Файл: Обзоры технологийтехнология dwdm.pdf

Dense Wavelength Division Multiplexing сокращенно DWDM — технология плотного спектрального мультиплексирования (уплотнения). Позволяет передавать до 88 оптических сигналов по одному ОВ
(оптическому волокну), что в разы больше ёмкости волокна при использовании CWDM (подробнее о технологии CWDM можно прочитать по ссылке
).
Суть данной технологии заключается в возможности передачи в рамках одного волокна множества сигналов на разных длинах волн. Принципиально DWDM не отличается от своего прародителя CWDM,
разница заключается лишь в большем количестве длин волн для передачи и более узком диапазоне длин волн, в которых ведётся передача.
Длины волн, используемые для передачи в DWDM, лежат в диапазоне 1530-1625 нм, который охватывает два телекоммуникационных диапазона, а именно:
С-band (compromise band, компромиссный диапазон) 1530-1565 нм;
L-band (long band, длинноволновый диапазон) 1565-1625 нм.
График рабочих диапазонов DWDM
В свою очередь С-band разделён на два поддиапазона:
Red-band – красный диапазон, 1547,72-1561,42 нм;
Blue-band – синий диапазон, 1528,77-1543,73 нм.
В зависимости от частотной сетки, несущие длины волн могут быть разнесены друг от друга на 0,8 нм
(100 ГГц сетка частот) или на 0,4 нм (50 ГГц сетка частот), что в свою очередь даёт 48 и 96 несущих соответственно.
ОБЗОРЫ ТЕХНОЛОГИЙ
Технология DWDM




МЕНЮ

0 0
0

Таблица с частотными сетками DWDM
В современных системах DWDM уплотнения, как правило, используется С-диапазон. Это связано с большей доступностью и распространённостью оборудования, рассчитанного для работы в этом диапазоне.
Компоненты DWDM систем
В зависимости от сложности, протяжённости и требований к системе передачи, сети передачи на основе DWDM строятся с использованием следующих компонентов:


Оптических трансиверов, рассчитанных для работы в системах уплотнения DWDM;
Пассивных оптических мультиплексоров/демультиплексоров DWDM;
Оптических усилителей на основе эрбиевого волокна – EDFA;
Модулей компенсации хроматической дисперсии – DCM;
Специализированных транспондеров или мукспондеров;
Перестраиваемых оптических мультиплексоров ввода/вывода – ROADM.
Так же, в качестве компонента протяжённой и требовательной к соотношению сигнал шум системе передачи, может быть задействован оптический усилитель, основанный на эффекте Рамана
(Рамановский усилитель), но в связи с высокой стоимостью и редкостью использования, данный компонент в рамках статьи не рассматривается.
Оптические трансиверы для DWDM систем – это компактные съёмные приемо-передатчики,
применяемые для формирования и приёма оптических сигналов в системах плотного спектрального мультиплексирования. Большая часть DWDM модулей двухволоконные, то есть имеют один порт «Tx»
и один порт «Rx», встречаются исключения в виде DWDM CFP 4*2LC обладающих четырьмя портами
«Tx» и четырьмя портами «Rx». Все DWDM модули вне зависимости от их форм фактора оснащены портами:
«Tx» – для передачи сигналов, в зависимости от типа трансивера передача может вестись на фиксированной длине волны или передатчик может обладать функцией подстройки (tunable);
«Rx» – для приёма, зачастую является широкополосным и детектирует оптические сигналы в диапазоне 1270 – 1620 нм.
Современная линейка DWDM трансиверов включает в себя практически все возможные форм- факторы, которые поддерживают передачу данных со скоростью от 100 Мбит/с до 100 Гбит/с.


Различные DWDM трансиверы
Оптические мультиплексоры/демультиплексоры DWDM. Мультиплексор — это оптическое устройство,
не требующее электропитания, которое объединяет несколько оптических сигналов (от нескольких трансиверов), в частотной сетке DWDM, в линейный сигнал для передачи по ВОЛС.
Демультиплексор — пассивное оптическое устройство, которое разделяет линейный DWDM сигнал,
принятый из линии передачи и распределяет отдельные сигналы в соответствующие приёмники трансиверов.
В рамках системы спектрального уплотнения DWDM могут использоваться мультиплексоры,
произведённые по двум технологиям.
Мультиплексоры на основе тонкопленочных фильтров (TFF) – представляют собой каскад соединённых между собой оптических TFF-фильтров. Данный вид мультиплексоров изготавливается путём последовательного соединения при помощи сплавления оптических выводов «REFL» и «COM».
Окно прозрачности, используемых для производства DWDM TFF мультиплексоров оптических фильтров, составляет λн±0,1 нм, где λн — несущая длина волны.
В остальном, принципы, заложенные в мультиплексорах CWDM основанных на оптических фильтрах,
полностью применимы в DWDM-мультиплексорах.


Схема построения TFF мультиплексора
Мультиплексоры на основе массива волноводов (AWG) представляют собой кристалл, созданный из множества оптических волноводов (для простоты можно представить множество волокон,
сплавленных в единую структуру). В AWG мультиплексорах мультиплексирование и демультиплексирование различных длин волн производится одновременно в рамках одного и того же элемента.
Принцип работы достаточно прост: мультиплексируемый оптический сигнал подаётся на выходную фокусирующую пластину и по мере прохождения массива волноводов на входной фокусирующей пластине смешивается с другими сигналами и передаётся в линию. Демультиплесируемый сигнал проделывает обратный путь от входной фокусирующей пластины до выходной.
Схема построения AWG мультиплексора
Более подробно узнать о работе мультиплексоров можно по ссылке


Оптические усилители для систем уплотнения DWDM – активные устройства, обеспечивающие увеличение мощности (амплитуды) оптического сигнала без оптоэлектронного преобразования. В
DWDM системах применяются, как усилители на основе волокна легированного эрбием – EDFA, так и усилители, основанные на эффекте Рамана – Рамановские, иногда применяются полупроводниковые усилители – OSA. Но так как, зачастую в DWDM используются EDFA усилители, дальше речь пойдёт только о них.
Работающий EDFA
Принцип действия усилителей на основе волокна, легированного эрбием построен на эффекте вынужденного испускания излучения ионами редкоземельных металлов. Оптический усилитель состоит из лазера накачки и оптического волокна, легированного эрбием. В блок усилителя одновременно подаётся полезный сигнал, который нужно усилить и сигнал накачки на длине волны
980 нм или 1490 нм. При помощи накачки создаётся инверсия населённости ионов, которая запускает процесс вынужденного испускания излучения, за счёт которого происходит усиление подаваемого вместе с накачкой полезного сигнала.


Схема сети с усилителями
В зависимости от места применения усилителей на трассе их можно разделить на три основных типа:
1. Входные усилители мощности (бустеры от англ. booster) устанавливаются непосредственно после передатчика сигнала, используются для дополнительного усиления исходящего сигнала до уровня,
который не может быть достигнут при помощи лазера трансивера или передающего модуля.
2. Линейные усилители устанавливаются в точках регенерации на протяжённых линиях связи с целью компенсации ослабления передаваемого сигнала, которое происходит вследствие затухания в оптическом волокне.
3. Предварительные усилители (предусилители от англ. preamplifier) устанавливаются в конце линии передачи перед оптическим приёмником, для предварительного усиления принимаемого сигнала до величины приемлемой для детектирования приемником.
Подробнее об оптических усилителях на основе эрбиевого волокна можно прочитать по ссылке
Модуль компенсации хроматической дисперсии DCM применяется в системах DWDM для исправления формы сигнала, изменившегося по мере прохождения ОВ, из-за явления хроматической дисперсии. В
современных системах DWDM применяются компенсаторы, произведённые по двум технологиям: на основе волокна компенсирующего хроматическую дисперсию и компенсаторы на основе решётки
Брэгга. В рамках сложных автоматизированных сетей или в лабораторных стендах так же применяется активный компенсатор дисперсии с изменяемых показателем.


Компенсатор хроматической дисперсии на основе волокна DCF (Dispersion Compensation Fiber),
является пассивным оптическим компонентом и представляет собой катушку с волокном,
обладающем отрицательным значением хроматической дисперсии в диапазоне длин волн 1525-1565
нм. Длина волокна зависит от необходимого значения хроматической дисперсии, которое необходимо скомпенсировать, чем больше значение, тем больше длина.
Внешний вид катушки волокна
Компенсатор хроматической дисперсии на основе решетки Брэгга, сокращенно – DCM FBG (Dispersion
Compensation Module Fiber Bragg Grating), представляет собой пассивное оптическое устройство,
состоящее из чирпированного волокна и оптического циркулятора или сплавного оптического делителя. Основным компонентом устройства является чирпированное волокно, которое создаёт условно отрицательную хроматическую дисперсию для входящих сигналов диапазона 1525-1600 нм, а циркулятор или делитель используются для подачи входящего и вывода «обработанного» сигналов.


Схема работы DCM FBG
Подробнее про устройство и принципы работы компенсаторов хроматической дисперсии можно прочитать по ссылке
Транспондеры и мукспондеры применяются в транспортных системах на основе DWDM, в простых системах уплотнения DWDM они избыточны.
Транспондер — это активное сетевое устройство, которое выполняет восстановление амплитуды,
длительности и фазы сигнала («re-amplifying», «retiming», «reshaping»). 3R–транспондер — полностью цифровое устройство. Он способен распознать служебные байты в принятом сигнале, что необходимо для определения качества сигнала. Кроме того, определённые модели транспондеров способны производить конвертацию клиентского трафика из одного протокола передачи (зачастую Ethernet) в более помехозащищенный (например, OTN с использованием FEC) и передавать сигнал в линейный порт.


Принципиальная схема работы транспондера
Часто транспондеры устанавливаются на узлах регенерации, но, как правило, используются в качестве каналообразующего оборудования в сложных и протяжённых системах спектрального уплотнения.
Мукспондер — это активное сетевое устройство, позволяющее объединять несколько клиентских сигналов низкой скорости в один высокоскоростной линейный сигнал. Данные устройства применяются, как для объединения низкоскоростных сигналов, к примеру STM-1 в один стандартный линейный канал 10 GigabitEthernet, для оптимизации канальной емкости, так и для передачи клиентских высокоскоростных сигналов 40 GigabitEthernet или 100 GigabitEthernet в рамках одного суперканала: 200 – 400 GigabitEthernet, с применением технологии когерентной передачи.
Принципиальная схема работы мукспондера
Перестраиваемые оптические мультиплексоры ввода/вывода – ROADM – это активное мультиплексирующее перестраиваемое оборудование ввода-вывода, которое позволяет удалённо переключать вводимые и выводимые из устройства длины волн в зависимости от требований сети.
Главное преимущество использования ROADM для построения магистральных сетей, заключается в том, что пропускную способность можно увеличивать в нужном месте и в нужное время, не требуя ручной наладки или серьёзного перепроектирования участка сети. При добавлении нового абонента к сети, в которой используется ROADM, реконфигурироваться будет только та ее часть, по которой пользователю будут предоставляться услуги связи. Никакое новое оборудование при этом не нужно,
предоставление услуг не прерывается. Но в связи с технической сложностью, а отсюда высокой стоимостью, оборудование ROADM мало применяется в рамках некрупных транспортных сетей DWDM,
а зачастую является решением для масштабных магистральных проектов, в которых невозможно обойтись без функции перенастройки мультиплексоров.
Чем мы можем Вам помочь?
