Головна › Програми › Cwdm значення несучих частот. Які технології можуть використовувати оператори для збільшення можливостей існуючих оптичних мереж? Оцінка якості лінії

Cwdm значення несучих частот. Які технології можуть використовувати оператори для збільшення можливостей існуючих оптичних мереж? Оцінка якості лінії

Часто виникають питання, у чому відмінність технологій CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing) та DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing), крім різної кількості каналів. Технології схожі у принципах організації каналів зв'язку, введення-виведення каналів, але мають абсолютно різний ступінь технологічної прецизійності, що значною мірою позначається на параметрах лінії та вартості рішень.

Кількість довжин хвиль та каналів CWDM та DWDM

Технологія спектрального ущільнення CWDM має на увазі використання 18 довжин хвиль 1) , у той час як при точному спектральному ущільненні DWDM може бути задіяно від 40 хвиль.

Сітка частот CWDM та DWDM

Канали технології CWDM поділяються за довжинами хвиль, в DWDM - за частотою 2) . Довжина хвилі обчислюється вдруге із відношення швидкості світла у вакуумі до частоти. Для CWDM використовується сітка довжин хвиль з кроком 20 нм, для стандартних DWDM систем сітки частот 100 ГГц і 50 ГГц, для високощільних DWDM використовуються сітки 25 і 12,5 ГГц.

Довжини хвиль та частоти CWDM та DWDM

У технології CWDM використовуються довжини хвиль з діапазону 1270 – 1610 нм. З урахуванням допусків та смуги пропускання фільтрів діапазон розширюється до 1262,5 - 1617,5, що становить 355 нм. отримуємо 18 довжин хвиль.

Для DWDM з сіткою 100 ГГц несучі розміщуються в діапазоні від 191.5 (1565.50 нм) ТГц до 196.1 ТГц (1528.77 нм), тобто. діапазон шириною 4,6 ТГц або 36,73 нм. Разом 46 довжин хвиль для 23 дуплексних каналів.

Для DWDM із сіткою 50 ГГц частоти сигналів лежать у діапазоні 192 ТГц (1561.42 нм) – 196 ТГц (1529,55 нм), що становить 4 ТГц (31,87 нм). Тут розташовано 80 довжин хвиль.

Можливість посилення CWDM та DWDM

Системи спектрального ущільнення з урахуванням технології CWDM не мають на увазі посилення багатокомпонентного сигналу. Пов'язано це з відсутністю оптичних підсилювачів, що працюють у широкому спектрі.

Технологія DWDM навпаки, має на увазі посилення сигналів. Багатокомпонентний сигнал може посилюватись стандартними ербієвими підсилювачами (EDFA).

Дальність роботи CWDM та DWDM

Системи CWDM призначені для роботи на лініях відносно невеликої довжини близько 50-80 кілометрів.

DWDM системи дозволяють передавати дані на відстані, що багато перевищують 100 кілометрів. Крім того, в залежності від типу модуляції сигналу DWDM канали можуть працювати без регенерації на відстані більше 1000 кілометрів.

Примітки

1) На початку 2015 року виробники оптичних модулів, у тому числі СКЕО, представили CWDM SFP модулі з довжиною хвилі 1625 нм. Ця довжина хвилі не специфікована ITU G.694.2, проте практично знайшла застосування.

2) Сітки частот для CWDM описані у стандарті ITU G.694.2, для DWDM - у стандарті G.694.1 (ревізія 2).

Кількість довжин хвиль та каналів CWDM та DWDM

Сітка частот CWDM та DWDM

Довжини хвиль та частоти CWDM та DWDM

Можливість посилення CWDM та DWDM

Дальність роботи CWDM та DWDM

Системи CWDM призначені для роботи на лініях відносно невеликої довжини близько 50-80 кілометрів.

Примітки

2) Сітки частот для CWDM описані у стандарті ITU G.694.2, для DWDM - у стандарті G.694.1 (ревізія 2).

Технологія packed wavelength division multiplexing (Dense Wave Division Multiplexing, DWDM) є розроблений для створення нової generation of optical backbones running at multi-terabit speeds and. Інформація в fiber-optic communication lines passed at same time a large number of light waves. DWDM мережі працюють на принципі каналу перемикання, їх light wave є єдиним спектровим каналом і є важливим інформацією.

Opportunities of DWDM

Номер каналів в одному каналі - 64 light beams в 1550 nm window transparency. Each light wave transmits information на 40 Gb / s. hardware development is also underway with data rates at speeds of up to 100 Gbit / s and Cisco, are already in progress to develop such technology.

У DWDM technology has predecessor - wavelength division multiplexing technology (Wave Division Multiplexing, WDM), який використовує чотири spectral channel transmission windows 1310 nm and 1550 nm, з carrier spacing of 80. Multiplexing DWDM називається "захищений" завдяки факту, що він застосовується до значних дрібних відстаней між wavelengths, ніж WDM.

Frequency plans

На даний момент, дві послідовності плану (тобто набору функцій, які є відокремленими від всіх інших, як constant value), є визначені відповіді G.692 Sector ITU-T:

Швидкість плану розряду (схильність між різними frequency channels) з 100 GHz (0.8 nm = YES), деза даними трансляції wave 41 використовується в діапазоні 1528.77 (196.1 THz) до 1560.
Frequency plan in increments of 50 GHz (YES = 0.4 nm), дозволяючи вам перевести в той же час 81 wavelengths.
Кілька компаній також вироблені обладнання, високо-зв'язана wavelength розподілу мультиплексійного обладнання (High-Dense WDM, HDWDM), здатні працювати з frekvency up to 25 GHz increments.

Головним питанням у виконанні super-dense DWDM систем є те, що зменшуючи frekvency step is overlapping of spectra adjacent channels and there is blurring of the light beam. Що ведуть до збільшення в номері errors and inability to transmit information on the system

Frequency plans of DWDM

У наступних каналах плани є в даний час використані для різних типів систем DWDM, CWDM, HDWDM, WDM.

Frequency plans DWDM

Optical fiber amplifiers

Практичний успіх DWDM технології в багатьох випадках defined appearance of fiber-optic amplifiers. Optical devices directly amplify light signals in the 1550 nm band, elimination the need of intermediate conversion to electrical form, as do the regenerators used in the SDH network. Розбіжність систем системи електричної регенерації є те, що вони мають бути певним типом coding, які роблять їх швидким. Оптичні ampifiers, "transparent" transmission information, здатні до збільшення line speed with need to upgrade amplifier units. Length of the section between optical amplifiers can reach 150 km або більше, які здійснюють економічні DWDM backbones, що генеруються в яких multiplex section length is today 600-3000 km з використанням 1 to 7, intermediate optical amplifiers.

Recommendation ITU-T G.692 defined три типи ampling sections, тобто sections між 2 adjacent multiplexers, DWDM:

L (Long)- plot consists of maximum of 8 spans of fiber-optic communication lines and 7 optical amplifiers, the maximum distance between the amps - up to 80 km with maximum total length of section of 640 km;
V (Very long)- plot consists of maximum of 5 spans fiber-optic communication lines and 4 optical amplifiers, the maximum distance between the amps - up to 120 km with maximum total length of 600 km section;
U (Ultra long)- plot without repeaters up to 160 km

Відповіді на сумісні тягарі і тривалий зв'язок з відхиленням оптичного сигналу в оптичному вимірі. Although optical amplifier restores signal strength, it does no fully compensate for effect of chromatic dispersion (i.e. Там, щоб побудувати більше extensive highways необхідно, щоб бути налагоджені між реінформаційними порціями DWDM multiplexers реалізуючи signal regeneration, щоб перевірити його в електричну форму і вгору. Для зменшення нерівномірних ефектів в DWDM сигнальне обмеження такожвикористовують енергетичні системи.

Типові топології

Ultralong 2-point connection on basis of terminal multiplexers, DWDM

DWDM circuit with input-output в загальній нозі

Ring topology

На низовій топології забезпечується суворість DWDM мережа через redundant paths. Traffic protection методів, що використовуються в DWDM, подібні до методів в SDH. Для деяких з'єднань було захищено, дві ланки є встановлені між своїми кінцями: main and reserve. Multiplexer endpoint compares два сигнали і selects the best signal quality.

Ring DWDM multiplexers

The mesh topology

З розвитком DWDM мережами є вдосконалення топології місії використовується, які виконують максимальну ефективність в термінах pružnості, продуктивності, і реалістичності, ніж інші топології. However, щоб зробити топологію мішки, ви повинні мати оптичний cross connects (Optical Cross-Connector, PL), які не тільки тільки надходять, щоб перезавантажити сигнал і випускати їх, як у multiplexer input-output, а також support arbitr switching between optical signals transmitted waves of different lengths.

Mesh DWDM

Optical multiplexers IO

Щасливі мультиплексери використовуються в DWDM мережах (без надання додаткових і активних конвертацій) і активних мультиплексорів, дещоповні.

Passive multiplexers	Active multiplexers
Номер light waves output low	Номер light waves є обмеженим до applicable frequency plan and set of light waves
Це дозволить вам відтворити і ввести сигнал є світлом wave без змінення overall spectrum of light beam	Вона не встановлює додаткову прихильність до того, що вона виконана в повному розв'язанні всіх каналів і перетворюється на електричну форму
Introduces additional attenuation	It has a high cost
It has a budget cost

Optical cross-connects

У мережах з мішною топологією необхідна для забезпечення pružnості до зміни route of wave of connections між мережами мереж. Такі можливості забезпечують оптичні cross-connects, що ведуть будь-яку воду на будь-який відхід port від кожного введення port signal (з курсом, передбачений, що не інший сигнал цього port не може використовуватися для того, щоб запобігти будь-який broadcast wavel.

Існують оптичні cross-connects два типи:

Optoelectronic cross connectors with intermediate conversion to electrical form;
all-optical cross-connects, або photonic switches.

MicroElectro Mechanical System, MEMS

Factors to be considered in the construction of DWDM systems

Chromatic dispersion

Chromatic dispersion- Як результат його впливу, як його propagates через fiber, pulses constituting the optical signal become wider. Коли transmitting signals over long distance pulses can be superimposed on adjacent, making it difficult for accurate recovery. При збільшенні швидкості трансмісії оптичних волокон і chromatic dispersion effect increases. Для зменшення ефекту хроматографічної dispersion на transmitted signals, dispersion compensators є applied.

Polarization Mode Dispersion

PMDВідповіді в австрійському fiber due to difference в propagation velocities of two mutually perpendicular polarization mode components, which leads to distortion of transmitted pulses. Прикмета для цього феноменона є heterogeneity of geometric shape of optical fiber. Діяльність поларизації режиму dispersion на transmitted optical signals with increasing rate with increasing number of channels and sealing system with increasing fiber length.

Stimulated backscatter Mandelstam - Brillouin,Вказівка цього феноменона є створенням офіційного сигналу про periodic domains з варіюючим рефракційним indexом - природою віртуальної diffraction grating, проходження через які сигнали propagate як acoustic wave. Reflected ця віртуальна чорна сигналів є приєднаний і amplified до форми, щоб reverse optical signal with Doppler frequency down. Цей феноменон тягнеться до збільшення в глибинний рівень і загрожує розриву оптичного сигналу, тому що велику частину його потужності є розповсюдженим в зворотному напрямку. Офтен неодноразово називається цим феноменом, що помічається акустичним wave.

Phase modulationпри високих рівнях потужності laser signal modulation its own phase of signal can occur. Це modulation extends the range and broadens or compresses the signal in time, depending on the sign of the chromatic dispersion. У нескінченних WDM системах, self-modulation signal with expanded spectrum signals може бути superimposed on adjacent channels. Phase modulation signal is increased with increasing power, increasing the transmission rate and with negative chromatic dispersion. Influence of phase modulation is reduced at zero or a low positive chromatic dispersion

Cross-phase modulation, phenomenon resulting signal modulates phase of one channel signals з небагатьох каналів. Factors affecting the cross-phase modulation, збігається з the factors influencing the phase modulation. У додатку, cross-phase modulation effect depends на номері каналів в системі.

Four-wave mixing, is shown at the threshold power level laser, in which case non-linear characteristics of fiber leads to the interaction of three waves and the fourth wave of new appearance, which may coincide with the frequency of another channel. Такі overlay frequency increases the noise level and signal reception difficult

Insertion EDFA amplifier noise, reason for this phenomenon - влада amplified spontaneous emission that occurs due to the design features edfa amplifiers. У процесі проходження через анімаційний пристрій до використовуваного компонента оптичного сигналу приєднаний до дзвінка, thereby reducing ratio "сигналу / дзвінка" як результат сигналу може бути отриманий в error. Це феноменон обмеження обсягу в line amplifiers.

Технологія DWDM

Щільне спектральне ущільнення DWDM (dense wavelength-division multiplexing) – це сучасна технологіяпередачі великого числа оптичних каналів по одному волокну, що лежить в основі нового покоління мережевих технологій. Нині телекомунікаційна промисловість зазнає безпрецедентні зміни, пов'язані з переходом від голосо-орієнтованих систем до систем передачі, що є наслідком бурхливого розвитку Internet технологій і різноманітних мережевих додатків. З великомасштабним розгортанням мереж передачі даних відбувається модифікація самої архітектури мереж. Саме тому потрібні фундаментальні зміни у принципах проектування, контролю та управління мережами. В основі нового покоління мережевих технологій лежать багатохвильові оптичні мережі, що базуються на щільному хвильовому мультиплексуванні DWDM (dense wavelength-division multiplexing).

Опис технології

Найважливішим параметром технології щільного хвильового мультиплексування безперечно є відстань між сусідніми каналами. Стандартизація просторового розташування каналів потрібна вже хоча б тому, що на її основі можна буде починати проведення тестів на взаємну сумісність обладнання різних виробників. Сектор стандартизації телекомунікацій Міжнародного союзу з електрозв'язку ITU-T затвердив частотний план DWDM з відстанню між сусідніми каналами 100 ГГц (нм), (табл. 1). У той же час великі дебати продовжуються навколо прийняття частотного плану з меншою відстанню між каналами 50 ГГц (нм). Без розуміння того, які обмеження та переваги має кожен частотний план, оператори зв'язку та організації, що планують нарощування пропускної спроможності мережі, можуть зіткнутися зі значними труднощами та зайвими інвестиціями.

Сітка 100 ГГц.

У таблиці справа показані сітки частотного плану 100 ГГц з різним ступенем розрідженості каналів. Всі сітки, крім однієї 500/400, мають рівновіддалені канали. Рівномірний розподіл каналів дозволяє оптимізувати роботу хвильових конвертерів, лазерів, що перебудовуються, та інших пристроїв повністю оптичної мережі, а також дозволяє легше виконувати її нарощування.

Реалізація тієї чи іншої сітки частотного плану багато в чому залежить від трьох основних факторів:

типу оптичних підсилювачів (кремнієвого або фтор-цирконатного);
швидкості передачі на канал – 2,4 Гбіт/с (STM-16) або 10 Гбіт/с (STM-64);
впливу нелінійних ефектів

Причому ці чинники сильно взаємопов'язані між собою.

Стандартні EDFA на кремнієвому волокні мають один недолік - велику варіацію коефіцієнта посилення в області нижче 1540 нм, що призводить до нижчих значень співвідношення сигнал/шум та нелінійності посилення в цій галузі. Однаково небажані як дуже низькі, і дуже високі значення коефіцієнта посилення. Зі зростанням смуги пропускання мінімальне допустиме за стандартом співвідношення сигнал/шум зростає - так каналу STM-64 воно на 4-7 дБ вище, ніж STM-16. Таким чином, нелінійність коефіцієнта посилення кремнієвого EDFA сильніше обмежує розмір зони для мультиплексних каналів STM-64 (1540-1560 нм), ніж для каналів STM-16 та меншої ємності (де можна використовувати практично всю зону посилення кремнієвого EDFA, незважаючи на нелінійність) .

Сітка 50 ГГц.

Більш щільний, поки нестандартизований частотний план сітки з інтервалом 50 ГГц, дозволяє ефективніше використовувати зону 1540-1560 нм, в якій працюють стандартні кремнієві EDFA. Поряд з цією перевагою дана сітка має свої мінуси.

У- перших, із зменшенням міжканальних інтервалів зростає вплив ефекту чотирихвильового змішування, що починає обмежувати максимальну довжинуміжрегенераційної лінії (лінії на основі лише оптичних підсилювачів)

У- друге, мінімальна міжканальна відстань 0,4 нм може обмежити можливість мультиплексування каналів STM-64. Як видно з малюнка, мультиплексування каналів STM-64 з інтервалом 50 ГГц не припустимо, оскільки виникає перекриття спектрів сусідніх каналів. Тільки якщо має місце менша швидкість передачі з розрахунку на канал (STM-4 і нижче), перекриття спектрів не виникає.

У- третіх, при інтервалі 50 ГГц вимоги до лазерів, мультиплексорів та інших компонентів, що перебудовуються, стають більш жорсткими, що знижує кількість потенційних виробників обладнання, а також веде до збільшення його вартості.

Мультиплексори DWDM

Мультиплексорам DWDM (на відміну традиційніших WDM) властиві дві відмінні риси:

використання лише одного вікна прозорості 1550 нм, в межах області С-band 1530-1560 нм та L-band 1570-1600 нм;
малі відстань між мультиплексними каналами, 0,8 чи 0,4 нм.

Крім цього, оскільки мультиплексори DWDM розраховані на роботу з більшим числом каналів до 32 і більше, поряд з пристроями DWDM, в яких мультиплексуються (демультиплексуються) одночасно всі канали, допускаються також нові пристрої, що не мають аналогів у системах WDM і працюють в режимі додавання або виведення одного і більше каналів/з основного мультиплексного потоку, представленого великим числом інших каналів. Оскільки вихідні порти/полюси демультиплексора закріплені за певними довжинами хвиль, кажуть, що такий пристрій здійснює пасивну маршрутизацію довжинами хвиль. З-за малих відстаней між каналами та необхідності роботи з великим числом каналів одночасно, виготовлення мультиплексорів DWDM вимагає значно більшої прецизійності порівняно з WDM мультиплексорами (які зазвичай використовують вікна прозорості 1310 нм, 1550 нм або додатково область довжин хвиль в околиці 1650). Також важливо забезпечити високі характеристики по ближнім (коефіцієнт спрямованості) та дальнім (ізоляція) перехідних перешкод на полюсах DWDM пристрою. Все це призводить до більш високої вартості пристроїв DWDM порівняно WDM.

На малюнку "а" показана типова схема DWDM мультиплексора із дзеркальним відбивним елементом. Розглянемо його роботу як демультиплексування. Прийде мультиплексний сигнал потрапляє на вхідний порт. Потім цей сигнал проходить через хвилевод-пластину і розподіляється по безлічі хвилеводів, що представляють дифракційну структуру AWG (arrayed waveguide grating). Як і раніше, сигнал у кожному з хвилеводів залишається мультиплексним, а кожен канал залишається представленим у всіх хвилеводах. Далі відбувається відображення сигналів від дзеркальної поверхні і в результаті світлові потоки знову збираються в хвилеводі-пластині, де відбувається їх фокусування та інтерференція - утворюються просторово рознесені інтерференційні максимуми інтенсивності, що відповідають різним каналам. Геометрія хвилеводу-пластини, зокрема розташування вихідних полюсів, і довжини хвилеводів структури AWG розраховуються таким чином, щоб інтерференційні максимуми збігалися з вихідними полюсами. Мультиплексування відбувається зворотним шляхом.

Інший спосіб побудови мультиплексора базується не на одній, а на парі хвилеводів-пластин (рис. б). Принцип дії такого пристрою аналогічний попередньому випадку, за винятком того, що для фокусування та інтерференції використовується додаткова пластина.

DWDM мультиплексори, будучи пасивними пристроями, вносять велике згасання сигналу. Наприклад, втрати для пристрою (рис. 1а), що працює в режимі демультиплексування, становлять 4-8 дБ, при далеких перехідних перешкодах.

Транспондери та трансівери

Для передачі даних на довжині хвилі із сітки DWDM можна використовувати два типи пристроїв - трансівери та транспондери DWDM. Трансівери DWDM мають різні форм-фактори і можуть використовуватися в пасивних рішеннях DWDM.

На відміну від трансіверів, транспондери дозволяють перетворити довжину хвилі випромінювання кінцевого пристрою на довжину хвилі DWDM для передачі мультиплексор. На входи оптичного мультиплексора надходять оптичні сигнали параметри яких відповідають стандартам, визначеним рекомендаціями G.692. Транспондер може мати різну кількість оптичних входів і виходів. Але якщо будь-який вхід транспондера може бути поданий оптичний сигнал, параметри якого визначені рік. G.957, вихідні його сигнали повинні за параметрами відповідати річок. G.692. При цьому якщо ущільнюється m оптичних сигналів, то на виході транспондера довжина хвилі кожного каналу повинна відповідати тільки одному з них відповідно до сіткою частотного плану ITU.

Застосування оптичних підсилювачів

Розвиток технології оптичного посилення з урахуванням EDFA сильно змінило методологію конструювання волоконно-оптичних систем зв'язку. Традиційні волоконно-оптичні системи використовують повторювачі-регенератори, що підвищують потужність сигналу (рис. 3а). Коли довжина між віддаленими вузлами починає перевершувати за умов згасання сигналу максимальну допустиму довжину прольоту між сусідніми вузлами, в проміжних точках встановлюються додаткові регенератори, які приймають слабкий сигнал, Підсилюють його в процесі оптоелектронного перетворення, відновлюють шпаруватість, фронти і тимчасові характеристики проходження імпульсів, і після перетворення в оптичну форму передають далі правильний посилений сигнал, в тому ж вигляді, в якому він був на виході попереднього регенератора. Хоча такі системи регенерації працюють добре, вони дуже дорогі і, будучи встановленими, що неспроможні нарощувати пропускну спроможність лінії.

На основі EDFA втрати потужності в лінії долаються шляхом оптичного посилення (рис. 3б). На відміну від регенераторів, таке "прозоре" посилення не прив'язане до бітової швидкості сигналу, що дозволяє передавати інформацію на більш високих швидкостях і нарощувати пропускну здатність до тих пір, поки не набирають чинності інші обмежуючі фактори, такі як хроматична дисперсія та модифікація поляризації . Також підсилювачі EDFA здатні посилювати багатоканальний WDM сигнал, додаючи ще один вимір у пропускну ємність.

