Hem › Program › Cwdm-värde för bärvågsfrekvenser. Vilka tekniker kan operatörer använda för att förbättra kapaciteten hos befintliga optiska nätverk? Linjekvalitetsbedömning

Cwdm-värde för bärvågsfrekvenser. Vilka tekniker kan operatörer använda för att förbättra kapaciteten hos befintliga optiska nätverk? Linjekvalitetsbedömning

Frågor uppstår ofta om vad som är skillnaden mellan CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing) och DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) teknologier, förutom det olika antalet kanaler. Teknikerna liknar principerna för att organisera kommunikationskanaler och input-output-kanaler, men har helt olika grader av teknisk precision, vilket avsevärt påverkar linjens parametrar och kostnaden för lösningar.

Antal våglängder och kanaler CWDM och DWDM

CWDM-våglängdsmultiplexeringsteknik involverar användning av 18 våglängder 1), medan precisionsvåglängdsmultiplexering DWDM kan använda 40 våglängder eller mer.

CWDM och DWDM frekvensnät

Kanaler i CWDM-teknik delas efter våglängd, i DWDM - efter frekvens 2). Våglängden beräknas sekundärt från förhållandet mellan ljusets hastighet i vakuum och frekvensen. För CWDM används ett våglängdsnät med ett steg på 20 nm, för standard DWDM-system är frekvensnäten 100 GHz och 50 GHz, för högdensitets-DWDM används 25 och 12,5 GHz-nät.

CWDM och DWDM våglängder och frekvenser

CWDM-tekniken använder våglängder från intervallet 1270 - 1610 nm. Med hänsyn till filtrens toleranser och bandbredd utökas intervallet till 1262,5 - 1617,5, vilket är 355 nm. vi får 18 våglängder.

För DWDM med ett 100 GHz-nät är bärvågorna placerade i intervallet från 191,5 (1565,50 nm) THz till 196,1 THz (1528,77 nm), d.v.s. ett intervall på 4,6 THz eller 36,73 nm brett. Totalt 46 våglängder för 23 duplexkanaler.

För DWDM med ett 50 GHz-nät är signalfrekvenserna i intervallet 192 THz (1561,42 nm) - 196 THz (1529,55 nm), vilket är 4 THz (31,87 nm). Det finns 80 våglängder här.

CWDM- och DWDM-förstärkningsförmåga

Våglängdsmultiplexeringssystem baserade på CWDM-teknologi involverar inte förstärkning av en flerkomponentsignal. Detta beror på bristen på optiska förstärkare som fungerar i ett så brett spektrum.

DWDM-teknik involverar tvärtom signalförstärkning. Flerkomponentsignalen kan förstärkas med standarderbiumförstärkare (EDFA).

Driftområde CWDM och DWDM

CWDM-system är designade för att fungera på linjer med relativt kort längd, cirka 50-80 kilometer.

DWDM-system tillåter dataöverföring över avstånd mycket större än 100 kilometer. Dessutom, beroende på typen av signalmodulering, kan DWDM-kanaler fungera utan regenerering på ett avstånd av mer än 1000 kilometer.

Anteckningar

1) I början av 2015 introducerade tillverkare av optiska moduler, inklusive SKEO, CWDM SFP-moduler med en våglängd på 1625 nm. Denna våglängd specificeras inte av ITU G.694.2, men har funnit användning i praktiken.

2) Frekvensnät för CWDM beskrivs i ITU G.694.2-standarden, för DWDM - i G.694.1-standarden (revision 2).

Antal våglängder och kanaler CWDM och DWDM

CWDM-våglängdsmultiplexeringsteknik involverar användning av 18 våglängder 1), medan precisionsvåglängdsmultiplexering DWDM kan använda 40 våglängder eller mer.

CWDM och DWDM frekvensnät

CWDM och DWDM våglängder och frekvenser

För DWDM med ett 50 GHz-nät är signalfrekvenserna i intervallet 192 THz (1561,42 nm) - 196 THz (1529,55 nm), vilket är 4 THz (31,87 nm). Det finns 80 våglängder här.

CWDM- och DWDM-förstärkningsförmåga

DWDM-teknik involverar tvärtom signalförstärkning. Flerkomponentsignalen kan förstärkas med standarderbiumförstärkare (EDFA).

Driftområde CWDM och DWDM

CWDM-system är designade för att fungera på linjer med relativt kort längd, cirka 50-80 kilometer.

Anteckningar

2) Frekvensnät för CWDM beskrivs i ITU G.694.2-standarden, för DWDM - i G.694.1-standarden (revision 2).

Tekniken packad våglängdsdelningsmultiplexing (Dense Wave Division Multiplexing, DWDM) är designad för att skapa en ny generation av optiska stamnät som körs i multi-terabithastigheter och. Information i fiberoptiska kommunikationslinjer passerade samtidigt ett stort antal ljusvågor. DWDM-nätverk fungerar enligt principen om kanalväxling, varje ljusvåg är en enda spektralkanal och är viktig information.

Möjligheter med DWDM

Antalet kanaler i en enda fiber - 64 ljusstrålar i 1550 nm fönstertransparens. Varje ljusvåg sänder information med 40 Gb/s. hårdvaruutveckling pågår också med datahastigheter på upp till 100 Gbit/s och Cisco pågår redan för att utveckla sådan teknik.

Inom DWDM-tekniken har föregångaren - våglängds(Wave Division Multiplexing, WDM), som använder fyra spektralkanalsöverföringsfönster 1310 nm och 1550 nm, med ett bärvågsavstånd på 800-400 GHz. Multiplexering av DWDM kallas "densified" på grund av att den använder ett betydligt mindre avstånd mellan våglängderna än WDM.

Frekvensplaner

För närvarande är två av frekvensplanen (dvs. en uppsättning frekvenser som är separerade från varandra med ett konstant värde) definierade rekommendation G.692 Sektor ITU-T:

Frekvensplanens tonhöjd (mellanrum mellan intilliggande frekvenskanaler) på 100 GHz (0,8 nm = JA), varvid dataöverföringsvågen 41 appliceras i området 1528,77 (196,1 THz) till 1560,61 nm (192,1 THz);
Frekvensplan i steg om 50 GHz (JA = 0,4 nm), vilket gör att du kan överföra i samma intervall på 81 våglängder.
Vissa företag tillverkade också utrustning, den högt kallade våglängdsmultiplexeringsutrustningen (High-Dense WDM, HDWDM), som kan arbeta med en frekvens på upp till 25 GHz-steg.

Huvudproblemet i konstruktionen av supertäta DWDM-system är att med minskande frekvenssteg finns en överlappning av spektrumet av intilliggande kanaler och det blir suddighet i ljusstrålen. Det leder till en ökning av antalet fel och oförmåga att överföra information om systemet

Frekvensplaner för DWDM

I det följande används kanalplaner för närvarande för olika typer av DWDM-system, CWDM, HDWDM, WDM.

Frekvensplaner DWDM

Optiska fiberförstärkare

Den praktiska framgången för DWDM-tekniken definierade på många sätt utseendet på en fiberoptisk förstärkare. Optiska enheter förstärker direkt ljussignaler i 1550 nm-bandet, vilket eliminerar behovet av mellanliggande konvertering till elektrisk form, liksom regeneratorerna som används i SDH-nätverket. Nackdelen med system för elektrisk signalregenerering är att de måste ta en viss typ av kodning, vilket gör dem ganska dyra. Optiska förstärkare, "transparent" överföringsinformation, gör det möjligt att öka linjehastigheten utan att behöva uppgradera förstärkarenheterna. Längden på sektionen mellan de optiska förstärkarna kan nå 150 km eller mer, vilket ger ekonomiskt genererade DWDM-stamnät där multiplexsektionslängden idag är 600-3000 km med användning av 1 till 7, de mellanliggande optiska förstärkarna.

