Συχνές ερωτήσεις σχετικά με τις τεχνολογίες πολυπλεξίας διαίρεσης μήκους κύματος (WDM). Πώς λειτουργεί το DWDM

Η βασική αρχή της τεχνολογίας WDM (πολπλεξία μήκους κύματος, διαίρεση συχνότητας καναλιών) είναι η δυνατότητα μετάδοσης πολλών σημάτων σε διαφορετικά μήκη κύματος φορέα σε μία οπτική ίνα. Στις ρωσικές τηλεπικοινωνίες, τα συστήματα μετάδοσης που δημιουργούνται με την τεχνολογία WDM ονομάζονται "συστήματα συμπίεσης".

Υπάρχουν επί του παρόντος τρεις τύποι συστημάτων WDM:
1. CWDM (Coarse Wavelength-division multiplexing - coarse frequency division of channels) - συστήματα με απόσταση οπτικών φορέων 20 nm (2500 GHz). Το εύρος λειτουργίας είναι 1261-1611 nm, στο οποίο μπορούν να υλοποιηθούν έως και 18 κανάλια simplex. Πρότυπο ITU G.694.2.
2. DWDM (Πυκνή πολυπλεξία διαίρεσης μήκους κύματος - διαίρεση καναλιών πυκνής συχνότητας) - συστήματα με απόσταση οπτικού φορέα 0,8 nm (100 GHz). Υπάρχουν δύο περιοχές λειτουργίας - 1525-1565 nm και 1570-1610 nm, στις οποίες μπορούν να υλοποιηθούν έως και 44 κανάλια simplex. Πρότυπο ITU G.694.1.
3. HDWDM (High Dense Wavelength-division multiplexing - high-density frequency division of channels) - συστήματα με απόσταση οπτικού φορέα 0,4 nm (50 GHz) ή μικρότερη. Μπορούν να υλοποιηθούν έως και 80 κανάλια simplex.

Σε αυτό το άρθρο (ανασκόπηση), δίνεται προσοχή στο πρόβλημα της παρακολούθησης στα συστήματα συμπίεσης DWDM, περισσότερες λεπτομέρειες για διάφορους τύπους συστημάτων WDM μπορείτε να βρείτε στον σύνδεσμο - σύνδεσμο.

Τα συστήματα DWDM WDM μπορούν να χρησιμοποιήσουν μία από τις δύο περιοχές μήκους κύματος φορέα: ζώνη C - 1525-1565 nm (μπορεί επίσης να εμφανιστεί συμβατική ζώνη ή ζώνη C) και ζώνη L - 1570-1610 nm (ζώνη μεγάλου μήκους κύματος ή ζώνη L).

Η διαίρεση σε δύο περιοχές δικαιολογείται από τη χρήση διαφορετικών οπτικών ενισχυτών με διαφορετικά εύρη απολαβής λειτουργίας. Το εύρος ζώνης απολαβής για μια παραδοσιακή διαμόρφωση ενισχυτή είναι περίπου 30 nm, 1530-1560 nm, που είναι η ζώνη C. Για ενίσχυση στο εύρος μεγάλου μήκους κύματος (ζώνη L), η διαμόρφωση του ενισχυτή ερβίου αλλάζει με επιμήκυνση της ίνας ερβίου, γεγονός που οδηγεί σε μετατόπιση της περιοχής απολαβής σε μήκη κύματος 1560-1600 nm.

Αυτή τη στιγμή, ο εξοπλισμός DWDM της ζώνης C έχει λάβει μεγάλη αναγνώριση στις ρωσικές τηλεπικοινωνίες. Αυτό οφείλεται στην αφθονία του διάφορου εξοπλισμού που υποστηρίζει αυτή τη σειρά. Πρέπει να σημειωθεί ότι οι κατασκευαστές εξοπλισμού είναι τόσο αξιόλογες εγχώριες εταιρείες και κορυφαίες παγκόσμιες μάρκες, καθώς και πολυάριθμοι απρόσωποι Ασιάτες κατασκευαστές.

Το κύριο ζήτημα σε οποιοδήποτε τμήμα του συστήματος στεγανοποίησης (ανεξαρτήτως τύπου) είναι το επίπεδο ισχύος στο οπτικό κανάλι. Πρώτα πρέπει να καταλάβετε από τι αποτελείται συνήθως ένα σύστημα συμπίεσης DWDM.

Στοιχεία συστήματος DWDM:
1) Αναμεταδότης
2) Πολυπλέκτης/Αποπολυπλέκτης
3) Οπτικός ενισχυτής
4) Χρωματικός αντισταθμιστής διασποράς

Ο αναμεταδότης εκτελεί αναγέννηση 3R ("αναμόρφωση", "εκ νέου ενίσχυση", "επαναχρονισμός" - επαναφορά του σχήματος, της ισχύος και του συγχρονισμού του σήματος) του εισερχόμενου οπτικού σήματος πελάτη. Ο αναμεταδότης μπορεί επίσης να μετατρέψει την κίνηση πελάτη από ένα πρωτόκολλο μετάδοσης (συχνά Ethernet) σε ένα άλλο, πιο ανθεκτικό στο θόρυβο (για παράδειγμα, OTN χρησιμοποιώντας FEC) και να μεταδώσει το σήμα στη θύρα γραμμής.

Σε απλούστερα συστήματα, ένας μετατροπέας OEO μπορεί να λειτουργήσει ως αναμεταδότης, ο οποίος εκτελεί αναγέννηση 2R ("αναδιαμόρφωση", "επαναενίσχυση") και μεταδίδει το σήμα πελάτη στη θύρα γραμμής χωρίς να αλλάξει το πρωτόκολλο μετάδοσης.

