domov › Programi › Cwdm vrednost nosilnih frekvenc. Katere tehnologije lahko operaterji uporabijo za izboljšanje zmogljivosti obstoječih optičnih omrežij? Ocena kakovosti linije

Cwdm vrednost nosilnih frekvenc. Katere tehnologije lahko operaterji uporabijo za izboljšanje zmogljivosti obstoječih optičnih omrežij? Ocena kakovosti linije

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).

Število valovnih dolžin in kanalov CWDM in DWDM

Frekvenčna mreža CWDM in DWDM

Valovne dolžine in frekvence CWDM in DWDM

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

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.

Opombe

2) Frekvenčna omrežja za CWDM so opisana v standardu ITU G.694.2, za DWDM - v standardu G.694.1 (revizija 2).

Tehnološko opremljeno multipleksiranje z delitvijo valovnih dolžin (Dense Wave Division Multiplexing, DWDM) je zasnovano za ustvarjanje nove generacije optičnih hrbtenic, ki delujejo pri večterabitnih hitrostih in. Informacije v optičnih komunikacijskih linijah so prešle hkrati veliko število svetlobnih valov. Omrežja DWDM delujejo na principu preklapljanja kanalov, vsak svetlobni val je en sam spektralni kanal in je bistvena informacija.

Priložnosti DWDM

Število kanalov v enem vlaknu - 64 svetlobnih žarkov v oknu prosojnosti 1550 nm. Vsak svetlobni val prenaša informacijo s hitrostjo 40 Gb/s. V teku je tudi razvoj strojne opreme s hitrostmi prenosa podatkov do 100 Gbit/s in Cisco že razvija takšno tehnologijo.

V tehnologiji DWDM je predhodnik - tehnologija multipleksiranja z delitvijo valovnih dolžin (Wave Division Multiplexing, WDM), ki uporablja štiri okna prenosa spektralnih kanalov 1310 nm in 1550 nm, z razmikom med nosilci 800-400 GHz. Multipleksiranje DWDM se imenuje "zgoščeno" zaradi dejstva, da uporablja bistveno manjšo razdaljo med valovno dolžino kot WDM.

Frekvenčni načrti

Trenutno sta dva frekvenčnega načrta (tj. niz frekvenc, ki sta med seboj ločeni s konstantno vrednostjo) opredeljena v priporočilu G.692 Sektor ITU-T:

Naklon frekvenčnega načrta (razmik med sosednjimi frekvenčnimi kanali) 100 GHz (0,8 nm = DA), pri čemer se val prenosa podatkov 41 uporablja v območju od 1528,77 (196,1 THz) do 1560,61 nm (192,1 THz);
Frekvenčni načrt v korakih po 50 GHz (DA = 0,4 nm), kar vam omogoča prenos v istem obsegu 81 valovnih dolžin.
Nekatera podjetja so izdelala tudi opremo, tako imenovano opremo za multipleksiranje z delitvijo valovnih dolžin (High-Dense WDM, HDWDM), ki lahko deluje s frekvenco do 25 GHz v korakih.

Glavna težava pri gradnji super-zgoščenih sistemov DWDM je, da z zmanjševanjem frekvenčnega koraka prihaja do prekrivanja spektra sosednjih kanalov in zamegljenosti svetlobnega snopa. To vodi do povečanja števila napak in nezmožnosti prenosa informacij v sistem

Frekvenčni načrti DWDM

Naslednji načrti kanalov se trenutno uporabljajo za različne vrste sistemov DWDM, CWDM, HDWDM, WDM.

Frekvenčni načrti DWDM

Ojačevalniki z optičnimi vlakni

Praktični uspeh tehnologije DWDM je v mnogih pogledih opredelil videz ojačevalnikov z optičnimi vlakni. Optične naprave neposredno ojačajo svetlobne signale v pasu 1550 nm, kar odpravlja potrebo po vmesni pretvorbi v električno obliko, tako kot regeneratorji, ki se uporabljajo v omrežju SDH. Pomanjkljivost sistemov za regeneracijo električnega signala je, da morajo imeti določeno vrsto kodiranja, zaradi česar so precej dragi. Optični ojačevalniki, "transparentni" prenos informacij, omogočajo povečanje hitrosti linije brez potrebe po nadgradnji ojačevalnih enot. Dolžina odseka med optičnimi ojačevalniki lahko doseže 150 km ali več, kar zagotavlja ekonomične hrbtenice DWDM, generirane v katerih je dolžina multipleksnega odseka danes 600-3000 km z uporabo 1 do 7 vmesnih optičnih ojačevalnikov.

Priporočilo ITU-T G.692 definira tri vrste ojačevalnih odsekov, to je odsekov med dvema sosednjima multiplekserjema, DWDM:

L (dolgo)- parcela je sestavljena iz največ 8 razponov optičnih komunikacijskih vodov in 7 optičnih ojačevalnikov, največja razdalja med ojačevalniki - do 80 km z največjo skupno dolžino odseka 640 km;
V (zelo dolgo)- parcela je sestavljena iz največ 5 razponov optičnih komunikacijskih vodov in 4 optičnih ojačevalnikov, največja razdalja med ojačevalci - do 120 km z največjo skupno dolžino odseka 600 km;
U (ultra dolgo)- parcela brez repetitorjev do 160 km

Omejitve glede količine iztekanja in dolge povezane z degradacijo optičnega signala pri optičnem ojačanju. Čeprav optični ojačevalnik obnovi moč signala, ne kompenzira v celoti učinka kromatske disperzije (tj. širjenja različnih valovnih dolžin z različnimi hitrostmi, zaradi česar je signal na sprejemnem koncu "razmazana" vlakna) in drugih nelinearnih učinkov. Zato je treba za izgradnjo obsežnejših avtocest med ojačevalnimi deli namestiti DWDM multiplekserje, ki izvajajo regeneracijo signala s pretvorbo v električno obliko in nazaj. Za zmanjšanje nelinearnih učinkov pri omejitvi signala DWDM veljajo tudi napajalni sistemi.

Tipične topologije

Ultradolga dvotočkovna povezava na osnovi terminalskih multiplekserjev, DWDM

Vezje DWDM z vhodom-izhodom v vmesnih vozliščih

Topologija obroča

Topologija obroča zagotavlja preživetje omrežja DWDM prek redundantnih poti. metode zaščite prometa, ki se uporabljajo v DWDM, podobne metodam v SDH. Za nekatere je bila povezava zavarovana, med njenimi končnimi točkami sta vzpostavljeni dve poti: glavna in rezervna. Končna točka multiplekserja primerja oba signala in izbere najboljšo kakovost signala.

Ring DWDM multiplekserji

Topologija mreže

Z razvojem omrežij DWDM se vse pogosteje uporablja mrežasta topologija, ki zagotavlja najboljšo zmogljivost v smislu prožnosti, zmogljivosti in odpornosti kot druge topologije. Za implementacijo mrežne topologije pa morate imeti optične navzkrižne povezave (Optical Cross-Connector, PL), ki ne samo dodajajo valove skupnemu tranzitnemu signalu in jih oddajajo ven, tako kot vhod-izhod multiplekserja, ampak podpirajo tudi poljubne preklapljanje med optičnimi signali prenaša valove različnih dolžin.

Mesh DWDM

Optični multiplekserji IO

Pasivni multiplekserji, ki se uporabljajo v omrežjih DWDM (brez napajanja in aktivne pretvorbe) in aktivni multiplekserji, demultipleskory.