Rekommendation ITU-T G.692 definierade tre typer av förstärkningssektioner, dvs sektioner mellan två intilliggande multiplexorer, DWDM:

L (lång)- tomten består av maximalt 8 spann av fiberoptiska kommunikationslinjer och 7 optiska förstärkare, det maximala avståndet mellan förstärkarna - upp till 80 km med en maximal total längd av sektionen på 640 km;
V (mycket lång)- tomten består av maximalt 5 spann av fiberoptiska kommunikationslinjer och 4 optiska förstärkare, det maximala avståndet mellan förstärkarna - upp till 120 km med en maximal total längd på 600 km sektion;
U (Ultra lång)- tomt utan repeatrar upp till 160 km

Restriktioner på mängden utrullning och långa associerade med försämringen av den optiska signalen i den optiska förstärkningen. Även om den optiska förstärkaren återställer signalstyrkan, kompenserar den inte helt för effekten av kromatisk dispersion (dvs. utbredning av olika våglängder med olika hastigheter, på grund av vilken signalen i den mottagande änden är "utsmetad" av fibrer) och andra icke-linjära effekter. För att bygga en mer omfattande motorväg måste därför installeras mellan de förstärkande delarna DWDM-multiplexorer som utför signalregenerering genom att omvandla den till elektrisk form och tillbaka. För att reducera icke-linjära effekter i DWDM-signalen gäller även kraftsystem.

Typiska topologier

Ultralång tvåpunktsanslutning på basis av terminalmultiplexer, DWDM

DWDM-krets med ingång-utgång i mellannoderna

Ringtopologi

Ringtopologin ger DWDM-nätverk överlevnad genom redundanta vägar. trafikskyddsmetoder som används i DWDM, liknande metoderna i SDH. För vissa var anslutningen säkrad, två vägar etableras mellan dess ändpunkter: huvud och reserv. Multiplexerns slutpunkt jämför de två signalerna och väljer den bästa signalkvaliteten.

Ring DWDM multiplexorer

Nättopologin

Med utvecklingen av DWDM-nätverk används allt mer mesh-topologi, vilket ger den bästa prestandan vad gäller flexibilitet, prestanda och elasticitet än andra topologier. Men för att implementera en mesh-topologi måste du ha optiska korsanslutningar (Optical Cross-Connector, PL), som inte bara lägger till vågor till den övergripande transitsignalen och matar ut dem, liksom multiplexorns in- och utmatning, utan också stöder godtyckliga växla mellan optiska signaler sända vågor av olika längd.

Mesh DWDM

Optiska multiplexorer IO

Passiva multiplexorer som används i DWDM-nätverk (utan strömförsörjning och aktiv konvertering) och aktiva multiplexorer, demultipleskory.

Passiva multiplexorer	Aktiva multiplexorer
Antalet ljusvågor är lågt	Antalet ljusvågor är begränsat till tillämplig frekvensplan och en uppsättning ljusvågor
Den låter dig visa och insignalen är en ljusvåg utan att ändra ljusstrålens övergripande spektrum	Den introducerar inte ytterligare dämpning eftersom den producerar en fullständig demultiplexering av alla kanaler och omvandling till elektrisk form
Inför ytterligare dämpning	Det har en hög kostnad
Det har en budgetkostnad

Optiska korskopplingar

I nätverk med mesh topologi är nödvändigt för att ge flexibiliteten att ändra vägen för vågen av anslutningar mellan nätverksabonnenter. Sådana möjligheter tillhandahåller optiska korskopplingar för att styra någon av vågorna vid vilken utgångsport som helst från varje ingångsportsignal (naturligtvis, förutsatt att ingen annan signal i denna port inte använder vågen måste utföra en annan sändningsvåglängd).

Det finns två typer av optiska korskopplingar:

Optoelektroniska korskopplingar med mellanliggande omvandling till elektrisk form;
helt optiska korskopplingar eller fotoniska switchar.

MicroElectro Mechanical System, MEMS

Faktorer som ska beaktas vid konstruktion av DWDM-system

Kromatisk dispersion

Kromatisk dispersion- som ett resultat av dess påverkan, när den fortplantar sig genom fibern, blir pulserna som utgör den optiska signalen bredare. Vid sändning av signaler över långa avstånd kan pulser läggas över den intilliggande, vilket gör det svårt för korrekt återhämtning. Med ökande hastighet på överföringen ökar optisk fiberlängd och kromatisk spridningseffekt. För att minska effekten av kromatisk dispersion på de sända signalerna används dispersionskompensatorer.

Dispersion av polarisationsläge

PMD uppstår i en optisk fiber på grund av skillnaden i utbredningshastigheterna för de två ömsesidigt vinkelräta polarisationsmodkomponenterna, vilket leder till distorsion av de överförda pulserna. Anledningen till detta fenomen är heterogeniteten hos den optiska fiberns geometriska form. Effekt av dispersion av polarisationsmod på de överförda optiska signalerna med ökande hastighet med ökande antal kanaler och tätningssystem med ökande fiberlängd.

Stimulerad backscatter Mandelstam - Brillouin, kärnan i detta fenomen är att skapa en optisk signal av periodiska domäner med varierande brytningsindex - ett slags virtuellt diffraktionsgitter som passerar genom vilket signaler fortplantar sig som den akustiska vågen. Reflekterade detta virtuella rutnätssignaler läggs till och förstärks för att bilda en omvänd optisk signal med dopplerfrekvensen nere. Detta fenomen leder till en ökning av brusnivån och förhindrar spridningen av den optiska signalen, eftersom en stor del av dess effekt försvinner i motsatt riktning. Ofta felaktigt kallat detta fenomen reflekterad akustisk våg.

Fasmodulering vid höga effektnivåer hos lasersignalen kan modulering av dess egen fas av signalen inträffa. Denna modulering utökar räckvidden och breddar eller komprimerar signalen i tid, beroende på tecknet på den kromatiska dispersionen. I täta WDM-system kan självmoduleringssignaler med ett utökat spektrum överlagras på de intilliggande kanalerna. Fasmoduleringssignalen ökas med ökande effekt, ökande överföringshastighet och med en negativ kromatisk dispersion. Inverkan av fasmodulering reduceras vid noll eller en liten positiv kromatisk dispersion

Korsfasmodulering den fenomen resulterande signalen modulerar fasen för enkanalssignaler från angränsande kanaler. Faktorer som påverkar tvärfasmoduleringen, som sammanfaller med de påverkande faktorerna för fasmoduleringen. Dessutom beror korsfasmoduleringseffekten på antalet kanaler i systemet.

Fyrvågsblandning, visas vid tröskeleffektnivålasern, i vilket fall fiberns icke-linjära egenskaper leder till växelverkan mellan tre vågor och den fjärde vågen av det nya utseendet, vilket kan sammanfalla med frekvensen för en annan kanal. Sådan överlagringsfrekvens ökar brusnivån och signalmottagningen är svår

Insättning av EDFA-förstärkarljud, orsaken till detta fenomen - kraften i den förstärkta spontana emissionen som uppstår på grund av designfunktionerna edfa-förstärkare. I processen att passera genom förstärkaren till den användbara komponenten av den optiska signalen läggs till bruset, vilket minskar förhållandet mellan "signal / brus" som ett resultat av att signalen kan tas emot felaktigt. Detta fenomen begränsar mängden in-line-förstärkare.

