Технології спектрального ущільнення wdm -телефонстрой-м

Технологія спектрального мультиплексування (WDM) це спосіб транспортування по одній фізичній оптоволокну декількох каналів передачі даних, шляхом рознесення довжин хвиль (квітів), заснований на здатності оптичного волокна одночасно передавати світло різних довжин хвиль (квітів) без взаємного впливу. Кожна довжина хвилі представляє окремий оптичний канал. За допомогою мультиплексування в єдиному світловому потоці, що пересилається через оптичне волокно, можна об'єднати від чотирьох до 80 і більше інформаційних каналів з різною довжиною хвилі. Дана технологія призначена для передачі даних, що надходять в єдину транспортну магістраль від різних джерел на різній швидкості та з використанням різних протоколів (Fibre Channel, Ethernet або ATM).

В даний час набули поширення такі технології спектрального мультиплексування:

• 2-канальний WDM;
• грубе спектральний мультиплексування (CWDM);
• щільне спектральний ущільнення (DWDM).
• надщільного спектральний ущільнення (HDWDM).

На малюнку 1 схематично зображено залежність втрат в типовому одномодовом оптоволокне в діапазоні, відповідному його «вікна прозорості», від довжини хвилі переданого оптичного сигналу. Там же для наочності позначені назви діапазонів відповідно до рекомендації міжнародного телекомунікаційного союзу (ITU) ITU-T G.692, а також довжини хвиль, що застосовуються в CWDM. Нижче наведені розшифровки назв оптичних діапазонів:

• O - первинний діапазон (Original, 1260-1360 нм);
• E - розширений діапазон (Extended, 1360-1460 нм);
• S - короткохвильовий діапазон (short wavelength, 1460-1530 нм);
• C - стандартний діапазон (Conventional, 1530-1570);
• L - довгохвильовий діапазон (Long wavelength, 1570-1625 нм).

Двоканальний WDM (іноді двонаправлений, bi-di WDM) є в даний час найбільш поширеним рішенням зі світу технологій WDM. При його використанні в одному волокні комбінуються довжини хвиль 1310 нм і 1550 нм, дозволяючи при відносно скромних витратах отримати подвоєння ємності оптичної інфраструктури. Принцип роботи двоканального WDM можна зрозуміти з малюнка 2.

Грубе спектральне мультиплексування - CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing) - є технологією спектрального ущільнення, що базується на використанні оптичних каналів, що лежать в діапазоні від 1270 до 1610 нм і віддалених один від одного на відстані 20 нм, як специфіковане рекомендацією ITU з ідентифікатором ITU-T G-694.2. Спочатку використовувався тільки діапазон хвиль 1470 - 1610 нм (8 довжин хвиль), а область 1260 - 1360 не використовувалася за збільшення загасання на довжинах менше 1310 нм (збільшується коефіцієнт розсіювання Релея).

Для компенсації ефекту поглинання на довжині хвилі 1 383 нм стали застосовувати спеціальні волокна з нульовим «водяним піком» (ZWPF, LWPF). Якщо система використовує весь діапазон хвиль 1270 - 1610 нм, то її називають FS-CWDM-системою (Full-spectrum CWDM).

Щільне спектральний мультиплексування - DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) - технологія для об'єднання ще набагато більшого числа довжин хвиль, ніж це передбачено попередньою технологією. Більшість провідних виробників пропонують DWDM-обладнання, що дозволяє мультиплексировать в С-діапазоні (1530-1565 нм) до 40 оптичних каналів при ширині одного каналу 100 ГГц або до 80 оптичних каналів при його ширині 50 ГГц. В цьому випадку максимальна ємність одного оптичного каналу становить 10 Гбіт / с (рівень STM-64). У діапазоні L (1570-1605 нм) максимальне число оптичних каналів може досягати 160 при ширині каналу 50 ГГц. У цій же смузі працюють леговані ербієм підсилювачі оптичного сигналу (EDFA).

Надщільного спектральний ущільнення - HDWDM (High Dense Wavelength Division Multiplexing) - перспективна технологія спектрального ущільнення, що дозволяє підняти кількість ущільнюються каналів ще в 2-4 рази, по відношенню до DWDM. На даний момент ще не набула поширення.

У таблиці 1 показані зведені дані за технологіями спектрального ущільнення.

До середини 90-х рр років XX століття для мультиплексування використовувалася дискретна оптика (призми), з їх допомогою не вдавалося домогтися кроку каналів менше 20 нм, і втрат менше 2-4 дБ. Однак це вже дозволяло використовувати близько чотирьох каналів у вікні прозорості оптичних волокон того часу. Пізніше відбувся перехід до інтегральним оптичним технологіям і, крім того, вдалося істотно поліпшити якість виготовлення елементів традиційної дискретної оптики, що забезпечило значне поширення технологій спектрального ущільнення аж до теперішнього часу.

У загальному випадку схема застосування технологій WDM може бути представлена ​​так, як вказано на малюнку 3.

Типовий склад устаткування являє собою необхідну кількість оптичних транспондерів, які здійснюють перетворення довжин хвиль і оптичний мультиплексор, що змішує їх все в один мультиспектральний сигнал.

Оптичний транспондер - пристрій, що забезпечує інтерфейс між обладнанням кінцевого доступу і лінією WDM. Згідно з рекомендаціями МСЕ G.957 для систем СЦІ (SDH) допустимі значення спектральних параметрів на вихідних оптичних інтерфейсів мають таке значення: ширина спектральної лінії δλ≈ ± 0.5 нм (для STM -16), а центральна довжина хвилі може мати будь-яке значення в межах діапазону 1530. 1565 нм. На входи же оптичного мультиплексора повинні надходити оптичні сигнали, спектральні параметри яких, повинні строго відповідати стандартам, певним рекомендацією ITU-T G.692. Очевидно, що якщо на оптичні входи мультиплексорів подати сигнали з виходів оптичних передавачів SDH, то мультиплексування здійснено не буде. Необхідна відповідність досягається завдяки застосуванню в апаратурі WDM спеціального перетворювача довжин хвиль - транспондера. Це пристрій може мати різну кількість оптичних входів і виходів. Але якщо на будь-який вхід транспондера може бути поданий оптичний сигнал, параметри якого визначені рекомендації G.957, то вихідні його сигнали повинні за параметрами відповідати рекомендації 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.

Оптичний (де) мультиплексор CWDM. Основою мультиплексора / демультиплексора є дисперсійний елемент, здатний розділити сигнали різних довжин хвиль. В сучасних CWDM-системах для розділення оптичних несучих застосовуються, як правило, відносно недорогі пристрої на основі тонкоплівкових фільтрів (TFF, Thin Film Filter). Втрати, що вносяться такими пристроями, складають близько 1 дБ на канал (в реальних системах були отримані величини менше 2,5 дБ для 8-канального пристрої). Тонкоплівкова технологія характеризується високою розв'язкою (ізоляцією) сусідніх каналів - близько 30 дБ, високою температурною стабільністю - 0,002 нм / ° С, що еквівалентно зміни робочої довжини хвилі на ± 0,07 нм при зміні температури на ± 35 ° С. Для виділення довжин хвиль з розносом 20 нм потрібні фільтри з істотно меншим числом діелектричних шарів, ніж в разі DWDM-фільтрів (приблизно 50 і 150 шарів відповідно), що позитивно позначається на вартості.

Мультиплексори / демультіплексори, засновані на застосуванні багатошарових тонкоплівкових фільтрів, є (де) мультиплексорами послідовного типу, тобто один фільтр виділяє один канал. Використання таких пристроїв в системах зі великим числом каналів (на практиці більше 4-х) може привести до значного зростання внесених втрат, і в цьому випадку іноді використовують граткових (де) мультиплексори паралельного або гібридного паралельно-послідовного типу. Принцип їх роботи полягає в тому, що приходить сигнал проходить через хвилевід-пластину і розподіляється по безлічі хвилеводів, фактично представляють собою дифракційну структуру AWG (arrayed waveguide grating). При цьому в кожному волноводе як і раніше присутні всі довжини хвиль, тобто сигнал залишається мультиплексний, тільки розпаралеленого. Так як довжини хвилеводів відрізняються один від одного на фіксовану величину, потоки проходять різний по довжині шлях. В результаті світлові потоки збираються в волноводе-пластині, де відбувається їх фокусування, і створюються просторово рознесені максимуми, під які і розраховуються вихідні полюса. Фізика процесу така ж, як у звичайній дифракційної решітці, що і дало назву технології. Мультиплексування відбувається зворотним шляхом.