Pasivni multiplekserji	Aktivni multiplekserji
Število svetlobnih valov je nizko	Število svetlobnih valov je omejeno na veljavni frekvenčni načrt in niz svetlobnih valov
Omogoča prikaz in vhodni signal je svetlobni val brez spreminjanja celotnega spektra svetlobnega žarka	Ne uvaja dodatnega dušenja, ker povzroči popolno demultipleksiranje vseh kanalov in pretvorbo v električno obliko.
Uvaja dodatno dušenje	Ima visoke stroške
Ima proračunske stroške

Optične navzkrižne povezave

V omrežjih z mrežno topologijo je potrebno zagotoviti prilagodljivost za spreminjanje poti vala povezav med omrežnimi naročniki. Takšne zmožnosti zagotavljajo optične navzkrižne povezave za vodenje katerega koli od valov na katerem koli izhodnem pristanišču iz vsakega signala vhodnega pristanišča (seveda pod pogojem, da noben drug signal tega pristanišča ne uporablja vala, ki mora izvesti drugo valovno dolžino oddajanja).

Obstajata dve vrsti optičnih navzkrižnih povezav:

Optoelektronski križni konektorji z vmesno pretvorbo v električno obliko;
vseoptične navzkrižne povezave ali fotonska stikala.

Mikroelektro mehanski sistem, MEMS

Dejavniki, ki jih je treba upoštevati pri gradnji sistemov DWDM

Kromatska disperzija

Kromatska disperzija- zaradi njegovega vpliva, ko se širi po vlaknu, postanejo impulzi, ki tvorijo optični signal, širši. Pri prenosu signalov na velike razdalje se lahko impulzi prekrivajo s sosednjimi, kar oteži natančno obnovitev. Z naraščajočo hitrostjo prenosa se povečujeta dolžina optičnega vlakna in učinek kromatične disperzije. Za zmanjšanje učinka kromatične disperzije na oddane signale se uporabljajo kompenzatorji disperzije.

Disperzija polarizacijskega načina

PMD se v optičnem vlaknu pojavi zaradi razlike v hitrostih širjenja obeh medsebojno pravokotnih komponent polarizacijskega načina, kar povzroči popačenje oddanih impulzov. Razlog za ta pojav je heterogenost geometrijske oblike optičnega vlakna. Vpliv disperzije polarizacijskega načina na oddane optične signale z naraščajočo hitrostjo z naraščajočim številom kanalov in tesnilnim sistemom z naraščajočo dolžino vlakna.

Stimulirano povratno sipanje Mandelstam-Brillouin, bistvo tega pojava je ustvarjanje optičnega signala periodičnih domen s spreminjajočim se lomnim količnikom - neke vrste navidezne uklonske rešetke, skozi katero se signali širijo kot zvočno valovanje. Odbiti ta navidezni mrežni signal se doda in ojača, da tvori obratni optični signal z Dopplerjevo frekvenco navzdol. Ta pojav vodi do povečanja ravni šuma in preprečuje širjenje optičnega signala, saj se velik del njegove moči razprši v obratni smeri. Ta pojav se pogosto napačno imenuje odbito zvočno valovanje.

Fazna modulacija pri visokih ravneh moči laserskega signala lahko pride do modulacije lastne faze signala. Ta modulacija razširi obseg in časovno razširi ali stisne signal, odvisno od predznaka kromatične disperzije. V gostih sistemih WDM se lahko samomodulacijski signal z razširjenim spektrom signalov prekrije s sosednjimi kanali. Signal fazne modulacije se poveča z naraščajočo močjo, večjo hitrostjo prenosa in z negativno kromatično disperzijo. Vpliv fazne modulacije se zmanjša pri ničelni ali majhni pozitivni kromatski disperziji

Navzkrižna fazna modulacija signal, ki nastane zaradi pojava, modulira fazo signalov enega kanala iz sosednjih kanalov. Dejavniki, ki vplivajo na navzkrižno fazno modulacijo, sovpadajo z vplivnimi dejavniki na fazno modulacijo. Poleg tega je učinek medfazne modulacije odvisen od števila kanalov v sistemu.

Štirivalovno mešanje, je prikazan na ravni praga moči laserja, v tem primeru nelinearne značilnosti vlakna vodijo do interakcije treh valov in četrtega vala novega videza, ki lahko sovpada s frekvenco drugega kanala. Takšna frekvenca prekrivanja poveča raven šuma in oteži sprejem signala

Hrup vstavljenega EDFA ojačevalnika, razlog za ta pojav - moč ojačane spontane emisije, ki nastane zaradi konstrukcijskih značilnosti ojačevalnikov edfa. V procesu prehajanja skozi ojačevalnik se uporabni komponenti optičnega signala doda šum, s čimer se zmanjša razmerje "signal / šum", saj je lahko signal sprejet z napako. Ta pojav omejuje količino vgrajenih ojačevalnikov.

DWDM tehnologija

Gosto valovno dolžinsko multipleksiranje (DWDM) je sodobna tehnologija prenos velikega števila optičnih kanalov po enem vlaknu, ki je osnova nove generacije omrežne tehnologije. Telekomunikacijska industrija trenutno doživlja spremembe brez primere, povezane s prehodom z govornih sistemov na sisteme za prenos podatkov, kar je posledica hitrega razvoja internetnih tehnologij in različnih omrežnih aplikacij. Z obsežno uvedbo podatkovnih omrežij pride do spremembe same arhitekture omrežja. Zato so potrebne temeljite spremembe v načelih načrtovanja, nadzora in upravljanja omrežja. Nova generacija omrežnih tehnologij temelji na večvalovnih optičnih omrežjih, ki temeljijo na gostem multipleksiranju z delitvijo valovnih dolžin (DWDM).

Opis tehnologije

Najpomembnejši parameter v tehnologiji multipleksiranja gostih valov je nedvomno razdalja med sosednjimi kanali. Potrebna je standardizacija prostorske razporeditve kanalov že zato, ker bo na njeni podlagi mogoče začeti izvajati teste medsebojne združljivosti opreme različnih proizvajalcev. Sektor za standardizacijo telekomunikacij Mednarodne zveze za telekomunikacije ITU-T je odobril frekvenčni načrt DWDM z medkanalnim razmikom 100 GHz (nm), (tabela 1). Hkrati se nadaljuje velika razprava o sprejetju frekvenčnega načrta s še manjšim razmikom kanalov 50 GHz (nm). Ne da bi razumeli omejitve in prednosti posameznega spektrskega načrta, se lahko prevozniki in organizacije, ki načrtujejo razširitev svojih omrežnih zmogljivosti, soočijo s precejšnjimi izzivi in nepotrebnimi naložbami.

100 GHz omrežje.

Tabela na desni prikazuje mreže frekvenčnega načrta 100 GHz z različnimi stopnjami redkosti kanalov. Vse mreže razen ene 500/400 imajo enakomerno razporejene kanale. Enotna porazdelitev kanalov vam omogoča optimizacijo delovanja valovnih pretvornikov, nastavljivih laserjev in drugih naprav v celoti optičnega omrežja ter olajša njegovo izgradnjo.

Izvedba določene mreže frekvenčnega načrta je v veliki meri odvisna od treh glavnih dejavnikov:

vrsta uporabljenih optičnih ojačevalnikov (silicij ali fluorocirkonat);
prenosne hitrosti na kanal - 2,4 Gbit/s (STM-16) ali 10 Gbit/s (STM-64);
vpliv nelinearnih učinkov.

Poleg tega so vsi ti dejavniki med seboj močno povezani.

Standardni EDFA iz silicijevih vlaken imajo eno pomanjkljivost - veliko variacijo ojačenja v območju pod 1540 nm, kar vodi do nižjih razmerij med signalom in šumom in nelinearnosti ojačenja v tem območju. Tako zelo nizke kot zelo visoke vrednosti ojačenja so enako nezaželene. Ko se pasovna širina poveča, se minimalno razmerje med signalom in šumom, ki ga standard dovoljuje, poveča - na primer za kanal STM-64 je 4-7 dB višje kot za STM-16. Tako nelinearnost ojačanja silicijevega EDFA močneje omejuje velikost območja za multipleksne kanale STM-64 (1540–1560 nm) kot za kanale STM-16 in nižjo zmogljivost (kjer se lahko uporabi skoraj celotno območje ojačanja silicijevega EDFA, kljub nelinearnost).