DWDM-teknik

Tät våglängdsmultiplexering (DWDM) är modern teknologiöverföring av ett stort antal optiska kanaler över en fiber, vilket ligger till grund för den nya generationen nätverkstekniker. För närvarande genomgår telekommunikationsindustrin oöverträffade förändringar i samband med övergången från röstbaserade system till dataöverföringssystem, vilket är en konsekvens av den snabba utvecklingen av internetteknik och en mängd olika nätverkstillämpningar. Med storskalig utbyggnad av datanätverk kommer en modifiering av själva nätverksarkitekturen. Det är därför det krävs grundläggande förändringar i principerna för nätverksdesign, kontroll och förvaltning. Den nya generationen nätverksteknologier är baserade på optiska nätverk med flera våglängder baserade på tät våglängdsdelningsmultiplexering (DWDM).

Beskrivning av teknik

100 GHz nät.

Tabellen till höger visar 100 GHz frekvensplannät med olika grader av kanalgleshet. Alla rutnät utom en 500/400 har lika stora kanaler. Enhetlig distribution av kanaler gör att du kan optimera driften av vågomvandlare, inställbara lasrar och andra enheter i ett helt optiskt nätverk, och gör det också lättare att bygga upp det.

Implementeringen av ett visst frekvensplansnät beror till stor del på tre huvudfaktorer:

typ av optiska förstärkare som används (kisel eller fluorozirkonat);
överföringshastigheter per kanal - 2,4 Gbit/s (STM-16) eller 10 Gbit/s (STM-64);
påverkan av icke-linjära effekter.

Dessutom är alla dessa faktorer starkt sammankopplade.

Standard kiselfiber-EDFA har en nackdel - stor förstärkningsvariation i området under 1540 nm, vilket leder till lägre signal-brus-förhållanden och vinst-olinjäritet i denna region. Både mycket låga och mycket höga förstärkningsvärden är lika oönskade. När bandbredden ökar ökar det lägsta signal-brusförhållandet som standarden tillåter - till exempel för STM-64-kanalen är det 4-7 dB högre än för STM-16. Således begränsar icke-linjäriteten hos kisel-EDFA-förstärkningen mer starkt zonstorleken för STM-64-multiplexkanaler (1540-1560 nm) än för STM-16-kanaler och lägre kapacitet (där nästan hela kisel-EDFA-förstärkningszonen kan användas, trots olinjäriteten).

50 GHz nät.

En tätare, men ändå icke-standardiserad frekvensnätplan med ett intervall på 50 GHz möjliggör effektivare användning av 1540-1560 nm-zonen där standardkisel-EDFA:er fungerar. Tillsammans med denna fördel har detta rutnät sina nackdelar.

I- först, med minskande interkanalintervall ökar påverkan av fyrvågsblandningseffekten, vilket börjar begränsa maximal längd interregenerationslinje (linje baserad endast på optiska förstärkare).

I- andra,Det korta avståndet mellan kanalerna på 0,4 nm kan begränsa möjligheten att multiplexera STM-64-kanaler. Som framgår av figuren är multiplexering av STM-64-kanaler med ett intervall på 50 GHz inte tillåtet, eftersom spektra för intilliggande kanaler överlappar varandra. Endast om det finns en lägre överföringshastighet per kanal (STM-4 och lägre), uppstår ingen spektrumöverlappning.

I- tredje, vid 50 GHz blir kraven för avstämbara lasrar, multiplexorer och andra komponenter strängare, vilket minskar antalet potentiella utrustningstillverkare och leder också till en ökning av dess kostnad.

DWDM multiplexorer

DWDM-multiplexorer (till skillnad från mer traditionella WDM) har två utmärkande egenskaper:

användning av endast ett transparensfönster på 1550 nm, inom området C-band 1530-1560 nm och L-band 1570-1600 nm;
litet avstånd mellan multiplexkanaler, 0,8 eller 0,4 nm.

Dessutom, eftersom DWDM-multiplexer är designade för att fungera med ett stort antal kanaler upp till 32 eller fler, tillsammans med DWDM-enheter där alla kanaler multiplexeras (demultiplexas) samtidigt, kommer nya enheter som inte har några analoger i WDM-system och fungerar i additionslägen är också tillåtna eller utmatning av en eller flera kanaler till/från en huvudmultiplexström representerad av ett stort antal andra kanaler. Eftersom utgångsportarna/polerna på en demultiplexer är tilldelade specifika våglängder, sägs enheten utföra passiv våglängdsdirigering. På grund av de korta avstånden mellan kanalerna och behovet av att arbeta med ett stort antal kanaler samtidigt, kräver tillverkningen av DWDM-multiplexorer betydligt större precision jämfört med WDM-multiplexorer (vanligtvis med genomskinlighetsfönster på 1310 nm, 1550 nm eller dessutom våglängdsområdet i närheten av 1650 nm). Det är också viktigt att säkerställa hög överhörningsprestanda på nära håll (direktivitet) och långdistans (isolering) vid polerna på en DWDM-enhet. Allt detta leder till en högre kostnad för DWDM-enheter jämfört med WDM.

Figur "a" visar en typisk DWDM-multiplexerkrets med ett spegelreflekterande element. Låt oss överväga dess funktion i demultiplexeringsläge. Den inkommande multiplexsignalen når ingångsporten. Denna signal passerar sedan genom plattvågledaren och fördelas över flera vågledare som representerar en AWG-diffraktionsstruktur (arrayed waveguide gitter). Som tidigare förblir signalen i var och en av vågledarna multiplexerad och varje kanal förblir representerad i alla vågledare. Därefter reflekteras signalerna från spegelytan och som ett resultat samlas ljusflödena återigen i vågledarplattan, där de fokuseras och störs - rumsligt separerade interferensintensitetsmaxima bildas, motsvarande olika kanaler. Geometrin hos vågledarplattan, i synnerhet placeringen av utgångspolerna, och vågledarlängderna för AWG-strukturen beräknas så att interferensmaxima sammanfaller med utgångspolerna. Multiplexering sker omvänt.

En annan metod för att konstruera en multiplexer baseras inte på en utan på ett par vågledarplattor (fig. b). Funktionsprincipen för en sådan enhet liknar det tidigare fallet, förutom att här används en extra platta för fokusering och störningar.

DWDM-multiplexorer, som är passiva enheter, introducerar stor dämpning i signalen. Till exempel är förlusterna för en enhet (fig. 1a) som arbetar i demultiplexeringsläge 4-8 dB, med överhörning på lång räckvidd

Transpondrar och transceivers

För att överföra data vid våglängder från ett DWDM-nät kan två typer av enheter användas - transceivrar och DWDM-transpondrar. DWDM-transceivrar finns i en mängd olika formfaktorer och kan användas i passiva DWDM-lösningar.

Till skillnad från transceivrar låter transpondrar dig omvandla strålningsvåglängden från terminalenheten till en DWDM-våglängd för överföring till multiplexorn. Ingångarna på den optiska multiplexorn tar emot optiska signaler vars parametrar överensstämmer med de standarder som definieras av G.692-rekommendationerna. En transponder kan ha ett annat antal optiska in- och utgångar. Men om en optisk signal kan matas till någon transponderingång, vars parametrar bestäms av rec. G.957, då måste dess utsignaler i parametrar motsvara rec. G.692. Dessutom, om m optiska signaler komprimeras, måste våglängden för varje kanal vid transponderutgången endast motsvara en av dem i enlighet med ITU:s frekvensplan.

Användning av optiska förstärkare

Utvecklingen av EDFA-baserad optisk förstärkningsteknik har avsevärt förändrat designmetoden för fiberoptiska kommunikationssystem. Traditionella fiberoptiska system använder regeneratorrepeater som ökar signaleffekten (Fig. 3a). När längden mellan avlägsna noder börjar överskrida, vad gäller signaldämpning, den maximala tillåtna flyglängden mellan angränsande noder, installeras ytterligare regeneratorer vid mellanliggande punkter som accepterar svag signal, förstärker den i processen för optoelektronisk omvandling, återställer pulsupprepningens arbetscykel, fronter och tidsegenskaper, och efter att ha omvandlat den till optisk form sänder de den korrekta förstärkta signalen, i samma form som den var vid utgången av den föregående regeneratorn. Även om sådana regenereringssystem fungerar bra är de ganska dyra och när de väl har installerats kan de inte öka kapaciteten på linjen.