Η θύρα πελάτη υλοποιείται συχνά ως υποδοχή για οπτικούς πομποδέκτες, στην οποία εισάγεται μια μονάδα για την επικοινωνία με τον εξοπλισμό πελάτη. Η θύρα γραμμής στον αναμεταδότη μπορεί να κατασκευαστεί ως υποδοχή για έναν οπτικό πομποδέκτη ή ως απλός οπτικός προσαρμογέας. Η απόδοση της θύρας γραμμής εξαρτάται από το σχεδιασμό και τον σκοπό του συστήματος στο σύνολό του. Σε έναν μετατροπέα OEO, η θύρα γραμμής σχεδιάζεται πάντα ως υποδοχή για έναν οπτικό πομποδέκτη.
Σε πολλά συστήματα, ο ενδιάμεσος σύνδεσμος - ο αναμεταδότης - αποκλείεται για να μειωθεί το κόστος του συστήματος ή λόγω λειτουργικού πλεονασμού σε μια συγκεκριμένη εργασία.

Οι οπτικοί πολυπλέκτης έχουν σχεδιαστεί για να συνδυάζουν (αναμιγνύουν) μεμονωμένα κανάλια WDM σε ένα ομαδικό σήμα για την ταυτόχρονη μετάδοσή τους σε μία μόνο οπτική ίνα. Οι οπτικοί αποπολυπλέκτες έχουν σχεδιαστεί για να διαχωρίζουν το λαμβανόμενο σήμα ομάδας στην πλευρά λήψης. Στα σύγχρονα συστήματα συμπίεσης, οι λειτουργίες της πολυπλεξίας και της αποπολυπλεξίας εκτελούνται από μία συσκευή - έναν πολυπλέκτη / αποπολυπλέκτη (MUX / DEMUX).

Ο πολυπλέκτης/αποπολυπλέκτης μπορεί υπό όρους να χωριστεί σε μονάδα πολυπλεξίας και σε μονάδα αποπολυπλεξίας.
Ένας οπτικός ενισχυτής που βασίζεται σε μια ακαθαρσία οπτική ίνα εμποτισμένη με έρβιο (Erbium Doped Fiber Amplifier-EDFA) αυξάνει την ισχύ του ομαδικού οπτικού σήματος (χωρίς προκαταρκτική αποπολυπλέξη) που περιλαμβάνεται σε αυτό χωρίς οπτοηλεκτρονική μετατροπή. Ο ενισχυτής EDFA αποτελείται από δύο ενεργά στοιχεία: μια ενεργή ίνα ντοπαρισμένη με Er3+ και μια κατάλληλη αντλία.

Ανάλογα με τον τύπο, το EDFA μπορεί να παρέχει ισχύ εξόδου από +16 έως +26 dBm.
Υπάρχουν διάφοροι τύποι ενισχυτών, η χρήση των οποίων καθορίζεται από μια συγκεκριμένη εργασία:
Ενισχυτές οπτικής ισχύος εισόδου (booster) - εγκατεστημένοι στην αρχή της διαδρομής
Οπτικοί προενισχυτές - εγκατεστημένοι στο τέλος της διαδρομής μπροστά από οπτικούς δέκτες
Γραμμικοί οπτικοί ενισχυτές - εγκαθίστανται σε ενδιάμεσους κόμβους ενίσχυσης για τη διατήρηση της απαιτούμενης οπτικής ισχύος

Οι οπτικοί ενισχυτές χρησιμοποιούνται ευρέως σε μεγάλες γραμμές δεδομένων με συστήματα DWDM.

Ο αντισταθμιστής χρωματικής διασποράς (Dispersion Compensation Module) έχει σχεδιαστεί για να διορθώνει το σχήμα των οπτικών σημάτων που μεταδίδονται σε μια οπτική ίνα, τα οποία, με τη σειρά τους, παραμορφώνονται υπό την επίδραση της χρωματικής διασποράς.

Η χρωματική διασπορά είναι ένα φυσικό φαινόμενο στην οπτική ίνα, το οποίο συνίσταται στο γεγονός ότι φωτεινά σήματα με διαφορετικά μήκη κύματος διανύουν την ίδια απόσταση σε διαφορετική χρονική περίοδο, με αποτέλεσμα τη διεύρυνση του εκπεμπόμενου οπτικού παλμού. Έτσι, η χρωματική διασπορά είναι ένας από τους κύριους παράγοντες που περιορίζουν το μήκος του τμήματος του ρελέ της διαδρομής. Η τυπική ίνα έχει τιμή χρωματικής διασποράς περίπου 17 ps/nm.

Για να αυξηθεί το μήκος του τμήματος του ρελέ, τοποθετούνται χρωματικοί αντισταθμιστές διασποράς στη γραμμή μεταφοράς. Η εγκατάσταση αντισταθμιστών απαιτεί συχνά μια γραμμή μεταφοράς με ταχύτητα 10 Gbps ή μεγαλύτερη.

Υπάρχουν δύο κύριοι τύποι DCM:

1. Chromatic dispersion compensating fiber - DCF (Dispersion Compensation Fiber). Το κύριο συστατικό αυτών των παθητικών συσκευών είναι μια ίνα με αρνητική τιμή χρωματικής διασποράς στο εύρος μήκους κύματος 1525-1565 nm.

2. Χρωματικός αντισταθμιστής διασποράς με βάση το πλέγμα Bragg - DCM FBG (Dispersion Compensation Module Fiber Bragg Grating). Μια παθητική οπτική συσκευή που αποτελείται από μια κελαηδή ίνα και έναν οπτικό κυκλοφορητή. Μια κελαηδή ίνα λόγω της δομής της δημιουργεί μια υπό όρους αρνητική χρωματική διασπορά εισερχόμενων σημάτων στην περιοχή μήκους κύματος 1525-1600 nm. Ο οπτικός κυκλοφορητής στη συσκευή λειτουργεί ως συσκευή φιλτραρίσματος που κατευθύνει τα σήματα στις κατάλληλες εξόδους.

Έτσι, το τυπικό κύκλωμα αποτελείται μόνο από δύο τύπους ενεργών εξαρτημάτων - έναν αναμεταδότη και έναν ενισχυτή, με τους οποίους μπορείτε να παρακολουθείτε το τρέχον επίπεδο ισχύος των εκπεμπόμενων σημάτων. Οι αναμεταδότες υλοποιούν τη λειτουργία παρακολούθησης της κατάστασης των θυρών γραμμής είτε με βάση την ενσωματωμένη λειτουργία DDMI σε οπτικούς πομποδέκτες, είτε με την οργάνωση της δικής τους παρακολούθησης. Η χρήση αυτής της λειτουργίας επιτρέπει στον χειριστή να λαμβάνει ενημερωμένες πληροφορίες σχετικά με την κατάσταση ενός συγκεκριμένου καναλιού επικοινωνίας.

Λόγω του γεγονότος ότι οι οπτικοί ενισχυτές είναι ενισχυτές ανάδρασης, έχουν πάντα τη λειτουργία παρακολούθησης του σήματος της ομάδας εισόδου (η συνολική οπτική ισχύς όλων των εισερχόμενων σημάτων) και του σήματος της εξερχόμενης ομάδας. Αλλά αυτή η παρακολούθηση δεν είναι βολική στην περίπτωση παρακολούθησης συγκεκριμένων καναλιών επικοινωνίας και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως εκτίμηση (παρουσία ή απουσία φωτός). Έτσι, το μόνο εργαλείο για τον έλεγχο της οπτικής ισχύος στο κανάλι μετάδοσης δεδομένων είναι ο αναμεταδότης.

Και δεδομένου ότι τα συστήματα σφράγισης αποτελούνται όχι μόνο από ενεργά, αλλά και από παθητικά στοιχεία, η οργάνωση της πλήρους παρακολούθησης στα συστήματα σφράγισης είναι μια πολύ μη τετριμμένη και απαιτητική εργασία.

Οι επιλογές για την οργάνωση της παρακολούθησης σε συστήματα συμπίεσης WDM θα συζητηθούν στο επόμενο άρθρο.

Το WDM είναι μια τεχνολογία που επιτρέπει τη μετάδοση πολλών καναλιών πληροφοριών μέσω μιας ενιαίας οπτικής ίνας σε διαφορετικές φέρουσες συχνότητες. Η συντομογραφία προέρχεται από τα αγγλικά. Πολυπλεξία διαίρεσης μήκους κύματος, που κυριολεκτικά μεταφράζεται ως πολυπλεξία διαίρεσης μήκους κύματος.

Αυτή η τεχνολογία βασίζεται στην ικανότητα της οπτικής ίνας να μεταδίδει φως διαφορετικών μηκών κύματος ταυτόχρονα χωρίς αμοιβαίες παρεμβολές και περαιτέρω πολυπλεξία/αποπολυπλέξη σημάτων.

Λειτουργική αρχή

Στην απλούστερη περίπτωση, η αρχή της λειτουργίας των συστημάτων WDM μπορεί να χωριστεί σε στάδια:

1) κάθε πομπός λέιζερ παράγει ένα σήμα σε μια συγκεκριμένη συχνότητα από μια κοινή ζώνη.
2) πριν την είσοδο στην οπτική ίνα, όλα αυτά τα σήματα συνδυάζονται μέσω πολυπλέκτη.
3) στο άκρο λήψης, αυτά τα σήματα διαχωρίζονται ομοίως από έναν αποπολυπλέκτη.

Η τεχνολογία σάς επιτρέπει να συνδυάσετε από 4 έως 80 (και ακόμη περισσότερα) κανάλια με διαφορετικά μήκη κύματος σε μια ενιαία ροή φωτός.

Στα δίκτυα WDM, το βασικό στοιχείο είναι ο πολυπλέκτης. Τα ίδια τα σήματα φτάνουν στα μήκη κύματος του εξοπλισμού πελάτη και ήδη μεταδίδονται σε μήκη κύματος που αντιστοιχούν στο σχέδιο συχνότητας ITU DWDM.

Χάρη σε αυτήν την προσέγγιση, είναι δυνατή μια σημαντική αύξηση της χωρητικότητας του καναλιού: για παράδειγμα, το 2003 ήταν έως και 10,72 Tbps και ήδη το 2014 ο αριθμός αυξήθηκε στα 27 Tbps. Ταυτόχρονα, η χρήση της τεχνολογίας WDM είναι επίσης δυνατή σε ήδη τοποθετημένες γραμμές οπτικών ινών.

Με τη βοήθεια του WDM, η αμφίδρομη πολυκαναλική μετάδοση κίνησης οργανώνεται σε μία μόνο οπτική ίνα. Τα πλεονεκτήματα της τεχνολογίας περιλαμβάνουν τη δυνατότητα μετάδοσης σήματος υψηλής ταχύτητας σε εξαιρετικά μεγάλες αποστάσεις χωρίς την ανάγκη ενδιάμεσων σημείων, δηλαδή δεν απαιτούνται συσκευές αναγέννησης και ενίσχυσης σήματος.

Αξιολόγηση ποιότητας γραμμής

Μεταξύ των βασικών παραμέτρων για τον προσδιορισμό του σήματος στη γραμμή, ξεχωρίζει το OSNR (αναλογία σήματος προς θόρυβο) ή ο αριθμός των σφαλμάτων στη γραμμή. Αυτή η παράμετρος για τα οπτικά κανάλια περιλαμβάνεται στα κύρια χαρακτηριστικά της αξιολόγησης ποιότητας μετάδοσης.

Ποικιλίες Τεχνολογίας ΟΜΚ

Επί του παρόντος, οι ακόλουθες τεχνολογίες που βασίζονται στη φασματική πολυπλεξία έχουν γίνει ευρέως διαδεδομένες:

• WDM 2 καναλιών;
• CWDM, ή χονδρική πολυπλεξία μήκους κύματος.
• DWDM, ή πολυπλεξία πυκνής φασματικής διαίρεσης.
• HDWDM, ή υπερπυκνότητα πολυπλεξίας φασματικής διαίρεσης.

WDM 2 καναλιών

Προέκυψαν ιστορικά πρώτα και λειτουργούν σε κεντρικά μήκη κύματος από το 2ο και 3ο παράθυρο διαφάνειας από ίνα χαλαζία (1310 και 1550 nm). Το κύριο πλεονέκτημα τέτοιων συστημάτων είναι η απουσία επιρροής των καναλιών μεταξύ τους, λόγω της μεγάλης φασματικής τους απόστασης. Αυτό καθιστά δυνατό είτε τον διπλασιασμό του ρυθμού μετάδοσης σε μία μόνο ίνα είτε την οργάνωση διπλής όψης επικοινωνίας.

CWDM (Coarse WDM)

Η χονδροειδής φασματική πολυπλεξία βασίζεται στη χρήση καναλιών στην περιοχή 1270–1610 nm, τα οποία διαχωρίζονται μεταξύ τους κατά 20 nm.

Αρχικά, η περιοχή 1260–1360 nm δεν χρησιμοποιήθηκε, μόνο 1470–1610 nm (οκτώ μήκη κύματος). Αυτό οφειλόταν σε μια αύξηση της εξασθένησης σε μήκη κύματος μικρότερα από 1310 nm. Για να απαλλαγούν από αυτό, σε μήκος κύματος 1383 nm άρχισαν να χρησιμοποιούν ειδικές ίνες με "αιχμή νερού".

Εάν το σύστημα χρησιμοποιεί ολόκληρο το εύρος μήκους κύματος (από 1270 έως 1610 nm), ονομάζεται σύστημα FS-CWDM (Full-spectrum CWDM).

Το σύστημα CWDM επιτρέπει την πολυπλεξία έως και 18 καναλιών.

DWDM (Πυκνό WDM)

Το πυκνό WDM συνδυάζει πολύ μεγαλύτερο αριθμό μηκών κύματος από το CWDM. Η απόσταση καναλιών είναι περίπου 100 GHz.

Εξοπλισμός DWDM για πολυπλεξία:

• C-band:εύρος μήκους κύματος 1530–1565 nm. Εάν ένα κανάλι έχει πλάτος 100 GHz, τότε μπορούν να συνδυαστούν έως και 40 οπτικά κανάλια, εάν το πλάτος του είναι 50 GHz, έως και 80 κανάλια.
• L-band:εύρος μήκους κύματος 1570–1605 nm. Με πλάτος καναλιού 50 GHz, μπορούν να συνδυαστούν έως και 160 οπτικά κανάλια.

HDWDM (WDM υψηλής πυκνότητας)

Με εξαιρετικά πυκνό WDM, ο αριθμός των πολυπλεξικών καναλιών μπορεί να αυξηθεί κατά άλλες 2–4 φορές σε σύγκριση με το DWDM. Η απόσταση καναλιών είναι 50 GHz ή μικρότερη.

Η τεχνολογία DWDM υλοποιεί πολυπλεξία συχνοτήτων των κυμάτων φωτός, και όχι ηλεκτρικών όπως στο σύστημα FDM. Το σχήμα 3.21 απεικονίζει τη διαδικασία DWDM. Στην είσοδο DWDM, κάθε πλαίσιο STM της σύγχρονης ψηφιακής ιεραρχίας SDH εκχωρείται για διαμόρφωση σε ένα μόνο λέιζερ. Κάθε λέιζερ εκπέμπει ένα σήμα στο δικό του διαφορετικό μήκος κύματος λ (λάμδα) σε ένα συγκεκριμένο εύρος. Ως αποτέλεσμα της πολυπλεξίας, τα σήματα εξόδου των λέιζερ συνδυάζονται σε μία οπτική ίνα.

Ρύζι. 3.21. Διαδικασία πολυπλεξίας DWDM

Η τεχνολογία DWDM έχει έναν προκάτοχο - την τεχνολογία WDM (Wave Division Multiplexing), η οποία χρησιμοποιεί από 2 έως 16 φασματικά κανάλια. Ένα κανάλι μεταφέρει πληροφορίες με ταχύτητες έως και 10 Gbps. Στα συστήματα DWDM, μπορούν να χρησιμοποιηθούν έως και 160 κανάλια σε μία οπτική ίνα, η οποία παρέχει ταχύτητες μεταφοράς δεδομένων για μία ίνα έως και πολλά terabit ανά δευτερόλεπτο. Στο σχ. Το 3.22 δείχνει τα στοιχεία μιας ενότητας ενός συστήματος DWDM.

Ρύζι. 3.22. Τμήμα του συστήματος DWDM

Σε κάθε άκρο του τμήματος υπάρχει ένας τερματικός πολυπλέκτης του συστήματος DWDM. Αυτός ο πολυπλέκτης διανέμει πλαίσια SDH (ή SONET) Σύγχρονης Ψηφιακής Ιεραρχίας σε συγκεκριμένα μήκη κύματος φωτός (λ) που χρησιμοποιούνται για τη μεταφορά. Η διαδρομή μεταξύ τερματικών πολυπλέκτη μπορεί να περιλαμβάνει οπτικούς πολυπλέκτη εισόδου/εξόδου OADM (Optical Add/Drop Multiplexer). Το OADM υποστηρίζει λειτουργίες εισόδου/εξόδου σε διάφορα μήκη κύματος. Οι οπτικοί ενισχυτές βρίσκονται κατά μήκος της τοποθεσίας σε απόσταση περίπου 150 km. Αν και ο οπτικός ενισχυτής αποκαθιστά την ισχύ του σήματος, δεν αντισταθμίζει πλήρως (για παράδειγμα, λόγω διαφορετικών μηκών κύματος που διαδίδονται σε διαφορετικές ταχύτητες). Επομένως, για τη δημιουργία μεγαλύτερων τμημάτων DWDM μεταξύ ορισμένου αριθμού τμημάτων με οπτικούς ενισχυτές (έως επτά), εγκαθίστανται πολυπλέκτης DWDM που εκτελούν αναγέννηση σήματος μετατρέποντάς το σε ηλεκτρική μορφή και αντίστροφα. Η τεχνολογία DWDM, σε αντίθεση με τη χρήση οπτικών ινών σε SDH και Gigabit Ethernet (όπου τα φωτεινά σήματα μετατρέπονται πάντα σε ηλεκτρικά σήματα πριν από την πολυπλεξία και την εναλλαγή), μεταξύ των οπτικών ενισχυτών, αυτές οι λειτουργίες εκτελούνται επίσης σε φωτεινά σήματα.

Η ανάλυση της κίνησης δικτύου τις τελευταίες δύο δεκαετίες δείχνει την εκθετική της ανάπτυξη σε όλες σχεδόν τις περιοχές του κόσμου. Η αύξηση της κυκλοφορίας του δικτύου προκαλεί συνεχή αύξηση της ζήτησης για το εύρος ζώνης της τεχνολογίας DWDM (Dense Wave Division Multiplexing). Τα DWDM λειτουργούν σε οπτικούς κορμούς σε ταχύτητες terabit. Σύμφωνα με τις προβλέψεις, μέχρι το 2020 ο ρυθμός μετάδοσης ανά οπτική ίνα στα δίκτυα πυρήνα των πιο ανεπτυγμένων χωρών θα προσεγγίσει τα 20 Tbps.

Στην έκθεση Svyaz Expocomm-2012, η ​​ρωσική εταιρεία T8 παρουσίασε την ανάπτυξη ενός συστήματος DWDM 80 καναλιών με ταχύτητα πληροφοριών μέσω ενός καταρράκτη ενισχυτών για 2000 km σε ένα κανάλι 100 Gbps. Η μέγιστη χωρητικότητα ενός τέτοιου συστήματος είναι 8 Tbps. Σήμερα, συστήματα αυτής της κατηγορίας είναι σε ζήτηση από την OJSC Rostelecom και άλλους μεγάλους φορείς εκμετάλλευσης. Σύμφωνα με τους προγραμματιστές, ο εξοπλισμός έχει περιθώριο εμβέλειας μετάδοσης έως και 5-6 χιλιάδες χιλιόμετρα. Εμφανίζεται μετάδοση 100 Gbit/s πάνω από 400 km χωρίς ενδιάμεσους ενισχυτές.

Σε αυτήν την εξέλιξη, χρησιμοποιήθηκε η μορφή DP-QPSK για να αυξηθεί η ταχύτητα του καναλιού (από 10 σε 100 Gb/s) και η συνολική χωρητικότητα του συστήματος (από 0,8 σε 8 Tb/s) δεκαπλασιάστηκε. Σε αυτή τη μορφή, καθεμία από τις δύο ορθογώνιες πολώσεις (DP) χρησιμοποιείται για τη μεταφορά ανεξάρτητων ροών πληροφοριών. Σε καθένα από αυτά τα δύο ρεύματα, οι πληροφορίες μεταδίδονται χρησιμοποιώντας διαμόρφωση φάσης 4 επιπέδων (QPSK). Ως αποτέλεσμα, η ταχύτητα αυξάνεται κατά 4 φορές (μεταδίδονται 4 bit ανά σύμβολο). Η εφημερίδα σημειώνει ότι η αύξηση της χωρητικότητας των καναλιών μειώνει τον αριθμό των καναλιών και αυτό απλοποιεί τη διαχείριση του δικτύου.

Η γεμάτη τεχνολογία πολυπλεξία διαίρεσης μήκους κύματος (Dense Wave Division Multiplexing, DWDM) έχει σχεδιαστεί για να δημιουργήσει μια νέα γενιά οπτικών ραχοκοκαλιών που λειτουργούν με ταχύτητες πολλαπλών terabit και. Οι πληροφορίες σε γραμμές επικοινωνίας με οπτικές ίνες περνούσαν ταυτόχρονα μεγάλο αριθμό φωτεινών κυμάτων. Τα δίκτυα DWDM λειτουργούν με βάση την αρχή της εναλλαγής καναλιών, κάθε φωτεινό κύμα είναι ένα ενιαίο φασματικό κανάλι και είναι απαραίτητη πληροφορία.

Ευκαιρίες του DWDM

Ο αριθμός των καναλιών σε μία ίνα - 64 δέσμες φωτός στη διαφάνεια παραθύρου 1550 nm. Κάθε φωτεινό κύμα μεταδίδει πληροφορίες με ταχύτητα 40 Gb/s. Η ανάπτυξη υλικού βρίσκεται επίσης σε εξέλιξη με ρυθμούς δεδομένων σε ταχύτητες έως και 100 Gbit/s και η Cisco βρίσκεται ήδη σε εξέλιξη για την ανάπτυξη τέτοιας τεχνολογίας.

Στην τεχνολογία DWDM έχει προκάτοχο την τεχνολογία πολυπλεξίας διαίρεσης μήκους κύματος (Wave Division Multiplexing, WDM), η οποία χρησιμοποιεί τέσσερα παράθυρα μετάδοσης φασματικών καναλιών 1310 nm και 1550 nm, με απόσταση φορέα 800-400 GHz. Η πολυπλεξία DWDM ονομάζεται "πυκνωμένη" λόγω του γεγονότος ότι χρησιμοποιεί μια σημαντικά μικρότερη απόσταση μεταξύ των μηκών κύματος από το WDM.

σχέδια συχνότητας

Επί του παρόντος, δύο από το σχέδιο συχνοτήτων (δηλαδή ένα σύνολο συχνοτήτων που χωρίζονται μεταξύ τους με σταθερή τιμή) ορίζονται στη σύσταση G.692 Sector ITU-T:

• Το βήμα του σχεδίου συχνότητας (απόσταση μεταξύ γειτονικών καναλιών συχνότητας) των 100 GHz (0,8 nm = ΝΑΙ), όπου το κύμα μετάδοσης δεδομένων 41 εφαρμόζεται στην περιοχή από 1528,77 (196,1 THz) έως 1560,61 nm (192,1 THz).
• Σχέδιο συχνότητας σε βήματα των 50 GHz (ΝΑΙ = 0,4 nm), επιτρέποντάς σας να μεταφέρετε στο ίδιο εύρος 81 μηκών κύματος.
• Ορισμένες εταιρείες παρήγαγαν επίσης εξοπλισμό, τον ιδιαίτερα αποκαλούμενο εξοπλισμό πολυπλεξίας διαίρεσης μήκους κύματος (High-Dense WDM, HDWDM), ικανό να λειτουργεί με συχνότητα έως και 25 GHz.

Το κύριο πρόβλημα στην κατασκευή υπερ-πυκνών συστημάτων DWDM είναι ότι με τη μείωση του βήματος συχνότητας υπάρχει επικάλυψη των φασμάτων των παρακείμενων καναλιών και υπάρχει θόλωση της δέσμης φωτός. Αυτό οδηγεί σε αύξηση του αριθμού των σφαλμάτων και στην αδυναμία μετάδοσης πληροφοριών στο σύστημα

Σχέδια συχνότητας DWDM

Στα ακόλουθα σχέδια καναλιών χρησιμοποιούνται αυτήν τη στιγμή για διάφορους τύπους συστημάτων DWDM, CWDM, HDWDM, WDM.

Σχέδια συχνότητας DWDM

Ενισχυτές οπτικών ινών

Η πρακτική επιτυχία της τεχνολογίας DWDM καθόρισε με πολλούς τρόπους την εμφάνιση ενός ενισχυτή οπτικών ινών. Οι οπτικές συσκευές ενισχύουν άμεσα τα φωτεινά σήματα στη ζώνη των 1550 nm, εξαλείφοντας την ανάγκη ενδιάμεσης μετατροπής σε ηλεκτρική μορφή, όπως και οι αναγεννητές που χρησιμοποιούνται στο δίκτυο SDH. Το μειονέκτημα των συστημάτων αναγέννησης ηλεκτρικού σήματος είναι ότι πρέπει να λάβουν έναν συγκεκριμένο τύπο κωδικοποίησης, γεγονός που τα καθιστά αρκετά ακριβά. Οι οπτικοί ενισχυτές, οι "διαφανείς" πληροφορίες μετάδοσης, επιτρέπουν την αύξηση της ταχύτητας γραμμής χωρίς την ανάγκη αναβάθμισης των μονάδων ενισχυτή. Το μήκος του τμήματος μεταξύ των οπτικών ενισχυτών μπορεί να φτάσει τα 150 km ή περισσότερο, γεγονός που παρέχει οικονομικές ραχοκοκαλιές DWDM στις οποίες το μήκος τμήματος πολυπλεξίας είναι σήμερα 600-3000 km με χρήση από 1 έως 7, τους ενδιάμεσους οπτικούς ενισχυτές.

Η σύσταση ITU-T G.692 όρισε τρεις τύπους ενισχυτικών τμημάτων, δηλαδή τομές μεταξύ δύο γειτονικών πολυπλέκτη, DWDM:

• L (Μακρύ)- το οικόπεδο αποτελείται από έως 8 ανοίγματα γραμμών επικοινωνίας οπτικών ινών και 7 οπτικούς ενισχυτές, η μέγιστη απόσταση μεταξύ των ενισχυτών - έως 80 km με μέγιστο συνολικό μήκος τμήματος 640 km.
• V (πολύ μεγάλο)- το οικόπεδο αποτελείται από το πολύ 5 ανοίγματα γραμμών επικοινωνίας οπτικών ινών και 4 οπτικούς ενισχυτές, η μέγιστη απόσταση μεταξύ των ενισχυτών - έως 120 km με μέγιστο συνολικό μήκος τμήματος 600 km.
• U (Υπερβολικό)- οικόπεδο χωρίς επαναλήπτες έως 160 χλμ

Περιορισμοί στην ποσότητα κάλυψης και μεγάλο χρονικό διάστημα που σχετίζονται με την υποβάθμιση του οπτικού σήματος στην οπτική ενίσχυση. Παρόλο που ο οπτικός ενισχυτής αποκαθιστά την ισχύ του σήματος, δεν αντισταθμίζει πλήρως την επίδραση της χρωματικής διασποράς (δηλαδή διάδοση διαφορετικών μηκών κύματος με διαφορετικούς ρυθμούς, λόγω των οποίων το σήμα στο άκρο λήψης είναι «αλεσμένες» ίνες) και άλλα μη γραμμικά φαινόμενα. Ως εκ τούτου, για να κατασκευαστεί ένας πιο εκτεταμένος αυτοκινητόδρομος πρέπει να εγκατασταθούν μεταξύ των ενισχυτικών τμημάτων πολυπλέκτης DWDM που εκτελεί αναγέννηση σήματος μετατρέποντάς το σε ηλεκτρική μορφή και πίσω. Για τη μείωση των μη γραμμικών επιδράσεων στον περιορισμό σήματος DWDM ισχύει επίσης τα συστήματα ισχύος.

Τυπικές τοπολογίες

Εξαιρετικά μεγάλη σύνδεση δύο σημείων με βάση τερματικούς πολυπλέκτης, DWDM

Κύκλωμα DWDM με είσοδο-έξοδο στους ενδιάμεσους κόμβους

τοπολογία δακτυλίου

Η τοπολογία δακτυλίου παρέχει δυνατότητα επιβίωσης του δικτύου DWDM μέσω περιττών διαδρομών. μεθόδους προστασίας της κυκλοφορίας που χρησιμοποιούνται στο DWDM, παρόμοιες με τις μεθόδους στο SDH. Σε ορισμένους η σύνδεση ήταν ασφαλής, δύο μονοπάτια δημιουργούνται μεταξύ των τελικών σημείων της: κύρια και εφεδρική. Το τελικό σημείο του πολυπλέκτη συγκρίνει τα δύο σήματα και επιλέγει την καλύτερη ποιότητα σήματος.

Κλήση πολυπλέκτη DWDM

Η τοπολογία του πλέγματος

Με την ανάπτυξη των δικτύων DWDM χρησιμοποιείται όλο και περισσότερο η τοπολογία πλέγματος, η οποία παρέχει την καλύτερη απόδοση όσον αφορά την ευελιξία, την απόδοση και την ανθεκτικότητα από άλλες τοπολογίες. Ωστόσο, για να εφαρμόσετε μια τοπολογία πλέγματος, πρέπει να έχετε οπτικές διασταυρούμενες συνδέσεις (Optical Cross-Connector, PL), οι οποίες όχι μόνο προσθέτουν κύματα στο συνολικό σήμα διέλευσης και τα εξάγουν, όπως και η είσοδος-έξοδος του πολυπλέκτη, αλλά υποστηρίζουν επίσης αυθαίρετα εναλλαγή μεταξύ οπτικών σημάτων που μεταδίδονται κύματα διαφορετικού μήκους.

Διχτυωτό DWDM

οπτικοί πολυπλέκτης

Παθητικοί πολυπλέκτης που χρησιμοποιούνται σε δίκτυα DWDM (χωρίς τροφοδοσία ρεύματος και ενεργή μετατροπή) και ενεργοί πολυπλέκτης, demultipleskory.

Παθητικοί πολυπλέκτης	Ενεργοί πολυπλέκτης
Ο αριθμός των κυμάτων φωτός που εξέρχονται χαμηλός	Ο αριθμός των κυμάτων φωτός περιορίζεται στο ισχύον σχέδιο συχνοτήτων και σε ένα σύνολο φωτεινών κυμάτων
Σας επιτρέπει να εμφανίζετε και το σήμα εισόδου είναι ένα κύμα φωτός χωρίς αλλαγή του συνολικού φάσματος της δέσμης φωτός	Δεν εισάγει πρόσθετη εξασθένηση επειδή παράγει πλήρη αποπολυπλέξη όλων των καναλιών και μετατροπή σε ηλεκτρική μορφή
Εισάγει πρόσθετη εξασθένηση	Έχει υψηλό κόστος
Έχει κόστος προϋπολογισμού

Οπτικές διασταυρούμενες συνδέσεις

Σε δίκτυα με τοπολογία πλέγματος είναι απαραίτητο να παρέχεται η ευελιξία για αλλαγή της διαδρομής του κύματος συνδέσεων μεταξύ των συνδρομητών του δικτύου. Τέτοιες δυνατότητες παρέχουν οπτικές διασυνδέσεις, για να καθοδηγούν οποιοδήποτε από τα κύματα σε οποιαδήποτε θύρα εξόδου από κάθε σήμα θύρας εισόδου (φυσικά, υπό την προϋπόθεση ότι κανένα άλλο σήμα αυτής της θύρας δεν χρησιμοποιεί το κύμα πρέπει να εκτελεί άλλο μήκος κύματος εκπομπής).

Υπάρχουν δύο ειδών οπτικές διασυνδέσεις:

• Οπτικοηλεκτρονικοί σταυροί συνδετήρες με ενδιάμεση μετατροπή σε ηλεκτρική μορφή.
• πλήρως οπτικές διασυνδέσεις ή φωτονικοί διακόπτες.

Micro Electro Mechanical System, MEMS

Παράγοντες που πρέπει να λαμβάνονται υπόψη στην κατασκευή συστημάτων DWDM

Χρωματική διασπορά

Χρωματική διασπορά- ως αποτέλεσμα της επιρροής του, καθώς διαδίδεται μέσω της ίνας, οι παλμοί που αποτελούν το οπτικό σήμα γίνονται ευρύτεροι. Κατά τη μετάδοση σημάτων σε μεγάλες αποστάσεις, οι παλμοί μπορούν να τοποθετηθούν στο διπλανό, γεγονός που καθιστά δύσκολη την ακριβή ανάκτηση. Με την αύξηση της ταχύτητας της μετάδοσης αυξάνεται το μήκος οπτικών ινών και το φαινόμενο χρωματικής διασποράς. Για να μειωθεί η επίδραση της χρωματικής διασποράς στα μεταδιδόμενα σήματα, εφαρμόζονται αντισταθμιστές διασποράς.

Διασπορά τρόπου πόλωσης

PMDεμφανίζεται σε μια οπτική ίνα λόγω της διαφοράς στις ταχύτητες διάδοσης των δύο αμοιβαία κάθετων συνιστωσών του τρόπου πόλωσης, η οποία οδηγεί σε παραμόρφωση των μεταδιδόμενων παλμών. Ο λόγος για αυτό το φαινόμενο είναι η ετερογένεια του γεωμετρικού σχήματος της οπτικής ίνας. Επίδραση της διασποράς του τρόπου πόλωσης στα μεταδιδόμενα οπτικά σήματα με αυξανόμενο ρυθμό με αυξανόμενο αριθμό καναλιών και σύστημα στεγανοποίησης με αυξανόμενο μήκος ινών.

Διεγερμένος οπισθοσκέδαση Mandelstam - Brillouin,Η ουσία αυτού του φαινομένου είναι να δημιουργηθεί ένα οπτικό σήμα περιοδικών περιοχών με μεταβαλλόμενο δείκτη διάθλασης - ένα είδος εικονικού πλέγματος περίθλασης, που διέρχεται από το οποίο τα σήματα διαδίδονται όπως το ακουστικό κύμα. Αντανακλά αυτό το εικονικό πλέγμα σήματα προστίθενται και ενισχύονται για να σχηματίσουν ένα αντίστροφο οπτικό σήμα με τη συχνότητα Doppler προς τα κάτω. Αυτό το φαινόμενο οδηγεί σε αύξηση της στάθμης θορύβου και εμποδίζει τη διάδοση του οπτικού σήματος, αφού μεγάλο μέρος της ισχύος του διαχέεται προς την αντίστροφη κατεύθυνση. Συχνά λανθασμένα ονομάζεται αυτό το φαινόμενο ανακλώμενο ακουστικό κύμα.

Διαμόρφωση φάσηςσε υψηλά επίπεδα ισχύος του σήματος λέιζερ μπορεί να συμβεί διαμόρφωση της δικής του φάσης του σήματος. Αυτή η διαμόρφωση επεκτείνει το εύρος και διευρύνει ή συμπιέζει το σήμα χρονικά, ανάλογα με το πρόσημο της χρωματικής διασποράς. Σε πυκνά συστήματα WDM, ένα σήμα αυτοδιαμόρφωσης με σήματα διευρυμένου φάσματος μπορεί να υπερτίθεται στα γειτονικά κανάλια. Το σήμα διαμόρφωσης φάσης αυξάνεται με την αύξηση της ισχύος, την αύξηση του ρυθμού μετάδοσης και με μια αρνητική χρωματική διασπορά. Η επίδραση της διαμόρφωσης φάσης μειώνεται στο μηδέν ή σε μια μικρή θετική χρωματική διασπορά

διασταυρούμενη διαμόρφωση,το φαινόμενο που προκύπτει από το σήμα διαμορφώνει τη φάση των σημάτων ενός καναλιού από γειτονικά κανάλια. Οι παράγοντες που επηρεάζουν τη διασταυρούμενη διαμόρφωση συμπίπτουν με τους παράγοντες που επηρεάζουν τη διαμόρφωση φάσης. Επιπλέον, το φαινόμενο διασταυρούμενης διαμόρφωσης εξαρτάται από τον αριθμό των καναλιών στο σύστημα.

ανάμειξη τεσσάρων κυμάτων,εμφανίζεται στο λέιζερ στάθμης ισχύος κατωφλίου, οπότε τα μη γραμμικά χαρακτηριστικά της ίνας οδηγούν στην αλληλεπίδραση τριών κυμάτων και του τέταρτου κύματος της νέας εμφάνισης, που μπορεί να συμπίπτει με τη συχνότητα ενός άλλου καναλιού. Αυτή η συχνότητα επικάλυψης αυξάνει το επίπεδο θορύβου και δυσχεραίνει τη λήψη σήματος

Εισαγωγή θορύβου ενισχυτή EDFA,ο λόγος για αυτό το φαινόμενο - η ισχύς της ενισχυμένης αυθόρμητης εκπομπής που εμφανίζεται λόγω των σχεδιαστικών χαρακτηριστικών ενισχυτών edfa. Κατά τη διαδικασία διέλευσης μέσω του ενισχυτή στο χρήσιμο στοιχείο του οπτικού σήματος προστίθεται στο θόρυβο, μειώνοντας έτσι την αναλογία "σήμα / θόρυβο" ως αποτέλεσμα του σήματος μπορεί να ληφθεί κατά λάθος. Αυτό το φαινόμενο περιορίζει την ποσότητα των in-line ενισχυτών.

Συχνά προκύπτουν ερωτήματα, ποια είναι η διαφορά μεταξύ των τεχνολογιών CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing) και DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing), εκτός από διαφορετικό αριθμό καναλιών. Οι τεχνολογίες είναι παρόμοιες στις αρχές οργάνωσης των καναλιών επικοινωνίας, των καναλιών εισόδου-εξόδου, αλλά έχουν εντελώς διαφορετικό βαθμό τεχνολογικής ακρίβειας, η οποία επηρεάζει σε μεγάλο βαθμό τις παραμέτρους της γραμμής και το κόστος των λύσεων.

Αριθμός μηκών κύματος και καναλιών CWDM και DWDM

Η τεχνολογία CWDM WDM περιλαμβάνει τη χρήση 18 μηκών κύματος 1), ενώ με ακριβή DWDM WDM, μπορούν να χρησιμοποιηθούν έως και 40 μήκη κύματος.

Πλέγμα συχνότητας CWDM και DWDM

Τα κανάλια στην τεχνολογία CWDM διαχωρίζονται με μήκη κύματος, στο DWDM - με συχνότητα 2) . Το μήκος κύματος υπολογίζεται για δεύτερη φορά από τον λόγο της ταχύτητας του φωτός στο κενό προς τη συχνότητα. Για το CWDM, χρησιμοποιείται πλέγμα μήκους κύματος με βήμα 20 nm, για τυπικά συστήματα DWDM, πλέγματα συχνοτήτων 100 GHz και 50 GHz, για DWDM υψηλής πυκνότητας, πλέγματα 25 και 12,5 GHz.

Μήκη κύματος και συχνότητες CWDM και DWDM

Η τεχνολογία CWDM χρησιμοποιεί μήκη κύματος από 1270 - 1610 nm. Λαμβάνοντας υπόψη τις ανοχές και το εύρος ζώνης των φίλτρων, το εύρος επεκτείνεται στα 1262,5 - 1617,5, που είναι 355 nm. παίρνουμε 18 μήκη κύματος.

Για DWDM με πλέγμα 100 GHz, οι φορείς κυμαίνονται από 191,5 (1565,50 nm) THz έως 196,1 THz (1528,77 nm), δηλ. Ευρεία ζώνη 4,6 THz ή 36,73 nm. Συνολικά 46 μήκη κύματος για 23 κανάλια διπλής όψης.

Για DWDM με πλέγμα 50 GHz, οι συχνότητες σήματος είναι στην περιοχή 192 THz (1561,42 nm) - 196 THz (1529,55 nm), που είναι 4 THz (31,87 nm). Υπάρχουν 80 μήκη κύματος εδώ.

Δυνατότητα ενίσχυσης CWDM και DWDM

Τα συστήματα WDM που βασίζονται στην τεχνολογία CWDM δεν συνεπάγονται ενίσχυση σήματος πολλαπλών συστατικών. Αυτό οφείλεται στην έλλειψη οπτικών ενισχυτών που λειτουργούν σε τόσο ευρύ φάσμα.

Η τεχνολογία DWDM, αντίθετα, συνεπάγεται ενίσχυση σήματος. Το σήμα πολλαπλών συστατικών μπορεί να ενισχυθεί με τυπικούς ενισχυτές ερβίου (EDFA).

Εύρος CWDM και DWDM

Τα συστήματα CWDM είναι σχεδιασμένα να λειτουργούν σε σχετικά μικρές γραμμές, περίπου 50-80 χιλιόμετρα.

Τα συστήματα DWDM επιτρέπουν τη μετάδοση δεδομένων σε αποστάσεις πολύ μεγαλύτερες από 100 χιλιόμετρα. Επιπλέον, ανάλογα με τον τύπο διαμόρφωσης σήματος, τα κανάλια DWDM μπορούν να λειτουργήσουν χωρίς αναγέννηση σε απόσταση μεγαλύτερη των 1000 χιλιομέτρων.

Σημειώσεις

1) Στις αρχές του 2015, οι κατασκευαστές οπτικών μονάδων, συμπεριλαμβανομένου του SKEO, παρουσίασαν μονάδες CWDM SFP με μήκος κύματος 1625 nm. Αυτό το μήκος κύματος δεν προσδιορίζεται από το ITU G.694.2, αλλά έχει χρησιμοποιηθεί στην πράξη.

2) Τα πλέγματα συχνότητας για το CWDM περιγράφονται στο πρότυπο ITU G.694.2, για το DWDM - στο πρότυπο G.694.1 (αναθεώρηση 2).