50 GHz omrežje.

Gostejši, vendar nestandardiziran frekvenčni mrežni načrt z intervalom 50 GHz omogoča učinkovitejšo uporabo območja 1540-1560 nm, v katerem delujejo standardni silicijevi EDFA. Poleg te prednosti ima ta mreža svoje slabosti.

notri- prvi, z zmanjševanjem medkanalnih intervalov se povečuje vpliv štirivalovnega mešalnega učinka, ki začne omejevati največja dolžina medregeneracijski vod (vod samo na osnovi optičnih ojačevalnikov).

notri- drugo Kratka medkanalna razdalja 0,4 nm lahko omeji možnost multipleksiranja kanalov STM-64. Kot je razvidno iz slike, multipleksiranje kanalov STM-64 z intervalom 50 GHz ni dopustno, saj se takrat spektri sosednjih kanalov prekrivajo. Do prekrivanja spektra ne pride le, če je hitrost prenosa na kanal nižja (STM-4 in manj).

IN- tretji, pri 50 GHz postanejo zahteve za nastavljive laserje, multiplekserje in druge komponente strožje, kar zmanjšuje število potencialnih proizvajalcev opreme in vodi tudi do povečanja njenih stroškov.

DWDM multiplekserji

DWDM multiplekserji (za razliko od bolj tradicionalnih WDM) imajo dve značilni lastnosti:

z uporabo samo enega prosojnega okna 1550 nm znotraj območja C-pasu 1530-1560 nm in L-pasu 1570-1600 nm;
majhna razdalja med multipleksnimi kanali, 0,8 ali 0,4 nm.

Poleg tega, ker so multiplekserji DWDM zasnovani za delo z velikim številom kanalov do 32 ali več, skupaj z napravami DWDM, v katerih so vsi kanali multipleksirani (demultipleksirani) hkrati, nove naprave, ki nimajo analogov v sistemih WDM in delujejo v dovoljen je tudi način dodajanja ali oddajanje enega ali več kanalov v/iz glavnega multipleksnega toka, ki ga predstavlja veliko število drugih kanalov. Ker so izhodna vrata/poli demultiplekserja dodeljeni določenim valovnih dolžinam, naj bi naprava izvajala pasivno usmerjanje valovnih dolžin. Zaradi kratkih razdalj med kanali in potrebe po delu z velikim številom kanalov hkrati izdelava DWDM multiplekserjev zahteva bistveno večjo natančnost v primerjavi z WDM multiplekserji (običajno se uporabljajo okna prosojnosti 1310 nm, 1550 nm ali dodatno področje valovne dolžine). v bližini 1650 nm). Prav tako je pomembno zagotoviti visoko zmogljivost preslušavanja v bližnjem polju (usmerjenost) in dolgem dosegu (izolacija) na polih naprave DWDM. Vse to vodi do višjih stroškov naprav DWDM v primerjavi z WDM.

Slika "a" prikazuje tipično vezje multiplekserja DWDM z zrcalnim odsevnim elementom. Oglejmo si njegovo delovanje v načinu demultipleksiranja. Dohodni multipleksni signal doseže vhodna vrata. Ta signal gre nato skozi ploščni valovod in se porazdeli po več valovodih, ki predstavljajo uklonsko strukturo AWG (matrična valovodna mreža). Kot prej ostaja signal v vsakem od valovodov multipleksiran in vsak kanal ostaja predstavljen v vseh valovodih. Nato se signali odbijejo od zrcalne površine in posledično se svetlobni tokovi ponovno zbirajo v valovodni plošči, kjer se fokusirajo in interferirajo - nastanejo prostorsko ločeni maksimumi intenzitete motenj, ki ustrezajo različnim kanalom. Geometrija valovodne plošče, zlasti lokacija izhodnih polov, in dolžine valovodov strukture AWG so izračunane tako, da interferenčni maksimumi sovpadajo z izhodnimi poli. Multipleksiranje poteka obratno.

Druga metoda konstruiranja multiplekserja ne temelji na eni, temveč na paru valovodnih plošč (slika b). Načelo delovanja takšne naprave je podobno kot v prejšnjem primeru, le da se tukaj uporablja dodatna plošča za ostrenje in motnje.

DWDM multiplekserji, ki so pasivne naprave, vnašajo v signal veliko slabljenje. Na primer, izgube za napravo (slika 1a), ki deluje v načinu demultipleksiranja, so 4-8 dB, z dolgotrajnim presluhom

Transponderji in oddajniki

Za prenos podatkov na valovnih dolžinah iz mreže DWDM se lahko uporabljata dve vrsti naprav - oddajniki in transponderji DWDM. Sprejemno-sprejemniki DWDM so na voljo v različnih faktorjih oblike in se lahko uporabljajo v pasivnih rešitvah DWDM.

Za razliko od oddajnikov vam transponderji omogočajo pretvorbo valovne dolžine sevanja terminalske naprave v valovno dolžino DWDM za prenos v multiplekser. Vhodi optičnega multiplekserja sprejemajo optične signale, katerih parametri so skladni s standardi, ki jih določajo priporočila G.692. Transponder ima lahko različno število optičnih vhodov in izhodov. Toda če je mogoče optični signal dovajati na kateri koli vhod transponderja, katerega parametre določa rec. G.957, potem morajo njegovi izhodni signali po parametrih ustrezati rec. G.692. Poleg tega, če je m optičnih signalov stisnjenih, mora na izhodu transponderja valovna dolžina vsakega kanala ustrezati samo enemu od njih v skladu z mrežo frekvenčnega načrta ITU.

Uporaba optičnih ojačevalnikov

Razvoj tehnologije optičnega ojačanja na osnovi EDFA je močno spremenil metodologijo načrtovanja komunikacijskih sistemov z optičnimi vlakni. Tradicionalni sistemi z optičnimi vlakni uporabljajo regeneratorske repetitorje, ki povečajo moč signala (slika 3a). Ko začne dolžina med oddaljenimi vozlišči v smislu slabljenja signala presegati največjo dovoljeno dolžino leta med sosednjima vozliščema, se na vmesnih točkah namestijo dodatni regeneratorji, ki sprejemajo šibek signal, ga v procesu optoelektronske pretvorbe ojačajo, obnovijo delovni cikel, fronte in časovne značilnosti ponavljanja impulza ter po pretvorbi v optično obliko prenesejo pravilen ojačan signal, v enaki obliki, kot je bil na izhodu prejšnji regenerator. Čeprav takšni regeneracijski sistemi delujejo dobro, so precej dragi in po vgradnji ne morejo povečati zmogljivosti linije.

Na podlagi EDFA se izguba moči v liniji premaga z optičnim ojačanjem (slika 3b). Za razliko od regeneratorjev ta "transparentni" dobiček ni vezan na bitno hitrost signala, kar omogoča prenos informacij pri višjih hitrostih in povečanje prepustnosti, dokler ne pridejo v poštev drugi omejevalni dejavniki, kot sta kromatična disperzija in disperzija polarizacijskega načina. Ojačevalniki EDFA lahko ojačajo tudi večkanalni signal WDM, kar pasovni širini doda novo dimenzijo.

Čeprav ima optični signal, ki ga ustvari izvirni laserski oddajnik, dobro definirano polarizacijo, morajo vsa druga vozlišča vzdolž poti optičnega signala, vključno z optičnim sprejemnikom, pokazati šibko odvisnost svojih parametrov od smeri polarizacije. V tem smislu imajo optični ojačevalniki EDFA, za katere je značilna šibka polarizacijska odvisnost ojačanja, občutno prednost pred polprevodniškimi ojačevalniki.

Optični ojačevalniki za razliko od regeneratorjev povzročajo dodaten šum, ki ga je treba upoštevati. Zato je skupaj z ojačenjem eden od pomembnih parametrov EDFA vrednost šuma.

