Теория

## Технология xWDM

WDM (Wavelength-Division Multiplexing) - технология спектрального уплотнения для добавления двух или более оптических сигналов с разными длинами волн, передающихся одновременно по одному волокну и разделяемых на дальнем конце по длинам волн. Наиболее типичные приложения (2-канальный WDM ) комбинируют длины волн 1310 нм и 1550 нм в одном волокне.

# Классификация систем со спектральным уплотнением:

⚊ O – первичный диапазон (Original, 1260-1360 нм);

⚊ E – расширенный диапазон (Extended, 1360-1460 нм);

⚊ S – коротковолновый диапазон (short wavelength, 1460-1530 нм);

⚊ C – стандартный диапазон (Conventional, 1530-1570);

⚊ L – длинноволновый диапазон (Long wavelength, 1570-1625 нм).

## Общие принципы построения сетей и использованием технологии xWDM

Сегодняшние оптические транспортные, региональные и муниципальные сети построены при использовании двух технологий: SONET/SDH и xWDM . Технология SONET/SDH дает возможность быстро переконфигурировать сеть с помощью временного мультиплексирования без прерывания передачи информации, а также с помощью ввода-вывода каналов в любом узле. Кроме того, при цифровой SONET/SDH-передаче к полезной нагрузке кадра, которая содержит передаваемую информацию, добавляется специальный заголовок, что повышает устойчивость системы к возникновению ошибок. Это, в свою очередь, облегчает поиск и устранение неполадок в линии и способствует выполнению соглашений об уровне услуг (SLA – Service Level Agreement). Однако в каждом узле транспортной системы SONET/SDH обычно располагаются цифровые повторители, производящие оптоэлектро-оптические (OEO) преобразования оптического сигнала. При увеличении дальности передачи информации и пропускной способности SONET/SDH-линий связи растет число OEO-повторителей, что делает использование отдельно технологии SONET/SDH нерациональным и экономически неэффективным. К тому же увеличение пропускной способности одномодового волоконно-оптического канала за счет роста скорости передачи данных ограничивается хроматической и/или поляризационной дисперсией.

На сегодняшний день основной постулат, определяющий направление развития оптических транспортных систем, состоит в том, что OEO-преобразователи чрезвычайно дороги и их число должно быть сведено к минимуму. Эта тенденция подталкивает к созданию полностью оптической сети. Альтернативным путем развития была бы разработка более дешевых OEO-преобразователей, что позволяло бы осуществлять более дешевую коммутацию трафика в каждом узле сети. Такое доступное OEO-преобразование могло бы там, где это, возможно, избавить от сложности существующих xWDM-сетей и при этом сохранить возможность многочастотного масштабирования и небольшую стоимость оптической полосы пропускания. Технологическим прорывом в области оптических сетей является разработка монолитного оптического интегрального устройства (PIC – Photonic Integrated Circuit) массового производства. PIC объединяет основные оптические компоненты, необходимые для реализации xWDM-системы (лазеры, модуляторы, детекторы, мультиплексоры и демультиплексоры) в одном оптическом компоненте, настоящей «xWDM-системе в микросхеме». Таким образом, провайдеры услуг могут устанавливать цифровые узлы там, где захотят, для предоставления широкополосных услуг и «внутри сетевого» доступа к своим сетям, независимо от географического положения или сетевой топологии. Это также позволяет им применять общую (одинаковую) системную платформу в многоканальных региональных, муниципальных сетях и сетях дальней связи, при этом унифицируя сеть и упрощая сетевые операции
Выбор при разработке проектов современных транспортных сетей осуществляется в пользу систем передачи CWDM и DWDM уплотнения. Для распределительных транспортных сетей небольшой протяжённостью (несколько десятков километров) более подходящей является технология разреженного спектрального мультиплексирования (неплотное спектральное уплотнение) CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing). В CWDM системах спектральные каналы располагаются друг от друга на большом расстоянии (20 нм и более), так, что становится возможным использовать недорогие трансмиттеры и недорогую WDM оптику.

## CWDM

CWDM (Coarse Wavelength-Division Multiplexing) - технология спектрального уплотнения для объединения до 18 длин волн и передаче их одновременно в одном волокне с последующим разделением на дальнем конце. Стандарт ITU для CWDM определяет 18 каналов с расстоянием между соседними каналами в 20 нм. Эти оптические каналы, лежащие в диапазоне от 1270 до 1610 нм, специфицированы рекомендацией G-694.2 Международного телекоммуникационного союза (ITU).

Структуры, которые имеют частотный разнос каналов не меньше 20 нм, называются грубыми WDM (Coarse WDM - CWDM ). В таких системах разделение несущих не требует особого подхода даже при применении традиционных методов оптической фильтрации (многослойные фильтры на тонких пленках). Международный телекоммуникационный союз недавно стандартизировал промежуток между длинами волн в технологии CWDM . Таким стандартом стал ITU G.694.2. Он назначает интервал между каналами в 20 нм в диапазоне от 1270 до 1610 нм.

Разработчики CWDM задумывали применять эту технологию для магистрального сегмента. Однако система была не совместима с оптическими усилителями, кроме того, параллельно шла разработка DWDM , в котором был ликвидирован этот недочет, что окончательно преградило этот путь развития технологии. На сегодня основным потребителем технологии CWDM являются Ethernet-провайдеры. Ниже приведена её схема

Основными признаками этой архитектуры являются: состоит из двух волокон; в связи с гидроксильным пиком старых типов волокон имеет узкий диапазон, состоящий из 8-ми длин волн (с 1470 до 1610, через каждые 20 нм); тип архитектуры - транковый; система ориентирована только на увеличение пропускной способности между двумя узлами локальной сети.

Сейчас эти "семейные" недочеты уже ликвидированы. К большому сожалению, большинство отечественных Ethernet-провайдеров не отслеживают ситуацию, связанную с этой технологией. А ведь разработчики не стоят на месте, и теперь ее отличают: первое - стандарт ITU G.694.2 предоставляет 18 длин волн, т.к. допустимый диапазон от 1270 до 1610 нм. Его применение рассчитано на оптоволокно гидроксильных потерь (как раз то, каким его сейчас производят).

Второе - существует ряд решение на основе одного волокна (два волокна на CWDM остались далеко позади). Обратим внимание, что для bi-di конструкций применяются традиционные двухволоконные SFP или GBIC, а разделение происходит в одноволоконных MUX/DeMUX. Цена SFP находится в диапазоне от 120 до 130$. Достаточно редко попадаются и одноволоконные SFP CWDM . Такая система применяется для соединения типа точка-точка, и для систем мультиплексирования не используется.

Третье - число моделей построения сетей СWDM серьезно возросло, по сравнению с традиционным представлением:

## DWDM

### DWDM – это более плотные WDM. Они обладают разносом каналов равное 0,8 нм, что соответствует примерно 100 ГГц. С их помощью можно мультиплексировать не более 32 каналов. Характеризуются DWDM стандартом ITU G.694.1.

DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) — технология плотного мультиплексирования с разделением по длине волны. Суть технологии DWDM заключается в том, что по одному оптическому волокну передаются несколько информационных каналов на различных длинах волн, что позволяет максимально эффективно использовать возможности волокна. Это позволяет максимально увеличить пропускную способность ВОЛС, не прокладывая новые кабели и не устанавливая новое оборудование. Кроме того, работать с несколькими каналами в волокне намного удобнее, чем работать с разными волокнами, так как для обработки любого числа каналов требуется один мультиплексор DWDM .
Мы можем передавать одновременно по одной среде модулированные сигналы с разными длинами волн (частотами) и они не будут оказывать друг на друга никакого влияния. Именно эта идея лежит в основе технологии DWDM . На сегодняшний день технология DWDM позволяет передавать по одному волокну каналы с разницей длин волн между соседними каналами всего в доли нанометра. Современное оборудования DWDM поддерживает десятки каналов, каждый емкостью 2,5 Гбит/с.

Суть технологии спектрального (оптического) уплотнения заключается в возможности организации множества раздельных клиентских сигналов (SDH, Ethernet) по одному оптическому волокну. Для каждого отдельного клиентского сигнала необходимо изменить длину волны. Данное преобразование выполняется на DWDM -транспондере. Выходной сигнал с транспондера будет соответствовать конкретному оптическому каналу со своей длиной волны. Затем при помощи мультиплексора сигналы смешиваются и передаются в оптическую линию. В конечном пункте происходит обратная операция — при помощи демультиплексора сигналы выделяются из группового сигнала, меняют длину волны на стандартную (на транспондере), и передаются клиенту. Из-за несовершенства волокна оптический сигнал имеет свойство затухать. Для того, чтобы его усилить на оптической линии используются усилители.

## Компоненты DWDM системы

# Транспондер DWDM

Транспондер DWDM — частотный преобразователь, обеспечивает интерфейс между оборудованием оконечного доступа и линией DWDM . Изначально транспондер предназначался для преобразования клиентского сигнала (оптического, электрического) в оптический сигнал с длиной волны в диапазоне 1550 нм (характерной для DWDM -систем). Однако со временем в транспондерах появилась функция регенерации сигнала. Регенерация сигнала быстро прошла три стадии развития — 1R, 2R, 3R.

⚊ 1R — ретрансляция. Восстанавливается только амплитуда. Это ограничивало протяженность ранних систем DWDM , так как по сути остальные параметры (фаза, форма) не восстанавливались и в итоге получался «мусор на входе — мусор на выходе»;

⚊ 2R — восстановление амплитуды сигнала и его длительности. В этих транспондерах использовался триггер Шмидта для очистки сигнала. Не получили большой популярности;

⚊ 3R — восстановление амплитуды сигнала, его длительности и фазы. Полностью цифровое устройство. Способен распознавать служебные байты управляющего уровня SONET/SDH — сетей.

# Мукспондер DWDM

Мукспондер DWDM (мультиплексор-транспондер) — это система, выполняющая временное мультиплексирование низкоскоростного сигнала в высокоскоростную несущую.

# Мультиплексор и демультиплексор DWDM

Демультиплексор и мультиплексор DWDM — это устройства, которые с помощью различных методов волнового разделения объединяют несколько оптических сигналов для передачи сигналов по оптическому волокну и разделяют эти сигналы после передачи.

# Усилители на волокне, легированном эрбием EDFA

Усилители на волокне, легированном эрбием EDFA (Erbium-Doped Fiber Amplifier) за последние несколько лет произвели революцию в телекоммуникационной промышленности. Усилители EDFA обеспечивают непосредственное усиление оптических сигналов без из преобразования в электрические сигналы и обратно, обладают низким уровнем шумов, а их рабочий диапазон длин волн практически точно соответствует окну прозрачности кварцевого оптического волокна. Именно благодаря появлению усилителей с таким сочетание качеств линии связи и сети на основе систем DWDM стали экономичными и привлекательными.

# Оптический аттенюатор

В линии связи после оптического передатчика часто устанавливают аттюнюаторы, которые позволяют уменьшать их выходную мощность до уровня, соответствующего возможностям расположенных далее мультиплексоров и усилителей EDFA.

# Компенсатор дисперсии

Оптическое волокно и некоторые компоненты систем DWDM обладают хроматической дисперсией. Показатель преломления волокна зависит от длины волны сигнала, что приводит к зависимостям скорости распространения сигнала от длины волны (материальная дисперсия). Даже если показатель преломления не зависил бы от длины волны, сигналы разных длин волн все равно распространялись бы с разной скоростью из-за внутренних геометрических свойств волокна (волноводная дисперсия). Результирующее воздействие материальной и волноводной дисперсий называется хроматической дисперсией.
Хроматическая дисперсия приводит к уширению оптических импульсов по мере их распространения по волокну. При большой протяженности линии это приводит к тому, что близко идущие импульсы начинают перекрываться, ухудшая сигнал. Устройства компенсации дисперсии DCD придают сигналу равную по величине, но противоположную по знаку дисперсию и восстанавливают первоначальную форму импульсов.

## HDWDM

Название технологии HDWDM расшифровывается как High-Density Wavelength Division Multiplexer. Эта технология еще «плотнее», чем рассмотренная выше: разнос каналов равен менее чем 50 ГГц. Таким образом, технология позволяет мультиплексировать не менее 64 каналов.
С точки зрения структуры – она мало чем отличается от DWDM . В литературе эту технологию часто не определяют в отдельную группу, а относят к разновидности DWDM .