000 GHz. To je popolnoma neprijetno - veliko je številk in je nejasno.
Danes sistemi CWDM delujejo v območju 1270nm-1610nm, kar predstavlja 18 ločenih kanalov (1270nm, 1290nm, 1310nm ... 1590nm, 1610nm). Toda v DWDM so stvari nekoliko drugačne.
Sistemi DWDM delujejo v dveh pasovih, razrezanih za sisteme CWDM, in sicer: pas C (C-Band) in L pas (L-Band). RazponC je znotraj od 1528,77nm(kanal C61) do 1577,03nm(kanal C01) in obsegL je znotraj od 1577,86nm(kanal L100) do 1622,25nm(kanal L48). Že številke so strašljive, in če upoštevate še dejstvo, da je valovna mreža neenakomerna (torej razdalja med dvema sosednjima kanaloma ni vedno enaka - od 0,5 nm do 0,8 nm), potem je lažje dobiti zmeden, kot da bi ugotovil. Zato sistemi DWDM uporabljajo ime pasu in oštevilčenje kanalov v tem območju (na primer C35 ali L91). Vse je jasno vsakdanji Kanali sistema DWDM so predstavljeni na sliki 1.2, podatki o frekvencah in valovnih dolžinah pa v tabeli 1.1:
Slika 1.2 – Pasova C in L sistemov DWDM v splošnem obsegu sistemov CWDM.
Tabela 1.1 je tipična mreža DWDM s frekvenco 100 GHz.
Tukaj moramo takoj narediti nekaj pridržkov.
Najprej ( in to je pomembno za nadaljnje razumevanje! ), območje C je običajno razdeljeno na dva "barvna območja" - modra(1528nm-1543nm) in rdeča(1547nm-1564nm). Zakaj deliti - več o tem v naslednjih člankih, zdaj je pomembno samo, da sami ugotovite, da delitev obstaja.
Drugič, L-pas se šele začenja uporabljati in vsi proizvajalci si ne morejo privoščiti izdelave opreme za L-pas (tabela 1.1, označena z modro, kanali L48-L65 manjkajo v tabeli).
Tretjič, v naslovu tabele se pojavi beseda "navadna" - kar pomeni, da morajo biti tudi "nenavadne" mreže. In res so.
Kot smo ugotovili zgoraj, je neprijetno razlikovati kanale DWDM po valovni dolžini. Toda glede frekvenc - zelo veliko, in če natančno pogledate tabelo 1.1, lahko vidite, da je razlika med dvema sosednjima kanaloma vedno 100 GHz. In če upoštevamo pas C (ki ga trenutno obvladuje večina proizvajalcev sistemov DWDM), potem lahko prikažemo skupno število kanalov v njem - 61 kanalov. Takoj rezervirajmo, da tako kot v sistemih CWDM, vsak kanal je enosmerni tok informacij, kar pomeni, da sta za popolno izmenjavo podatkov potrebna dva (30 polnopravnih dupleksnih kanalov v pasu C in 26 v L pasu, skupaj 56 polnopravnih dupleksnih kanalov).
Poleg običajnega omrežja 100 GHz uporabljajo 200 GHz omrežje (neparni kanali C-pasu). To je posledica dejstva, da številni proizvajalci opreme DWDM niso sposobni izdelati multiplekserjev za omrežje 100 GHz, ker komponente zanj so precej drage in bi jih moralo biti več Visoka kvaliteta glede na sisteme 200 GHz. V tej zgoščeni shemi je 31 enosmernih komunikacijskih kanalov ali 15 polnih dupleksnih kanalov.
Zelo redko (no, zelo redko) se uporabljajo sistemi stiskanja DWDM s 50-gigaherčnim očesom. To pomeni, da je med dvema sosednjima glavnima kanaloma običajne mreže 100 GHz dodatni podkanal. Takšni kanali se imenujejo Q in H: Q– podkanalov v območjuL(na primer Q80 – frekvenca 188050 GHz, valovna dolžina 1594,22 nm), H– podkanalov v območjuC(na primer H23 – frekvenca 19230 GHz, valovna dolžina 1558,58 nm). V takšnih sistemih zbijanja v območju C je 61 glavnih kanalov in 61 dodatnih kanalov, skupaj 122 kanalov. V pasu L je 53 glavnih in 53 podkanalov, skupaj 106 kanalov. Skupna moč == 122+106 == 228 enosmernih kanalov ali 114 full duplex komunikacijskih kanalov! Veliko je. Toliko. Vendar je zelo, zelo drago in avtor ni videl nobene omembe projektov s polno naloženim sistemom DWDM z omrežjem 50 GHz.
Naj povzamemo:
- "lahka različica" sistema DWDM ima omrežje 200 GHz in je sposobna zagotoviti 15 full duplex kanalov v pasu C, medtem ko pušča prostor za 15 kanalov CWDM (1270nm-1510nm, 1590nm, 1610nm);
Standardni sistem DWDM ima omrežje 100 GHz in je sposoben zagotoviti 30 kanalov s polnim dupleksom v pasu C in 26 kanalov s polnim dupleksom v pasu L, hkrati pa pušča prostor za 15 kanalov CWDM (1270nm-1510nm, 1590 nm, 1610 nm);
Celoten sistem DWDM ima omrežje 50 GHz in je sposoben zagotoviti 60 kanalov s polnim dupleksom v pasu C in 52 kanalov s polnim dupleksom v pasu L, pri čemer spet ostane prostor za 15 kanalov CWDM (1270nm-1510nm, 1590nm). , 1610 nm);