Uporaba naprav ROADM

Uporaba rekonfigurabilnega optičnega multiplekserja za dodajanje/spuščanje (ROADM) omogoča prilagodljivo uvajanje in oddaljeno konfiguracijo spektralnih kanalov. Na kateremkoli vozlišču v omrežju ROADM je možno preklopiti stanje spektralnega kanala na vhod/izhod in prenos od konca do konca brez prekinitve obstoječih storitev. Pri delu z nastavljivim laserjem ROADM zagotavlja prilagodljiv nadzor spektralnih kanalov. ROADM vam omogočajo gradnjo omrežij z več obroči ali mešanih omrežij: na podlagi tehnologije preklapljanja izbirnika spektra (WSS).

Gradnja omrežij DWDM

Urbana omrežja DWDM so praviloma zgrajena z uporabo obročaste arhitekture, ki omogoča uporabo zaščitnih mehanizmov na ravni DWDM s hitrostjo obnovitve največ 50 ms. Omrežno infrastrukturo je mogoče zgraditi na opremi več dobaviteljev z dodatnim distribucijskim nivojem na osnovi opreme Metro DWDM. Ta raven je uvedena za organizacijo izmenjave prometa med omrežji z opremo različnih podjetij.

V tehnologiji DWDM je najmanjša ločljivost signala optični kanal ali valovna dolžina. Uporaba celih valovnih dolžin s kanalsko zmogljivostjo 2,5 ali 10 Gbit/s za izmenjavo prometa med podomrežji je upravičena pri gradnji velikih transportnih omrežij. Toda transponder-multiplekserji vam omogočajo, da organizirate izmenjavo prometa med podomrežji na ravni signalov STM-4/STM-1/GE. Distribucijski nivo je mogoče zgraditi tudi na osnovi SDH tehnologije. Toda DWDM ima veliko prednost, povezano s preglednostjo nadzornih kanalov in servisnih kanalov (na primer storitvene komunikacije). Ko so signali SDH/ATM/IP zapakirani v optični kanal, se struktura in vsebina paketov ne spremenita. Sistemi DWDM spremljajo samo posamezne bajte, da zagotovijo pravilen pretok signalov. Zato se lahko povezovanje podomrežij prek infrastrukture DWDM na eni sami valovni dolžini obravnava kot povezovanje s parom optičnih kablov.

Pri uporabi opreme različnih proizvajalcev sta dve podomrežji za prenos podatkov enega proizvajalca povezani prek omrežja DWDM drugega proizvajalca. Nadzorni sistem, ki je fizično povezan z enim podomrežjem, lahko nadzoruje tudi delovanje drugega podomrežja. Če bi SDH opremo uporabljali na distribucijski ravni, to ne bi bilo mogoče. Tako je na osnovi omrežij DWDM mogoče združevati omrežja različnih proizvajalcev za prenos heterogenega prometa.

SFP (WDM, CWDM, DWDM) – KAJ JE TO? ZA KAJ SO POTREBNI?

Tehnologije valovnega multipleksiranja (WDM).

Spektrsko multipleksiranje temelji na metodi multipleksiranja optičnih kanalov. Načelo ta metoda je v tem, da se vsak informacijski tok prenaša po enem optičnem vlaknu na drugi valovni dolžini (na drugi nosilni frekvenci), ki sta med seboj oddaljena 20 nm.

S pomočjo posebnih naprav - optičnih multiplekserjev - se tokovi združijo v en optični signal, ki se vnese v optično vlakno. Na sprejemni strani se izvede obratna operacija - demultipleksiranje, ki se izvaja z uporabo optičnih demultiplekserjev. To odpira resnično neizčrpne možnosti tako za povečanje zmogljivosti linije kot za gradnjo kompleksnih topoloških rešitev z uporabo enega samega vlakna.

Pri izbiri števila kanalov bodite pozorni na vrsto uporabljenega enomodnega vlakna!
Na primer, vlakna G.652B (vlakno z vodnim vrhom pri 1383 nm) imajo velike izgube sevanja pri kratkih valovnih dolžinah, zato je dovoljena razdalja prenosa zmanjšana in število spektralnih kanalov bo manjše od zahtevanega.

V sistemih Coarse WDM se v skladu s priporočilom ITU G.694.2 ne sme uporabljati več kot 18 nosilcev z razmikom 20 nm: 1270, 1290, 1310 ... 1570, 1590, 1610, tj. če skupno zahtevano območje valovnih dolžin ne presega 340 nm. Upoštevati je treba, da je na robovih tako širokega razpona slabljenje precej veliko, zlasti v območju kratkih valovnih dolžin. Število kanalov smo povečali na 18 z uporabo tako imenovanih zero water peak vlaken (ZWPF, Zero Water Peak Fiber; LWPF, Low Water Peak Fiber), katerih parametri so določeni s priporočilom ITU-T G.652.C/ D. V vlakninah te vrste Absorpcijski vrh pri valovni dolžini 1383 nm je bil izločen in vrednost slabljenja pri tej valovni dolžini je približno 0,31 dB/km.

Vlakno G.653 se je izkazalo za neprimerno za novo, hitro razvijajočo se tehnologijo multipleksiranja z delitvijo valovnih dolžin WDM zaradi ničelne disperzije pri 1550 nm, kar je povzročilo močno povečanje popačenja signala zaradi štirivalovnega mešanja v teh sistemih. Najprimernejše optično vlakno za gosto in visoko gostoto WDM (DWDM in HDWDM) je bilo G.655, nedavno standardizirano optično vlakno G.656 za redko WDM.
Ustvarjanje vlaken brez "vodnega vrha" je omogočilo uporabo vseh valov v območju od 1260 do 1625 nm v komunikacijskih sistemih, tj. kjer ima kvarčno optično vlakno največjo prosojnost.

OSNOVNA OPREMA

Multiplekserji/demultiplekserji (MUX/DEMUX); omogočajo seštevanje in ločevanje optičnih signalov.

omogočajo izbiro in dodajanje signala vlaknu na določenih nosilnih frekvencah.

Konfiguracijo multiplekserja/demultiplekserja (Mux/Demux) glede na nalogo določajo naslednje značilnosti:

Dvojni optični multiplekser (2 vlakna)
Multiplekser z enim vlaknom(1 vlakno (enojno vlakno) ali dvosmerno)
4 ali 8 kanalni multiplekser(8 ali 16 valovnih dolžin), delovanje na eno vlakno
8 ali 16 kanal, ki deluje na dve vlakni
multiplekser z dvema "skupnima"(OBIČAJNI) zaključki za implementacijo "ring" topologije
Za topologije "od točke do točke" ali "obroč" je potreben nabor multiplekserjev "po paru" (vrata Tx–Rx) - Mux/Demux Type I, Mux/Demux Type II
Konektorji – FC,SC,LC,ST,FA,SA

Multiplekserji so na voljo v naslednjih različicah:
stojalo 19" 1RU
V plastičnem kovčku(za montažo na steno ali škatlo)
Po vrsti konektorja– LC, SC itd.

Oddajniki-sprejemniki SFP (Small Form Factor Pluggable) (SFP, SFP+, X2, XFP) – ustvarjanje in sprejemanje optičnih signalov (določenih valovnih dolžin) v sistemu CWDM; pretvarjanje signala iz električnega v optičnega in obratno. SFP modul združuje tako oddajnik kot sprejemnik. Zato podpira hkraten prenos in sprejem podatkov prek dveh povezav znotraj enega kanala. Od časov radia se takšne naprave imenujejo sprejemniki in oddajniki. Zato se moduli SFP imenujejo sprejemniki in oddajniki.

Vsak oddajnik-sprejemnik SFP deluje na dveh vlaknih in za razliko od standardnih oddajnikov-sprejemnikov 1000Base LX z dvema vlaknima deluje na dveh različnih valovnih dolžinah - širokopasovni sprejemnik deluje z eno valovno dolžino, oddajnik pa z drugo.
Za oblikovanje podatkovnega kanala v sistemu SFP so sprejemniki in oddajniki konfigurirani v parih.

Oddajniki se razlikujejo tudi po moči signala (kilometrini), torej delujejo na različnih razdaljah.

