|
Системы спектрального
уплотнения оптических каналов
А.В. ШМАЛЬКО, заместитель главного
инженера Энергосвязи - филиала ОАО "Мосэнерго",
кандидат физико-математических наук
Технологии
спектрального WDM (Wavelength Division Multiplexing) и
плотного спектрльного уплотнения и
разделения DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing)
оптических каналов являются
сравнительно новыми для построения
высокоскоростных магистральных линий и
оптических сетей связи. Физико-технические
основы спектрального уплотнения
отических каналов для систем передачи и
обработки информации были разработаны в
1970 - 1980 гг. В настоящее время системы WDM/DWDM
являются основой для построения
полностью оптических транспортных
сетей, и для цифровых систем передачи (ЦСП)
с временным разелением каналов TDM (Time
Division Multiplexing), таких, например, как ЦСП
синхронной цифровой иерархии (СЦИ/SDH
Synchronous Digital Hierarchy), играют аналогичную
роль, что и мультиплексирование с
частотным разделением каналов для
аналоговых систем передчи.
Использование новых
достижений в технологии TDM позволило
увеличить пропускную способность
волоконно-оптических линий связи (ВОЛС)
до 10 Гбит/с и выше. Скорость передачи в 10
Гбит/с в некотором роде разграничивает
ЦСП типа TDM. Выше этой скорости
хоматическая и поляризационная модовая
дисперсия оптического волокна (ОВ)
начинают существенно влиять на качество
передачи и должны приниматься во
внимание при построении магистральных
ВОЛС.
Так, из-за влияния
хроматической дисперсии ОВ при
увеличении скорости передачи в ЦСП СЦИ/SDH
(с лазером с шириной спектра не более 0,1
нм) от 2,5 Гбит/с (уровень STM-16) до 10 Гбит/с
(STM-64) максимально возможная
протяженность ВОЛС уменьшается в 16 раз.
При этом для стандартного ступенчатого
одномодового ОВ (Рекомендация G.652 МСЭ-Т)
максимальная дальность передачи со
скоростью 10 Гбит/с без компенсации и
коррекции дисперсии обычно не превышает
50 - 75 км.
В технологии WDM нет многих
ограничений и трудностей, свойственных
технологии TDM. Для повышения пропускной способности
линии связи вместо увеличения скорости
передачи в оптическом канале, как это
делается в системах TDM, системы WDM
позволяют увеличить число каналов (в
данном случае - длин волн), применяемых в
системах передачи. При этом в
определенных случаях технология WDM
позволяет увеличить пропускную
способность существующей сети без
дорогостоящей замены оптического
кабеля.
Технология WDM/DWDM
применяется в основном на магистральных
линиях связи большой протяженности, т. е.
там, где требуется большая полоса пропускания.
Сети городского и регионального
масштаба, а также системы кабельного
телевидения потенциально открывают
широкие возможности для применения
технологии WDM/DWDM. В последнее время за
рубежом системы DWDM начали
использоваться для построения
городских региональных оптических
сетей связи.
Структурная схема
применения транспондерных систем DWDM в
высокоскоростной магистральной линии
связи: СЭ (сетевой элемент) - IP-маршрутизатор,
АТМ-коммутатор, мультиплексор ввода-вывода
0МВВ/ADM СЦИ/SDH.
Возможности систем DWDM
настолько впечатляющи, что позволяют
говорить о достижении суммарной
пропускной способности в линии связи в
одном ОВ на уровне до 10 Тбит/с и выше. По
оценкам зарубежных специалистов,
стремителный рост потребностей в
объемах информационных потоков и новых
услуг связи, и в первую очередь Интернет,
потребует в 2005 г. общей полосы
пропускания около 300 Тбит/с.
В данной статье сделан
краткий аналитический обзор
современного состояния технологии
исистем спектрального уплотнения и
разделения оптических каналов WDM/DWDM для
применения на высокоскоростных
магистральных линиях и сетях связи.
Основы технологии
спектрального уплотнения WDM/DWDM
Принципы построения
систем спектрального уплотнения WDM/WDM. В
системе WDM/DWDM сигналы разных длин волн,
генерируемые одним или несколькими
оптическими передатчиками,
объединяются мультиплексором в
многочастотный составной оптический
сигнал, который распространяется далее
по одномодовому ОВ. При большой протяженности
ВОЛС в ней устанавливается один или
несколько оптических усилителей (ОУ).
Демультиплексор выделяет из составного
оптического сигнала исходные частотные
каналы и направляет их на
соответствующие фотоприемники.
На промежуточных узлах в
линии или сет связи некоторые
оптические каналы могут быть добавлены
или выделены из составного оптического
сигнала посредством оптических
мультиплексоров ввода/вывода (ОМВВ/OADM -
Optical Add/Drop Multiplexer) или систем кросс-коммутации
(ОСКК/OCCS - Optical Cross-Conect System) оптических
каналов.
В системах WDM/DWDM применяют
вполне определенные диапазоны длин волн
оптического излучения в пределах
стандартизованных Международным союзом
электросвязи (МСЭ-Т) диапазонов для
различных видов стандартных
одномодовых волокон.
Технологии DWDM, в отличие от
WDM, в которой обычно используются второе
и третье окна прозрачности ОВ на длинах
волн 1310 нм и 1550 нм (O- и C-диапазоны
соответственно) или дополнительно
область в окрестности длин волн 1650 нм (U-диапазон),
рисущи две важные особенности:
-
использование только
одного окна прозрачности волокна в
пределах области длин волн 1530 - 1565 нм (C-диапазон),
соответствующей максимальному
усилению волоконных ОУ, легированных
ионами эрбия;
-
малый интервал по длине
волны ежду мультиплексируемыми
оптическими каналами, обычно равный 3,2
/ 1,6 / 0,8 или 0,4 нм.
Именно эти особенности
систем DWDM с учетом применения
специально разработанных одномодовых
ОВ, ОУ, устройств компенсации дисперсии
и современных ЦСП СЦИ/SDH обеспечиают
максимально высокую полосу пропускания
и предельную дальность передачи для
систем спектрального уплотнения
оптических каналов в высокоскоростных
сетях связи.
Пропускную способность
оптических линий на основе систем WDM/DWDM
можно наращивать постепенно добавляя по
мере развития сети новые оптические
каналы. Применение волоконных ОУ
позволяет создавать полностью
оптические сети, в которых обработка
сигнала электронными компонентами
происходит только в начальной и
конечной точках сети. Каждый канал
электосвязи, образуемый ЦСП СЦИ/SDH
соответствующего уровня иерархии
(STM-16/64/256), обрабатывается в системе WDM/DWDM
как отдельный канал на отдельной длине
волны, благодаря чему большая часть
существующего сетевого оборудования
сетей СЦИ/SDH может непосредсвенно
включаться в состав систем WDM/DWDM. Это
позволяет снизить начальные затраты для
установки систем WDM/DWDM в существующую
сеть сетей СЦИ/SDH.
Структура систем WDM/DWDM. В
общем случае система WDM/DWDM состоит из
нескольких оптических передатчиков,
отического мультиплексора, одного или
нескольких ОУ (обычно это ОУ на основе
волокна, легированного ионами эрбия - EDFA
- Erbium Doped Fiber Amplifier), аппаратуры ЦСП СЦИ/SDH,
волоконной линии связи, оптического
демультиплексора и соответствующего
числа фтоприемников, а также
соответствующего электронного
оборудования и системы управления сетью.
В системах WDM/DWDM в качестве источников
излучения применяют высокостабильные
одномодовые полупроводниковые лазеры
со сверхузкой спектральной линией
генерации и нутренней или внешней
модуляцией оптической несущей частоты.
На рисунке показана
структурная схема транспондерной
системы DWDM и ее использование в
высокоскоростной магистральной линии
связи. Такая система включает следующие
основные блоки: оптические трнспондеры (приемопередатчики
со стабильными по частоте источниками
оптического излучения для
преобразования оптического сигнала ЦСП
в сигнал оптического канала системы DWDM),
оптические мультиплексоры/демультиплексоры,
ОУ мощности (ОУМ) или оптические
преусилители (ОПУ) в составе аппаратуры
DWDM, линейные ОУ (ОУЛ), устанавливаемые в
линии связи. Такая система совместно с
волоконными ОУ EDFA обеспечивает
дальность передачи свыше 200 км.
Оптические мультиплексоры
систем DWDM рассчитаны на работу с большим
ислом N оптических каналов (N ≥ 32) со
строго определенными длинами волн и
обеспечивают возможность
мультиплексирования (демультиплексирования)
одновременно как всех оптических
каналов, так и ввода/ вывода одного или
нескольких из общего оптического поток
с большим числом каналов.
Сравнение систем
спектрального и временного уплотнения.
В технологии TDM аппаратура ЦСП СЦИ/SDH
принимает синхронные и асинхронные
электрические сигналы (обычно уровня E1 (2
Мбит/с) или E3 (34 Мбит/с) и
мультиплексирует их в едиый сигнал -
транспортный модуль уровня STM-N, который
имеет скорость передачи 155 х N Мбит/с (N=1, 4,
16, 64, 256) и может быть представлен как
электрическим (Е), так и оптическим (О)
сигналом.
При этом в ЦСП СЦИ/SDH
обеспечивается взаимное преобразование электрических
и оптических сигналов по схеме E/O или O/E/O,
а по ОВ распространяется оптический
сигнал на одной длине волны, содержащий
множество каналов ЦСП.
В сети на основе систем TDM
основное внимание уделяется точности
синхронизации приемника и передтчика. В
технологии WDM/DWDM аппаратура принимает
множество оптических сигналов и
мультиплексирует их по длине волны. При
этом отсутствует преобразование
сигнала и используется множество длин
волн (оптических каналов) в одном
оптическом волокне. Важно отмтить, что
на каждой длине волны в системе WDM/DWDM
может передаваться сигнал систем TDM (СЦИ/SDH),
содержащий определенное, достаточно
большое число цифровых каналов.
В технологии TDM
обеспечивается передача по оптической
линии или сети связи на одной длие волны
множества цифровых каналов, разнородных
по типу передаваемых данных. При этом
возможно как синхронное временное
мультиплексирование (SyTDM - Synchronous Time Division
Multiplexing), так и статистическое
мультиплексирование (StTDM - Statistical Tim Division
Multiplexing) каналов. Сети СЦИ/SDH
предусматривают использование
синхронных мультиплексоров с временным
уплотнением каналов SyTDM для
предоставления фиксированной полосы
пропускания для выделенных каналов и/или
независимых услуг. Именно этот ваиант
технологии TDM наиболее широко
распространен и применяется в ЦСП СЦИ/SDH.
Технология TDM позволяет
увеличить пропускную способность линии
или сети за счет увеличения скорости
передачи информации в линии связи.
Максимум скорости передачи систем TDM (в пределах
фундаментальных ограничений самого ОВ)
зависит от характеристик используемых
электронных компонентов в аппаратуре
ЦСП. При этом для каждого канала,
независимо от его требуемой пропускной
способности, используется электронное
оборудование, имеющее пропускную
способность не ниже общей пропускной
способности линии связи. С помощью
технологии TDM едва ли будет достигнута
суммарная скорость передачи в линии
связи, соизмеримая с пропускной
способностью самого оптического
волокна.
В технологии WDM/DWDM аналы
полностью независимы, так как каждому из
них соответствует своя длина волны, а
потому такие системы дают большую
гибкость по сравнению с системами WDM/DWDM.
Технология WDM/DWDM позволяет без каких-либо
трудностей разделить линию связи на
множество отических каналов, тип
трафика и скорость передачи в каждом из
которых может существенно различаться.
Добавление новых оптических каналов в
существующую систему WDM/DWDM не вызывает
особых проблем.
Несмотря на то, что в
системах WDM к оконечному электронному
оборудованию для отдельных оптических
каналов предъявляются такие же
требования, как и в системах TDM, для всего
остального оборудования требования по
пропускной способности или скорости
передачи для каждого канала
определяются только данным каналом, а е
полной скоростью передачи составного
сигнала. Таким образом, полная
пропускная способность линии связи уже
не ограничена пропускной способностью
используемых электронных компонентов.
При необходимости полную
пропускную способность системы можно
увеличит, просто добавив в существующую
систему WDM/DWDM несколько новых оптических
каналов. Технология WDM/DWDM позволяет
достичь суммарной пропускной
способности в линии связи, соизмеримой с
пропускной способностью самого
оптического волокна.
Классификация и стандартизация
систем спектрального уплотнения
Классификация систем WDM/DWDM.
Основным параметром в системах WDM/DWDM
является расстояние между соседними
оптическими каналами по длине волны
излучения. Стандартизация разнесения
оптических каналов - основа взаимной
совместимости оборудования разных
производителей систем WDM/DWDM и
последующего его тестирования в
процессе наладки и эксплуатации.
Системы WDM в настоящее
время подразделяют по числу оптических
каналов и расстоянию между оптическими
каналами по частоте на три типа: обычные
системы WDM, системы плотного
спектрального мультиплексирования DWDM,
системы высокоплотного спектрального
мультиплексирования HDWDM (High Dense Wawelength
Division Multiplexing). До настоящего времени
отсутствует стандарт на классификацию
систем WDM и нет точных границ раздела
между ними, однако можно вслед за
компаниями Alcatel и ECI Telecom провести
классификацию систем WDM следующим
образом:
-
системы WDM - системы
спектрального уплотнения с
разнесением оптических каналов (оптичеких
несущих) по частоте Dnн≥200 ГГц и
числом мультиплексируемых каналов N
≥ 16;
-
системы DWDM - системы
плотного спектрального уплотнения с
разнесением оптических каналов по
частоте Dnн = 100 ГГц и N ≤ 64;
-
системы HDWDM - системы
высокоплотного спектральноо
уплотнения с разнесением оптических
каналов по частоте Dnн ≤ 50 ГГц и N >
64.
В этой классификации число
оптических каналов N для каждого класса
систем WDM достаточно условно, однако
частотный интервал между каналами Dnн
является существенной характерисикой.
Для систем HDWDM он уже достигает 50 ГГц, а в
некоторых экспериментальных системах -
25 ГГц.
Стандартизация оптических
каналов по длине волны систем WDM.
Регламентация частот оптических
несущих в системах WDM определяется
Рекомендаций G.692 МСЭ-Т, оторая задает
сетки частотного плана и предъявляет
достаточно высокие требования к
стабильности и точности задания длин
волн оптических передатчиков
аппаратуры систем WDM. Частотный план МСЭ-Т
- это набор стандартных частот на основе
базовой частоты n = 13100 ГГц.
Стандартные частоты
располагаются выше и ниже этой частоты с
интервалом в 100 ГГц. Сетки частотного
плана с различным разнесением
оптических каналов, начиная от 100 ГГц и
выше, можно найти, например, в книге А.В.
Шмалько "Цифровые сети связи: осовы
планирования и построения". В
окончательной редакции Рекомендации G.692
МСЭ-Т максимально допустимое число
оптических каналов N ≤ 41 для
частотного интервала Dnн = 100 ГГц и N ≤ 81
для частотного интервала Dnн = 50 ГГц.
Однако эти показатели уже перекыты
рядом компаний, производящих аппаратуру
DWDM с числом оптических каналов N = 160 (Nortel,
Lucent, Siemens) и N = 256 (Alcatel).
Реализация той или иной
сетки частотного плана во многом
зависит от типа используемых оптических
усилителей, скорости передчи в канале -
2,4 (STM-16), 10 (STM-64), 40 Гбит/с (STM-256) и влияния
нелинейных эффектов в волокне. При этом
равномерное распределение оптических
каналов систем WDM позволяет
оптимизировать работу оптических
транспондеров, перестраиваемых лазеров
и другх устройств систем спектрального
уплотнения в оптической сети связи, а
также облегчает возможность ее
дальнейшего наращивания.
Разнесение оптических
каналов определяется критерием
разрешения соседних оптических каналов
по длине волны. Однако с уменьшением
расстояния между оптическими каналами
возрастает влияние эффекта четырех волнового
смешения в ОВ линии связи, что
ограничивает максимальную длину
регенерационного участка ВОЛС с
системами WDM/DWDM. Во-вторых, при
уменьшении межканального интервала до Dn
≈ ,4 нм начинают проявляться
ограничения по мультиплексированию
каналов более высокого уровня иерархии
ЦСП СЦИ/SDH (STM-64 и выше). Кроме этого,
частотный интервал Dnн = 50 ГГц
накладывает более жесткие требования к
лазерам, мультиплексорам и другим компонентам
аппаратуры, что ведет к увеличению ее
стоимости.
При этом основным путем
увеличения числа мультиплексируемых
оптических каналов в системах WDM/DWDM
является расширение их спектральной
полосы. Увеличение рабочей области
спектра усиления ОУ EDFA за счет обеспечения
большей линейности коэффициента
усиления во всем C-диапазоне уже в
настоящее время позволило осуществить
уплотнение и разделение до 160 каналов
уровня STM-64 (10 Гбит/с) с частотным
интервалом 100 ГГц и общей емкостью
полосы 1,6 Тбит/с в расчее на одно ОВ.
Компоненты и технологии
построения систем спектрального
уплотнения
Компоненты систем WDM/DWDM. В
состав систем WDM/DWDM обычно входят
следующие основные компоненты:
оптические передатчики - источники
излучения, волновые блокираторы,
фотопремники, аттенюаторы, оптические
коммутаторы, устройства оптической
кросс-коммутации, адресуемые устройства
ввода/вывода каналов, волновые
разветвители, устройства компенсации
дисперсии, оптические мультиплексоры и
демультиплексоры, оптические
мультиплексоы ввода/вывода каналов,
оптические усилители.
Современные оптические
передатчики имеют гибридную
конструкцию. Лазеры и интегральные
микросхемы, модулирующие излучение,
объединены в единый компактный модуль,
что позволяет достичь больших частот
модуляции ивысокой надежности. Такой
модуль представляет собой электронно-оптический
преобразователь, в котором
интенсивность выходного оптического
сигнала модулируется входным цифровым
электрическим сигналом. Передатчик для
одного оптического канала обычно представляет
собой лазер с распределенной обратной
связью (РОС) с выходной мощностью в ОВ не
менее 1 мВт (0 дБм) и оптический модулятор
(при частотах модуляции свыше 2,5 ГГц -
внешний).
Методами интегральной
оптики созданы недорогие и удобные в
эксплуатации оптические передающие
модули, объединяющие в одном кристалле
лазер, оптический модулятор и
полупроводниковый ОУ. Разработаны также
оптические передающие модули,
объединяющие мультилазеры, независимо
генерирующие сигналы на нескольких
длинах волн, мультиплексор
полупроводниковый ОУМ.
Модуль оптического
передатчика с РОС-лазером обычно
содержит также термоэлектрическое
охлаждающее устройство для контроля
температуры, датчик температуры,
оптический изолятор и фотодиод для
контроля уровня мощности. РОС-лазеры
требют жесткого температурного
контроля, так как длина волны генерации
очень чувствительна к изменению
температуры.
Для систем DWDM достаточно
обеспечить на практике температурную
стабилизацию лазеров оптических
передатчиков в пределах ±0,1°С, что
позволяет поддерживать стабильность
длины волны в пределах ±0,01 нм.
Эффективность промышленных РОС-лазеров
достаточно высока - выходная мощность в 1
мВт в ОВ обеспечивается при токе накачки
до 40 мА.
Оптические усилители EDFA на
основе оптического волокна, легированного
ионами эрбия, за последние несколько лет
произвели революцию в оптических
системах связи. Такие усилители
обеспечивают непосредственное усиление
оптических сигналов без преобразования
их в электрические сигналы и обратно,
обладают низким уровнем шумов а их
рабочий диапазон длин волн практически
соответствует окну прозрачности ОВ на
основе плавленого кварца.
Оптический усилитель EDFA
состоит из отрезка ОВ, легированного
ионами эрбия, в котором оптические
сигналы определенных длин волн могут
усиливатьсяза счет энергии внешнего
излучения накачки. В простейших
конструкциях ОУ EDFA усиление до
необходимого уровня происходит в
достаточно узкой полосе по длине волны
(≈ 40 нм) - примерно от 1525 нм до 1565 нм.
Этого хватает для обеспечения усиления
нескольких десятков оптических каналов
систем WDM/DWDM. В качестве источника
излучения накачки служат лазеры с
длиной волны 980 и 1480 нм, соответствующей
максимумам поглощения ионов эрбия.
Накачка на длине волны nн =
980 нм более эффективна и обеспечивает
более низий уровень шумов (≈ 3 - 5 дБ).
Однако, лазеры накачки на nн = 1480 нм (хотя
их эффективность и составляет 70 % по
сравнению с лазерами на nн = 980 нм),
считаются более предпочтительными, так
как они более надежные, не требуют
жесткого контроля длины волны(излучают
в более широкую полосу поглощения ионов
эрбия) и вместе с тем позволяют
реализовать достаточно низкий уровень
шумов усилителя (≈ 5 дБ).
Круг проблем, относящихся
к оптическим усилителям и их
применениям в оптических системах и
сетях связи, очень широк, а сама тема
выходит за рамки настоящего обзора и
требует отдельного рассмотрения.
Методы построения систем
спектрального уплотнения. Подробное
рассмотрение явлений и методов, лежащих
в основе построения систем
спектрального мультиплексирования и аппаратуры
систем WDM/DWDM, охватывает различные
направления физики и техники и очень
обширно, что требует по существу
отдельного специального обзора. Поэтому
ограничимся рассмотрением наиболее
распространенных систем и проведем
сравнительный анализ основных широко
применяемых методов и технологий
спектрального уплотнения и разделения
оптических каналов применительно к
промышленным системам WDM/DWDM.
В устройствах
спектрального мультиплексирования/демультиплексирования
обычно используются одноступенчатые тонкопленочные
фильтры, каждый из которых выделяет из
составного сигнала (или добавляет в него)
один канал. Тонкопленочные фильтры
имеют полосу пропускания, подходящую
для использования их в системах WDM с 16
или 32 каналами. В современных системах
DWDM с боле плотным расположением каналов
применяются другие технологии.
В оптических
мультиплексорах и демультиплексорах
объемные брегговские дифракционные
решетки (ОБДР) используют в комбинации с
вогнутым фокусирующим зеркалом и
массивом (линейкой) одномодовых воокон
по так называемой схеме трехмерного
оптического мультиплексирования (ТОМ).
Несмотря на высокую стоимость и
сложность таких устройств, вносимые ими
потери практически не зависят от числа
оптических каналов, что делает эту
технологию одной из наиболее привлекательных
для применения в системах DWDM с большим
числом каналов.
В настоящее время
интегрально-оптические технологии
применяются при производстве
оптических разветвителей, коммутаторов,
модуляторов, оптических волноводных
усилителей, объемных брэговских
дифракционных решеток, а также для
создания массивов волноводных решеток (МВР/AWG
- Array Waveguide Grating) для систем DWDM.
Массив таких волноводных
решеток имеет спектральную
характеристику, подобную
интерференционному фильтру. Он
выполняет функцию дифракционной
решетки в интегрально-оптическом
мультиплексоре, работающем на принципе
многопортового интерферометра Маха-Цендера.
Эта технология сейчас становится
основной для производителей
мультиплексоров и демультиплексоров
систем DWDM.
Сравнение технологий
спектрального мультиплексирования.
Представляет интерес сравнить основные
методы построения систем спектрального
мультиплексирования для промышленных
систем WDM/DWDM. В табл. 2 приведены
параметры мультиплексоров систем WDM/DWDM,
реализованных на основе наиболее
перспективных технологий.
Видно, что указанные
методы могут быть использованы при
создании систем DWDM и HDWDM. При этом
технология ТОМ (ОБДР) в наибольшей
степени разрабатывалась как
промышленная технология, а МВР/AWG, хотя и обеспечивает
рекордные показатели по числу каналов,
реализованные на практике, пока еще
остается экспериментальной разработкой.
Принципы планирования и
методы построения систем WDM/DWDM
Планирование и построение
оптической сети на основе систем и
аппаратуры WDM/DWDM является существенно
более сложной задачей по сравнению с
планированием сети СЦИ/SDH и требует
специального анализа всей совокупности
компонентов и систем WDM/DWDM в целом.
Принципы планирования
систем спектрального уплотнения WDM/DWDM
включают планирование пропускной
способности отдельных оптических
каналов и общей пропускной способности
транспортных магистралей, учет
ограничивающих факторов и выбор типа
волокна для оптического кабеля,
разработку архитектуры и топологии
транспортной магистрали.
Предусматриваются
следующие основные этапы при
планировании систем WDM/DWDM и оптических
сетей на их основе:
-
задание (определение)
пропускной способности отдельных
оптических каналов;
-
выбор типа волокна для
оптического кабеля ВОЛС (или
максимальной протяженности ОВ между
системами WDM/DWDM для существующих
оптических кабелей);
-
выбор пропускной
способности (числа оптических каналов
N) транспортных магистралей системы WDM/DWDM;
-
выбор типа ОУ и числа
усилительных участков для систем WDM/DWDM;
-
планирование
архитектуры, топологии и структуры
оптической сети;
-
выбор типа ЦСП с учетом
скорости передачи, структуры и
протяженности сети.
Применение стандартного
ОВ в оптических сетях на основе систем WDM/DWDM
(в тех случаях, когда применяются "старые"
оптические кабели) требует бязательного
использования устройств компенсации
хроматической и поляризационной
модовой дисперсии, что приводит к
дополнительным капитальным затратам и
удорожанию сети. Оптическое волокно со
смещенной ненулевой дисперсией,
соответствующее Рекомендации G.55 МСЭ-Т,
специально оптимизировано для работы с
системами WDM/DWDM в
C-диапазоне. При этом в
таком ОВ коэффициент хроматической
дисперсии не превышает 3 - 5 пс/(нм.км) (но
не равен нулю для предотвращения
четырехволнового смешения), а
коэффициент поляризационной модовой
дисперсии DПМД ≤ 0,1-0,2 пс/км1/2.
Длина участка линии без
промежуточных усилителей для систем DWDM
зависит от вводимой оптической мощности,
скорости передачи в канале и типа
оптического волокна.
В соответствии с
Рекомендацией G.692 МСЭ-Тдля систем DWDM
определено три типа усилительных (безрегенерационных)
участков: L - длиной 80 км с затуханием 22 дБ,
максимальное количество оптических
усилителей до семи; V - длиной 120 км с
затуханием 33 дБ, максимальное
количество оптических усилителей до
четырех; U - длиной 160 км с затуханием 44 дБ,
один усилительный участок.
На рисунке показан вариант
применения транспондерных систем DWDM в
линиях дальней связи. Линейное
оборудование оптических сетей
сопрягается с транспондерной системой
DWDM, работающей на прием и передачу, по
стандартным электрическим и чисто
оптическим интерфейсам, при этом
дальность передачи с использованием
волоконных ОУ EDFA превышает 200 км.
Применение ОУ EDFA в ВОЛС для систем DWDM с
ЦСП СЦИ/SDH уровня STM-16 (2,4 Гбит/с) позволяет
увеличить дальность передачи от 200 до 600
км и выше.
Аппаратура систем
спектрального уплотнения WDM/DWDM. В состав
полностью оптической транспортной сети
обычно входят несколько типовых
устройств аппаратуры DWDM - сетевых
элементов, образующих узлы сети. Это -
оптические мультиплексоры ввода-вывода
ОМВВ/OADM, оптические терминальные
мультиплексоры (ОТМ), оптические системы
кросс-коммутации ОСКК/OCCS, а также ОУМ,
ОУЛ и оптические предусилители (ОПУ).
Основными зарубежными
производителями аппаратуры DM и DWDM
являются компании-производители
оборудования СЦИ/SDH - Lucent Technologies, Nortel Networks,
Alcatel, Siemens AG, Marconi Communications, а также
компания Ciena, специализирующаяся на
производстве аппаратуры систем WDM и DWDM
для оптических сете связи. Отметим также
ряд менее крупных производителей
аппаратуры WDM и DWDM - NEC, PANDATEL Telecommunications AG,
LIGHTSCAPE Networks. Из российских
производителей можно указать компанию
IRE-Polus.
Большинством
производителей аппаратуры WDM и DWDM освое
промышленный выпуск и поставка
аппаратуры с числом оптических каналов
от N = 16/32 до N = 40/80 и выше для аппаратуры
СЦИ/SDH со скоростью передачи на уровне
STM-64 (10 Гбит/с) и STM-16 (2,4 Гбит/с). Поскольку
аппаратура систем WDM/DWDM вносит
значительне потери в линейный тракт
транспортной магистрали (суммарно до 14 -
18 дБ на обеих сторонах на один
оптический канал), то ее применение без
оптических усилителей возможно для
относительно коротких линий - порядка
нескольких десятков километров (обычно
до 0 км). В табл. 3 приведены основные
характеристики аппаратуры ряда ведущих
зарубежных производителей компонентов
и аппаратуры систем WDM/DWDM.
В настоящее время освоен
промышленный выпуск систем HDWDM со 160 (Nortel,
Lucent, Siemens) и 256 (Alcatel) оптическими каналами
и скоростью передачи 10 и 2,4 Гбит/с, что
позволяет довести суммарную полосу
пропускания в одном ОВ до 1,6 и 0,625 Тбит/с
соответственно. Совсем недавно компания
Alcatel заявила о превышении мифического
барьера 10 Тбит/с в суммарной скорости
передачи по одному оптическому волокну.
В тестовых испытаниях ВОЛС
протяженностью 100 км по волокну типа
TeraLightTM передавалось 256 оптических
каналов со скоростью 40 Гбит/с, что
соответствует суммарной скорости
передачи 10,24 Тбит/с. При этом использовались
по 128 полупроводниковых РОС-лазеров с
частотной сеткой 50 ГГц в диапазоне длин
волн 1529,94 - 1561,22 нм (C-диапазон) и 1569,59 - 1602,53
нм (L-диапазон) соответственно.
Заключение
Появление технологии WDM/DWDM,
как и любой новой технологии, решило одни,
но породило новые проблемы. Основной
проблемой для современных систем WDM/DWDM
является их надежная и стабильная
работа. Очень важным становится
контроль оптических характеристик и
поведения систем WDM/DWDM, начиная от
производства оптического волока и
других компонентов и завершая этапом
системной интеграции.
Успехи и достижения в
разработке систем волнового WDM и
плотного волнового мультиплексирования
DWDM для высокоскоростных сетей связи
огромны и впечатляющи. При этом темпы
развития данного направления науки и
техники настолько стремительны, что в
настоящее время можно прогнозировать
достижение в недалеком будущем скорости
передачи, точнее, суммарной пропускной
способности для одного оптического
волокна в ВОЛС на уровне 20 - 50 Тбит/с и
выше на расстояния в сотни и тысячи
километров.
|