DWDM

Телекоммуникации широко используют оптические методы, в которых несущая волна принадлежит классическому оптическому домену. Волновая модуляция позволяет передавать аналоговые или цифровые сигналы до нескольких гигагерц (ГГц) или гигабит в секунду (Гбит / с) на носителе с очень высокой частотой, обычно от 186 до 196 ТГц. Фактически, битрейт может быть дополнительно увеличен, используя несколько несущих волн, которые распространяются без значительного взаимодействия на одном волокне. Очевидно, что каждая частота соответствует другой длине волны. Плотное мультиплексирование с разделением по длине волны (DWDM) зарезервировано для очень близкого частотного интервала.

Введение в технологию DWDM

Технология DWDM является расширением оптических сетей. Устройства DWDM (мультиплексор или Mux сокращено) объединяют выходные данные нескольких оптических передатчиков для передачи по одному оптическому волокну. На принимающей стороне другое устройство DWDM (демультиплексор или DeMux для краткости) разделяет объединенные оптические сигналы и передает каждый канал на оптический приемник. Только одно оптическое волокно используется между устройствами DWDM (на направление передачи). Вместо того, чтобы требовать одного оптического волокна на пару передатчика и приемника, DWDM позволяет нескольким оптическим каналам занимать один волоконно-оптический кабель.

Ключевым преимуществом DWDM является то, что он не зависит от протокола и битрейта. DWDM-сети могут передавать данные в IP, ATM, SONET, SDH и Ethernet. Поэтому сети на основе DWDM могут передавать различные типы трафика с разной скоростью по оптическому каналу. Передача голоса, электронная почта, видео и мультимедийные данные являются лишь некоторыми примерами услуг, которые могут одновременно передаваться в системах DWDM. Системы DWDM имеют каналы на длинах волн с интервалом 0,4 нм.

DWDM - это тип мультиплексирования с частотным разделением (FDM). Фундаментальное свойство света утверждает, что отдельные световые волны разных длин могут сосуществовать независимо внутри среды. Лазеры способны создавать импульсы света с очень точной длиной волны. Каждая отдельная длина волны света может представлять собой другой канал информации. Комбинируя световые импульсы разных длин волн, многие каналы могут передаваться по одному волокну одновременно. Волоконно-оптические системы используют световые сигналы в инфракрасном диапазоне (длина волны от 1 до 400 нм) электромагнитного спектра. Частоты света в оптическом диапазоне электромагнитного спектра обычно идентифицируются по их длине волны, хотя частота (расстояние между лямбдами) обеспечивает более конкретную идентификацию.

Компоненты системы DWDM

Система DWDM обычно состоит из пяти компонентов: оптических передатчиков/ приемников, фильтров Mux/DeMux DWDM, оптических мультиплексоров ввода/вывода (OADM), оптических усилителей, транспондеров (преобразователей длины волны).

Оптические передатчики / приемники

Передатчики описываются как компоненты DWDM, поскольку они обеспечивают сигналы источника, которые затем мультиплексируются. Характеристики оптических передатчиков, используемых в системах DWDM, очень важны для проектирования системы. В качестве источников света в системе DWDM используются несколько оптических передатчиков. Входящие электрические биты данных (0 или 1) запускают модуляцию светового потока (например, вспышку света = 1, отсутствие света = 0). Лазеры создают импульсы света. Каждый световой импульс имеет точную длину волны (лямбда), выраженную в нм. В системе на основе оптического носителя поток цифровой информации отправляется на устройство физического уровня, выход которого является источником света (светодиодом или лазером), который взаимодействует с волоконно-оптическим кабелем. Это устройство преобразует входящий цифровой сигнал от электрических (электронов) в оптическую (фотоновую) форму (от электрического к оптическому преобразованию, E-O). Электрические и нулевые сигналы запускают источник света, который мигает (например, свет = 1, мало или без света = 0) светится в ядре оптического волокна. Преобразование E-O не влияет на трафик. Формат базового цифрового сигнала не изменяется. Импульсы света распространяются через оптическое волокно посредством полного внутреннего отражения. На приемном конце другой оптический датчик (фотодиод) обнаруживает световые импульсы и преобразует входящий оптический сигнал обратно в электрическую форму. Пара волокон обычно соединяет любые два устройства (одно передающее волокно, одно принимающее волокно).

Системы DWDM требуют очень точных длин волн света для работы без межканального искажения или перекрестных помех. Несколько отдельных лазеров обычно используются для создания отдельных каналов системы DWDM. Каждый лазер работает с несколько иной длиной волны. Современные системы работают с интервалом 200, 100 и 50 ГГц. Исследуются новые системы, поддерживающие интервал 25 ГГц и интервал 12,5 ГГц. Как правило, в настоящее время на рынке можно встретить DWDM-трансиверы (DWDM SFP, DWDM SFP +, DWDM XFP и т. Д.), работающие на частотах 100 и 50 ГГц.

Фильтры DWDM Mux / DeMux

Несколько длин волн (все в полосе 1550 нм), создаваемые несколькими передатчиками и работающие на разных волокнах, объединяются на одно волокно с помощью оптического фильтра (фильтр Mux). Выходной сигнал оптического мультиплексора называется составным сигналом. На принимающей стороне оптический фильтр DeMux отделяет все отдельные длины волны композитного сигнала от отдельных волокон.. Как правило, компоненты Mux и DeMux (передача и прием) содержатся в одном корпусе. Оптические устройства Mux/DeMux могут быть пассивными. Компонентные сигналы мультиплексируются и демультиплексируются оптически, а не в электронном виде, поэтому внешний источник питания не требуется. На рисунке ниже показана двунаправленная операция DWDM. N световых импульсов N различных длин волн, переносимых N различными волокнами, объединяются DWDM Mux. N сигналов мультиплексируются на пару оптических волокон. DWDM DeMux принимает составной сигнал и разделяет каждый из N компонентных сигналов и передает их каждому волокну. Стрелки переданного и принимаемого сигналов представляют собой оборудование на стороне клиента. Это требует использования пары оптических волокон; один для передачи, один для приема.

Оптические OADM-модули (Optical Add Drop Multiplexor)

Оптические мультиплексоры OADM имеют различную функцию «Add / Drop» по сравнению с Mux / DeMuxfilters. Вот схема, показывающая работу 1-канального OADM. Этот OADM предназначен для добавления или удаления оптических сигналов с определенной длиной волны. Слева направо входящий составной сигнал разбивается на два компонента. OADM снижает только красный поток оптического сигнала. Пониженный сигнал передается в приемник клиентского устройства. Оставшиеся оптические сигналы, которые проходят через OADM, мультиплексируются с новым сигнальным потоком. OADM добавляет новый красный оптический поток сигналов, который работает на той же длине волны, что и отбрасываемый сигнал. Новый поток оптического сигнала объединяется с сквозными сигналами для формирования нового составного сигнала.

Оптические усилители

Оптические усилители увеличивают амплитуду или добавляют усиление к оптическим сигналам, проходящим по волокну, путем прямого стимулирования фотонов сигнала дополнительной энергией. Они являются «внутриволоконными» устройствами. Оптические усилители усиливают оптические сигналы в широком диапазоне длин волн. Это очень важно для системного приложения DWDM. Волоконно-оптические усилители на оптическом волокне, легированном ионами эрбия (EDFA), являются наиболее часто используемыми. EDFA, в системах DWDM, иногда называются DWDM EDFA, по сравнению с системами, используемыми в системах CATV или SDH. Чтобы расширить расстояние передачи вашей системы DWDM, вы можете использовать все типы оптических усилителей, включая DWDM EDFA, CATV EDFA, SDH EDFA, EYDFA и Raman Amplifier и т. Д. (Здесь приведена диаграмма, показывающая работу DWDM EDFA.)

Транспондеры (преобразователи длины волны)

Транспондеры преобразуют оптические сигналы с одной входящей длины волны в другую исходящую длину волны, подходящую для приложений DWDM. Транспондеры являются Optical-Electrical-Optical (O-E-O) преобразователями длины волны. В системе DWDM транспондер преобразует оптический сигнал клиента обратно в электрический сигнал (O-E), а затем выполняет функции 2R (Reamplify, Reshape) или 3R (Reamplify, Reshape и Retime). На рисунке ниже показана операция двунаправленного транспондера. Транспондер расположен между клиентским устройством и системой DWDM. Слева направо, приемоответчик получает оптический бит-поток, работающий на одной конкретной длине волны (1310 нм). Транспондер преобразует рабочую длину волны входящего потока битов в длину волны, совместимую с ITU. Он передает свой вывод в систему DWDM. На стороне приема (справа налево) процесс отменяется. Приемоответчик получает соответствующий ITU-совместимый бит и преобразует сигналы обратно в длину волны, используемую клиентским устройством.

Транспондеры обычно используются в системах WDM (от 2,5 до 40 Гбит / с), включая не только системы DWDM, но и CWDM.

Как компоненты системы DWDM работают вместе с технологией DWDM

Система DWDM состоит из этих пяти компонентов, так как они работают вместе? Следующие шаги дают ответ (также вы можете увидеть всю структуру фундаментальной системы DWDM на рисунке ниже):

1. Транспондер принимает входные сигналы в виде стандартного одномодового или многомодового лазерного импульса. Входные данные могут поступать с разных физических носителей и разных протоколов и типов трафика.

2. Длина волны входного сигнала приемоответчика отображается на длину волны DWDM.

3. Длины волн DWDM от транспондера мультиплексируются с сигналами от прямого интерфейса для формирования составного оптического сигнала, который запускается в волокно.

4. Усилитель повышает силу оптического сигнала при выходе из мультиплексора.

5. OADM используется в удаленном месте для удаления и добавления потоков бит определенной длины волны.

6. Дополнительные оптические усилители могут использоваться по длине волокна по мере необходимости.

7. Предварительный усилитель усиливает сигнал перед его входом в мультиплексор.

8. Входящий сигнал демультиплексируется в отдельные длины волн DWDM.

9. Индивидуальные DWDM lambdas либо сопоставляются с требуемым типом выхода через транспондер, либо передаются непосредственно на клиентское оборудование.

Используя технологию DWDM, системы DWDM обеспечивают пропускную способность для больших объемов данных. Фактически, пропускная способность систем DWDM растет по мере продвижения технологий, которые обеспечивают более близкое расстояние и, следовательно, большее число длин волн. Но DWDM также выходит за пределы, чтобы стать основой для всех оптических сетей. Переключение на фотонный слой позволит эту эволюцию, так же как и протоколы маршрутизации, которые позволяют световым путям пересекать сеть как и виртуальные схемы. При разработке технологий для систем DWDM могут потребоваться более продвинутые компоненты для получения больших преимуществ.