Za močnejšo kompresijo optičnega signala se uporabljajo “barvni” SFP moduli, ki delujejo v določenem območju valovnih dolžin. (CWDM). Takšni sprejemniki in oddajniki SFP so zasnovani za generiranje optičnih signalov "glavnega nosilca" od 1270 do 1610 nm (20 nm korak).

Na voljo so moduli SFP, ki delujejo prek enega in dveh vlaken s prepustnostjo 1,25, 2,5 in 4,25 Gbps. Te module je mogoče namestiti neposredno v stikalno opremo skoraj katerega koli proizvajalca, kar omogoča brezhibno integracijo CWDM v obstoječo infrastrukturo. Isti modul lahko služi kot vmesnik Gigabit Ethernet, Fibre Channel ali SDH, kar rešitvi bistveno doda fleksibilnost.

Module CWDM SFP je možno namestiti tudi v ohišje medijskega pretvornika. Uporaba podvozja je najbolj prilagodljiva rešitev, ki popolnoma odpravi težave z nekompatibilnostjo opreme. Z uporabo ohišja dobite standardna vrata 1000BASE-T Gigabit Ethernet, kar odpravlja potrebo po dragih stikalih s vrati SFP.

Posebno pozornost je treba nameniti zbijanju 10 Gbit/s kanalov. Še pred tremi leti ni bilo oddajnikov, ki bi delovali s hitrostjo 10 Gbit/s in podpirali valovne dolžine frekvenčne mreže sistemov za multipleksiranje redkega spektra, zdaj pa so se takšni moduli pojavili, vendar njihova uporaba močno omejuje zmogljivosti sistema, v primerjavi s kanalskim multipleksiranjem 1,25 Gbit/s in 2,5 Gbit/s.

Trenutno ni 10 Gbps laserjev, ki bi delovali v območju valovnih dolžin 1350-1450 nm, zato največje število 10 Gbps multipleksiranih kanalov ne more preseči 12 pri uporabi dveh vlaken G.652D. Poleg tega je treba pri uporabi kanalov 10 Gbit/s upoštevati, da največji optični proračun takšnih modulov trenutno ne presega 28 dBm, kar ustreza dosegu delovanja približno 80 kilometrov prek enomodnega vlakna. V primerih, ko je potrebno stisniti in oddajati več kot 12 kanalov 10 Gbit/s, vklj. na razdaljah več kot 80 kilometrov se uporablja oprema DWDM.

OADM moduli - vhodno/izhodni multiplekserji; omogočajo izbiro in dodajanje signala vlaknu za določene nosilce.

Osnovne lastnosti:
Enokanalni vhod/izhod
Pasivna optika
Nizke vstavljene izgube za povratne povezave
Namenska valovna dolžina končnemu uporabniku

V bistvu ločimo enokanalne in dvokanalne module OADM. Njihova razlika je v zmožnosti sprejemanja in sprejemanja optičnega signala iz enega ali dveh multiplekserjev in je fizično posledica prisotnosti ene ali dveh sprejemno-sprejemnih enot. V skladu s tem ima enokanalni modul OADM eno oddajno-sprejemno enoto in lahko deluje samo z enim multiplekserjem v eno smer. Dvokanalni modul OADM ima dve oddajno-sprejemni enoti in je sposoben delati "dvosmerno" z dvema multiplekserjema/demultiplekserjema.

Oddajno-sprejemna enota enokanalnega modula OADM ima štiri vmesnike:

Com port – sprejema signal iz multiplekserja
Express port – prenaša signal na druge elemente sistema
Dodaj vrata – liniji doda kanal na določeni valovni dolžini,
Drop port – iz linije izloči kanal na določeni valovni dolžini.

Takšne naprave nimajo nobenih omejitev glede protokolov ali pasovne širine.
V skladu s tem ima dvokanalni modul OADM dve dodatni vrati za dodajanje in izpuščanje.
Če se uporablja sistem z dvojnimi vlakni, so dodana tudi vrata Com2 in Express2.
Enokanalni modul OADM deluje v tandemu z enim sprejemnikom SFP, dvokanalni OADM - z dvema

terminalski tranzitni modul OADM ( modul drop/pass) vzame en kanal iz debla in ga usmeri v lokalna vrata. Preostali kanali se prenesejo neposredno na druga omrežna vozlišča.

Enokanalni multipleksni modul OADM (drop/add modul) ima dva lokalna vmesnika. Prvi vzame en kanal iz debla in ga usmeri v lokalna vrata, drugi doda ta kanal nazaj v deblo v nasprotni smeri. Takšen modul je potreben pri izdelavi omrežja s topologijo obroča.

Moduli OADM so na voljo v naslednjih različicah:
Rackmount 19” 1RU
V plastičnem ohišju (za montažo na steno ali v tulec)
Konektorji – LC, SC itd.

Glavni sistemi multipleksiranja z delitvijo valovnih dolžin so:

- WDM (multipleksiranje valovne dolžine)

- CWDM (grobo valovno dolžinsko multipleksiranje)

Kaj je torej WDM?

Tehnologija za dodajanje optičnih signalov z različnimi valovnimi dolžinami, ki se prenašajo hkrati po enem vlaknu, 2 ali več signalov, ločenih na oddaljenem koncu po valovni dolžini. Najbolj značilen (2-kanalni WDM) združuje valovni dolžini 1310 nm in 1550 nm v enem vlaknu.

Dvokanalni WDM (in trikanalni) lahko uporabite za hitro in preprosto dodajanje dodatnih (ali dveh dodatnih) valovnih dolžin. Je zelo enostaven za namestitev in povezovanje ter zelo poceni. V večini primerov je WDM stroškovno najučinkovitejša rešitev za pomanjkanje kablov, saj zagotavlja pridobitev vlaken 2 proti 1 ali 3 proti 1 s kombiniranjem valovnih dolžin 1310 nm, 1550 nm in 1490 nm v eno vlakno.

V primerih, ko je za razširitev obstoječe optične infrastrukture potrebnih več kanalov, CWDM zagotavlja učinkovito rešitev za kratke optične razpone (do 80 km). CWDM lahko enostavno in hitro doda do 18 dodatnih valovnih dolžin na ITU standardiziranih frekvencah. Idealen je za srednje velika omrežja s prečnimi dimenzijami do 100 km. Ker je razmik valovne dolžine 20 nm, je mogoče uporabiti cenejše laserje, kar ima za posledico zelo nizke stroške. Sistemi CWDM, čeprav so večkanalni, nimajo nobenih mehanizmov za optično ojačanje in omejitve dosega določa kanal z največjim slabljenjem. Poleg tega lahko kanali od območja 1360 nm do 1440 nm doživijo največje oslabitev (1 do 2 dB/km) zaradi vrha vode v tem območju za nekatere vrste optičnih kablov.

Kjer je potrebna visoka zmogljivost ali prenos na dolge razdalje, rešitve DWDM je prednostna metoda za povečanje zmogljivosti vlaken. S svojimi visoko natančnimi laserji, optimiziranimi za delovanje v oknu 1550 nm (za zmanjšanje izgube), so sistemi DWDM idealna rešitev za zahtevnejša omrežja. Sistemi DWDM lahko uporabljajo EDFA za ojačanje vseh valovnih dolžin v oknu DWDM in podaljšanje dolžine prenosa do 500 km.

Sistemi DWDM so v območju običajno omejeni na 4-5 ojačevalnih odsekov zaradi šuma ojačanih spontanih emisij (ASE) v EDFA. Na voljo so simulacijska orodja, s katerimi se natančno določi, koliko EDFA je mogoče namestiti. Na dolgih odsekih (>120 km) je disperzija lahko problem, ki zahteva namestitev modulov za kompenzacijo disperzije. Pas DWDM je omejen na valovne dolžine od 1530 nm do 1565 nm z območjem ojačanja EDFA.