Baserat på EDFA övervinns effektförlusten i linjen genom optisk förstärkning (fig. 3b). Till skillnad från regeneratorer är denna "transparenta" förstärkning inte bunden till signalens bithastighet, vilket gör det möjligt att överföra information med högre hastigheter och öka genomströmningen tills andra begränsande faktorer såsom kromatisk dispersion och polarisationslägesdispersion kommer in i bilden. EDFA-förstärkare kan också förstärka en flerkanalig WDM-signal, vilket ger ytterligare en dimension till bandbredden.

Även om den optiska signalen som genereras av den ursprungliga lasersändaren har en väldefinierad polarisation, bör alla andra noder längs den optiska signalvägen, inklusive den optiska mottagaren, uppvisa ett svagt beroende av sina parametrar på polarisationsriktningen. I denna mening har optiska EDFA-förstärkare, som kännetecknas av ett svagt polarisationsberoende av förstärkningen, en påtaglig fördel jämfört med halvledarförstärkare.

Till skillnad från regeneratorer introducerar optiska förstärkare ytterligare brus som måste beaktas. Därför, tillsammans med förstärkningen, är en av de viktiga parametrarna för EDFA brussiffran.

Tillämpning av ROADM-enheter

Användningen av en omkonfigurerbar optisk add/drop multiplexer (ROADM) möjliggör flexibel distribution och fjärrkonfiguration av spektrumkanaler. Vid vilken nod som helst i ROADM-nätverket är det möjligt att växla tillståndet för spektrumkanalen till input/output och end-to-end-överföring utan att avbryta befintliga tjänster. När du arbetar med en avstämbar laser ger ROADM flexibel kontroll av spektrala kanaler. ROADMs låter dig bygga nätverk med flera ringar eller blandade nätverk: baserat på spektrumväljarväxlingsteknik (WSS).

Konstruktion av DWDM-nätverk

Urban DWDM-nätverk byggs som regel med en ringarkitektur, som tillåter användning av skyddsmekanismer på DWDM-nivå med en återställningshastighet på högst 50 ms. Det är möjligt att bygga en nätverksinfrastruktur på utrustning från flera leverantörer med en extra distributionsnivå baserad på Metro DWDM-utrustning. Denna nivå införs för att organisera trafikutbyte mellan nätverk med utrustning från olika företag.

I DWDM-teknik är den minsta signalupplösningen den optiska kanalen, eller våglängden. Användningen av hela våglängder med kanalkapacitet på 2,5 eller 10 Gbit/s för att utbyta trafik mellan subnät är motiverat för att bygga stora transportnät. Men transponder-multiplexer låter dig organisera trafikutbyte mellan undernät på nivån för STM-4/STM-1/GE-signaler. Distributionsnivån kan också byggas på SDH-teknik. Men DWDM har en stor fördel förknippad med transparensen av kontrollkanaler och tjänstekanaler (till exempel tjänstekommunikation). När SDH/ATM/IP-signaler paketeras i en optisk kanal ändras inte strukturen och innehållet i paketen. DWDM-system övervakar endast enskilda bytes för att säkerställa att signalerna flödar korrekt. Därför kan anslutning av subnät över en DWDM-infrastruktur vid en enda våglängd betraktas som att ansluta med ett par optiska kablar.

Vid användning av utrustning från olika tillverkare ansluts två dataöverföringsundernät från en tillverkare via ett DWDM-nätverk från en annan tillverkare. Ett kontrollsystem som är fysiskt anslutet till ett subnät kan också styra driften av ett annat subnät. Om SDH-utrustning användes på distributionsnivå skulle detta inte vara möjligt. Baserat på DWDM-nätverk är det alltså möjligt att kombinera nätverk från olika tillverkare för att överföra heterogen trafik.

SFP (WDM, CWDM, DWDM) – VAD ÄR DET? VAD BEHÖVS DE FÖR?

Wavelength Division Multiplexing (WDM) teknologier.

Spektrummultiplexering är baserad på en metod för multiplexering av optiska kanaler. Princip den här metoden ligger i det faktum att varje informationsström sänds över en optisk fiber vid en annan våglängd (vid en annan bärfrekvens), åtskilda på ett avstånd av 20 nm från varandra.

Med hjälp av speciella enheter - optiska multiplexorer - kombineras strömmarna till en optisk signal, som införs i den optiska fibern. På den mottagande sidan utförs den omvända operationen - demultiplexering, utförd med optiska demultiplexorer. Detta öppnar verkligen outtömliga möjligheter för att både öka linjekapaciteten och bygga komplexa topologiska lösningar med en enda fiber.

När du väljer antalet kanaler bör du vara uppmärksam på vilken typ av enkelmodsfiber som används!
Till exempel har G.652B-fibrer (vattentoppade fibrer vid 1383 nm) höga strålningsförluster vid korta våglängder, så det tillåtna överföringsavståndet minskas och antalet spektrala kanaler blir mindre än vad som krävs.

I grova WDM-system bör, i enlighet med ITU-rekommendation G.694.2, inte mer än 18 bärare användas med en stigning på 20 nm: 1270, 1290, 1310 ... 1570, 1590, 1610, d.v.s. om det totala erforderliga våglängdsområdet inte överstiger 340 nm. Det bör beaktas att vid kanterna av ett så brett område är dämpningen ganska stor, speciellt i det korta våglängdsområdet. Antalet kanaler utökades till 18 med så kallade nollvattentoppfibrer (ZWPF, Zero Water Peak Fiber; LWPF, Low Water Peak Fiber), vars parametrar bestäms av ITU-T-rekommendationen G.652.C/ D. I fibrer av denna typ Absorptionstoppen vid en våglängd på 1383 nm har eliminerats och dämpningsvärdet vid denna våglängd är cirka 0,31 dB/km.

G.653-fiber visade sig olämplig för den nya, snabbt utvecklande WDM-våglängdsmultiplexeringstekniken på grund av dess nollspridning vid 1550 nm, vilket ledde till en kraftig ökning av signaldistorsion från fyrvågsblandning i dessa system. Den mest lämpliga optiska fibern för tät och högdensitets WDM (DWDM och HDWDM) var G.655, och den nyligen standardiserade G.656 optiska fibern för gles WDM.
Skapandet av fibrer utan en "vattentopp" gjorde det möjligt att använda alla vågor i området från 1260 till 1625 nm i kommunikationssystem, d.v.s. där optisk kvartsfiber har störst transparens.

GRUNDUTRUSTNING

Multiplexer/demultiplexer (MUX/DEMUX); låter dig summera och separera optiska signaler.

låter dig välja och lägga till en signal till fibern vid vissa bärfrekvenser.

Beroende på den aktuella uppgiften bestäms konfigurationen av multiplexern/demultiplexern (Mux/Demux) av följande egenskaper:

Dubbelfiber multiplexer (2 fibrer)
Enkelfiber multiplexer(1 fiber (enkel fiber) eller dubbelriktad)
4 eller 8 kanals multiplexer(8 eller 16 våglängder), i drift på en fiber
8 eller 16 kanaler, som arbetar på två fibrer
multiplexer med två "vanliga"(ALLMÄNNING) Slutsatser att implementera en "ring" topologi
För "Point-to-Point"- eller "Ring"-topologier krävs en "parvis" (Tx–Rx-portar) uppsättning multiplexorer - Mux/Demux Typ I, Mux/Demux Typ II
Kontakter – FC,SC,LC,ST,FA,SA

Multiplexer kan levereras i följande versioner:
Rack 19" 1RU
I ett plastfodral(för vägg- eller boxmontering)
Efter typ av kontakt– LC, SC, etc.

SFP (Small Form Factor Pluggable) transceivrar (SFP, SFP+, X2, XFP) – generera och ta emot optiska signaler (vissa våglängder) i ett CWDM-system; konvertera en signal från elektrisk till optisk och vice versa. SFP-modul kombinerar både en sändare och en mottagare. Därför stöder den samtidig överföring och mottagning av data över två länkar inom en enda kanal. Sedan radions dagar har sådana enheter kallats transceivers. Det är därför SFP-moduler kallas transceivers.

Varje SFP-transceiver fungerar på två fibrer och, till skillnad från standard tvåfiber 1000Base LX-transceivrar, fungerar på två olika våglängder - bredbandsmottagare fungerar med en våglängd och sändaren med en annan.
För att bilda en datakanal i ett SFP-system konfigureras transceivrar i par.

Transceivrar skiljer sig också i signalstyrka (kilometer), det vill säga de fungerar över olika avstånd.

För starkare optisk signalkomprimering används "färg" SFP-moduler som arbetar inom ett visst våglängdsområde (CWDM). Sådana SFP-sändtagare är designade för att generera optiska "huvudbärare"-signaler från 1270 till 1610 nm (20 nm steg).

SFP-moduler finns tillgängliga som fungerar över både en och två fibrer med en genomströmning på 1,25, 2,5 och 4,25 Gbps. Dessa moduler kan installeras direkt i växlingsutrustning från praktiskt taget alla tillverkare, vilket möjliggör sömlös integrering av CWDM i befintlig infrastruktur. Samma modul kan fungera som ett Gigabit Ethernet-, Fibre Channel- eller SDH-gränssnitt, vilket avsevärt tillför flexibilitet till lösningen.

Det är också möjligt att installera CWDM SFP-moduler i mediaomvandlarens chassi. Att använda ett chassi är den mest flexibla lösningen, vilket helt eliminerar problem med utrustningsinkompatibilitet. Genom att använda chassit får du standard 1000BASE-T Gigabit Ethernet-portar, vilket eliminerar behovet av dyra switchar med SFP-portar.

Särskild uppmärksamhet bör ägnas åt komprimering av 10 Gbit/s-kanaler. För bara tre år sedan fanns det inga sändare/mottagare som arbetade med hastigheter på 10 Gbit/s och stödde våglängder för frekvensnätet i glesa spektrummultiplexsystem; nu har sådana moduler dykt upp, men deras användning innebär betydande begränsningar för systemets kapacitet, jämfört med kanalmultiplexing 1,25 Gbit/s och 2,5 Gbit/s.

Det finns för närvarande inga 10 Gbps-lasrar som arbetar i våglängdsområdet 1350-1450 nm, så det maximala antalet multiplexade kanaler på 10 Gbps kan inte överstiga 12 när två G.652D-fibrer används. Dessutom, när du använder 10 Gbit/s-kanaler, är det nödvändigt att ta hänsyn till att den maximala optiska budgeten för sådana moduler för närvarande inte är mer än 28 dBm, vilket motsvarar en räckvidd på cirka 80 kilometer över singelmodsfiber. I de fall det är nödvändigt att komprimera och sända mer än 12 10 Gbit/s kanaler, inkl. över avstånd på mer än 80 kilometer används DWDM-utrustning.

OADM-moduler - input/output multiplexorer; låter dig välja och lägga till en signal till fibern för vissa operatörer.

Grundläggande egenskaper:
Enkanalsingång/utgång
Passiv optik
Låg insättningsförlust för backhaul-länkar
Dedikerad våglängd till slutanvändare

I grunden särskiljs enkanals- och dubbelkanals OADM-moduler. Deras skillnad ligger i förmågan att ta emot och ta emot en optisk signal från en eller två multiplexorer och beror fysiskt på närvaron av en eller två transceiverenheter. Följaktligen har en enkelkanals OADM-modul en transceiverenhet och kan arbeta med endast en multiplexor i en riktning. Den tvåkanaliga OADM-modulen har två transceiverenheter och kan arbeta "i två riktningar" med två multiplexorer/demultiplexorer.

Transceiverenheten i enkanals OADM-modulen har fyra gränssnitt:

Com-port – tar emot en signal från multiplexern
Expressport – skickar signalen till andra delar av systemet
Lägg till port – lägger till en kanal vid en viss våglängd till linjen,
Dropport – extraherar en kanal vid en viss våglängd från linjen.

Sådana enheter har inga begränsningar för protokoll eller bandbredd.
Följaktligen har den tvåkanaliga OADM-modulen ytterligare två Add and Drop-portar.
Om ett dubbelfibersystem används läggs även Com2- och Express2-portar till.
En enkelkanals OADM-modul fungerar tillsammans med en SFP-sändtagare, en tvåkanalig OADM - med två

OADM terminal transitmodul ( drop/pass modul) tar en kanal från trunk och dirigerar den till den lokala hamnen. De återstående kanalerna skickas direkt till andra nätverksnoder.

Den enkanaliga OADM-multiplexmodulen (släpp/lägg till modul) har två lokala gränssnitt. Den första tar en kanal från stammen och dirigerar den till den lokala porten, den andra lägger till denna kanal tillbaka till stammen i motsatt riktning. En sådan modul är nödvändig när man bygger ett "ring" topologinätverk.

OADM-moduler kan levereras i följande versioner:
Rackmonterad 19” 1RU
I plastfodral (för montering på vägg eller i en hylsa)
Kontakter – LC, SC, etc.

De huvudsakliga våglängdsmultiplexeringssystemen är:

- WDM (Wavelength Division Multiplexing)

- CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing)

Så vad är WDM?

Teknik för att lägga till optiska signaler med olika våglängder, som sänds samtidigt längs en fiber, 2 eller fler signaler separerade längst ut efter våglängd. Den mest typiska (2-kanals WDM) kombinerar våglängder 1310 nm och 1550 nm i en enda fiber.

Två-kanals WDM (och tre-kanals) kan användas för att snabbt och enkelt lägga till ytterligare (eller två extra) våglängder. Det är mycket enkelt att installera och ansluta och mycket billigt. I de flesta fall är WDM den mest kostnadseffektiva lösningen för kabelbrist, vilket ger en fiberförstärkning på 2 till 1 eller 3 till 1 genom att kombinera våglängderna 1310 nm, 1550 nm och 1490 nm till en enda fiber.

I de fall där fler kanaler krävs för att utöka den befintliga fiberoptiska infrastrukturen, tillhandahåller CWDM en effektiv lösning för korta optiska spännvidder (upp till 80 km). CWDM kan enkelt och snabbt lägga till upp till 18 ytterligare våglängder vid ITU-standardiserade frekvenser. Den är idealisk för medelstora nätverk med tvärsnittsdimensioner upp till 100 km. Eftersom våglängdsavståndet är 20 nm, kan billigare lasrar användas, vilket resulterar i mycket låg kostnad. CWDM-system, även om de är flerkanaliga, har inga optiska förstärkningsmekanismer och avståndsbegränsningar bestäms av kanalen med maximal dämpning. Dessutom kan kanaler från området 1360nm till 1440nm uppleva den största dämpningen (1 till 2 dB/km) på grund av vattentoppen i denna region för vissa typer av optisk kabel.

Där hög kapacitet eller långdistansöverföring krävs, lösningar DWDMär den föredragna metoden för att öka fiberkapaciteten. Med sina högprecisionslasrar optimerade för att arbeta i 1550 nm-fönstret (för att minska förluster), är DWDM-system idealisk lösning för mer krävande nätverk. DWDM-system kan använda EDFA för att förstärka alla våglängder i DWDM-fönstret och förlänga överföringslängder upp till 500 km.

DWDM-system är vanligtvis begränsade i räckvidd till 4-5 förstärkningssektioner på grund av Amplified Spontaneous Emission (ASE) brus i EDFA. Simuleringsverktyg finns tillgängliga för att bestämma exakt hur många EDFA:er som kan installeras. På långa sträckor (>120 km) kan spridning vara ett problem, vilket kräver installation av dispersionskompensationsmoduler. DWDM-bandet är begränsat till våglängder som sträcker sig från 1530 nm till 1565 nm av EDFA-förstärkningsområdet.

Typer av lösningar:

1. Punkt - punkt.

Att lägga till ett punkt-till-punkt spektralsystem till ett optiskt system är en enkel och kostnadseffektiv lösning på fiberbristproblemet.
System med liknande topologi är typiska för att lösa problem med samtidig överföring av ett stort antal dataströmmar för att öka antalet tillhandahållna tjänster (video, röst, etc.). I detta fall används fibrer från ett redan existerande optiskt transportnät. I detta driftsätt sänds information genom kanaler mellan två punkter. För att framgångsrikt överföra data över ett avstånd på upp till 50-80 km behövs multiplexorer/demultiplexrar i de noder där informationsflöden kommer att kombineras och sedan separeras.

Grenanslutning

Denna arkitektur implementerar överföringen av information från en nod till en annan med mellanliggande noder längs denna väg, där individuella kanaler kan matas in och ut med OADM-moduler. Det maximala antalet grenar bestäms av antalet duplexöverföringskanaler (till exempel 4 eller och den optiska budgeten för linjen. Vid beräkning måste du komma ihåg att varje OADM-modul introducerar dämpning, vilket resulterar i att den totala längden en optisk kanal kan extraheras var som helst i banan.

I detta fall installeras OADM-moduler (dual-channel) mellan två multiplexorer/demultiplexrar.
I detta fall måste varje tvåkanalig OADM-modul vara utrustad med två SFP-sändtagare.

Peka med grenar.

Den grundläggande skillnaden från det första alternativet är frånvaron av en andra multiplexer/demultiplexer. Utbytet av signaler sker således mellan den centrala kommunikationscentralen och slututrustningen på olika sektioner av linjen. Denna arkitektur verkar lovande ur ekonomisk synvinkel, eftersom i själva verket låter det dig eliminera aggregationslagerswitchen från nätverket med betydande besparingar i fiber. I det här fallet begränsas avståndet från OADM-modulen (enkanals) till platsen för den slutliga utrustningen (switch, router, mediaomvandlare) endast av signaleffekten i linjen och insättningsförlusterna från kompressionsutrustningen.

Fördelar
Sparar optisk fiber - spektrummultiplexeringssystemet låter dig sända upp till 8 kanaler över en fiber med en genomströmning på upp till 2,5 Gb/s per kanal
Oberoende av strömförsörjning - ström krävs endast för aktiv utrustning
Inga problem med krascher, omstarter etc.
Det finns inget behov av att organisera permanent åtkomst till platserna för systemelement - det finns OADM-moduler designade för placering i optiska kopplingar
Minskad nivå av påverkan av den "mänskliga faktorn" - frånvaron av aktiva komponenter som kräver konfiguration, hantering etc.
Betydande minskning av ägandekostnaden - lägre driftskostnader
Relativt låg kostnad, möjlighet att eliminera utrustning på aggregatnivå
Den maximala räckvidden är 80 kilometer eller mer
Oberoende från klientprotokoll – överföring av upp till 18 oberoende tjänster över två par optiska fibrer; transparens för alla dataöverföringsprotokoll
Tillgänglighet olika typer utrustning för installation under olika förhållanden: i ett ställ, i en koppling, på en vägg.

Alla har säkert hört talas om att överföra information över fiberoptiska nätverk, och även att denna metod ger de högsta hastigheterna hittills. Det är det sistnämnda som ger ett bra skäl för utvecklingen av dataöverföringsteknologier över optisk fiber. Redan idag kan genomströmningen nå storleksordningen terabit (1000 gigabit) per sekund.

Jämfört med andra metoder för informationsöverföring är storleksordningen TB/s helt enkelt ouppnåelig. En annan fördel med sådana tekniker är överföringssäkerheten. Fiberoptisk överföring har inte nackdelarna med elektrisk eller radiosignalöverföring. Det finns ingen störning som kan skada signalen, och det finns inget behov av att licensiera användningen av radiofrekvensen. Det är dock inte många som föreställer sig hur information överförs över optisk fiber i allmänhet, och ännu mer är de inte bekanta med specifika implementeringar av teknologier. I den här artikeln kommer vi att titta på en av dem - DWDM-teknik (dense wavelength-division multiplexing).

Låt oss först titta på hur information överförs över optisk fiber i allmänhet. En optisk fiber är en vågledare som bär elektromagnetiska vågor med en våglängd i storleksordningen tusen nanometer (10-9 m). Detta är ett område med infraröd strålning som inte är synligt för det mänskliga ögat. Och huvudtanken är att med ett visst urval av fibermaterialet och dess diameter uppstår en situation då detta medium för vissa våglängder blir nästan transparent och även när det träffar gränsen mellan fibern och den yttre miljön, är det mesta av energin reflekteras tillbaka in i fibern. Detta säkerställer att strålning passerar genom fibern utan större förluster, och huvuduppgiften är att ta emot denna strålning i den andra änden av fibern. Naturligtvis döljer en så kort beskrivning många människors enorma och svåra arbete. Tro inte att sådant material är lätt att skapa eller att denna effekt är uppenbar. Tvärtom bör det behandlas som en stor upptäckt, eftersom det nu ger ett bättre sätt att överföra information. Du måste förstå att vågledarmaterialet är en unik utveckling och kvaliteten på dataöverföringen och störningsnivån beror på dess egenskaper; Vågledarens isolering är utformad för att säkerställa att den utåtriktade energieffekten är minimal. När det gäller en teknik som kallas "multiplexing", betyder det att du sänder flera våglängder samtidigt. De interagerar inte med varandra, och när de tar emot eller sänder information är interferenseffekter (överlagring av en våg på en annan) obetydliga, eftersom de manifesterar sig starkast vid flera våglängder. Precis här vi pratar om om att använda nära frekvenser (frekvensen är omvänt proportionell mot våglängden, så det spelar ingen roll vad du pratar om). En enhet som kallas multiplexer är en enhet för att koda eller avkoda information till vågformer och tillbaka. Efter denna korta introduktion, låt oss gå vidare till en specifik beskrivning av DWDM-teknik.

De huvudsakliga egenskaperna hos DWDM-multiplexer, som skiljer dem från bara WDM-multiplexer:

användning av endast ett transparensfönster på 1550 nm, inom EDFA-förstärkningsområdet på 1530-1560 nm (EDFA - optiskt amplifieringssystem);
korta avstånd mellan multiplexkanaler - 3,2/1,6/0,8 eller 0,4 nm.

För referens, låt oss säga att våglängden för synligt ljus är 400-800 nm. Dessutom, eftersom namnet i sig talar om tät överföring av kanaler, är antalet kanaler större än i konventionella WDM-scheman och når flera dussin. På grund av detta finns det ett behov av att skapa enheter som kan lägga till en kanal eller ta bort den, i motsats till konventionella system där alla kanaler kodas eller avkodas på en gång. Konceptet med passiv våglängdsdirigering är förknippat med sådana enheter, som fungerar på en kanal av många. Det är också tydligt att arbete med ett stort antal kanaler kräver större noggrannhet av signalkodnings- och avkodningsanordningar och ställer högre krav på linjekvalitet. Därav den uppenbara ökningen av kostnaderna för enheter - samtidigt som priset för att överföra en informationsenhet sänks på grund av att det nu kan överföras i en större volym.

Så fungerar en demultiplexerare med spegel (diagram i fig. 1a). Den inkommande multiplexsignalen når ingångsporten. Denna signal passerar sedan genom vågledarplattan och fördelas över många vågledare, som är en AWG (arrayed waveguide grating) diffraktionsstruktur. Som tidigare förblir signalen i var och en av vågledarna multiplexerad, och varje kanal förblir representerad i alla vågledare, det vill säga hittills har endast parallellisering skett. Därefter reflekteras signalerna från spegelytan, och som ett resultat samlas ljusflödena återigen i vågledarplattan, där de fokuseras och störs. Detta leder till bildandet av ett interferensmönster med rumsligt åtskilda maxima, och vanligtvis beräknas plattans och spegelns geometri så att dessa maxima sammanfaller med utgångspolerna. Multiplexering sker omvänt.

En annan metod för att konstruera en multiplexer baseras inte på en, utan på ett par vågledarplattor (Fig. Ib). Funktionsprincipen för en sådan enhet liknar det tidigare fallet, förutom att här används en extra platta för fokusering och störningar.

DWDM-multiplexorer, som är rent passiva enheter, introducerar stor dämpning i signalen. Till exempel är förlusterna för en enhet (se fig. 1a) som arbetar i demultiplexeringsläge 10-12 dB, med långdistansöverhörningsinterferens mindre än –20 dB och en halv bredd av signalspektrumet på 1 nm (baserat på material från Oki Electric Industry). På grund av stora förluster är det ofta nödvändigt att installera en optisk förstärkare före och/eller efter DWDM-multiplexern.

Den viktigaste parametern i tätvågsmultiplexeringsteknik är utan tvekan avståndet mellan intilliggande kanaler. Standardisering av det rumsliga arrangemanget av kanaler behövs om bara för att det på grundval av det kommer att vara möjligt att börja utföra tester för ömsesidig kompatibilitet mellan utrustning från olika tillverkare. Telekommuinom International Telecommunication Union (ITU-T) har godkänt en DWDM-frekvensplan med ett avstånd mellan kanaler på 100 GHz, vilket motsvarar en våglängdsskillnad på 0,8 nm. Frågan om att överföra information med en skillnad i våglängder på 0,4 nm diskuteras också. Det verkar som att skillnaden kan göras ännu mindre och därigenom uppnå större genomströmning, men i detta fall uppstår rent tekniska svårigheter i samband med tillverkning av lasrar som genererar en strikt monokromatisk signal (konstant frekvens utan störningar) och diffraktionsgitter som separerar maxima i rymden, motsvarande olika våglängder. När du använder 100 GHz-separation fyller alla kanaler det användbara bandet jämnt, vilket är bekvämt när du ställer in utrustning och omkonfigurerar den. Valet av separationsintervall bestäms av den erforderliga bandbredden, typen av laser och graden av interferens på linjen. Det måste dock beaktas att när man arbetar även i ett så smalt område (1530-1560 nm), är påverkan av olinjär interferens vid gränserna för denna region mycket betydande. Detta förklarar det faktum att när antalet kanaler ökar är det nödvändigt att öka lasereffekten, men detta leder i sin tur till en minskning av signal-brusförhållandet. Som ett resultat är användningen av en styvare tätning ännu inte standardiserad och är under utveckling. En annan uppenbar nackdel med att öka densiteten är minskningen av det avstånd över vilket signalen kan sändas utan förstärkning eller regenerering (detta kommer att diskuteras mer i detalj nedan).

Observera att det olinjäritetsproblem som nämns ovan är inneboende i kiselbaserade förstärkningssystem. Mer tillförlitliga fluor-zirkonatsystem utvecklas nu som ger större linjäritet (i hela området 1530-1560 nm) för förstärkningen. När EDFA-operationsområdet ökar blir det möjligt att multiplexera 40 STM-64-kanaler med 100 GHz-intervaller med en total kapacitet på 400 GHz per fiber (Fig. 2).

Tabellen visar specifikationer ett av de kraftfulla multiplexsystemen som använder frekvensplanen 100/50 GHz, tillverkad av Ciena Corp.

Låt oss ta en närmare titt på det optiska förstärkningssystemet. Vad är problemet? Initialt genereras signalen av en laser och skickas till fibern. Det sprider sig längs fibern och genomgår förändringar. Den huvudsakliga förändringen att hantera är signalspridning (spridning). Det är förknippat med olinjära effekter som uppstår när ett vågpaket passerar genom ett medium och förklaras uppenbarligen av mediets motstånd. Detta väcker problemet med långdistansöverföring. Stor - i betydelsen hundratals eller till och med tusentals kilometer. Detta är 12 storleksordningar längre än våglängden, så det är inte förvånande att även om de olinjära effekterna är små, så måste de totalt på ett sådant avstånd tas med i beräkningen. Dessutom kan det finnas olinjäritet i själva lasern. Det finns två sätt att uppnå tillförlitlig signalöverföring. Den första är installationen av regeneratorer som kommer att ta emot en signal, avkoda den, generera en ny signal, helt identisk med den som kom, och skicka den vidare. Denna metod är effektiv, men sådana enheter är ganska dyra och att öka deras kapacitet eller lägga till nya kanaler som de måste hantera innebär svårigheter att omkonfigurera systemet. Den andra metoden är helt enkelt optisk förstärkning av signalen, helt likt ljudförstärkning i ett musikcenter. Denna förstärkning är baserad på EDFA-teknik. Signalen avkodas inte, utan endast dess amplitud ökas. Detta gör att du kan bli av med hastighetsförluster i förstärkningsnoderna och tar också bort problemet med att lägga till nya kanaler, eftersom förstärkaren förstärker allt i ett givet intervall.

Baserat på EDFA övervinns strömförlusten på nätet genom optisk förstärkning (fig. 3). Till skillnad från regeneratorer är denna transparenta förstärkning inte kopplad till signalens bithastighet, vilket gör att information kan överföras med högre hastigheter och ökande genomströmning tills andra begränsande faktorer såsom kromatisk dispersion och polarisationsmodsdispersion kommer in i bilden. EDFA-förstärkare kan också förstärka en flerkanalig WDM-signal, vilket ger ytterligare en dimension till bandbredden.

Även om den optiska signalen som genereras av den ursprungliga lasersändaren har en väldefinierad polarisation, bör alla andra noder längs vägen för den optiska signalen, inklusive den optiska mottagaren, uppvisa ett svagt beroende av sina parametrar på polarisationsriktningen. I denna mening har optiska EDFA-förstärkare, som kännetecknas av ett svagt polarisationsberoende av förstärkningen, en märkbar fördel jämfört med halvledarförstärkare. I fig. Figur 3 visar driftdiagrammen för båda metoderna.

Till skillnad från regeneratorer introducerar optiska förstärkare ytterligare brus som måste beaktas. Därför, tillsammans med förstärkning, är en av de viktiga parametrarna för EDFA brussiffran. EDFA-teknik är billigare, av denna anledning används den oftare i praktiken.

Eftersom EDFA, åtminstone prismässigt, ser mer attraktiv ut, låt oss titta på de viktigaste egenskaperna hos detta system. Detta är mättnadskraften som kännetecknar uteffekt förstärkare (den kan nå och till och med överstiga 4 W); förstärkning, definierad som förhållandet mellan krafterna hos ingångs- och utsignalerna; kraften hos förstärkt spontan emission avgör ljudnivå, som förstärkaren själv skapar. Här är det lämpligt att ge ett exempel på ett musikcenter, där man kan spåra analogier i alla dessa parametrar. Den tredje (ljudnivån) är särskilt viktig, och det är önskvärt att den är så låg som möjligt. Med hjälp av en analogi kan du försöka inkludera musikcenter, utan att starta någon skiva, men vrid samtidigt volymratten till max. I de flesta fall kommer du att höra en del ljud. Detta brus skapas av förstärkningssystem helt enkelt för att de drivs. På liknande sätt inträffar i vårt fall spontan emission, men eftersom förstärkaren är konstruerad för att sända ut vågor inom ett visst område, kommer fotoner av detta specifika område att vara mer benägna att sändas ut i linjen. Detta kommer att skapa (i vårt fall) ljusbrus. Detta innebär en begränsning av den maximala längden på linjen och antalet optiska förstärkare i den. Förstärkningen väljs vanligtvis för att återställa den ursprungliga signalnivån. I fig. Figur 4 visar de jämförande spektra för utsignalen i närvaro och frånvaro av en signal vid ingången.

En annan parameter som är bekväm att använda när man karakteriserar en förstärkare är brusfaktorn - detta är förhållandet mellan signal-brusparametrarna vid förstärkarens ingång och utgång. I en ideal förstärkare bör denna parameter vara lika med enhet.

Det finns tre applikationer för EDFA-förstärkare: förförstärkare, linjeförstärkare och effektförstärkare. De första installeras direkt framför mottagaren. Detta görs för att öka signal-brusförhållandet, vilket möjliggör användning av enklare mottagare och kan sänka priset på utrustningen. Linjära förstärkare är avsedda att helt enkelt förstärka signalen i långa linjer eller i fallet med förgrening av sådana ledningar. Effektförstärkare används för att förstärka utsignalen direkt efter lasern. Detta beror på att lasereffekten också är begränsad och ibland är det lättare att helt enkelt installera en optisk förstärkare än att installera en kraftigare laser. I fig. Figur 5 visar schematiskt alla tre sätten att använda EDFA.

Utöver den direkta optiska förstärkningen som beskrivs ovan förbereds för närvarande en förstärkningsenhet som använder Raman-förstärkningseffekten och utvecklad på Bell Labs för att komma in på marknaden. Kärnan i effekten är att en laserstråle av en viss våglängd sänds från mottagningspunkten mot signalen, som gungar vågledarens kristallgitter på ett sådant sätt att den börjar sända ut fotoner i ett brett frekvensområde. Således stiger den totala nivån på den användbara signalen, vilket gör att du kan öka det maximala avståndet något. Idag är denna sträcka 160-180 km, jämfört med 70-80 km utan Raman-förstärkning. Dessa enheter, tillverkade av Lucent Technologies, kommer ut på marknaden i början av 2001.

Det som beskrevs ovan är teknik. Nu några ord om implementeringar som redan finns och som används aktivt i praktiken. Först noterar vi att användningen av fiberoptiska nätverk inte bara är Internet och kanske inte så mycket Internet. Fiberoptiska nätverk kan bära röst- och TV-kanaler. För det andra, låt oss säga att det finns flera olika typer nätverk. Vi är intresserade av långväga stamnät, samt lokaliserade nät, till exempel inom en stad (de så kallade tunnelbanelösningarna). Samtidigt, för trunkkommunikationskanaler, där regeln "ju tjockare rör, desto bättre" fungerar perfekt, är DWDM-teknik den optimala och rimliga lösningen. En annan situation uppstår i stadsnäten, där kraven på trafiköverföring inte är lika stora som på stamkanalerna. Här använder operatörer gamla goda SDH/SONET-baserade transporter som arbetar i våglängdsområdet 1310 nm. I det här fallet, för att lösa problemet med otillräcklig bandbredd, som för övrigt ännu inte är särskilt akut för stadsnätverk, kan du använda den nya SWDM-tekniken, som är en slags kompromiss mellan SDH/SONET och DWDM (läs mer om SWDM-teknik på vår CD-ROM ). Med denna teknik stöder samma fiberringnoder både enkelkanals dataöverföring vid 1310 nm och våglängdsmultiplexering vid 1550 nm. Besparingar uppnås genom att "slå på" en extra våglängd, vilket kräver att en modul läggs till motsvarande enhet.

DWDM och trafik

En av viktiga punkter När du använder DWDM-teknik är detta den överförda trafiken. Faktum är att den mesta utrustningen som finns idag stöder överföring av endast en typ av trafik på en våglängd. Som ett resultat uppstår ofta en situation där trafiken inte fyller fibern helt. Alltså sänds mindre ”tät” trafik över en kanal med en formell genomströmning motsvarande till exempel STM-16.

För närvarande dyker det upp utrustning som realiserar full belastning av våglängder. I det här fallet kan en våglängd "fyllas" med heterogen trafik, till exempel TDM, ATM, IP. Ett exempel är Chromatis-familjen av utrustning från Lucent Technologies, som kan överföra alla typer av trafik som stöds av I/O-gränssnitt på en enda våglängd. Detta uppnås genom den inbyggda TDM-korsswitchen och ATM-switchen. Dessutom är den extra ATM-växeln inte prisavgörande. Med andra ord, ytterligare funktionalitet hos utrustningen uppnås till nästan samma kostnad. Detta gör att vi kan förutsäga att framtiden ligger i universella enheter som kan överföra all trafik med optimal användning av bandbredd.

DWDM imorgon

När vi smidigt går vidare till utvecklingstrenderna för denna teknik, kommer vi verkligen inte att upptäcka Amerika om vi säger att DWDM är den mest lovande optiska dataöverföringstekniken. Detta kan i högre grad hänföras till den snabba tillväxten av internettrafik, vars tillväxttakt närmar sig tusentals procent. De huvudsakliga utgångspunkterna i utvecklingen kommer att vara en ökning av den maximala överföringslängden utan optisk signalförstärkning och implementering av ett större antal kanaler (våglängder) i en fiber. Dagens system ger överföring av 40 våglängder, motsvarande ett 100-gigahertz frekvensnät. Enheter med ett 50 GHz-nätverk som stöder upp till 80 kanaler är näst på tur för att komma in på marknaden, vilket motsvarar överföringen av terabitströmmar över en enda fiber. Och idag kan du redan höra uttalanden från laboratorier från utvecklingsföretag som Lucent Technologies eller Nortel Networks om det förestående skapandet av 25 GHz-system.

Men trots en så snabb utveckling av teknik och forskning gör marknadsindikatorer sina egna justeringar. Det senaste året har präglats av en allvarlig nedgång på den optiska marknaden, vilket framgår av den markanta nedgången i Nortel Networks aktiekurs (29 % på en handelsdag) efter att man tillkännagav svårigheter att sälja sina produkter. Andra tillverkare befann sig i en liknande situation.

Samtidigt, medan västerländska marknader upplever en viss mättnad, har de östliga marknaderna precis börjat utvecklas. Det mest slående exemplet är den kinesiska marknaden, där ett dussintal operatörer i nationell skala tävlar för att bygga stamnät. Och om "de" praktiskt taget har löst problemen med att bygga stamnät, så finns det i vårt land, hur tråkigt det än är, helt enkelt inget behov av tjocka kanaler för att överföra vår egen trafik. Ändå har utställningen ”Avdelnings- och företagsnätverk Communications" avslöjade det enorma intresset hos inhemska telekomoperatörer för ny teknik, inklusive DWDM. Och om sådana monster som Transtelecom eller Rostelecom redan har statliga transportnätverk, börjar den nuvarande energisektorn bara bygga dem. Så trots alla problem är optiken framtiden. Och DWDM kommer att spela en betydande roll här.

ComputerPress 1"2001

Populär i kategorin: