DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) — плотное мультиплексирование с разделением по длине волны. Расстояние между несущими в DWDM-системах может составлять 25 — 200 ГГц, в современных сетях наиболее часто используется сетка каналов с шагом 50ГГц. Технология DWDM является расширением оптических сетей. Устройства DWDM (мультиплексор или Mux сокращено) объединяют выходные данные нескольких оптических передатчиков для передачи по одному оптическому волокну. Компания Cisco Systems предлагает решение операторского класса для построения нового поколения DWDM сетей на базе платформы Cisco ONS 15454 MSTP. Технология уплотненного волнового мультиплексирования (Dense Wave Division Multiplexing, DWDM) предназначена для создания оптических магистралей нового поколения, работающих на мультигигабитных и терабитных скоростях. Развитие систем WDM, поддержанное с самого начала желанием увеличить доставляемую пользователям ширину полосы канала связи, шло, как известно, по интенсивному пути развития, то есть за счет уменьшения шага между оптическими несущими [1]. Это объяснялось.
1.2 Этапы развития ВОЛС
Все не раз наблюдали ее действие как демультиплексора при падении на одну из ее граней белого света. Радужный спектр, наблюдаемый на выходе другой грани, — это демультиплексированный световой поток. Призма — взаимное устройство то есть его свойства в обоих направлениях идентичны , и если направить на одну из ее граней всю гамму цветов спектра под теми же углами, на выходе другой грани получим белый свет — произойдет мультиплексирование. Но призмы не используются в системах DWDM. Их разрешающая способность мала, и если на основе призмы сделать мультиплексор с разрешением 0,8 нм, то получится устройство очень больших размеров. В системах DWDM используются приборы, основанные на других принципах. Интерференционные фильтры Рис. Действие фильтров основано на явлении интерференции — взаимодействии волн. Если, например, две волны равны по частоте и когерентны вот когда необходима монохроматичность и когерентность излучения лазера , то, при сложении в фазе, их амплитуда возрастает вдвое, а в противофазе — равна нулю.
Интерференционный фильтр представляет собой несколько слоев прозрачного диэлектрика, толщина и коэффициенты отражения и преломления которых подбираются таким образом, чтобы при отражении от них условие сложения в фазе выполнялось только для излучения определенной длины волны. Принцип его действия иллюстрирует рис. Коэффициенты отражения поверхностей пластин выбраны такими, что каждый из них имеет максимум только для определенной длины. А толщина слоев подбирается таким образом, чтобы падающая и отраженные волны на поверхность первой пластины падали в противофазе и взаимно уничтожались. И только излучение с длиной волны l4 проходит все слои практически без поглощения. Но для того, чтобы разделить несколько десятков оптических несущих, рис. Оптическая схема прохождения излучения для этого случая показана на рис. Дифракционные решетки Брэгговская дифракционная решетка.
Вторым типом спектрально-селективных элементов, используемых в системах DWDM, являются дифракционные решетки, чаще всего брэгговские дифракционные решетки. Вообще то, дифракция Брэгга — это дифракция на стоячей ультразвуковой волне, возбужденной в прозрачном твердом материале рис. При этом в нем возникают чередующиеся максимумы и минимумы коэффициента преломления, которые могут играть роль дифракционной решетки. Период решетки пропорционален длине ультразвуковой волны, чем меньше длина волны, тем меньше период решетки, тем выше ее разрешающая способность, тем лучше она может разделить близко стоящие по длине вoлны. В дальнейшем брэгговскими стали называть решетки на основе структуры с периодически изменяющимся коэффициентом преломления, вне зависимости от того, каким путем эти изменения созданы. Это может быть участок материала специального состава, облученный, например, ультрафиолетовым излучением. Таким путем можно сформировать решетки со значительно меньшим периодом, нежели механическим путем гравировкой или путем химического травления через специальную маску. Выше было рассмотрено явление дифракции в случае, когда излучение падает нормально к плоскости решетки.
Однако эффект спектральной селекции можно наблюдать и если излучение направить вдоль структуры с периодическим изменением показателя преломления рис. Подбирая шаг решетки в направлении распространения и материал среды, можно добиться или того, что только излучение с определенной длиной пройдет через решетку или же того, что только это излучение отразится от нее. Фактически добиваются того, чтобы падающее и отраженное излучения со всеми другими длинами волн приходили к концу или началу решетки в противофазе. Рабочая полоса частот такого фильтра определяется длиной решетки. Поскольку и шаг и длина зависят от температуры материала, то необходимо принимать специальные меры для поддержания температуры решетки постоянной, помещая ее в термостат. Для компенсации хроматической дисперсии в линейном волокне применяются брэгговские решетки с изменяющимся периодом Рис. Оптический циркулятор — это невзаимное устройство, по-разному воздействующее на излучение, в зависимости от направления его распространения. Они дороги в производстве, однако потери в них практически не зависят от числа каналов.
Волноводные мультиплексоры на основе технологий интегральной оптики Они основаны на использовании интерференции световых потоков с разными фазовыми сдвигами после прохождения волоконных световодов разной длины. Эти устройства чаще всего используются в качестве коммутаторов, когда необходимо перераспределить каналы с одной длиной волны в другие световоды или ввести в магистральное волокно дополнительные каналы. Схема такого коммутатора мультиплексора показана на рис. Из разветвителя эти потоки попадают в планарные световоды, сформированные методами интегральной оптики на одной пластине. В каждом световоде распространяется излучение всех N длин волн. Длины световодов различны и выбраны таким образом, чтобы излучение различных каналов в результате интерференции на торце выходного разветвителя формировалось в другие, по сравнению с входными, группы. Естественно, все это так просто только на словах, а в действительности требуются сложные расчеты по выбору длин световодов матрицы и формы входного и выходного разветвителей, не говоря уже о собственно технологии изготовления. Такие мультиплексоры называют фазовыми матрицами или фазарами.
Цепочку соединенных последовательно таких световодов применяют для ввода — вывода сигналов отдельных каналов. Достоинство их в том, что матрица мультиплексора может быть изготовлена методом интегральной оптики на одной подложке. О мультиплексорах, как, впрочем, и о любом другом компоненте системы DWDM, можно написать отдельную большую книгу. Поэтому здесь расскажем только о частотном плане современных систем, поскольку именно благодаря параметрам современных мультиплексоров удалось реализовать сам принцип плотного волнового уплотнения. Мультиплексор 1х8 производства фирмы Har-monic показан на рис. Дальнейшее увеличение скорости ограничивается скоростью рекомбинации носителей и толщиной p — n перехода собственно фотодетектора. При такой полосе сложно было обеспечить линейность АЧХ и достаточно высокий коэффициент усиления последетекторного усилителя. Однако применение МОП транзисторов и новой технологии интегральных микросхем позволило решить эту задачу.
Но в принципе, изложение физики фотодетекторов и схемотехники линейных сверхширокополосных усилителей выходит за рамки этой статьи.
Ширина спектрального диапазона канала подстраивается под его пропускную способность. Применение таких решений существенно увеличивает производительность линий связи. EDFA позволяет равномерно усилить каналы на разных длинах волн в том спектральном диапазоне, где затухание сигнала минимально С-диапазон, 1530-1565 нм. С-диапазон, 1530-1565 нм С-диапазон, 1530-1565 нм Появление эрбиевых усилителей открыло возможность построения многоканальных систем, обеспечивающих передачу сигнала до нескольких тысяч километров без электрической регенерации сигнала. В «живой линии» Торонто—Оттава—Монреаль—Квебек используется семь усилителей. График увеличения емкости лабораторных и промышленных линий связи за 1980-2020 годы График увеличения емкости лабораторных и промышленных линий связи за 1980-2020 годы Основные элементы линии связи: — транспондер — прибор, который подготавливает сигнал к передаче в оптическое волокно — оптическое волокно — тонкая нить, изготовленная из кварцевого стекла, по которой передается электромагнитное излучение — мультиплексор — оборудование, объединяющее сигналы из разных волокон на разных длинах волн в одном волокне, и демультиплексор — разделяющий несколько сигналов на разных длинах волн из одного волокна по разным волокнам — усилитель — оборудование, усиливающее многоканальный сигнал при его передаче по оптическому волокну DWDM-система, общий вид DWDM-система, общий вид За время эволюции систем спектрального уплотнения усовершенствовались их основные компоненты, но наиболее ярко развитие технологии можно определить по приемопередающим устройствам — транспондерам, мукспондерам и агрегаторам. Каналообразующее оборудование прошлых поколений работало на уровне отдельных символов, то есть приняло от клиента «1» — отправило в линию «1», приняло из линии «1», передало клиенту «1». Главный недостаток того подхода — отсутствие контроля возникновения ошибок. Если приемник вместо «1» предает «0» — это ошибка, транспондер ее не обнаружил и не исправил, клиент получил неверный формат сигнала.
Оптические приемники, в отличие от лазерных источников, обычно являются широкополосными устройствами. Следовательно, демультиплексор должен обеспечивать избирательность по длине волны приемника в системе WDM. Грубый WDM обеспечивает до 16 каналов через несколько окон передачи кварцевых волокон. Новые возможности усиления Рамановское усиление позволяют расширить используемые длины волн до L-диапазона 1565—1625 нм , более или менее удвоив эти числа. Грубое мультиплексирование с разделением по длине волны CWDM , в отличие от DWDM, использует увеличенный интервал между каналами, что позволяет использовать менее сложные и, следовательно, более дешевые конструкции приемопередатчиков. Волокна из диоксида кремния, не содержащие ОН, рекомендуются, если должны использоваться длины волн между вторым и третьим окнами передачи. Избегая этой области, каналы 47, 49, 51, 53, 55, 57, 59, 61 остаются, и они наиболее часто используются. С волокнами OS2 проблема водяного пика решена, и можно использовать все возможные 18 каналов. WDM, CWDM и DWDM основаны на одной и той же концепции использования нескольких длин волн света на одном волокне, но различаются разнесением длин волн, количеством каналов и способностью усиливать мультиплексированные сигналы в оптическое пространство. EDFA обеспечивает эффективное широкополосное усиление для C-диапазона , рамановское усиление добавляет механизм усиления в L-диапазоне.
Для CWDM недоступно широкополосное оптическое усиление, что ограничивает оптический диапазон несколькими десятками километров. В общем, выбор разноса каналов и частоты в этих конфигурациях исключил использование усилителей на эрбиевом волокне EDFA. До относительно недавней стандартизации этого термина в ITU одно общее определение CWDM заключалось в том, что два или более сигналов, мультиплексированных на одном волокне, с одним сигналом в диапазоне 1550 нм, а другой в диапазоне 1310 нм. ITU G. Многие длины волн CWDM ниже 1470 нм считаются непригодными для использования на более старых волокнах спецификации G. Новые волокна, соответствующие стандартам G. Сниженные требования к оптической стабилизации частоты позволяют сопоставимым расходам на CWDM приближаться к стоимости оптических компонентов без WDM. В этих системах часто используются большие длины волн. Например, нисходящий сигнал может иметь длину 1310 нм, а восходящий сигнал - 1550 нм. Оптика GBIC и SFP CWDM позволяет «преобразовать» устаревшую систему коммутации для обеспечения передачи по оптоволокну с мультиплексированием по длинам волн путем выбора совместимых длин волн приемопередатчиков для использования с недорогим устройством пассивного оптического мультиплексирования.
Он разделяет длины волн с помощью пассивных оптических компонентов, таких как полосовые фильтры и призмы. Многие производители продвигают пассивный CWDM для развертывания волокна в домашних условиях. Dense WDM Плотное мультиплексирование с разделением по длине волны DWDM первоначально относится к оптическим сигналам, мультиплексированным в диапазоне 1550 нм, чтобы использовать возможности и стоимость волоконных усилителей, легированных эрбием EDFA , которые эффективны для длин волн примерно между 1525—1565 нм диапазон C или 1570—1610 нм диапазон L. EDFA могут усиливать любой оптический сигнал в своем рабочем диапазоне, независимо от модулированной скорости передачи данных. Что касается многоволновых сигналов, пока EDFA имеет достаточно энергии накачки, доступной для него, он может усиливать столько оптических сигналов, сколько может быть мультиплексировано в его полосу усиления хотя плотности сигналов ограничены выбором формата модуляции.
В настоящее время в мире проложено уже более 100 млн. Более того, все континенты связаны подводными волоконно-оптическими линиями связи, общая длина которых превышает 300 тыс. Эти системы используют новые принципы передачи информации - оптические солитоны и спектральное разделение каналов, а также принципиально новую элементную базу, основанную на новых материалах и современных технологиях. Традиционные технологии телекоммуникаций позволяют по одному оптическому волокну передать только один сигнал. Суть же технологии оптического уплотнения заключается в возможности организации множества раздельных сигналов SDH по одному волокну, а, следовательно, многократном увеличении пропускной способности линии связи. Основы этой технологии были заложены в 1958г, еще до появления самой волоконной оптики. Однако прошло около 20 лет, прежде чем были созданы первые компоненты мультиплексных систем. Первоначально они создавались для лабораторных исследований, и лишь в 1980 году технология спектрального уплотнения Wavelength Division Multiplexing, WDM была предложена для телекоммуникаций. Устройство волнового спектрального уплотнения WDM - WDM фильтр - выполняет функции мультиплексирования MUX объединения или демультиплексирования DEMUX выделения или фильтрации оптических сигналов разных длин волн - каналов - в одно волокно из множества волокон или из одного волокна в несколько волокон. Сам факт существования устройств WDM основан на свойстве волокна пропускать множество каналов, которые распространяются по волокну, не взаимодействуя между собой, рисунок 1. Схема оптического сегмента, использующего передачу мультиплексного сигнала по волокну Термин DWDM dense wavelength division multiplexer - плотное волновое мультиплексирование - используется по отношению к WDM устройствам с расстоянием между соседними каналами 1,6 нм и менее. Для построения многоканальных WDM систем требуются узкополосные лазеры, стабильно выдерживающие нужную длину волны. Пока именно лазеры остаются наиболее дорогим элементом в таких системах, несколько сдерживая их развитие. В настоящее время поставляются системы с числом каналов 4, 8, 16 и 32. Предполагается рост числа мультиплексных каналов до 64.
Преимущества и недостатки технологии DWDM
| Этапы развития Волс | Ключевое отличие DWDM-систем от CWDM заключается в положении информационных каналов в спектре рабочих длин волн волоконно-оптической системы связи. В DWDM-системах спектры соседних информационных каналов расположены очень близко. |
| Dwdm технология в сетях телекоммуникаций. Обзор технологии DWDM | Именно в этом диапазоне располагаются спектральные каналы систем DWDM (Dense WDM), причем располагаются очень плотно – типовые решетки имеют шаг 0,4 нм (50 ГГц) или 0,8 нм (100 ГГц), – отсюда и слово «dense» в названии технологии. |
| Концепция WDM/DWDM. | Оптические каналы располагаются в диапазоне от 1530 до 1565 нм с шагом. Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM) К слову сказать, DWDM не часто встретишь у корпоративных клиентов, разве что у. это разнос каналов (CWDM имеет почти в 100 раз больше разноса. |
Программные продукты и системы
DWDM is a technology that uses the characteristics of a single mode optical fiber like-bandwidth and low attenuation, multiple wavelengths adopted as carriers and allows them to be simultaneously transmitted across the fiber. это технология оптической связи, которая позволяет передавать по волоконно-оптическим линиям связи большой объем данных за счет спектрального мультиплексирования. это современная технология передачи большого числа оптических каналов по одному волокну, которая лежит в основе нового поколения сетевых технологий. точка" является построение DWDM-сети, в которой промежуточные узлы выполняют функции мультиплексоров ввода-вывода (рис. 4). Цепь DWDM с вводом-выводом в промежуточных узлах.
Технологии DWDM и CWDM в оптических сетях
| Технологии уплотненного волнового мультиплексирования (DWDM) презентация, доклад | точка" является построение DWDM-сети, в которой промежуточные узлы выполняют функции мультиплексоров ввода-вывода (рис. 4). Цепь DWDM с вводом-выводом в промежуточных узлах. |
| Преимущества и недостатки технологии DWDM | DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing). Здесь раскрываются основные принципы передачи сигналов по оптическим линям связи, рассмотрена. |
| Преодолевая шум | Узнайте, как активный DWDM и xWDM переворачивают современные оптические сети, обеспечивая высокую пропускную способность, гибкую конфигурацию и передачу огромных объемов данных. Преимущества применения передовых технологий. |
| Технология DWDM - презентация онлайн | DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) — плотное мультиплексирование с разделением по длине волны. Расстояние между несущими в DWDM-системах может составлять 25 — 200 ГГц, в современных сетях наиболее часто используется сетка каналов с шагом 50ГГц. |
Технологии уплотненного волнового мультиплексирования (DWDM) презентация, доклад
Основные аспекты передачи оптического сигнала- Серая и Цветная оптика- Receive Power- Дисперсия- Множественные длины волн- Усилит. Технология спектрального уплотнения, или спектрального мульти-плексирования (WDM — wavelength division multiplexing), основана на том, что по одному волокну можно передавать сигналы на многих длинах волн. Оптические каналы располагаются в диапазоне от 1530 до 1565 нм с шагом. Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM) К слову сказать, DWDM не часто встретишь у корпоративных клиентов, разве что у. это разнос каналов (CWDM имеет почти в 100 раз больше разноса.
Основные элементы многоволновых систем
Это впервые достигается в системах 100G. Значения 64 Гбод находятся на стадии лабораторных испытаний. Поскольку компонентная база постоянно совершенствуется, возможно дальнейшее небольшое увеличение этого параметра, но значительных скачков в этом направлении ожидать не следует. Помимо нестабильности амплитудно-модулированных сигналов к нелинейным искажениям, это приводит к применению форматов фазовой модуляции, где информация кодирует фазу оптического сигнала или разность фаз соседних символов из-за неопределенности фазы входящего символа часто бывает дифференциальное кодирование обязательный. Современные решения используют одновременно все степени свободы сигнала: амплитуду, фазу и поляризацию светового излучения. Сегодня наиболее распространенным форматом модуляции для 100-гигабитных систем является DP-QPSK двойная двоичная квадратурная манипуляция со сдвигом , где информация кодируется двумя состояниями поляризации и четырьмя фазовыми значениями. Переход к 200G и 400G также повлечет за собой изменение амплитуды света. В современных DWDM-решениях с плотным расположением оптических каналов отсутствуют свободные межканальные интервалы, поэтому единственный способ повышения спектральной эффективности - увеличение общей скорости передачи данных в системе без расширения используемого спектрального диапазона. Это одна из основных причин перехода от амплитудного к более сложному формату фазовой когерентной модуляции. Плата за такой выигрыш - уменьшение дальности передачи. Другое направление - это уменьшение канального пространства в обычном оптическом диапазоне.
Это требует перехода к новому стандарту мультиплексирования с разделением по длине волны и может привести к увеличению межканальных помех. Увеличение дальности передачи Второе направление повышения производительности DWDM-системы - увеличение дистанции. Это зависит от многих факторов: устойчивости выбранного транспондера к шумам ASE и нелинейным искажениям, параметров усилителей и волокон, сетки каналов и т. Порог чувствительности приемника дБ также определяет дальность передачи. Показатель OSNRr требуемое отношение оптического сигнала к шуму - это отношение между уровнем сигнала и шума, когда еще можно обнаружить входящий сигнал. Операторы часто сталкиваются с задачей увеличения скорости передачи при сохранении дальности. Такое обновление может происходить путем замены транспондеров на более совершенные с сохранением требуемого OSNR. Задача когерентного обнаружения состоит в смешении входящего информационного сигнала с излучением эталонного лазера. Преобразование спектра выполняется таким образом, чтобы фотоприемник содержал полную информацию об исходном оптическом сигнале. Использование поляризационных разветвители, информационный сигнал и опорный приемник лазерного излучения разделяются на два ортогональных компонентов.
В современных когерентных решениях ширина лазерного излучения не превышает 100 ГГц. Четыре пары сигналов от симметричных фотоприемников, повышающих чувствительность приема, подключены ко входам аналого-цифровых преобразователей. Таким образом, формируются четыре потока символов. Несмотря на то, что принципы когерентного приема были известны давно, их применение в оптической области было затруднено. Это было вызвано сложностью и дороговизной высокостабильных узкополосных лазеров с необходимостью синхронизации фазы и частоты принимаемого сигнала и излучения гетеродина. Появление мощных технологий цифровой обработки сигналов решило проблему фазовой синхронизации. Таким образом, в блоке DSP Digital Signal Processing одним из алгоритмов является корреляция разности фаз с использованием восстановления несущей. Это устраняет необходимость в аппаратной синхронизации частот и частот. Сегодня DSP является неотъемлемой частью когерентного транспондера. Четыре цифровых потока с выходов АЦП поступают в блок DSP, где с упомянутой синхронизацией и фазовой диверсией реализуются другие алгоритмы компенсации, необходимые для безошибочного восстановления сигнала.
Первый функциональный блок процессора исключает неточности входного интерфейса - временное рассогласование между четырьмя компонентами из-за неравенства оптического и электрического трактов когерентного приемника, неравенства их амплитуд. Затем частота асинхронной выборки преобразуется в частоту 2 отсчета на символ.
Схематическое изображение двухволоконного трансивера с портами Tx и Rx Порт «Rx» зачастую является широкополосным и детектирует оптические сигналы в диапазоне 1270 — 1620 нм, порт «Tx» сигнал на одной из несущих длин волн C или L диапазонов, в зависимости от модели трансивера.
Таблица DWDM с указанием максимальной дальности передачи трансиверов Мультиплексоры и демультиплексоры DWDM Оптический мультиплексор и демультиплексор DWDM представляет собой — пассивное волоконно-оптическое устройство, предназначенное для мультиплексирования суммирования и демультиплексирования разделения оптических сигналов по длинам волн частоте в рамках частотной сетки DWDM DWDM grid. Каждая технология производства мультиплексоров обладает своими плюсами и минусами, в зависимости от требований или ресурсов трассы может быть использована любая из перечисленных технологий. В остальном принципы, заложенные в мультиплексорах CWDM подробнее можно прочитать по ссылке , основанных на оптических фильтрах, полностью применимы в DWDM-мультиплексорах.
DWDM мультиплексоры на основе AWG В данном типе мультиплексоров смешение или разделение различных длин волн происходит в рамках одного кристалла. Мультиплексор на основе AWG представляет собой кристалл, состоящий из массива волноводов условно можно сказать, что это множество различных ОВ. Свет на определенной длине волны, попадая на этот кристалл, распространяется по своей «дорожке» и на оборот.
Конструкция AWG мультиплексора Внутри AWG мультиплексора находится: Фокусирующая С-линза — специальная линза с вклеенным в нее оптическим выводом, которая фокусирует проходящий по ОВ свет на массив волноводов или фокусирует свет, приходящий из массива волноводов в ОВ. Массив волноводов — кристалл, состоящий из множества отдельных дорожек, каждая из которых соответствует своей длине волны. Выходная фокусирующая пластина — специальная структура, состоящая во многом из ленточного волокна, которая прецизионно вклеена в массив волноводов таким образом, чтобы отдельное ОВ стыковалось со своей дорожкой.
За счет того, что свет на любой длине волны проходит примерно один и тот же путь, вносимые затухания для мультиплексоров на основе AWG для любой длины волны всегда примерно одинаковы и составляют 4-7 дБ в зависимости от типа кристалла. Данная особенность очень выгодна при проектировании и построении высокоплотных систем более 20 каналов передачи данных , так как расчет оптического бюджета заметно упрощается и, таким образом, значительно проще предсказать возможные отклонения от расчетных значений. По принципу работы все мультиплексоры можно разделить на два основных типа: Одноволоконные DWDM мультиплексоры — являются комбинированным устройством, которое одновременно мультиплексирует исходящие сигналы из портов «Tx» и демуплексирует принимаемый групповой сигнал на отдельные каналы подаваемые на порты «Rx» ; Двухволоконные мультиплексоры DWDM, которые представляют собой классический волоконно-оптические мультиплексоры с чётко разделенными мультиплексирующей и демультиплексирующей частями.
Функционально, двухволоконный мультиплексор является двумя взаимно не связанными мультиплексорами, один из которых только мультиплексирует исходящие сигналы в групповой исходящий сигнал, а второй мультиплексор демультиплексирует поступающий из линии групповой сигнал на отдельные канальные сигналы. Устройства OADM по своей сути являются обычными мультиплексорами и демультиплексорами с малой канальной ёмкостью, которые могут быть рассчитаны для использования, как в одноволоконных системах, так и в двухволоконных.
Multiplexing DWDM called "densified" due to the fact that it uses a considerably smaller distance between the wavelengths than the WDM. Frequency plans At present, two of the frequency plan ie a set of frequencies that are separated from each other by a constant value are defined recommendation G. The main problem in the construction of super-dense DWDM systems is that with decreasing frequency step there is an overlapping of the spectra of adjacent channels and there is blurring of the light beam. Optical devices directly amplify light signals in the 1550 nm band, eliminating the need of intermediate conversion to electrical form, as do the regenerators used in the SDH network.
The disadvantage of systems of electric signal regeneration is that they have to take a certain type of coding, which makes them quite expensive. Optical amplifiers, "transparent" transmission information, allow to increase the line speed without the need to upgrade the amplifier units. Length of the section between the optical amplifiers can reach 150 km or more, which provides economical DWDM backbones generated in which multiplex section length is today 600-3000 km with use of 1 to 7, the intermediate optical amplifiers. Although optical amplifier restores the signal strength, it does not fully compensate for the effect of chromatic dispersion i. Therefore, to build a more extensive highways need to be installed between the reinforcing portions DWDM multiplexers performing signal regeneration by converting it into electrical form and back. To reduce non-linear effects in the DWDM signal limitation also applies power systems.
To some the connection was secured, two paths are established between its endpoints: main and reserve. Multiplexer endpoint compares the two signals and selects the best signal quality. Ring DWDM multiplexers The mesh topology With the development of DWDM networks are increasingly mesh topology is used, which provides the best performance in terms of flexibility, performance, and resiliency than other topologies. However, to implement a mesh topology, you must have optical cross connects Optical Cross-Connector, PL , which not only add waves to the overall transit signal and outputting them out, as do the multiplexer input-output, but also support arbitrary switching between optical signals transmitted waves of different lengths. Passive multiplexers Active multiplexers The number of light waves output low The number of light waves is limited to the applicable frequency plan and a set of light waves It allows you to display and input signal is a light wave without changing the overall spectrum of the light beam It does not introduce additional attenuation because it produces a complete demultiplexing of all channels and converting into electrical form Introduces additional attenuation It has a high cost It has a budget cost Optical cross-connects In networks with mesh topology is necessary to provide the flexibility to change the route of the wave of connections between network subscribers. Such capabilities provide optical cross-connects, to guide the any of the waves at any output port from each input port signal of course, provided that no other signal of this port does not use the wave must perform another broadcast wavelength.
There are optical cross-connects two types: Optoelectronic cross connectors with intermediate conversion to electrical form; all-optical cross-connects, or photonic switches. MicroElectro Mechanical System, MEMS Factors to be considered in the construction of DWDM systems Chromatic dispersion Chromatic dispersion - as a result of its influence, as it propagates through the fiber, the pulses constituting the optical signal become wider. When transmitting signals over long distances pulses can be superimposed on the adjacent, making it difficult for accurate recovery. With increasing speed of the transmission optical fiber length and chromatic dispersion effect increases. To reduce the effect of chromatic dispersion on the transmitted signals, dispersion compensators are applied. Polarization Mode Dispersion PMD occurs in an optical fiber due to the difference in the propagation velocities of the two mutually perpendicular polarization mode components, which leads to distortion of the transmitted pulses.
The reason for this phenomenon is the heterogeneity of the geometric shape of the optical fiber. Effect of polarization mode dispersion on the transmitted optical signals with increasing rate with increasing number of channels and sealing system with increasing fiber length. Stimulated backscatter Mandelstam - Brillouin, the essence of this phenomenon is to create an optical signal of periodic domains with varying refractive index - a kind of a virtual diffraction grating, passing through which signals propagate like the acoustic wave. Reflected this virtual grid signals are added and amplified to form a reverse optical signal with the Doppler frequency down. This phenomenon leads to an increase in the noise level and prevents the spread of the optical signal, since a large part of its power is dissipated in the reverse direction. Often mistakenly called this phenomenon reflected acoustic wave.
Phase modulation at high power levels of the laser signal modulation of its own phase of the signal can occur. This modulation extends the range and broadens or compresses the signal in time, depending on the sign of the chromatic dispersion. In dense WDM systems, self-modulation signal with an expanded spectrum signals may be superimposed on the adjacent channels. Phase modulation signal is increased with increasing power, increasing the transmission rate and with a negative chromatic dispersion. Influence of phase modulation is reduced at zero or a small positive chromatic dispersion Cross-phase modulation, the phenomenon resulting signal modulates the phase of one channel signals from neighboring channels. Factors affecting the cross-phase modulation, coincide with the factors influencing the phase modulation.
Преимущества DWDM: Высокая пропускная способность; Возможность значительного расширения ёмкости, масштабирования сети; Передача трафика широкого спектра решений, от систем IP до оборудования SDH и других; Совмещена гибкость управления относительно низкоскоростными каналами со скоростной передачей гигабитных потоков в основных магистралях; Надёжность и отказоустойчивость; Возможность передачи больших объемов данных на дальние расстояния. В декабре 2012 г. Бюджет 1-канальной линии составил 84 дБ. Топологии и схемы защиты для DWDM Сетевая архитектура основана на многих факторах, включая типы приложений и протоколов, расстояния, схемы использования и доступа, а также унаследованные сетевые топологии. На столичном рынке, например, топологии точка-точка могут использоваться для соединения местоположений предприятия, кольцевые топологии для соединения межведомственных объектов IOF и для доступа к жилым помещениям, а топологии ячеистой сети могут использоваться для соединений между POP и подключения к магистральной магистрали. Фактически, оптический уровень должен поддерживать множество топологий, и из-за непредсказуемых изменений в этой области эти топологии должны быть гибкими. Сегодня основные топологии развертывания - это точка-точка и кольцо. Благодаря двухточечным каналам через DWDM между крупными корпоративными сайтами необходимо только устройство в помещении заказчика для преобразования трафика приложений в определенные длины волн и мультиплексирования. Операторы связи с топологией «линейное кольцо» могут развиваться до полных колец на основе OADM. По мере того как конфигурируемые оптические кросс-соединения и коммутаторы становятся все более распространенными, эти двухточечные и кольцевые сети будут объединяться в ячейки, превращая оптические городские сети в полностью гибкие платформы.
В сетях дальней связи расстояние между передатчиком и приемником может составлять несколько сотен километров, а количество усилителей, требуемых между конечными точками, обычно меньше 10. В MAN усилители часто не нужны. Защита в топологиях «точка-точка» может быть обеспечена двумя способами. В оборудовании первого поколения резервирование находится на системном уровне. Параллельные каналы соединяют резервированные системы на обоих концах. За переключение в случае сбоя отвечает клиентское оборудование например, коммутатор или маршрутизатор , а сами системы DWDM просто обеспечивают емкость. В оборудовании второго поколения резервирование находится на уровне карты. Параллельные каналы соединяют одиночные системы на обоих концах, которые содержат дублированные транспондеры, мультиплексоры и процессоры. Здесь защита перекочевала на оборудование DWDM, а коммутационные решения находятся под локальным контролем. Кольцевые топологии Кольца являются наиболее распространенной архитектурой в мегаполисах и простираются на несколько десятков километров.
Волоконное кольцо может содержать всего четыре канала с длиной волны и обычно меньше узлов, чем каналов. В узловом узле трафик исходит, завершается и управляется, а также устанавливается соединение с другими сетями. В узлах OADM выбранные длины волн удаляются и добавляются, в то время как остальные проходят прозрачно экспресс-каналы. Таким образом, кольцевые архитектуры позволяют узлам в кольце предоставлять доступ к сетевым элементам, таким как маршрутизаторы, коммутаторы или серверы, путем добавления или удаления каналов длины волны в оптическом домене. Однако с увеличением количества OADM сигнал будет теряться, и может потребоваться усиление. На схема UPSR с двумя волокнами концентратор и узлы передают сигнал по двум кольцам, вращающимся в противоположных направлениях, но одно и то же волокно обычно используется всем оборудованием для приема сигнала; отсюда и название однонаправленный. Если рабочее кольцо выходит из строя, приемное оборудование переключается на другую пару. Хотя это обеспечивает полное резервирование пути, повторное использование полосы пропускания невозможно, поскольку резервное волокно всегда должно быть готово для переноса рабочего трафика. Эта схема чаще всего используется в сетях доступа. Другие схемы, такие как кольцо с двунаправленной коммутацией линий BLSR , позволяют трафику перемещаться от отправляющего к принимающему узлу по наиболее прямому маршруту.
Ячеистые топологии Ячеистые архитектуры - это будущее оптических сетей. По мере развития сетей кольцевые и двухточечные архитектуры все еще будут иметь место, но сетка обещает быть самой надежной топологией. Этому развитию будет способствовать внедрение настраиваемых оптических кросс-соединений и коммутаторов, которые в некоторых случаях заменят, а в других случаях дополнят фиксированные устройства DWDM.
Принцип работы систем со спектральным уплотнением
сотовая структура. Естественным развитием топологии "точка - точка" является построение DWDM-сети, в которой промежуточные узлы выполняют функции мультиплексоров ввода-вывода (рис. 4). Слайд 16Цепь DWDM с вводом-выводом в промежуточных узлах. Плотное спектральное мультиплексирование — DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) — технология для объединения еще гораздо большего числа длин волн, нежели это предусмотрено предыдущей технологией. Так же существует технология высоко уплотненного волнового мультиплексирования HDWDM (High Dense Wave Division Multiplexing) способная функционировать с частотным планом с шагом 25 ГГц. Технология DWDM: ее развитие и применение. 1. CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing) — грубое спектральное уплотнение. Технология CWDM обеспечивает передачу сигнала в диапазоне 1260 – 1625 нм до 18 оптических каналов с шагом 20 нм между ними. Платформа «Волга» для построения высокоскоростных DWDM-сетей — до 400 Гбит в секунду. Платформа работает с оптическими транспордерами 100G. Что дает возможность передачи данных на расстояния более 4000 километров.
Причины ошибок в системе DWDM при приеме оптического сигнала
- Принцип работы систем со спектральным уплотнением
- Технология DWDM
- Мультиплексирование с разделением по длине волны - Wavelength-division multiplexing
- Преимущества и недостатки технологии DWDM
- Презентация "Технологии уплотненного волнового мультиплексирования (DWDM)" скачать
- Dwdm системы. Технология WDM
Технологии DWDM и CWDM в оптических сетях
Оборудование WDM. При создании систем CWDM и DWDM применяются несколько видов оборудования, позволяющего мультиплексировать и демультиплексировать до 48 абонентских каналов. Узнайте, как активный DWDM и xWDM переворачивают современные оптические сети, обеспечивая высокую пропускную способность, гибкую конфигурацию и передачу огромных объемов данных. Преимущества применения передовых технологий. What is DWDM? DWDM refers to Dense Wavelength Division Multiplexing. The technology supports multiplexed transmission of multiple optical wavelengths in a single fiber strand. DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) — плотное мультиплексирование с разделением по длине волны. Расстояние между несущими в DWDM-системах может составлять 25 — 200 ГГц, в современных сетях наиболее часто используется сетка каналов с шагом 50ГГц. Узнайте, как активный DWDM и xWDM переворачивают современные оптические сети, обеспечивая высокую пропускную способность, гибкую конфигурацию и передачу огромных объемов данных. Преимущества применения передовых технологий.
Концепция WDM/DWDM.
Слайд 7 Передатчики Современные передатчики имеют гибридную конструкцию. Лазеры и интегральные микросхемы, модулирующие излучение, объединены в единый компактный модуль, что позволяет достичь больших частот модуляции и высокой надежности. Такой модуль является электронно-оптическим преобразователем, в котором интенсивность выходного светового сигнала модулируется входным цифровым электрическим сигналом. Все эти длины волн должны разместиться в рабочей области усилителя. Системы DWDM с малым частотным интервалом можно использовать только при наличии лазера с узкой линией излучения. Лазерные источники должны быть защищены от обратных отражений, так как они могут вызвать нестабильность генерации источника. Лазерные модули сами по себе довольно дороги и их замена может потребовать сложной и дорогостоящей операции по разборке и последующей перенастройки компонентов, обеспечивающих эффективную работу линии.
Устройства с решёткой и призмой рисунок 3. Последовательное разделение применяется при небольшом числе каналов, так как с ростом числа каналов пропорционально увеличивается число элементов схемы светофильтров, делительных пластин, зеркал, фокусирующих элементов и соответственно растут потери на излучение. Наиболее широко используются устройства с хроматическим фильтром рисунок 3.
Демультиплексоры такого типа выполнимы и в полностью волоконном исполнении без использования цилиндрических линз. В разрезе передающего волоконного световода расположен фильтр, чувствительный к длине волны. Параллельное разделение возможно осуществить как для малого, так и для большого несколько десятков числа спектрально уплотнённых несущих в одном ВС. Параллельные детали представляют собой миниспектрометр. Как и спектрометр, делитель имеет диспергирующий элемент решётку или призму , коллимирующий элемент объектив или вогнутое зеркало , а также входную и выходную цепи роль которых выполняют сердцевины излучающего и приёмных волоконных световодов. Схема с призмой не получила широкого распространения, так как призма ограничивает возможность миниатюризации устройства и характеризуется низкой дисперсией в диапазоне длин волн 1,1—1,6мкм. Материалы для изготовления призм со значительной угловой дисперсией имеют большие потери. Кроме того, дисперсия призм не постоянна по спектру. Наибольшее распространение получили устройства с дифракционной решёткой.
Примером устройства демультиплексора с решёткой является пятиканальный демультиплексор, изображённый на рисунке 3. Излучающий и пять приёмных ВС объединены в линейку, расположенную в фокальной плоскости объектива фокусное расстояние 23,8мм, диаметр 14мм. Излучение из передающего ВС коллимируется объективом, дифрагирует на решётке и снова попадает в объектив, который в зависимости от длины волны фокусирует излучение на тот или иной приёмный ВС. У CWDM фильтра есть 3 входа выхода. На фото справа видно 3 оптических волокна, выходящих из корпуса устройства. Фильтр отделяет или добавляет сигнал только с какой-либо одной длиной волны. Размер этого оптического устройства очень маленький, по габаритам его можно сравнить со спичкой. CWDM мультиплексор состоит из соединенных последовательно фильтров. Количество фильтров равно количеству длин волн в мультиплексоре.
Если вы вскроете пластиковый корпус, то обнаружите там N маленьких цилиндров, соединенных друг с другом оптическими волокнами. Технология производства CWDM мультиплексоров очень простая. Прямо на заводе сидит рабочий и сваривает волокна, выходящие их фильтров друг с другом. После того, как все сварки выполнены, фильтры укладывают в пластиковый корпус и заливают компаундом. В производстве пассивных устройств CWDM преобладает ручной труд.
В середине 1990-х годов системы DWDM содержали 4 или 8 транспондеров с преобразованием длины волны; к 2000 году или около того были доступны коммерческие системы, способные передавать 128 сигналов. Это удаленный участок усиления, который усиливает многоволновой сигнал, который, возможно, прошел до 140 км или более, прежде чем достигнет удаленного объекта. Оптическая диагностика и телеметрия часто извлекаются или вставляются в такое место, чтобы обеспечить локализацию любых разрывов волокна или ухудшения сигнала. В более сложных системах которые больше не являются двухточечными несколько сигналов из многоволнового оптического сигнала могут быть удалены и отброшены локально. Конечный демультиплексор DWDM. Первоначально это демультиплексирование выполнялось полностью пассивно, за исключением некоторой телеметрии, поскольку большинство систем SONET могут принимать сигналы с длиной волны 1550 нм. Часто функции выходного транспондера интегрируются в функции входного транспондера, так что большинство коммерческих систем имеют транспондеры, поддерживающие двунаправленные интерфейсы как на своей стороне 1550 нм то есть внутренней , так и внешней то есть обращенной к клиенту боковая сторона. Транспондеры в некоторых системах, поддерживающих номинальную работу в диапазоне 40 ГГц, также могут выполнять прямую коррекцию ошибок FEC с помощью технологии цифровой оболочки , как описано в ITU-T Стандарт G. Оптический контрольный канал OSC. Это канал данных, который использует дополнительную длину волны, обычно за пределами диапазона усиления EDFA на 1510 нм, 1620 нм, 1310 нм или на другой собственной длине волны. OSC передает информацию о многоволновом оптическом сигнале, а также об удаленных условиях на оптическом терминале или на сайте EDFA. Он также обычно используется для удаленного обновления программного обеспечения и информации для управления сетью пользователя например, оператора сети. Стандарты ITU предполагают, что OSC следует использовать структуру сигнала OC-3, хотя некоторые поставщики предпочли использовать 100-мегабитный Ethernet или другой формат сигнала. В отличие от многоволнового сигнала 1550 нм, содержащего данные клиента, OSC всегда завершается на промежуточных участках усилителя, где он принимает локальную информацию перед повторной передачей. WDM длины волн расположены в виде сетки, имеющий ровно 100 ГГц около 0,8 нм Расстояние между оптической частотой, с опорной частотой, закрепленной на 193. Основная сетка размещается внутри полосы пропускания волоконно-оптического усилителя, но ее можно расширить до более широкой полосы пропускания. Системы DWDM должны поддерживать больше стабильная длина волны или частота, чем те, которые необходимы для CWDM, из-за более близкого расстояния между длинами волн. В системах DWDM требуется прецизионный контроль температуры лазерного передатчика, чтобы предотвратить «дрейф» за очень узкое частотное окно порядка нескольких ГГц. Кроме того, поскольку DWDM обеспечивает большую максимальную пропускную способность, он, как правило, используется на более высоком уровне в иерархии связи, чем CWDM, например, на магистрали Интернета и, следовательно, связан с более высокими скоростями модуляции, тем самым создавая меньшую рынок устройств DWDM с очень высокой производительностью. Последние инновации в транспортных системах DWDM включают съемные и программно настраиваемые модули приемопередатчиков, способные работать на 40 или 80 каналах. Это значительно снижает потребность в дискретных запасных сменных модулях, когда небольшое количество подключаемых устройств может обрабатывать весь диапазон длин волн. Он также будет служить для описания эволюции таких систем за последние 10 лет или около того. Как указано выше, транспондеры с преобразованием длины волны первоначально служили для преобразования длины волны передачи сигнала клиентского уровня в одну из внутренних длин волн системы DWDM в диапазоне 1550 нм обратите внимание, что даже внешние длины волн в диапазоне 1550 нм, скорее всего, потребуется преобразовать, поскольку они почти наверняка не будут иметь требуемых допусков по стабильности частоты и не будут иметь оптической мощности, необходимой для EDFA системы. Однако в середине 1990-х транспондеры с преобразованием длины волны быстро взяли на себя дополнительную функцию регенерации сигнала. Регенерация сигнала в транспондерах быстро эволюционировала от 1R до 2R до 3R и до многобитовых регенераторов 3R с контролем служебных данных.
Эти системы используют новые принципы передачи информации - оптические солитоны и спектральное разделение каналов, а также принципиально новую элементную базу, основанную на новых материалах и современных технологиях. Разработка систем передачи информации нового поколения, прежде всего, вызвана потребностями экономики. Известно, что для увеличения вдвое национального валового продукта необходимо обеспечить 4-кратное увеличение объема передаваемой информации. Сегодняшний этап развития волоконно-оптических систем связи в мире характеризуется серьезным технологическим прорывом в области элементной базы, позволившим совершить значительный скачок в повышении пропускной способности ВОЛС. Важнейшими элементами высокоскоростных волоконно-оптических сетей являются передающие и приемные модули, модуляторы, широкополосные оптические усилители, компенсаторы дисперсии, мультиплексоры и коммутаторы. Успехи в технологии создания высококачественных источников излучения и фотодетекторов для высокоскоростных ВОЛС позволили удовлетворить практически все современные потребности пользователей и операторов сетей связи в широком диапазоне скоростей. Наиболее широкое применение в перспективных ВОЛС со спектральным разделением каналов могут найти перестраиваемые по длинам волн полупроводниковые лазеры. К этим устройствам предъявляются довольно жесткие требования по стабильности спектральных характеристик. Основные же усилия разработчиков в настоящее время направлены на снижение стоимости этих устройств с целью обеспечения более высокой конкурентоспособности ВОЛС со спектральным разделением каналов по сравнению с другими типами ВОЛС, наращивание пропускной способности которых требует использования дополнительных оптических волокон или увеличения скорости передачи при временном уплотнении каналов. Дальнейшее развитие ОСП базируется на двух основных концепциях, которые неразрывно связаны между собой. Это многоволновые системы передачи DenseWDM. Где имеется несколько передатчиков, сигналы которых поступают на оптический мультиплексор, на приемной стороне происходит обратное преобразование. Второй составляющей являются, так называемые полностью оптические сети AON. В них используются оптические усилители, наиболее перспективными. В линии отсутствуют регенераторы, вместо них устанавливаются аналоговые усилители, которые без преобразования принятого оптического сигнала в электрический, просто увеличивают его амплитуду и передают дальше. Эта технология обладает очень важным приемуществом — это отсутствие привязки к скорости и протоколу передачи. Между тем еще с середины 80-х гг. Первые эксперименты с DWDM датируются 1985 г. Передача велась на расстояние 55 км. Во всех трех случаях использовался диапазон 1550 нм. В начале 1998 г. В обоих экспериментах применялись новые оптические усилители Bell Laboratories, полоса пропускания которых почти в семь раз шире, чем у серийных устройств. Вероятно, это связано с ожида- ниями стандартизации и внедрения оче- редных уровней протокола Ethernet на кли- ентских сетях — 400G Ethernet и 1T Ethernet.
Оптическая обработка информации
Для простейших расчетов можно рассматривать частоту как скорость света, делённую на длину волны. Совсем неудобно — много цифр и непонятно. На сегодняшний день CWDM системы работают в диапазоне 1270нм-1610нм, представляя в нем 18 отдельных каналов 1270нм, 1290нм, 1310нм … 1590нм, 1610нм. Но в DWDM все обстоит немного по-другому. Диапазон C находится в пределах от 1528. Цифры уже пугают, а если еще учесть тот факт, что волновая сетка неравномерна то есть, расстояние между двумя соседними каналами не всегда одинаковое — от 0.
Именно поэтому в DWDM системах используется наименование диапазона и нумерация канала в этом диапазоне например, C35 или L91. Наглядно все обычные каналы DWDM системы представлены на рисунке 1. Таблица 1. Тут сразу следует сделать несколько оговорок. Во-первых и это важно для дальнейшего понимания!
Зачем делить — об этом в последующих статьях, сейчас просто важно отметить для себя, что деление существует. Во-вторых, L-диапазон только начинает использоваться, и не все производители могут позволить себе сделать оборудование для L-диапазона таблица 1. В-третьих, в подписи к таблице фигурирует слово «обычная» - а это значит, что должны быть еще и «необычные» сетки. И они действительно есть. Как мы выяснили выше, по длинам волн различать DWDM каналы неудобно.
А вот по частотам — очень даже, и, если внимательно присмотреться к таблице 1. И, если рассматривать диапазон C на данный момент освоенный большинством производителей DWDM систем , то можно вывести суммарное количество каналов в нем — 61 канал. Сразу оговоримся, что, как и в CWDM системах, каждый канал — это информационный поток в одну сторону , а значит, для полноценного обмена данными их необходимо два 30 полноценных дуплексных канала в диапазоне C и 26 — в диапазоне L, всего — 56 полноценных дуплексных канала. Кроме обычной 100-гигагерцовой сетки используют 200-гигагерцовую сетку нечетные каналы С-диапазона. Это связано с тем, что некоторое количество производителей DWDM оборудования не способно производить мультиплексоры для 100-гигагерцовой сетки, так как комплектующие для нее достаточно дорогие и должны быть более высокого качества относительно 200ГГц систем.
В данной схеме уплотнения присутствует 31 однонаправленный канал связи или 15 полноценных дуплексных каналов. Очень редко ну ооооочень редко используются DWDM системы уплотнения с 50-гигагерцовой сеткой. Это значит, что между двумя соседними основными каналами обычной 100-гигагерцовой сетки расположен дополнительный подканал. В таких системах уплотнения в диапазоне C находится 61 основной канал и 61 дополнительный, всего — 122 канала. В диапазоне L — 53 основных и 53 подканала, всего — 106 каналов.
Это много. Очень много. Традиционные технологии телекоммуникаций позволяют по одному оптическому волокну передать только один сигнал. Суть же технологии спектрального, или оптического уплотнения заключается в возможности организации множества раздельных сигналов SDH по одному волокну, а, следовательно, многократном увеличении пропускной способности линии связи. Основы этой технологии были заложены в 1958, еще до появления самой волоконной оптики.
Однако прошло около 20 лет, прежде чем были созданы первые компоненты мультиплексных систем. Первоначально они создавались для лабораторных исследований, и лишь в 1980 году технология спектрального уплотнения WDM была предложена для телекоммуникаций. Благодаря WDM удается организовать двустороннюю многоканальную передачу трафика по одному волокну в обычных линиях используется пара волокон - для передачи в прямом и обратном направлениях. Принцип работы систем со спектральным уплотнением В простейшем случае каждый лазерный передатчик генерирует сигнал на определенной частоте из частотного плана. Все эти сигналы перед тем, как вводятся в оптическое волокно объединяются мультиплексором MUX.
Здесь, так же как и в SDH сетях, мультиплексор является ключевым элементом. Принципиальная схема WDM достаточно проста. Для того чтобы организовать в одном волокне несколько оптических каналов сигналы SDH «окрашивают», то есть меняют оптическую длину волны для каждого такого сигнала. В конечном пункте происходит обратная операция - «окрашенные» сигналы SDH выделяются из группового сигнала и передаются потребителю. Так, погрешность длины волны, которую обеспечивает стандартный лазер, применяемый в телекоммуникациях, примерно в сто раз больше, чем требуется в системе WDM.
На практике более важно для сетевого оператора, общая мощность линии волоконно-оптической связи ВОЛС , а не число оптических каналов, а также возможность увеличить пропускную способность линий связи оптического волокна по мере роста требований рынка. Возможность технологии DWDM является значительным увеличением пропускной способности без замены электронных устройств и оптического кабеля. При добавлении новых каналов на новые длины волн, существующие каналы не затрагиваются, что увеличивает пропускную способность сети в сотни раз. Каналы могут иметь различные скорости передачи, протоколы и нет никакой необходимости синхронизировать их вместе. Оборудование, основанное на технологии DWDM, используется не только для создания новых волоконно-оптических сетей, но также для увеличения ее емкости и доступности для модернизации и расширения существующих сетей. Несмотря на большую стоимости, системы мультиплексирования DWDM, имеют ряд очевидных преимуществ: 1. DWDM помогает организовать 24 дуплексных канала а некоторые изготавливаемые на заказ системы уплотнения и до 80 каналов в одном оптическом волокне.
По сравнению с 9 каналами WDM — это важное преимущество. Оптические модули 10G WDM с максимальным бюджетом в 26 дБ могут организовать не более 3 каналов на расстоянии от 80 до 85 километров, аналогичные DWDM-системы могут организовать 8, и даже больше, каналов с аналогичным оптическим бюджетом.
Выявлены особенности и недостатки технологии DWDM, а также сфера применения.
Рубрика: 05. Технология уплотненного волнового мультиплексирования Dense Wave Division Multiplexing, DWDM предназначена для создания оптических магистралей нового поколения, работающих на мультигигабитных и терабитных скоростях. Информация в волоконно-оптических линиях связи передаётся одновременно большим количеством световых волн.
Сети DWDM работают по принципу коммутации каналов, в котором каждая световая волна является отдельным спектральным каналом и несет собственную информацию. Для организации в одном волокне нескольких оптических каналов для каждого клиентского сигнала изменяют оптическую длину волны при помощи транспондера. Затем при помощи мультиплексора сигналы смешиваются и передаются в оптическую линию.
В конечном пункте происходит обратная операция — при помощи демультиплексора пришедшие сигналы выделяются из группового сигнала, меняют длину волны на стандартную, и передаются потребителю. При прохождения по оптическому волокну сигнал затухает.
Из-за малых расстояний между каналами и необходимости работы с большим числом каналов одновременно, изготовление мультиплексоров DWDM требует значительно большей прецизионности по сравнению c WDM мультиплексорами использующими обычно окна прозрачности 1310 нм, 1550 нм или дополнительно область длин волн в окрестности 1650 нм.
Также важно обеспечить высокие характеристики по ближним коэффициент направленности и дальним изоляция переходных помех на полюсах DWDM устройства. На рисунке "а" показана типовая схема DWDM мультиплексора с зеркальным отражательным элементом. Рассмотрим его работу в режиме демультиплексирования.
Приходящий мультиплексный сигнал попадает на входной порт. Затем этот сигнал проходит через волновод-пластину и распределяется по множеству волноводов, представляющих дифракционную структуру AWG arrayed waveguide grating. По-прежнему сигнал в каждом из волноводов остается мультиплексным, а каждый канал остается представленным во всех волноводах.
Далее происходит отражение сигналов от зеркальной поверхности и в итоге световые потоки вновь собираются в волноводе-пластине, где происходит их фокусировка и интерференция - образуются пространственно разнесенные интерференционные максимумы интенсивности, соответствующие разным каналам. Геометрия волновода-пластины , в частности расположение выходных полюсов, и длины волноводов структуры AWG рассчитываются таким образом, чтобы интерференционные максимумы совпадали с выходными полюсами. Мультиплексирование происходит обратным путем.
Другой способ построения мультиплексора базируется не на одной а на паре волноводов-пластин, рис. Принцип действия такого устройства аналогичен предыдущему случаю, за исключением того, что здесь для фокусировки и интерференции используется дополнительная пластина. DWDM мультиплексоры, являясь пассивными устройствами, вносят большое затухание в сигнал.
Например, потери для устройства рис. В отличии от трансиверов, транспондеры позволяют преобразовать длину волны излучения оконечного устройства в длину волны DWDM для передачи в мультиплексор. На входы оптического мультиплексора поступают оптические сигналы, параметры которых соответствовуют стандартам, определённым рекомендациями G.
Транспондер может иметь имеет разное количество оптических входов и выходов. Но если на любой вход транспондера может быть подан оптический сигнал, параметры которого определены рек. При этом, если уплотняется m оптических сигналов, то на выходе транспондера длина волны каждого канала должна соответствовать только одному из них в соответствии с сеткой частотного плана ITU.
Применение оптических усилителей Развитие технологии оптического усиления на основе EDFA сильно изменило методологию конструирования волоконно-оптических систем связи. Традиционные волоконно-оптические системы используют повторители-регенераторы, повышающие мощность сигнала, рис. Когда длина между удаленными узлами начинает превосходить по условиям затухания сигнала максимальную допустимую длину пролета между соседними узлами , в промежуточных точках устанавливаются дополнительные регенераторы, которые принимают слабый сигнал, усиливают его в процессе оптоэлектронного преобразования, восстанавливают скважность, фронты и временные характеристики следования импульсов, и после преобразования в оптическую форму передают дальше правильный усиленный сигнал, в том же виде, в каком он был на выходе предыдущего регенератора.
Хотя такие системы регенерации работают хорошо, они являются весьма дорогими и, будучи установленными, не могут наращивать пропускную способность линии. На основе EDFA потери мощности в линии преодолеваются путем оптического усиления, рис. В отличии от регенераторов, такое "прозрачное" усиление не привязано к битовой скорости сигнала, что позволяет передавать информацию на более высоких скоростях и наращивать пропускную способность до тех пор, пока не вступают в силу другие ограничивающие факторы, такие как хроматическая дисперсия и поляризационная модовая дисперсия.
Хотя оптический сигнал, генерируемый исходным лазерным передатчиком, имеет вполне определенную поляризацию все остальные узлы на пути следования оптического сигнала , включая оптический приемник, должны проявлять слабую зависимость своих параметров от направления поляризации. В этом смысле оптические усилители EDFA, характеризуясь слабой поляризационной зависимостью коэффициента усиления, имеет ощутимое преимущество перед полупроводниковыми усилителями. В отличии от регенераторов оптические усилители вносят дополнительный шум, который необходимо учитывать.
По этому наряду с коэффициентом усиления одним из важных параметров EDFA является коэффициент шума. ROADM позволяют строить сети с несколькими кольцами или смешанные сеть: на основе технологии селекторного переключения спектральных каналов WSS. Возможно построение сетевой инфраструктуры на оборудовании нескольких поставщиков с дополнительным уровнем распределения на базе оборудования Metro DWDM.
Этот уровень вводится для организации обмена трафиком между сетями с оборудованием разных фирм. В технологии DWDM минимальная дискретность сигнала - это оптический канал, или длина волны. Уровень распределения можно строить и на базе SDH-технологии.