Vrste rešitev:

1. Točka - točka.

Dodajanje spektralnega sistema od točke do točke optičnemu sistemu je preprosta in stroškovno učinkovita rešitev problema pomanjkanja vlaken.
Sistemi s podobno topologijo so značilni za reševanje problemov hkratnega prenosa velikega števila podatkovnih tokov za povečanje števila ponujenih storitev (video, glas itd.). V tem primeru se uporabijo vlakna iz že obstoječega optičnega transportnega omrežja. Pri tem načinu delovanja se informacije prenašajo po kanalih med dvema točkama. Za uspešen prenos podatkov na razdalji do 50-80 km so potrebni multiplekserji/demultiplekserji v tistih vozliščih, kjer se informacijski tokovi združujejo in nato ločujejo.

Odcepni priključek

Ta arhitektura izvaja prenos informacij iz enega vozlišča v drugega z vmesnimi vozlišči vzdolž te poti, kjer so posamezni kanali lahko vhodni in izhodni z uporabo modulov OADM. Največje število vej je določeno s številom dupleksnih prenosnih kanalov (na primer 4 ali in optični proračun linije. Pri izračunu se morate spomniti, da vsak modul OADM uvaja slabljenje, zaradi česar je skupna dolžina poti se ustrezno zmanjša.Optični kanal je mogoče ekstrahirati na kateri koli točki poti.

V tem primeru so moduli OADM (dvokanalni) nameščeni med dva multiplekserja / demultiplekserja.
V tem primeru mora biti vsak dvokanalni modul OADM opremljen z dvema sprejemnikoma in sprejemnikoma SFP.

Točka z vejami.

Temeljna razlika od prve možnosti je odsotnost drugega multiplekserja/demultiplekserja. Tako pride do izmenjave signalov med osrednjim komunikacijskim centrom in končno opremo na različnih odsekih proge. Ta arhitektura se zdi obetavna z ekonomskega vidika, saj pravzaprav vam omogoča, da odstranite stikalo agregacijske plasti iz omrežja s pomembnimi prihranki pri vlaknih. V tem primeru je razdalja od modula OADM (enokanalni) do lokacije končne opreme (stikalo, usmerjevalnik, medijski pretvornik) omejena samo z močjo signala v liniji in vnesenimi izgubami iz opreme za multipleksiranje.

Prednosti
Varčevanje z optičnimi vlakni - sistem spektralnega multipleksiranja omogoča prenos do 8 kanalov po enem vlaknu s pretočnostjo do 2,5 Gb/s na kanal
Neodvisnost od napajanja - napajanje je potrebno samo za aktivno opremo
Brez težav z zrušitvami, ponovnimi zagoni itd.
Ni potrebe po organiziranju stalnega dostopa do lokacij sistemskih elementov - obstajajo moduli OADM, namenjeni za namestitev v optične sklopke
Zmanjšana stopnja vpliva "človeškega faktorja" - odsotnost aktivnih komponent, ki zahtevajo konfiguracijo, upravljanje itd.
Občutno znižanje stroškov lastništva – nižji obratovalni stroški
Relativno nizki stroški, možnost odprave opreme na ravni združevanja
Največji doseg delovanja je 80 kilometrov ali več
Neodvisnost od odjemalskih protokolov – prenos do 18 neodvisnih storitev preko dveh parov optičnih vlaken; preglednost za vse protokole za prenos podatkov
Razpoložljivost različne vrste oprema za namestitev v različnih pogojih: v stojalu, v spojki, na steni.

Zagotovo so vsi slišali za prenos informacij preko optičnih omrežij in tudi, da ta metoda zagotavlja najvišje hitrosti do sedaj. Prav slednje je dober razlog za razvoj tehnologij prenosa podatkov po optičnih vlaknih. Že danes lahko prepustnost doseže reda terabitov (1000 gigabitov) na sekundo.

V primerjavi z drugimi načini prenosa informacij je red velikosti TB/s preprosto nedosegljiv. Druga prednost tovrstnih tehnologij je zanesljivost prenosa. Prenos po optičnih vlaknih nima slabosti prenosa električnega ali radijskega signala. Ni motenj, ki bi lahko poškodovale signal, prav tako ni potrebna licenca za uporabo radijske frekvence. Vendar si marsikdo ne predstavlja, kako se na splošno prenašajo informacije po optičnih vlaknih, še bolj pa ne poznajo konkretnih izvedb tehnologij. V tem članku si bomo ogledali eno od njih - tehnologijo DWDM (dense wavelength-division multiplexing).

Najprej si poglejmo, kako se informacije na splošno prenašajo po optičnih vlaknih. Optično vlakno je valovod, ki prenaša elektromagnetni valovi z valovno dolžino reda tisoč nanometrov (10-9 m). To je področje infrardečega sevanja, ki ga človeško oko ne vidi. In glavna ideja je, da z določeno izbiro materiala vlakna in njegovega premera pride do situacije, ko za nekatere valovne dolžine ta medij postane skoraj prozoren in tudi ko zadene mejo med vlaknom in zunanjim okoljem, je večina energije odbije nazaj v vlakno. To zagotavlja, da sevanje prehaja skozi vlakno brez velikih izgub, glavna naloga pa je, da to sevanje sprejme na drugem koncu vlakna. Seveda se za tako kratkim opisom skriva ogromno in težko delo mnogih ljudi. Ne mislite, da je tak material enostavno ustvariti ali da je ta učinek očiten. Nasprotno, obravnavati ga je treba kot veliko odkritje, saj zdaj omogoča boljši način prenosa informacij. Razumeti morate, da je valovodni material edinstven razvoj in od njegovih lastnosti sta odvisna kakovost prenosa podatkov in stopnja motenj; Izolacija valovoda je zasnovana tako, da zagotavlja minimalen izhod energije navzven. Natančneje, ko govorimo o tehnologiji, imenovani "multipleksiranje", to pomeni, da prenašate več valovnih dolžin hkrati. Med seboj ne delujejo, pri sprejemanju ali oddajanju informacij pa so interferenčni učinki (superpozicija enega valovanja na drugega) nepomembni, saj se najmočneje manifestirajo na več valovnih dolžinah. Točno tukaj govorimo o o uporabi bližnjih frekvenc (frekvenca je obratno sorazmerna z valovno dolžino, zato ni pomembno, o čem govorite). Naprava, imenovana multiplekser, je naprava za kodiranje ali dekodiranje informacij v valovne oblike in nazaj. Po tem kratkem uvodu preidimo na konkreten opis tehnologije DWDM.

Glavne značilnosti DWDM multiplekserjev, po katerih se razlikujejo od samo WDM multiplekserjev:

uporaba samo enega prosojnega okna 1550 nm, znotraj EDFA ojačevalnega območja 1530-1560 nm (EDFA - optični ojačevalni sistem);
kratke razdalje med multipleksnimi kanali - 3,2/1,6/0,8 ali 0,4 nm.

Za referenco recimo, da je valovna dolžina vidne svetlobe 400-800 nm. Poleg tega, ker samo ime govori o gostem prenosu kanalov, je število kanalov večje kot v običajnih shemah WDM in doseže več deset. Zaradi tega je treba ustvariti naprave, ki lahko dodajo kanal ali ga odstranijo, v nasprotju s konvencionalnimi shemami, kjer so vsi kanali kodirani ali dekodirani hkrati. Koncept pasivnega usmerjanja valovnih dolžin je povezan s takimi napravami, ki delujejo na enem kanalu od mnogih. Jasno je tudi, da delo z velikim številom kanalov zahteva večjo natančnost naprav za kodiranje in dekodiranje signalov in postavlja višje zahteve glede kakovosti linije. Od tod očitno povišanje stroškov naprav - ob hkratnem znižanju cene prenosa enote informacije zaradi dejstva, da se zdaj lahko prenaša v večjem obsegu.

Tako deluje demultipleksor z zrcalom (diagram na sliki 1a). Dohodni multipleksni signal doseže vhodna vrata. Ta signal nato preide skozi valovodno ploščo in se porazdeli po številnih valovodih, ki so uklonska struktura AWG (matrična valovodna rešetka). Kot prej ostaja signal v vsakem od valovodov multipleksiran in vsak kanal ostaja predstavljen v vseh valovodih, kar pomeni, da je doslej prišlo le do paralelizacije. Nato se signali odbijejo od zrcalne površine, posledično pa se svetlobni tokovi ponovno zbirajo v valovodni plošči, kjer se fokusirajo in interferirajo. To vodi do oblikovanja interferenčnega vzorca s prostorsko ločenimi maksimumi, običajno pa je geometrija plošče in ogledala izračunana tako, da ti maksimumi sovpadajo z izhodnimi poli. Multipleksiranje poteka obratno.

Druga metoda konstruiranja multiplekserja ne temelji na eni, ampak na paru valovodnih plošč (slika 1b). Načelo delovanja takšne naprave je podobno kot v prejšnjem primeru, le da se tukaj uporablja dodatna plošča za ostrenje in motnje.

DWDM multiplekserji, ki so povsem pasivne naprave, vnašajo v signal veliko slabljenje. Na primer, izgube za napravo (glej sliko 1a), ki deluje v načinu demultipleksiranja, so 10–12 dB, z motnjami navzkrižnega preslušavanja na dolge razdalje manj kot –20 dB in polovično širino spektra signala 1 nm (na podlagi materialov iz Oki Electric Industry). Zaradi velikih izgub je pogosto potrebna vgradnja optičnega ojačevalnika pred in/ali za DWDM multiplekserjem.

Najpomembnejši parameter v tehnologiji multipleksiranja gostih valov je nedvomno razdalja med sosednjimi kanali. Standardizacija prostorske razporeditve kanalov je potrebna že zato, ker bo na njeni podlagi mogoče začeti izvajati teste medsebojne združljivosti opreme različnih proizvajalcev. Sektor za standardizacijo telekomunikacij Mednarodne zveze za telekomunikacije (ITU-T) je odobril frekvenčni načrt DWDM z medkanalnim razmikom 100 GHz, kar ustreza razliki valovne dolžine 0,8 nm. Obravnava se tudi vprašanje prenosa informacij z razliko v valovnih dolžinah 0,4 nm. Zdi se, da je razliko mogoče še zmanjšati in s tem doseči večjo prepustnost, vendar se v tem primeru pojavijo čisto tehnološke težave, povezane s proizvodnjo laserjev, ki ustvarjajo strogo monokromatski signal (konstantna frekvenca brez motenj) in uklonske mreže, ki ločujejo maksimume v prostoru, ki ustreza različnim valovnih dolžinah. Pri uporabi ločevanja 100 GHz vsi kanali enakomerno zapolnijo uporaben pas, kar je priročno pri nastavitvi opreme in njeni ponovni konfiguraciji. Izbira intervala ločevanja je določena z zahtevano pasovno širino, vrsto laserja in stopnjo motenj na liniji. Vendar je treba upoštevati, da je pri delovanju tudi v tako ozkem območju (1530-1560 nm) vpliv nelinearne interference na mejah tega območja zelo pomemben. To pojasnjuje dejstvo, da je s povečanjem števila kanalov potrebno povečati moč laserja, vendar to posledično vodi do zmanjšanja razmerja med signalom in šumom. Posledično uporaba tršega tesnila še ni standardizirana in je v razvoju. Druga očitna pomanjkljivost povečanja gostote je zmanjšanje razdalje, na katero se signal lahko prenaša brez ojačanja ali regeneracije (o tem bomo podrobneje razpravljali v nadaljevanju).

Upoštevajte, da je zgoraj omenjeni problem nelinearnosti neločljivo povezan z ojačevalnimi sistemi na osnovi silicija. Zdaj se razvijajo zanesljivejši fluor-cirkonatni sistemi, ki zagotavljajo večjo linearnost (v celotnem območju 1530-1560 nm) ojačanja. Ko se območje delovanja EDFA poveča, postane mogoče multipleksirati 40 kanalov STM-64 v intervalih 100 GHz s skupno zmogljivostjo 400 GHz na vlakno (slika 2).

Tabela prikazuje specifikacije enega izmed zmogljivih multipleksnih sistemov, ki uporabljajo frekvenčni načrt 100/50 GHz, proizvajalca Ciena Corp.

Oglejmo si podrobneje optični ojačevalni sistem. V čem je problem? Na začetku signal ustvari laser in ga pošlje v vlakno. Širi se vzdolž vlaken in se spreminja. Glavna sprememba, ki jo je treba obravnavati, je sipanje signala (disperzija). Povezan je z nelinearnimi učinki, ki nastanejo, ko valovni paket prehaja skozi medij in je očitno razložen z uporom medija. To sproža problem prenosa na dolge razdalje. Velik - v smislu več sto ali celo tisoč kilometrov. To je 12 velikosti daljše od valovne dolžine, zato ni presenetljivo, da tudi če so nelinearni učinki majhni, jih je treba na takšni razdalji upoštevati. Poleg tega lahko pride do nelinearnosti v samem laserju. Zanesljiv prenos signala lahko dosežete na dva načina. Prvi je namestitev regeneratorjev, ki bodo sprejeli signal, ga dekodirali, ustvarili nov signal, popolnoma enak prispelemu, in ga poslali naprej. Ta metoda je učinkovita, vendar so takšne naprave precej drage in povečanje njihove zmogljivosti ali dodajanje novih kanalov, ki jih morajo obravnavati, vključuje težave pri ponovnem konfiguriranju sistema. Drugi način je preprosto optično ojačanje signala, popolnoma podobno ojačanju zvoka v glasbenem centru. To ojačanje temelji na tehnologiji EDFA. Signal se ne dekodira, ampak se le poveča njegova amplituda. To vam omogoča, da se znebite izgub hitrosti v ojačevalnih vozliščih in odpravite tudi problem dodajanja novih kanalov, saj ojačevalnik ojača vse v danem območju.

Na podlagi EDFA se izguba moči na liniji odpravi z optičnim ojačanjem (slika 3). Za razliko od regeneratorjev to transparentno ojačenje ni vezano na bitno hitrost signala, kar omogoča prenos informacij pri višjih hitrostih in povečanje prepustnosti, dokler ne pridejo v poštev drugi omejevalni dejavniki, kot sta kromatska disperzija in disperzija polarizacijskega načina. Ojačevalniki EDFA lahko ojačajo tudi večkanalni signal WDM, kar pasovni širini doda novo dimenzijo.

Čeprav ima optični signal, ki ga ustvari izvirni laserski oddajnik, dobro definirano polarizacijo, morajo vsa druga vozlišča na poti optičnega signala, vključno z optičnim sprejemnikom, pokazati šibko odvisnost svojih parametrov od smeri polarizacije. V tem smislu imajo optični ojačevalniki EDFA, za katere je značilna šibka polarizacijska odvisnost ojačanja, opazno prednost pred polprevodniškimi ojačevalniki. Na sl. Slika 3 prikazuje diagrame delovanja obeh metod.

Optični ojačevalniki za razliko od regeneratorjev povzročajo dodaten šum, ki ga je treba upoštevati. Zato je skupaj z ojačenjem eden od pomembnih parametrov EDFA stopnja šuma. Tehnologija EDFA je cenejša, zato se pogosteje uporablja v realni praksi.

Ker je EDFA, vsaj cenovno, videti privlačnejši, si poglejmo glavne značilnosti tega sistema. To je značilna moč nasičenja izhodna moč ojačevalnik (lahko doseže in celo preseže 4 W); ojačanje, opredeljeno kot razmerje moči vhodnega in izhodnega signala; določa moč ojačene spontane emisije stopnja hrupa, ki ga ojačevalnik sam ustvari. Tukaj je primerno navesti primer glasbenega centra, kjer je mogoče zaslediti analogije v vseh teh parametrih. Še posebej pomembna je tretja (nivo hrupa), zaželeno je, da je čim nižja. Z uporabo analogije bi lahko poskusili vključiti glasbeni center, ne da bi zagnali disk, hkrati pa obrnite gumb za glasnost na največjo vrednost. V večini primerov boste slišali nekaj hrupa. Ta hrup ustvarjajo ojačevalni sistemi preprosto zato, ker so napajani. Podobno v našem primeru pride do spontane emisije, toda ker je ojačevalnik zasnovan za oddajanje valov v določenem območju, je večja verjetnost, da bodo fotoni tega posebnega območja oddani v linijo. To bo ustvarilo (v našem primeru) svetlobni šum. To nalaga omejitev največje dolžine linije in števila optičnih ojačevalnikov v njej. Ojačanje je običajno izbrano tako, da se povrne prvotni nivo signala. Na sl. Slika 4 prikazuje primerjalne spektre izhodnega signala ob prisotnosti in odsotnosti signala na vhodu.

Drug parameter, ki je primeren za uporabo pri karakterizaciji ojačevalnika, je faktor hrupa - to je razmerje med parametri signala in šuma na vhodu in izhodu ojačevalnika. V idealnem ojačevalniku mora biti ta parameter enak enoti.

Obstajajo tri aplikacije za ojačevalnike EDFA: predojačevalniki, linijski ojačevalniki in močnostni ojačevalniki. Prvi so nameščeni neposredno pred sprejemnikom. To se naredi za povečanje razmerja med signalom in šumom, kar omogoča uporabo enostavnejših sprejemnikov in lahko zniža ceno opreme. Linearni ojačevalniki so namenjeni zgolj ojačanju signala v dolgih linijah ali v primeru razvejanosti takih linij. Ojačevalniki moči se uporabljajo za ojačanje izhodnega signala neposredno za laserjem. To je posledica dejstva, da je tudi moč laserja omejena in je včasih lažje preprosto namestiti optični ojačevalnik kot namestiti močnejši laser. Na sl. Slika 5 shematično prikazuje vse tri načine uporabe EDFA.

Poleg neposrednega optičnega ojačanja, opisanega zgoraj, se naprava za ojačanje, ki uporablja Ramanov učinek ojačanja in je bila razvita v Bell Labs, trenutno pripravlja na vstop na trg. Bistvo učinka je v tem, da se od sprejemne točke proti signalu pošlje laserski žarek določene valovne dolžine, ki zamaje kristalno mrežo valovoda tako, da ta začne oddajati fotone v širokem frekvenčnem območju. Tako se splošna raven uporabnega signala dvigne, kar vam omogoča rahlo povečanje največje razdalje. Danes je ta razdalja 160–180 km v primerjavi s 70–80 km brez Ramanove izboljšave. Te naprave, ki jih proizvaja Lucent Technologies, bodo prišle na trg v začetku leta 2001.

Kar je opisano zgoraj, je tehnologija. Zdaj pa nekaj besed o implementacijah, ki že obstajajo in se aktivno uporabljajo v praksi. Najprej ugotavljamo, da uporaba optičnih omrežij ni le internet in morda ne toliko internet. Omrežja z optičnimi vlakni lahko prenašajo glasovne in televizijske kanale. Drugič, recimo, da jih je več različni tipi omrežja. Zanimajo nas hrbtenična omrežja na dolge razdalje, pa tudi lokalizirana omrežja, na primer znotraj enega mesta (ti metro rešitve). Hkrati je za trank komunikacijske kanale, kjer pravilo »debelejša je cev, bolje« deluje odlično, tehnologija DWDM optimalna in razumna rešitev. Drugačna situacija se pojavi v mestnih omrežjih, kjer zahteve po prenosu prometa niso tako velike kot pri magistralnih kanalih. Pri tem operaterji uporabljajo dobri stari transport na osnovi SDH/SONET, ki deluje v območju valovnih dolžin 1310 nm. V tem primeru lahko za rešitev problema nezadostne pasovne širine, ki mimogrede še ni zelo pereč za mestna omrežja, uporabite novo tehnologijo SWDM, ki je nekakšen kompromis med SDH/SONET in DWDM (preberi več o tehnologiji SWDM na našem CD-ROM-u ). S to tehnologijo ista vozlišča optičnega obroča podpirajo enokanalni prenos podatkov pri 1310 nm in multipleksiranje z delitvijo valovnih dolžin pri 1550 nm. Prihranke dosežemo z »vklopom« dodatne valovne dolžine, kar zahteva dodajanje modula na ustrezno napravo.

DWDM in promet

Eden od pomembne točke Pri uporabi tehnologije DWDM je to preneseni promet. Dejstvo je, da večina opreme, ki trenutno obstaja, podpira prenos samo ene vrste prometa na eni valovni dolžini. Posledično pogosto pride do situacije, ko promet vlakna ne zapolni v celoti. Tako se manj "gost" promet prenaša po kanalu s formalno prepustnostjo, ki je enaka na primer STM-16.

Trenutno se pojavlja oprema, ki realizira polno obremenitev valovnih dolžin. V tem primeru je mogoče eno valovno dolžino "napolniti" s heterogenim prometom, recimo TDM, ATM, IP. Primer je družina opreme Chromatis podjetja Lucent Technologies, ki lahko prenaša vse vrste prometa, ki ga podpirajo V/I vmesniki, na eni valovni dolžini. To dosežemo z vgrajenim navzkrižnim stikalom TDM in stikalom ATM. Poleg tega dodatno stikalo za bankomat ne določa cene. Z drugimi besedami, dodatna funkcionalnost opreme je dosežena s skoraj enakimi stroški. To nam omogoča napovedati, da je prihodnost v univerzalnih napravah, ki so sposobne prenašati poljuben promet z optimalno uporabo pasovne širine.

DWDM jutri

Če gladko prehajamo na trende razvoja te tehnologije, zagotovo ne bomo odkrili Amerike, če rečemo, da je DWDM najbolj obetavna tehnologija optičnega prenosa podatkov. To gre v večji meri pripisati hitri rasti internetnega prometa, katerega stopnje rasti se približujejo tisočim odstotkom. Glavni izhodišči pri razvoju bosta povečanje največje prenosne dolžine brez optičnega ojačanja signala in implementacija večjega števila kanalov (valovnih dolžin) v enem vlaknu. Današnji sistemi zagotavljajo prenos 40 valovnih dolžin, kar ustreza frekvenčni mreži 100 gigahercev. Naslednje v vrsti za vstop na trg so naprave s 50-GHz omrežjem, ki podpira do 80 kanalov, kar ustreza prenosu terabitnih tokov po enem vlaknu. In danes že lahko slišite izjave laboratorijev razvojnih podjetij, kot sta Lucent Technologies ali Nortel Networks, o skorajšnjem ustvarjanju 25-GHz sistemov.

Kljub tako hitremu razvoju inženiringa in raziskav pa se tržni indikatorji prilagajajo. Preteklo leto je zaznamoval resen upad optičnega trga, kar dokazuje občuten padec tečaja delnic Nortel Networks (29 % v enem dnevu trgovanja) po objavi težav pri prodaji svojih izdelkov. V podobni situaciji so se znašli tudi drugi proizvajalci.

Medtem ko zahodni trgi doživljajo določeno zasičenost, se vzhodni trgi šele začenjajo razvijati. Najbolj osupljiv primer je kitajski trg, kjer ducat operaterjev nacionalnega obsega tekmuje za izgradnjo hrbteničnih omrežij. In če so "oni" praktično rešili vprašanja izgradnje hrbteničnih omrežij, potem v naši državi, naj bo to žalostno, preprosto ni potrebe po debelih kanalih za prenos lastnega prometa. Kljub temu je razstava »Oddelčna in korporativna omrežja Komunikacije« je razkrila veliko zanimanje domačih telekomunikacijskih operaterjev za nove tehnologije, med katerimi je tudi DWDM. In če takšne pošasti, kot sta Transtelecom ali Rostelecom, že imajo državna prometna omrežja, jih trenutni energetski sektor šele začenja graditi. Optika je torej kljub vsem težavam prihodnost. In DWDM bo tukaj igral pomembno vlogo.

ComputerPress 1"2001

Priljubljeno v kategoriji: