Обзор технологии DWDM и компонентов системы DWDM

Телекоммуникации широко используют оптические методы, в которых несущая волна относится к классической оптической области. Волновая модуляция позволяет передавать аналоговые или цифровые сигналы до нескольких гигагерц (ГГц) или гигабит в секунду (Гбит/с) на несущей очень высокой частоты, обычно от 186 до 196 ТГц. Фактически, битрейт может быть увеличен еще больше, используя несколько несущих волн, которые распространяются без существенного взаимодействия на одном волокне. Очевидно, что каждой частоте соответствует своя длина волны. Плотное мультиплексирование с разделением длин волн (DWDM) зарезервировано для очень близкого интервала частот. Этот блог охватывает введение в технологию DWDM и компоненты системы DWDM. Работа каждого компонента обсуждается отдельно, а вся структура фундаментальной DWDM-системы показана в конце этого блога.

Введение в технологию DWDM

Технология DWDM-это расширение оптической сети. Устройства DWDM (мультиплексор или Mux для краткости) объединяют выходные данные нескольких оптических передатчиков для передачи по одному оптическому волокну. На приемном конце другое устройство DWDM (демультиплексор, или сокращенно Demux) разделяет объединенные оптические сигналы и передает каждый канал в оптический приемник. Между устройствами DWDM используется только одно оптическое волокно (для каждого направления передачи). Вместо того чтобы требовать одного оптического волокна на пару передатчика и приемника, DWDM позволяет нескольким оптическим каналам занимать один волоконно-оптический кабель. Как показано ниже, благодаря использованию высококачественной Гауссовой технологии AAWG, FS DWDM Mux/Demux обеспечивает низкие вносимые потери (типичные 3,5 дБ) и высокую надежность. Благодаря модернизированной структуре эти DWDM-мультиплексоры и демультиплексоры могут обеспечить более легкую установку.

Ключевым преимуществом DWDM является то, что он не зависит от протокола и битрейта. Сети на основе DWDM могут передавать данные в IP, ATM, SONET, SDH и Ethernet. Таким образом, сети на основе DWDM могут передавать различные типы трафика с различной скоростью по оптическому каналу. Передача голоса, электронной почты, видео и мультимедийных данных - это лишь некоторые примеры услуг, которые могут быть одновременно переданы в системах DWDM. Системы DWDM имеют каналы на длинах волн, расположенных на расстоянии 0,4 нм или 0,8 нм.

DWDM-это тип мультиплексирования с частотным разделением (FDM). Фундаментальное свойство света состоит в том, что отдельные световые волны различных длин волн могут сосуществовать независимо друг от друга в среде. Лазеры способны создавать импульсы света с очень точной длиной волны. Каждая отдельная длина волны света может представлять собой отдельный канал информации. Комбинируя световые импульсы различных длин волн, можно одновременно передавать множество каналов по одному волокну. Волоконно-оптические системы используют световые сигналы в инфракрасном диапазоне (длина волны от 1 мм до 750 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: оптические передатчики/приемники, фильтры DWDM Mux/DeMux, оптические мультиплексоры Add/Drop (OADMs), оптические усилители, транспондеры (преобразователи длин волн).

Оптические передатчики/приемники

Передатчики описываются как компоненты DWDM, поскольку они обеспечивают исходные сигналы, которые затем мультиплексируются. Характеристики оптических передатчиков, используемых в системах DWDM, очень важны для проектирования систем. В качестве источников света в системе DWDM используются несколько оптических передатчиков. Входящие биты электрических данных (0 или 1) запускают модуляцию светового потока (например, вспышка света = 1, отсутствие света = 0). Лазеры создают импульсы света. Каждый световой импульс имеет точную длину волны (лямбда), выраженную в нанометрах (Нм). В системе на основе оптических носителей поток цифровой информации передается на устройство физического уровня, выход которого представляет собой источник света (светодиод или лазер), который взаимодействует с волоконно-оптическим кабелем. Это устройство преобразует поступающий цифровой сигнал из электрической (электроны) в оптическую (фотоны) форму (электрическое преобразование в оптическое, E-O). Электрические единицы и нули запускают источник света, который мигает (например, light = 1, little or no light =0) светом в сердцевину оптического волокна. Конвертация E-O не влияет на трафик. Формат базового цифрового сигнала остается неизменным. Импульсы света распространяются по оптическому волокну путем 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, чтобы работать без межканальных искажений или перекрестных помех. Несколько отдельных лазеров обычно используются для создания отдельных каналов системы DWDM. Каждый лазер работает на немного другой длине волны. Современные системы работают на частотах 200, 100 и 50 ГГц. В настоящее время исследуются новые системы, поддерживающие интервал 25 ГГц и интервал 12,5 ГГц. Как правило, DWDM трансиверы (DWDM SFP, DWDM SFP+, DWDM XFP и др.), работающие на частотах 100 и 50 ГГц, можно найти на рынке в настоящее время.

DWDM Mux/Demux фильтры

Несколько длин волн (все в диапазоне 1550 нм), создаваемых несколькими передатчиками и работающих на разных волокнах, объединяются в одно волокно с помощью оптического фильтра (Mux filter). Выходной сигнал оптического мультиплексора называется составным сигналом. На приемном конце оптический капельный фильтр (фильтр DeMux) разделяет все отдельные длины волн композитного сигнала на отдельные волокна. Отдельные волокна передают демультиплексированные длины волн как можно большему числу оптических приемников. 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 электронно, поэтому внешний источник питания не требуется. На рисунке ниже показана двунаправленная работа DWDM. N световых импульсов N различных длин волн, переносимых N различными волокнами, объединяются с помощью DWDM Mux. Сигналы N мультиплексируются на пару оптических волокон. А Демультиплексоры спектрального уплотнения, принимает композитный сигнал и разделяет каждую из компонентных сигналов N и передает их на волокна. Стрелки передаваемого и принимаемого сигналов представляют собой клиентское оборудование. Это требует использования пары оптических волокон: одно для передачи, другое для приема.

Оптические мультиплексоры Add/Drop

Оптические мультиплексоры add/drop (т. е. OADMs) имеют другую функцию "Add/Drop", по сравнению с фильтрами Mux/Demux. Вот рисунок, который показывает работу 1-канального DWDM OADM. Этот OADM предназначен только для добавления или удаления оптических сигналов с определенной длиной волны. Слева направо входящий составной сигнал разбивается на две составляющие: отбрасывание и прохождение. OADM отбрасывает только красный поток оптического сигнала. Отброшенный поток сигнала передается приемнику клиентского устройства. Остальные оптические сигналы, проходящие через OADM, мультиплексируются с новым потоком сигналов add. OADM добавляет новый красный поток оптического сигнала, который работает на той же длине волны, что и отброшенный сигнал. Новый поток оптического сигнала объединяется с проходными сигналами для формирования нового композитного сигнала.

OADM предназначен для работы на длинах волн DWDM сети называют сети DWDM OADM, работая при длин волны CWDM называются CWDM OADM. И то, и другое сейчас можно найти на рынке.

Оптический усилитель

Оптические усилители повышают амплитуду или добавляют усиление оптическим сигналам, проходящим по волокну, непосредственно стимулируя фотоны сигнала дополнительной энергией. Это устройства "в волокне". Оптические усилители усиливают оптические сигналы в широком диапазоне длин волн. Это очень важно для применения системы DWDM. Волоконные усилители, легированные эрбием (EDFAs), являются наиболее часто используемым типом волоконных оптических усилителей. Edfa, используемые в системах DWDM, иногда называют DWDM EDFA, по сравнению с теми, которые используются в системах CATV или SDH. Чтобы увеличить дальность передачи вашей DWDM-системы, вы можете выбрать один из различных типов оптических усилителей, включая DWDM EDFA, CATV EDFA, SDH EDFA, EYDFA, рамановский усилитель и т. д. Вот рисунок, который показывает время обслуживания edfa для уплотнения DWDM.

Транспондеры (преобразователи длин волн)/OEO

Транспондеры преобразуют оптические сигналы с одной входящей длины волны на другую исходящую длину волны, подходящую для применения в DWDM-системах. Транспондеры - это оптико-электрооптические (О-Е-О) преобразователи длин волн. Транспондер выполняет операцию O-E-O для преобразования длин волн света, поэтому некоторые люди называют их сокращенно "OEO". 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 работа двунаправленного транспондера. Транспондер расположен между клиентским устройством и системой DWDM. Слева направо транспондер получает оптический битовый поток, работающий на одной определенной длине волны (1310 нм). Транспондер преобразует рабочую длину волны входящего битового потока в длину волны, соответствующую стандарту ITU. Он передает свой выход в систему DWDM. На приемной стороне (справа налево) происходит обратный процесс. Приемоответчик получает битовый поток, совместимый с МСЭ, 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 системы CWDM. И приемоответчики WDM (конвертеры OEO) могут прийти с различными портами модуля (SFP к SFP, SFP+ к SFP+, XFP к XFP, etc.).

Как компоненты системы DWDM работают вместе с технологией DWDM

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

1. Транспондер принимает входной сигнал в виде стандартного одномодового или многомодового лазерного импульса. Входные данные могут поступать с различных физических носителей и различных протоколов и типов трафика.

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

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

4. Пост-усилитель (усилитель-усилитель) повышает силу оптического сигнала, когда он покидает мультиплексор.

5. OADM используется в удаленном месте для отбрасывания и добавления битовых потоков определенной длины волны.

6. Дополнительные оптические усилители могут быть использованы вдоль волоконного пролета (встроенный усилитель) по мере необходимости.

7. Предварительный усилитель усиливает сигнал до того, как он поступает в демультиплексор.

8. Входящий сигнал демультиплексируется на отдельные длины волн DWDM.

9. Отдельные лямбды DWDM либо сопоставляются с требуемым типом вывода через транспондер, либо передаются непосредственно на клиентское оборудование.

Используя технологию DWDM, системы DWDM обеспечивают пропускную способность для больших объемов данных. На самом деле, емкость систем DWDM растет по мере развития технологий, которые позволяют более близкое расстояние, а следовательно, и более высокое число длин волн. Но DWDM также выходит за рамки транспорта, чтобы стать основой полностью оптической сети с выделением длины волны и защитой на основе сетки. Коммутация на фотонном уровне будет способствовать этой эволюции, как и протоколы маршрутизации, которые позволяют световым путям пересекать сеть почти так же, как это делают сегодня виртуальные схемы. С развитием технологий DWDM-системы могут нуждаться в более совершенных компонентах, чтобы иметь большие преимущества.