Хоча оптичний сигнал, що генерується вихідним лазерним передавачем, має цілком певну поляризацію решта всіх вузлів на шляху проходження оптичного сигналу , включаючи оптичний приймач, повинні проявляти слабку залежність своїх параметрів від напрямку поляризації. У цьому сенсі оптичні підсилювачі EDFA, характеризуючись слабкою залежністю поляризаційного коефіцієнта посилення, має відчутну перевагу перед напівпровідниковими підсилювачами.

На відміну від регенераторів, оптичні підсилювачі вносять додатковий шум, який необхідно враховувати. У цьому разом із коефіцієнтом посилення однією з важливих параметрів EDFA є коефіцієнт шуму.

Застосування пристроїв ROADM

Використання переналаштовуваного оптичного мультиплексора вводу/виводу (ROADM) дає можливість гнучкого розгортання та віддаленого конфігурування спектральних каналів. На будь-якому вузлі мережі ROADM можливе перемикання стану спектрального каналу на введення/виведення та наскрізну передачу без переривання діючих послуг. При роботі з лазером ROADM, що перебудовується, забезпечує гнучке управління спектральними каналами. ROADM дозволяють будувати мережі з кількома кільцями або змішану мережу: на основі технології селекторного перемикання спектральних каналів (WSS).

Побудова мереж DWDM

Міські DWDM мережі зазвичай будують з використанням кільцевої архітектури, що дозволяє застосовувати механізми захисту на рівні DWDM при швидкості відновлення не більше 50 мс. Можлива побудова мережної інфраструктури на обладнанні кількох постачальників із додатковим рівнем розподілу на базі обладнання Metro DWDM. Цей рівень вводиться в організацію обміну трафіком між мережами з обладнанням різних фірм.

У технології DWDM мінімальна дискретність сигналу – це оптичний канал, або довжина хвилі. Використання цілих довжин хвиль із ємністю каналу 2,5 або 10 Гбіт/с для обміну трафіком між підмережами виправдане для побудови великих транспортних мереж. Але транспондери-мультиплексори дозволяють організувати обмін трафіком між підмережами лише на рівні сигналів STM-4/STM-1/GE. Рівень розподілу можна будувати і з урахуванням SDH-технологии. Але DWDM має велику перевагу, пов'язану з прозорістю каналів керування та службових каналів (наприклад, службового зв'язку). При упаковці SDH/ATM/IP-сигналів в оптичний канал структура та вміст пакетів не змінюються. Системи DWDM проводять лише моніторинг окремих байтів контролю правильності проходження сигналів. Тому з'єднання підмереж по інфраструктурі DWDM на окремо взятій довжині хвилі можна розглядати як з'єднання парою оптичних кабелів.

При використанні обладнання різних виробників дві підмережі передачі даних одного виробника з'єднують через DWDM-мережу іншого виробника. Система управління, приєднана фізично до однієї підмережі, може керувати роботою іншої підмережі. Якби на рівні розподілу використовувалося SDH-обладнання, це було б неможливо. Таким чином, на базі DWDM мереж можна поєднувати мережі різних виробників для передачі різнорідного трафіку.

SFP (WDM, CWDM, DWDM) – ЩО ЦЕ? ДЛЯ ЧОГО ПОТРІБНІ?

Технології спектрального ущільнення (WDM)

Спектральне ущільнення ґрунтується на методі ущільнення оптичних каналів. Принцип даного методуполягає в тому, що кожен інформаційний потік передається по одному оптичному волокну на різній довжині хвилі (на різній несучій частоті), що віддаляється один від одного на відстані 20 нм.

За допомогою спеціальних пристроїв – оптичних мультиплексорів – потоки поєднуються в один оптичний сигнал, який вводиться в оптичне волокно. На приймальній стороні проводиться зворотна операція – демультиплексування, що здійснюється із застосуванням оптичних демультиплексорів. Це відкриває воістину невичерпні можливості як збільшення пропускної спроможності лінії, і побудові складних топологічних рішень з допомогою одного волокна.

При виборі кількості каналів слід звернути увагу на тип використовуваного одномодового волокна!
Наприклад, у волокнах типу G.652B (волокно з водяним піком на довжині хвилі 1383 нм) на коротких довжинах хвиль великі втрати на випромінювання, у зв'язку з цим допустима відстань передачі скорочується і кількість спектральних каналів буде меншою за необхідну.

У системах Coarse WDM, відповідно до рекомендації МСЕ G.694.2, слід використовувати не більше 18 несучих з кроком 20 нм: 1270, 1290, 1310 … 1570, 1590, 1610, тобто. якщо загальна потрібна ширина діапазону довжин хвиль не перевищує 340 нм. Слід зважити, що на краях такого широкого діапазону згасання досить велике, особливо в області коротких хвиль. Збільшити число каналів до 18 дозволили звані волокна з нульовим водяним піком (ZWPF, Zero Water Peak Fiber; LWPF, Low Water Peak Fiber), параметри яких визначає рекомендація ITU-T G.652.C/D. У волокнах даного типуусунений пік поглинання на довжині хвилі 1383 нм та величина загасання на цій довжині хвилі становить близько 0,31 дБ/км.

Волокно G.653 виявилося непридатним для нової технології спектрального мультиплексування WDM, що стрімко розвивається, через нульову дисперсію на 1550 нм, що призводила до різкого зростання спотворень сигналу від чотирихвильового змішування в цих системах. Найбільш пристосованим для щільного та високощільного WDM (DWDM та HDWDM) виявилося оптичне волокно G.655, а для розрідженого WDM – нещодавно стандартизоване оптичне волокно G.656
Створення волокон без «водяного піку», дозволило використовувати у системах зв'язку всі хвилі діапазоні від 1260 до 1625 нм, – тобто. там, де кварцове оптичне волокно має найбільшу прозорість.

ОСНОВНЕ ОБЛАДНАННЯ

Мультиплексори/демультіплексори (MUX/DEMUX);дозволяють підсумовувати та розділяти оптичні сигнали.

дозволяють виділити та додати у волокно сигнал за певними несучими частотами.

Залежно від поставленого завдання, конфігурація мультиплексора/демультиплексора (Mux/Demux) визначається за такими характеристиками:

Двоволоконний мультиплексор (2 fiber)
Одноволоконний мультиплексор(1 fiber (single fiber) або bidirectional)
4-х або 8-ми канальний мультиплексор(8 або 16 довжин хвиль), що працює на одному волокні
8-ми або 16-ти канальний, що працює на двох волокнах
мультиплексор із двома «загальними»(COMMON) висновкамидля реалізації «кільцевої» топології
Для топологій "Точка-Точка" або "Кільце" необхідна "попарна" (порти Tx-Rx) комплектація мультиплексорів - Mux/Demux Type I, Mux/Demux Type II
Конектори – FC,SC,LC,ST,FA,SA

Постачання Мультиплексорів можливе в наступних варіантах виконання:
Стійкові 19” 1RU
У пластиковому корпусі(Для монтажу на стіну або в муфту)
По виду роз'єму- LC, SC, інш.

SFP (Small Form Factor Pluggable) трансівери (SFP, SFP+, X2, XFP) –формують та приймають оптичні сигнали (певних довжин хвиль) у CWDM-системі; переводять сигнал з електричного в оптичний та назад. Модуль SFPпоєднує в собі відразу передавач (transmitter) та приймач (receiver). Тому він підтримує одночасну передачу та прийом даних по двох лінках у рамках єдиного каналу. Ще з часів радіо, такі пристрої називаються transceiver. Саме тому модулі SFP називають трансіверами.

Кожен SFP трансівер працює по двох волокнах і, на відміну від стандартних двоволоконних трансіверів 1000Base LX, оперує двома різними довжинами хвиль широкосмуговий приймачпрацює з однією довжиною хвилі та передавач з іншого.
Для утворення каналу даних у системі SFP трансівери комплектуються попарно.

Трансівери також відрізняються за потужністю сигналу (кілометражу), тобто працюють на різні відстані.

Для сильнішого ущільнення оптичного сигналу використовуються «кольорові» SFP модулі, що працюють у певному діапазоні довжин хвиль (CWDM). Такі SFP трансівери призначені для формування оптичних сигналів «основної несучої» з 1270 до 1610нм (крок 20нм).

Доступні SFP-модулі, що працюють як по одному, так і по двох волокнах з пропускною здатністю 1.25, 2.5 та 4.25Gbps. Дані модулі можуть бути встановлені безпосередньо в обладнання, що комутує, практично будь-якого виробника, роблячи можливою безшовну інтеграцію CWDM в існуючу інфраструктуру. Один і той же модуль може бути інтерфейсом Gigabit Ethernet, Fibre Channel або SDH, що суттєво додає гнучкості рішення.

Також можливе встановлення CWDM SFP модулів у шасі медіаконвертерів. Використання шасі - найбільш гнучке рішення, що повністю виключає проблеми несумісності обладнання. Використовуючи шасі, ви отримуєте на виході стандартні порти Gigabit Ethernet 1000BASE-T, що дозволяє відмовитися від дорогих комутаторів з SFP-портами.

Окрему увагу варто привернути до себе ущільнення каналів 10 Гбіт/с. Ще три роки тому не існувало трансіверів, що працюють на швидкостях 10 Гбіт/с і підтримують довжини хвиль частотної сітки систем розрідженого спектрального ущільнення, в даний час такі модулі з'явилися, однак їх використання накладає суттєві обмеження на можливості системи, порівняно з ущільненням каналів 1 ,25 Гбіт/с та 2,5 Гбіт/с.

В даний час не існує лазерів, що підтримують швидкість 10 Гбіт/с і працюють в діапазоні довжин хвиль 1350-1450 нм, тому максимальна кількість каналів, що ущільнюються, 10 Гбіт/с не може перевищувати 12 при використанні двох волокон стандарту G.652D. Крім цього, при використанні каналів 10 Гбіт/с необхідно враховувати, що максимальний оптичний бюджет таких модулів зараз становить не більше 28 dBm, що відповідає дальності роботи приблизно 80 кілометрів по одномодовому волокну. У разі, якщо необхідно ущільнити та передати більше 12 каналів 10 Гбіт/с, у т.ч. на відстані понад 80 кілометрів використовується обладнання DWDM.

OADM модулі-мультиплексори вводу/виводу; дозволяють виділити і додати у волокно сигнал за певними несучими.

Основні властивості:
Введення/виведення одного каналу
Пасивна оптика
Низькі втрати для транзитних каналів.
Виділена довжина хвилі кінцевому користувачеві

Принципово виділяються OADM модулі одноканальні та двоканальні. Їх відмінність полягає у здатності приймати та отримувати оптичний сигнал від одного або двох мультиплексорів і фізично обумовлено наявністю одного або двох приймально-передавальних блоків. Відповідно одноканальний OADM модуль має один приймально-передавальний блок і здатний працювати тільки з одним мультиплексором в один бік. Двоканальний OADM модуль має два приймально-передаючі блоки і здатний працювати «в дві сторони» з двома мультиплексорами/демультіплесорами.

Приймальний блок одноканального OADM модуля має чотири інтерфейси:

Com порт – отримує сигнал із боку мультиплексора
Express порт – пропускає сигнал інші елементи системи
Add порт – додає до лінії канал на певній довжині хвилі,
Drop порт – витягує з лінії канал на певній довжині хвилі.

Обмежень протоколів або ширини смуги такі пристрої не мають.
Відповідно двоканальний OADM модуль має два додаткові порти Add і Drop.
У разі використання двоволоконної системи також додаються порти Com2 і Express2.
Одноканальний OADM модуль працює у парі з одним SFP трансівером, двоканальний OADM – з двома

Термінально-транзитний модуль OADM ( модуль drop/pass) відводить один канал із магістралі та направляє його до локального порту. Інші канали пропускаються безпосередньо до інших вузлів мережі.

Одноканальний мультиплексуючий модуль OADM (модуль drop/add) має два локальні інтерфейси. Перший відводить один канал із магістралі та спрямовує його до локального порту, другий – додає цей канал назад у магістраль у протилежному напрямку. Такий модуль необхідний при побудові мережі топології «кільце».

Постачання OADM модулів можливе у варіантах виконання:
Стійкові 19” 1RU
У пластиковому корпусі (для монтажу на стіну або муфту)
Рознімання – LC, SC, ін.

Основними системами спектрального ущільнення є:

- WDM (Wavelength Division Multiplexing)

- CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing)

Так що таке WDM?

Технологія додавання оптичних сигналів з різними довжинами хвиль , що передаються одночасно по одному волокну 2 і більше сигналу поділяються на дальньому кінці по довжинах хвиль. Найбільш типові (2-канальний WDM) комбінують довжини хвиль 1310 нм та 1550 нм в одному волокні.

Двох-канальний WDM (і трьох канальний) може бути використаний для швидкого та простого додавання додаткової (або двох додаткових) довжин хвиль. Він дуже простий для встановлення та підключення і дуже недорогий. У більшості випадків, WDM є найбільш економічним рішенням при нестачі волокна в кабелі, що дає виграш волокна 2 до 1 або 3 до 1 за рахунок об'єднання довжин хвиль 1310 нм, 1550 нм і 1490 нм в одному волокні.

У разі коли потрібно більше каналів для розширення існуючої волоконно-оптичної інфраструктури, CWDM забезпечує ефективне рішення для оптичних прольотів невеликої довжини (до 80 км). CWDM може легко і швидко додати до 18 додаткових довжин хвиль на стандартизованих частотах ITU. Вона ідеальна для мереж помірних розмірів із поперечними розмірами до 100 км. Оскільки відстані між довжинами хвиль становить 20 нм, менш дорогі лазери можуть використовуватися, що забезпечує дуже низьку вартість. Системи CWDM, хоч і є багатоканальними, але не мають жодних механізмів оптичного посилення та обмеження в дальності визначаються каналом з максимальним загасанням. Більш того, канали з області від 1360 нм до 1440 нм можуть відчувати найбільше згасання (від 1 до 2 dB/км) через водяний пік у цій області для деяких типів оптичного кабелю.

Там, де потрібна висока ємність або передача на великі відстані, рішення DWDM- кращий метод збільшення ємності волокна. З її високо-точними лазерами, оптимізованими для роботи у вікні 1550 нм (для зменшення втрат), системи DWDM є ідеальним рішеннямдля більш вимогливих мереж. Системи DWDM можуть використовувати EDFA для посилення всіх довжин хвиль у вікні DWDM і збільшення довжини передачі до 500 км.

Системи DWDM зазвичай обмежені за дальністю 4-5 ділянками посилення через шуми посиленого спонтанного випромінювання (ASE, Amplified Spontaneous Emissions) в EDFA. Є засоби моделювання, що дозволяють точно визначити, скільки EDFA може бути встановлено. На довгих ділянках (> 120 км) може створювати проблеми дисперсія, що потребує встановлення модулів компенсації дисперсії. Смуга DWDM обмежена довжинами хвиль від 1530 нм до 1565 нм діапазоном посилення EDFA.

Типи рішень:

1. Крапка - крапка.

Додавання спектральної системи з топологією «крапка-крапка» в оптичну систему є простим та економічно вигідним вирішенням проблеми нестачі волокон.
Системи з подібною топологією характерні у вирішенні завдань одночасної передачі великої кількості потоків даних для збільшення кількості сервісів (відео, голос і т.д.). У цьому використовуються волокна вже існуючої оптичної транспортної мережі. У цьому режимі роботи інформація передається каналами між двома точками. Для успішної передачі даних на відстань до 50-80 км необхідні мультиплексори/демультиплексори у тих вузлах, де відбуватиметься об'єднання інформаційних потоків та подальше їхнє роз'єднання.

З'єднання з відгалуженнями

Така архітектура реалізує передачу інформації від одного вузла до іншого з проміжними вузлами на цьому шляху, де можливе введення та відведення окремих каналів із застосуванням модулів OADM. Максимальна кількість відгалужень визначається кількістю дуплексних каналів передачі (наприклад, 4 або оптичним бюджетом лінії. При розрахунках потрібно пам'ятати про те, що кожен OADM модуль вносить згасання, в результаті чого загальна довжина тракту відповідно знижується. Оптичний канал можна вилучити в будь-якій точці тракту.

У цьому випадку між двома мультиплексорами/демультиплексорами встановлюються OADM модулі (двоканальні).
При цьому кожен двоканальний модуль OADM необхідно укомплектовувати двома SFP трансіверами.

Крапка з відгалуженнями.

Принципова відмінність від першого варіанта – відсутність другого мультиплексора/демультиплексора. Таким чином, обмін сигналами відбувається між центральним вузлом зв'язку та кінцевим обладнанням на різних ділянках лінії. Така архітектура є перспективною з економічної погляду, т.к. фактично дозволяє виключити з мережі комутатор рівня агрегації за значної економії у волокні. При цьому відстань від OADM модуля (одноканального) до місця розміщення кінцевого обладнання (комутатор, муршрутизатор, медіаконвертор) обмежена лише потужністю сигналу в лінії та втратами, що вносяться від обладнання ущільнення.

Переваги
Економія оптичного волокна - система спектрального ущільнення дозволяє передавати по одному волокну до 8 каналів із пропускною здатністю до 2,5 Gb/s на канал
Незалежність від електроживлення – харчування необхідне лише для активного обладнання
Відсутність проблем «падіння», перезавантажень та ін.
Відсутність необхідності організації постійного доступу до місць розміщення елементів системи - існують OADM модулі для розміщення в оптичних муфтах
Зниження рівня впливу «людського фактора» – відсутність активних компонентів, що потребують налаштування, управління та ін.
Значне зниження вартості володіння – зниження рівня експлуатаційних витрат
Відносно невисока вартість, можливість відмовитися від обладнання рівня агрегації
Максимальна дальність роботи складає 80 і більше кілометрів
Незалежність від клієнтських протоколів – передача до 18 незалежних сервісів по двох парах оптичних волокон; прозорість для всіх протоколів передачі даних
Наявність різних видівобладнання для монтажу в різних умовах: стійку, муфту, на стіну.

Напевно, всі чули про передачу інформації по оптоволоконних мережах, а також про те, що цей метод забезпечує найбільші на сьогоднішній день швидкості. Саме останнє дає хороший привід для розвитку технологій передачі даних з оптоволокна. Вже сьогодні пропускна здатність може досягати порядку терабіт (1000 гігабіт) за секунду.

Якщо порівнювати з іншими засобами передачі, то порядок величин Тбайт/с просто недосяжний. Ще один плюс таких технологій – це надійність передачі. Передача по оптоволокну немає недоліків електричної чи радіопередачі сигналу. Немає перешкод, які можуть пошкодити сигнал, і немає необхідності ліцензувати використання радіочастоти. Однак не так багато людей уявляють собі, як взагалі відбувається передача інформації по оптоволокну, і тим більше не знайомі з конкретними реалізаціями технологій. У цій статті ми розглянемо одну з них – технологію DWDM (dense wavelength-division multiplexing).

Спочатку розглянемо, як взагалі передається інформація з оптоволокна. Оптоволокно - це хвилевід, яким поширюються електромагнітні хвилііз довжиною хвилі близько тисячі нанометрів (10-9 м). Це область інфрачервоного випромінювання, яке не видно людським оком. І основна ідея полягає в тому, що при певному підборі матеріалу волокна та його діаметра виникає ситуація, коли для деяких довжин хвиль це середовище стає майже прозорим і навіть при попаданні на кордон між волокном і зовнішнім середовищем більшість енергії відбивається назад усередину волокна. Тим самим забезпечується проходження випромінювання по волокну без особливих втрат, і основне завдання - прийняти це випромінювання на іншому кінці волокна. Звичайно, за таким коротким описом ховається величезна та важка робота багатьох людей. Не треба думати, що такий матеріал просто створити або цей ефект очевидний. Навпаки, до цього потрібно ставитися як до великого відкриття, оскільки зараз це забезпечує найкращий спосіб передачі. Потрібно розуміти, що матеріал хвилеводу - це унікальна технологія і від його властивостей залежить якість передачі і рівень перешкод; ізоляція хвилеводу розроблена з урахуванням того, щоб вихід енергії назовні був мінімальним. Що ж стосується конкретно технології, яка називається «мультиплексинг», то це означає, що ви одночасно передаєте кілька довжин хвиль. Між собою вони не взаємодіють, а при прийомі або передачі інформації інтерференційні ефекти (накладення однієї хвилі на іншу) несуттєві, оскільки найбільше вони виявляються при кратних довжинах хвиль. Тут же мова йдепро використання близьких частот (частота обернено пропорційна довжині хвилі, тому все одно, про що говорити). Пристрій під назвою «мультиплексор» - апарат для кодування або декодування інформації у формат хвиль і назад. Після цього короткого вступу перейдемо вже до конкретного опису технології DWDM.

Основні характеристики мультиплексорів DWDM, які відрізняють їх від просто WDM-мультиплексорів:

використання лише одного вікна прозорості 1550 нм, у межах області посилення EDFA 1530-1560 нм (EDFA – система оптичного посилення);
малі відстані між мультиплексними каналами – 3,2/1,6/0,8 або 0,4 нм.

Для довідки скажемо, що довжина хвилі видимого світла 400-800 нм. Крім того, оскільки сама назва говорить про щільну (dense) передачу каналів, то кількість каналів більша, ніж у звичайних WDM-схемах, і досягає декількох десятків. Через це виникає потреба створити пристрої, які здатні додавати канал або витягати його, на відміну від звичайних схем, коли відбувається кодування чи декодування всіх каналів одночасно. З такими пристроями, що працюють з одним каналом багатьох, пов'язується поняття пасивної маршрутизації по довжинах хвиль. Також зрозуміло, що робота з більшим числом каналів вимагає більшої точності пристроїв кодування та декодування сигналу і висуває більш високі вимоги до якості лінії. Звідси очевидне підвищення вартості пристроїв - за одночасного зниження ціни за передачу одиниці інформації через те, що тепер її можна передавати у більшому обсязі.

Ось як відбувається робота демультиплексора із дзеркалом (схема на рис. 1а). Прийде мультиплексний сигнал потрапляє на вхідний порт. Потім цей сигнал проходить через хвилевід-пластину і розподіляється по безлічі хвилеводів, що є дифракційною структурою AWG (arrayed waveguide grating). Як і раніше, сигнал у кожному з хвилеводів залишається мультиплексним, а кожен канал - представленим у всіх хвилеводах, тобто поки що відбулося лише розпаралелювання. Далі відбувається відображення сигналів від дзеркальної поверхні, і в результаті світлові потоки знову збираються у хвилеводі-пластині, де відбувається їх фокусування та інтерференція. Це призводить до утворення інтерференційної картини з просторово рознесеними максимумами, причому розрахунок геометрії пластини і дзеркала роблять так, щоб ці максимуми збігалися з вихідними полюсами. Мультиплексування відбувається зворотним шляхом.

Інший спосіб побудови мультиплексора базується на одній, але в парі хвилеводів-пластин (рис. 1б). Принцип дії такого пристрою аналогічний попередньому випадку, за винятком того, що для фокусування та інтерференції використовується додаткова пластина.

DWDM-мультиплексори, будучи суто пасивними пристроями, вносять велике згасання в сигнал. Наприклад, втрати для пристрою (див. рис. 1а), що працює в режимі демультиплексування, становлять 10-12 дБ, при далеких перехідних перешкодах менше -20 дБ та напівширині спектра сигналу 1 нм (за матеріалами Oki Electric Industry). Через великі втрати часто виникає необхідність встановлення оптичного підсилювача перед DWDM-мультиплексором і/або після нього.

Найважливішим параметром технології щільного хвильового мультиплексування, безперечно, є відстань між сусідніми каналами. Стандартизація просторового розташування каналів потрібна вже хоча б тому, що на її основі можна буде розпочинати проведення тестів на взаємну сумісність обладнання різних виробників. Сектор стандартизації телекомунікацій Міжнародного союзу з електрозв'язку ITU-T затвердив частотний план DWDM з відстанню між сусідніми каналами 100 ГГц, що відповідає різниці довжин хвиль 0,8 нм. Ще обговорюється питання передачі інформації з різницею в довжинах хвиль 0,4 нм. Здавалося б, різницю можна зробити і ще меншою, досягнувши тим самим більшої пропускної спроможності, але при цьому виникають суто технологічні труднощі, пов'язані з виготовленням лазерів, що генерують строго монохроматичний сигнал (постійної частоти без перешкод), та дифракційних решіток, які поділяють у просторі максимуми , що відповідають різним довжинам хвиль. При використанні поділу 100 ГГц всі канали рівномірно заповнюють діапазон, що використовується, що зручно при налаштуванні обладнання і його переконфігурації. Вибір інтервалу поділу визначається необхідною пропускною здатністю, типом лазера та ступенем перешкод на лінії. Однак треба враховувати, що при роботі навіть у такому вузькому діапазоні (1530-1560 нм) вплив нелінійних перешкод на кордонах цієї галузі дуже суттєвий. Цим пояснюється той факт, що зі збільшенням числа каналів необхідно збільшувати потужність лазера, але це, у свою чергу, призводить до зниження відношення сигнал/шум. В результаті використання жорсткішого ущільнення поки не стандартизовано і перебуває на стадії розробки. Ще один очевидний мінус збільшення густини - зменшення відстані, на яку сигнал може бути переданий без посилення або регенерації (трохи докладніше про це буде сказано нижче).

Зазначимо, що згадана вище проблема нелінійності властива системам посилення, що ґрунтуються на кремнії. Зараз розробляються надійніші фтор-цирконатні системи, що забезпечують велику лінійність (у всій області 1530-1560 нм) коефіцієнта посилення. Зі збільшенням робочої області EDFA стає можливим мультиплексування 40 каналів STM-64 з інтервалом 100 ГГц загальною ємністю 400 ГГц для волокна (рис. 2).

У таблиці наведено технічні характеристикиоднією з потужних мультиплексних систем, що використовують частотний план 100/50 ГГц виробництва фірми Ciena Corp.

Зупинимося докладніше на системі оптичного посилення. У чому проблема? Спочатку сигнал генерується лазером та відправляється у волокно. Він поширюється по волокну, зазнаючи змін. Основною зміною, з якою потрібно боротися, є розсіювання сигналу (дисперсія). Воно пов'язане з нелінійними ефектами, що виникають при проходженні хвильового пакета в середовищі і очевидно пояснюється опором середовища. Тим самим виникає проблема передачі великі відстані. Великі - у сенсі сотень чи навіть тисяч кілометрів. Це на 12 порядків більше за довжину хвилі, тому не дивно, що навіть якщо нелінійні ефекти малі, то в сумі на такій відстані з ними треба рахуватися. Плюс до того нелінійність може бути в самому лазері. Є два способи досягти впевненої передачі сигналу. Перший - це установка регенераторів, які прийматимуть сигнал, декодуватимуть його, генеруватимуть новий сигнал, повністю ідентичний прийшовшому, і відправлятимуть його далі. Цей метод ефективний, але такі пристрої є дуже дорогими, і збільшення їх пропускної спроможності або додавання нових каналів, які вони повинні обробляти, пов'язане з труднощами переконфігурації системи. Другий спосіб - це оптичне посилення сигналу, повністю аналогічне посиленню звуку в музичному центрі. В основі такого посилення є технологія EDFA. Сигнал не декодується, а лише збільшується його амплітуда. Це дозволяє позбавитися втрат швидкості у вузлах посилення, а також знімає проблему додавання нових каналів, так як підсилювач підсилює все в заданому діапазоні.

На основі EDFA втрати потужності у лінії долаються шляхом оптичного посилення (рис. 3). На відміну від регенераторів таке «прозоре» посилення не прив'язане до бітової швидкості сигналу, що дозволяє передавати інформацію на більш високих швидкостях і нарощувати пропускну здатність до тих пір, поки не набирають чинності інші обмежуючі фактори, такі як хроматична дисперсія та модифікація поляризації. Також підсилювачі EDFA здатні посилювати багатоканальний WDM-сигнал, додаючи ще один вимір у пропускну ємність.

Хоча оптичний сигнал, що генерується вихідним лазерним передавачем, має цілком певну поляризацію, всі інші вузли по дорозі оптичного сигналу, включаючи оптичний приймач, повинні виявляти слабку залежність своїх параметрів від напрямку поляризації. У цьому сенсі оптичні підсилювачі EDFA, характеризуючись слабкою залежністю поляризаційного коефіцієнта посилення, мають відчутну перевагу перед напівпровідниковими підсилювачами. На рис. 3 наведено схеми роботи обох методів.

На відміну від регенераторів, оптичні підсилювачі вносять додатковий шум, який необхідно враховувати. Тому, поряд із коефіцієнтом посилення, одним із важливих параметрів EDFA є коефіцієнт шуму. Технологія EDFA дешевша, тому вона частіше використовується в реальній практиці.

Оскільки EDFA, принаймні за ціною, виглядає привабливіше, розберемо основні характеристики цієї системи. Це потужність насичення, що характеризує вихідну потужністьпідсилювача (вона може досягати і навіть перевищувати 4 Вт); коефіцієнт посилення, що визначається як відношення потужностей вхідного та вихідного сигналів; потужність посиленого спонтанного випромінювання визначає рівень шуму, що створює сам підсилювач. Тут доречно навести приклад музичного центру, де можна простежити аналогії з усіх цих параметрів. Особливо важливим є третій (рівень шуму), і бажано, щоб він був якомога меншим. Використовуючи аналогію, ви можете спробувати увімкнути музичний центр, не запускаючи жодного диска, але при цьому повернути ручку гучності до максимуму. Найчастіше ви почуєте деякий шум. Цей шум створюється системами посилення просто оскільки на них подається харчування. Аналогічно в нашому випадку виникає спонтанне випромінювання, але оскільки підсилювач розрахований на випромінювання хвиль у певному діапазоні, то фотони цього діапазону будуть з більшою ймовірністю випускатися в лінію. Тим самим буде створюватись (у нашому випадку) світловий шум. Це накладає обмеження на максимальну довжину лінії та кількість оптичних підсилювачів у ній. Коефіцієнт посилення зазвичай підбирається такий, щоб відновити початковий рівень сигналу. На рис. 4 наведено порівняльні спектри вихідного сигналу за наявності та відсутності сигналу на вході.

Ще одним параметром, який зручно використовувати при характеристиці підсилювача, є шум-фактор - це співвідношення параметрів сигнал/шум на вході і виході підсилювача. В ідеальному підсилювачі такий параметр повинен дорівнювати одиниці.

Для підсилювачів EDFA існує три способи застосування: підсилювачі, лінійні підсилювачі та підсилювачі потужності. Перші встановлюються безпосередньо перед приймачем. Це робиться для збільшення відношення "сигнал/шум", що забезпечує можливість використання більш простих приймачів і може знизити ціну обладнання. Лінійні підсилювачі мають на меті просте посилення сигналу в протяжних лініях або у разі розгалуження таких ліній. Підсилювачі потужності використовуються посилення вихідного сигналу безпосередньо після лазера. Це з тим, що потужність лазера теж обмежена і іноді легше просто поставити оптичний підсилювач, ніж встановлювати потужніший лазер. На рис. 5 схематично показані всі три способи застосування EDFA.

Крім описаного вище прямого оптичного підсилення, нині готується до виходу ринок підсилювальний пристрій, використовує цих цілей ефект романівського посилення і розроблений у лабораторіях Белла (Bell Labs). Суть ефекту полягає в тому, що з точки прийому назустріч сигналу надсилається лазерний промінь певної довжини хвилі, який розгойдує кристалічну решітку хвилеводу таким чином, що вона починає випромінювати фотони в широкому спектрі частот. Тим самим загальний рівень корисного сигналу піднімається, що дозволяє дещо збільшити максимальну відстань. Сьогодні ця відстань становить 160-180 км, порівняно з 70-80 км без романівського посилення. Ці пристрої виробництва Lucent Technologies з'являться на ринку на початку 2001 року.

Те, про що було зазначено вище, є технологією. Тепер кілька слів про реалізацію, які вже існують і активно використовуються на практиці. По-перше, відзначимо, що застосування оптоволоконних мереж - це не лише Інтернет і, можливо, не стільки Інтернет. По оптоволоконних мереж можна передавати голос та телеканали. По-друге, скажімо, що існує кілька різних типівмереж. Нас цікавлять магістральні мережі телекомунікації, а також локалізовані мережі, наприклад всередині одного міста (так звані метрополітен-рішення). При цьому для магістральних каналів зв'язку, де відмінно працює правило «чим товстіша труба, тим краще», технологія DWDM є оптимальним та обґрунтованим рішенням. Інша ситуація складається в міських мережах, в яких запити щодо передачі трафіку не такі великі, як у магістральних каналів. Тут оператори використовують старий добрий транспорт на основі SDH/SONET, що працює у діапазоні довжин хвиль 1310 нм. У цьому випадку для вирішення проблеми недостатньої пропускної спроможності, яка, до речі, для міських мереж поки що стоїть не дуже гостро, можна використовувати нову технологію SWDM, яка є своєрідним компромісом між SDH/SONET та DWDM (докладніше про технологію SWDM читайте на нашому CD-ROM ). Відповідно до цієї технології одні і ті ж вузли волоконно-оптичного кільця підтримують і одноканальну передачу даних на довжині хвилі 1310 нм, і спектральне ущільнення в діапазоні 1550 нм. Економія досягається за рахунок "включення" додаткової довжини хвилі, для чого потрібно додати модуль у відповідний пристрій.

DWDM та трафік

Одним з важливих моментівпри використанні технології DWDM є трафік, що передається. Справа в тому, що більшість обладнання, яке існує в даний час, підтримує передачу лише одного типу трафіку на одній довжині хвилі. Внаслідок цього нерідко виникає ситуація, коли трафік не до кінця заповнює оптоволокно. Таким чином, по каналу з формальною пропускною здатністю, еквівалентною, наприклад, STM-16, передається менш «щільний» трафік.

В даний час з'являється обладнання, що реалізує повне завантаження довжин хвиль. При цьому одна довжина хвилі може бути наповнена різнорідним трафіком, скажімо, TDM, ATM, IP. Як приклад можна навести обладнання сімейства Chromatis виробництва Lucent Technologies, яке може передавати на одній довжині хвилі всі типи трафіку, які підтримує інтерфейс введення/виведення. Це досягається за рахунок вбудованих крос-комутатора TDM та комутатора АТМ. Причому додатковий комутатор АТМ не є ціноутворюючим. Іншими словами, додаткова функціональність обладнання досягається практично за тієї ж вартості. Це дозволяє прогнозувати, що майбутнє – за універсальними пристроями, здатними передавати будь-який трафік з оптимальним використанням смуги пропускання.

DWDM завтра

Плавно перейшовши до тенденцій розвитку цієї технології, ми, напевно, не відкриємо Америки, якщо скажемо, що DWDM є найбільш перспективною оптичною технологією передачі даних. Це можна пов'язувати переважно з бурхливим зростанням Інтернет-трафіку, показники зростання якого наближаються до тисяч відсотків. Основними відправними точками в розвитку стануть збільшення максимальної довжини передачі без оптичного посилення сигналу і реалізація більшого числа каналів (довжин хвиль) в одному волокні. Сьогоднішні системи забезпечують передачу 40 довжин хвиль, що відповідає 100-гігагерцевій сітці частот. На черзі до виходу ринку пристрою з 50-гигагерцевой сіткою, підтримують до 80 каналів, що відповідає передачі терабитных потоків по одному волокну. І вже сьогодні можна почути заяви лабораторій фірм-розробників, таких як Lucent Technologies або Nortel Networks про швидке створення 25-гігагерцевих систем.

Однак, незважаючи на такий бурхливий розвиток інженерної та дослідницької думки, ринкові показники вносять свої корективи. Рік, що минув, ознаменувався серйозним падінням оптичного ринку, що підтверджується істотним падінням курсу акцій Nortel Networks (29% за один день торгів) після оголошення нею про труднощі зі збутом своєї продукції. В аналогічній ситуації опинилися інші виробники.

У той же час, якщо на західних ринках спостерігається деяке насичення, то східні лише починають розгортатися. Найбільш яскравим прикладом є ринок Китаю, де десяток операторів національного масштабу наввипередки будують магістральні мережі. І якщо «у них» питання побудови магістральних мереж вже практично вирішені, то в нашій країні, хоч як це сумно, поки що просто немає необхідності в товстих каналах для передачі власного трафіку. Проте виставка «Відомчі та корпоративні мережізв'язку» виявила величезний інтерес вітчизняних зв'язківців до нових технологій, і до DWDM у тому числі. І якщо такі монстри, як «Транстелеком» чи «Ростелеком», уже мають транспортні мережі масштабу держави, то нинішні енергетики тільки-но починають їх будувати. Тож, незважаючи на всі негаразди, за оптикою – майбутнє. І чималу роль тут відіграє DWDM.

Комп'ютерПрес 1"2001

Популярне в рубриці: