Технології WDM

Створення систем ущільнення оптичних каналів по довжинах хвиль (Wavelength Division Multiplexing, WDM). Структура WDM системи, транспондер, мультиплексом / демультиплексор, оптичний передавач та фотоприймач, комутатори та хвильові розгалужувачі.

Зміст

1. Вступ. 2

2. Опис технології WDM.. 3

2.1 Відмінності WDM та ТDM.. 3

2.2 Технологія DWDM та СWDM.. 4

2.3 Структура WDM системи. 7

2.3.1 Транспондер. 7

2.3.2 WDM мультиплексор/демультиплексор. 8

2.3.3 Оптичний передавач. 9

2.3.4 Фотоприймач. 10

2.3.5 Атенюатори. 11

2.3.6. Комутатори. 11

2.3.7. Хвильові розгалужувачі 13

2.3.8. Пристрої компенсації дисперсії 13

2.3.9. Оптичні підсилювачі 14

2.3.10. Хвильові конвертори. 18

2.3.11 Оптичне волокно. 18

2.4 Реалізація WDM систем.. 20

2.5 Характеристики сучасних WDM систем.. 21

1. Вступ

Сучасна мережа SDH, побудована на базі ТDM, дійшовши до швидкості передавання 10 Гбіт/с, зіштовхнулась з проблемами хроматичної та поляризаційної дисперсії моди, котрі на швидкості, вищій від 10 Гбіт/с, починають суттєво впливати на якість передачі. Таким чином, розширення пропускної здатності за допомогою ТDM виявляється досить проблематичним.

Ця проблема послужила поштовхом до створення систем ущільнення оптичних каналів по довжинах хвиль (Wavelength Division Multiplexing, WDM).

Структурна схема WDM практично не відрізняється від FDM, оскільки в двох варіантах використовується теж саме частотне розділення каналів На передаючій стороні за допомогою конвертора, або, як його інакше називають, транспондера, дані вводяться у один з оптичних каналів. Далі оптичні канали за допомогою пасивного оптичного мультиплексора об'єднуються в один потік. На приймаючій стороні відбувається зворотна операція. Практично всі виробники обладнання SDH для сполучення з системами WDM пропонують клієнтам так звані „кольорові” лазери, тобто лазери, що працюють на тих же частотах, що і транспондер. Термін „кольорові” означає зсув в інфрачервоний або ультрафіолетовий діапазон.

2. Опис технології WDM

2.1 Відмінності WDM та ТDM

У технології немає багатьох обмежень і ускладнень, властивих технології TDM. Для підвищення пропускної здатності ліній зв'язку замість збільшення швидкості передачі у оптичному каналі, як це робиться в системах TDM, в системах WDM йдуть шляхом збільшення числа каналів (котрі передаються на різних довжинах хвиль), що застосовуються у системах передачі.

Для WDM систем є неважливим формат даних, що передається у груповому сигналі. На відміну від SDH сигнал, що транспортується в груповому потоці WDM систем, не піддається пакуванню в контейнери, тому в груповому потоці WDM можна безпосередньо передавати різнорідний за форматом трафік. Це можна зобразити наступним чином:

АТМ ІР Еthernet АТМ ІР Еthernet АТМ ІР Еthernet
SDH SDH
Оптичне середовище передачі WDM
Оптичне середовище передачі

Технологія WDM дозволяє суттєво збільшити пропускну здатність лінії зв'язку, дає можливість організувати двосторонню передачу даних по одному волокну, причому нарощування пропускної здатності може відбуватись на вже існуючому волоконно-оптичному кабелі.

У системі WDM сигнали різних довжин хвиль, що генеруються одним або декількома оптичними передавачами, поєднуються мультиплексором у багаточастотний груповий оптичний сигнал, що поширюється далі по одномодовому ОВ. За великої довжини волоконно-оптичної лінії зв'язку в ній встановлюється один або кілька оптичних підсилювачів (ОП). Демультиплексор виділяє з групового оптичного сигналу початкові частотні канали і направляє їх на відповідні фотоприймачі. На проміжних вузлах у лінії або мережі зв'язку деякі оптичні канали можуть бути додані або виділені з групового оптичного сигналу за допомогою оптичних мультиплексорів введення/виведення (ОАDM)

2.2 Технологія DWDM та СWDM

Технологія WDM широко розповсюджена в світі у вигляді двох основних типів систем:

Системи з щільним спектральним розділенням каналів DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing)

Системи з нещільним (грубим) спектральним розділенням каналів СWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing)

Зараз існують системи WDM як на великі відстані Long Haul (для магістральних ВОЛЗ) так і міські, внутрішньозонові Metro WDM системи.

Технологія СWDM знаходить більш широке застосування на міських мережах, завдяки меншим витратам на її введення, зокрема, тому що не потребує застосування оптичних підсилювачів та завдяки меншій ємності.

Рознесення каналів для сучасних DWDM становить 100 ГГЦ або ~0,8 нм., для СWDM розділення каналів здійснюється на значно більшій частотній відстані 2500 ГГц або ~20 нм.

Приклад спектра групового потоку для 4-канальної СWDM системи приведено на рис.1. (на спектрі також вказано спектр каналу OSC, що знаходиться окремо від основного групового потоку):


З появою оптичних підсилювачів та оптичних мультиплексорів введення/виведення ОАDМ (Optical Add/Drop Multiplexer), котрі дають можливість маршрутизації, з'являються повністю оптичні транспортні мережі (ОТМ) - OTN (Optical Transport Networking).

В системах WDM застосовують цілком визначені діапазони довжин хвиль оптичного випромінювання, котрі стандартизовані ITU (рекомендації G.694.1 та G.694.2)

Саму DWDM технологію поділяють на DWDM та НDWDM (High Dense Wawelength Division Multiplexing - надщільне спектральне мультиплексування).

Границі оптичних діапазонів для одномодового волокна, що використовується для функціонування WDM наведені в таблиці.

Смуга Назва

Діапазон нм.

он (нм)

О Origimal 1260÷1360
Е Extended 1360÷1460
S Short wave lenght 1460÷1530
С Conventional 1530÷1565
L Long wave lenght 1565÷1625
U Ultra long wave lenght 1625÷1675

Багато сучасних DWDM систем використовують С-діапазон, котрий відповідає максимальному підсиленню волоконних оптичних підсилювачів, легованих іонами ербію.

В С-діапазоні можна використовувати до 80 оптичних каналів. Для того щоб уникнути втрат, внаслідок нелінійної взаємодії оптичних каналів, а також дотриматись санітарних норм, сумарна потужність у оптичному волокні не повинна перевищувати 100 мВ (20 дБм). Це обмежує потужність на один оптичний канал. Так, для 80 канальної системи рівень потужності на канал складає 1 дБм; для 40 канальної 4 дБм; для 32 канальної 5 дБм.

Таким чином, на кожній підсилювальній ділянці 32 канальна система має запас 1 дБ порівняно з 40 канальною системою та 4 дБ порівняно з 80 канальною, а значить, і довжина підсилювальної ділянки для 32 канальної системи буде більшою.

Загальний спрощений вигляд системи WDM показано на рис.2.

2.3 Структура WDM системи

В структуру WDM систем як правило входять наступні елементи:

2.3.1 Транспондер

Транспондер (прийомопередавач) - призначений для узгодження спектральних параметрів інтерфейсів мультиплексорів SDH із спектральними параметрами WDM мультиплексорів, окрім цього транспондер здійснює 3R регенерацію (регенерація сигналу поділяється на 1R (Підсилення та корекція частоти і дисперсії); 2R (1R + відновлення первинної цифрової форми сигналу та подавлення шуму); 3R (2R + відновлення форми та положення імпульсу)). Транспондер має кількість оптичних входів та виходів, рівну числу оптичних сигналів, які потрібно ущільнити. При цьому, якщо ущільнюється n оптичних сигналів, то на виході транспондера довжина хвилі кожного каналу повинна відповідати лише одній частоті у відповідності з сіткою частот, наприклад, допустимо для 1-го каналу оптичний сигнал повинен мати довжину хвилі λ1 для другого λ2 і т.д. до λn. З виходів транспондера ці оптичні сигнали поступають на строго визначені входи оптичного мультиплексора, що відповідають вказаним довжинам хвиль λ1... λn. Транспондер є необов'язковим елементом WDM систем. Якщо з мультиплексорів SDH подаються на WDM мультиплекор сигнали зі спектральними параметрами, що відповідають рекомендаціям G.692, G.695, G.959.1, то транспондер не потрібен. Основними характеристиками транспондера є наступні параметри:

Мінімальна чутливість приймача

Мінімальний рівень перевантаження приймача

Максимальне вхідне фазове тремтіння

Потужність випромінювання

Форма імпульсу ("око-діаграма")

Довжина хвилі випромінювання

Ширина спектральної лінії

Максимальне власне фазове тремтіння (тремтіння на виході за відсутності тремтіння на вході)

Характеристика передавання фазового тремтіння

Причому, нормовані значення цих параметрів є різними та описуються у різних рекомендаціях для клієнтської частини транспондера, котра стикується, наприклад, з обладнанням SDH, та для лінійної частини транспондерів, котра стикується з обладнанням WDM.

2.3.2 WDM мультиплексор/демультиплексор

WDM мультиплексор/демультиплексор використовується для об'єднання/ роз'єднання в одному оптичному волокні кількох каналів з різними довжинами хвиль. WDM мультиплексори/демультиплексори як і мультиплексор введення/виведення - пасивні оптичні компоненти використовуються для передавання в лінію (прийому з лінії) групового сигналу з каналами на довжинах хвиль, котрі відповідають рекомендаціям G.694.1, G.694.2

Оптичні мультиплексори введення/виведення каналів використовують для додавання та/або виділення з групового оптичного сигналу певних каналів (на певних довжинах хвиль).

WDM мультиплексор більшою мірою характеризує направленість (здатність спрямовувати потік в потрібному напрямку), а WDM демультиплексор - ізоляцію каналів (здатність виділення каналів з групового потоку без спотворення в них). Основними харатеристикими мультиплексорів/демультиплексорів WDM є наступні параметри:

Центральна довжина хвилі каналу

Інтервал між каналами

Смуга пропускання на рівні 1 та 3 дБ

Перехідні завади

Ізоляція каналів

Направленість

Варіація потужності в спектрі каналу

Однорідність каналів

Втрати, що залежать від поляризації PDL (Polarization Dependent Loss)

Поляризаційна дисперсія моди

Внесені втрати

Втрати на відбиття

Для мультиплексування/демультиплексування використовуються тонкоплівкові фільтри, волоконні брегівські ґратки, дифракційні ґратки, пристрої інтегральної оптики (оптичний еквівалент інтегральних схем в електроніці), розгалужувачі. Оптичний мультиплексор/демультиплексор вносить значні втрати, котрі зменшують енергетичний потенціал системи (максимальний коефіцієнт загасання за якого забезпечується заданий коефіцієнт помилок). Тому для їхньої компенсації на виході WDM мультиплексора (а також на вході WDM демультиплексора) встановлюється оптичний підсилювач.

Ефективність мультиплексора/демультиплексора визначається його здатністю ізолювати один від одного вхідні або вихідні канали.

2.3.3 Оптичний передавач

Передавач є пристроєм для генерації енергії оптичного випромінювання, (лазер, світлодіод). Передавач повинен мати:

Високу направленість (для чого використовують лазери з дифракційними ґратками)

Високе подавлення побічних мод

Стабільність довжин хвиль, що передаються

Потужність, необхідну для прийому сигналу із заданим рівнем коефіцієнта помилок

Параметри передавачів визначені у рекомендаціях G.957, G.691, G.693, G.959.1.

Найпоширенішими джерелами випромінення для ВОСП на початку були СВД (Світловипромінюючі діоди); ЛД (Лазерні діоди). В сучасних ВОСП для підвищення швидкості роботи та дальності передавання використовуються напівпровідникові лазери. Сучасний напівпровідниковий лазер становить собою багатошарову напівпровідникову структуру з розмірами в кілька сотень мікрон, з резонатором Фарбі-Перо, або системою з розподіленим зворотнім зв'язком (РЗЗ), а також з системами виведення випромінення, подачі живлення та керування вихідною потужністю (модуляції).

Останнім часом знаходять застосування напівпровідникові лазери з вертиканьним (резонатор розташовано перпендикулярно площині підложки) резонатором (Vertical Cavity Surfase Emitting Lasers - VCSELs), лазерів з розподіленими Брегівськими дзеркалами, котрі створені з двох світловідбиваючих дзеркал, такі дзеркала називають Брегівськими відбивачами, з великим коефіцієнтом відбиття (аж до 100%), що вносить труднощі їх виробництва, котрі розташовані над та під дуже маленькою областю підсилення (товщиною порядку 20 нм).

На сьогоднішний день VCSEL лазери, що перебудовуються, знаходять застосування в системах WDM.

2.3.4 Фотоприймач

Фотоприймач є пристроєм котрий перетворює вхідні оптичні сигнали у електричні та здійснює у такий спосіб їхню демодуляцію. Фотоприймач повинен бути повністю сумісним з передавачем як за спектральною смугою чутливості у межах номінальних довжин хвиль, так і за часовими характеристиками модуляції випромінювання. Окрім того, фотоприймач повинен мати стійкість до помилок, котрі можуть виникнути в сигналі при проходженні ним інших оптичних компонентів. Параметри фотоприймачів є:

Чутливість

Смуга пропускання

Коефіцієнт помилок

2.3.5 Атенюатори

Атенюатори встановлюють після оптичного передавача, атенюатори дозволяють зменшувати їхню вихідну потужність до рівня, котрий відповідає можливостям розташованих після них мультиплексорів та підсилювачів, щоб більша потужність сигналу не призводила до нелінійних явищ у деяких компонентах систем WDM. Атенюатори можуть бути змінними і мати властивості вибору загасання потужності (за довжинами хвиль), що часто потрібно для того, щоб "вирівняти" (за рівнем потужності) спектр сигналу на вході в підсилювач. Основними параметрами є:

Внесені втрати

Втрати на відбиття

Втрати, що залежать від поляризації

Поляризаційна дисперсія моди

2.3.6. Комутатори

Оптичний комутатор це пасивний оптичний компонент з двома або більше портами, котрий вибірково передає, переадресовує, або блокує оптичний сигнал при передачі по оптичному волокну.

Комутатори застосовують (окрім їх прямої функції оптичної комутації) для того, щоб за виникнення пошкоджень в мережі направити сигнал по іншому оптичному шляху або через іншу мережу. Для перенаправлення кількох каналів можуть застосовуватись прості оптичні перемикачі. Для складних мережних архітектур (кільцевої, коміркової) з великою кількістю вузлів та точок доступу, де необхідна гнучка швидка комутація великої кількості каналів, використовують технологію оптичної крос-комутації (на основі комутації волокон чи довжин хвиль). Наприклад, використанням ґраток, масивів хвилеводів, рідких кристалів. Основними параметрами комутаторів є:

Внесені втрати

Втрати на з'єднаннях

Втрати на відбиття

Втрати, що залежать від поляризації

Перехресні завади

Тривалість переключення

Тривалість переключення на резерв згідно рекомендації G.783 та G.841 не повинна перевищувати 50 мс.

Оптичні комутатори стали тим елементом WDM систем, котрий дозволив відійти від побудови мережі за структурою точка-точка і перейти до більш складних структур та зробили WDM мережу більш керованою, гнучкою і ефективнішою щодо вирішення потреб користувачів.

Оптичну комутацію можна поділити на два типи:

комутація потоків (крос-комутація) - коли за допомогою оптичного комутатора є можливість перенаправити (переключити) оптичні тракти між оптичними волокнами.

λ-комутація - коли за допомогою оптичного комутатора створюються умови (за допомогою дисперсійних елементів) для комутації довжин хвиль між оптичними трактами та оптичними волокнами.

На сьогодні оптичні комутатори існують двох типів: О/Е/О та фотонних О/О/О (тобто повністю оптичних), кожний з яких має свою сферу застосування.

Комутатори О/Е/О типу є "інтелектуальними" порівняно з фотонними О/О/О комутаторами. Повністю оптичні фотонні комутатори О/О/О типу дають змогу перейти до повністю оптичних мереж.

Повністю оптичні комутатори О/О/О типу здійснюють комутацію без перетворення оптичного сигналу в електричний. Прикладом такого типу комутаторів може бути комутатор із 3D MEMS (трьохмірною електромеханічною системою).

Така система використовує механізми нахилу та керування MEMS дзеркальною матрицею у трьохмірному просторі для комутації потоків. Недоліком такого класу оптичних комутаторів є повільність переключення (порядку мілісекунд).

Електрооптичні комутатори на відміну від повністю оптичних комутаторів окрім комутації потоків (крос-комутації) можуть виконувати:

функцію 3R регенерації.

комутацію за довжинами хвиль - λ-комутація (за допомогою дисперсійних елементів).

комутацію за кодовою комбінацією (на основі таких мережних концепцій як GMPLS (базується на відомій в технології АТМ та ІР класичній концепцій MPLS) - мітки вводяться для різноманітних оптичних компонентів: оптичних волокон; довжин хвиль (λ-комутація) та групи довжин хвиль; оптичних вузлів комутації.

2.3.7. Хвильові розгалужувачі

Хвильові розгалужувачі у системах WDM використовують, коли потрібно розділити окремі інформаційні канали за заданою довжиною хвилі. Хвильові розгалужувачі є пасивними оптичними компонентами. Важливими їхніми параметрами є:

Високе значення перехідного загасання

Внесені втрати

2.3.8. Пристрої компенсації дисперсії

Пристрої компенсації дисперсії (ПКД) - надають сигналу дисперсію, рівну за величиною та протилежну за знаком дисперсії, набутій ним в лінійному волокні, та відновлюють первинну форму імпульсів. У модуля компенсації дисперсії є недолік, котрий полягає у великих значеннях вносимих втрат.

Компенсатори дисперсії є необов'язковими елементами WDM систем. Наприклад, можна використовувати послідовно з'єднані пари лінійних волокон з взаємно-оберненою дисперсією. Важливими параметрами ПКД є:

Вносимі втрати

Робоча смуга частот

Коефіцієнт компенсації дисперсії

Знак компенсуючої дисперсії

Компенсатори дисперсії зазвичай використовується спільно з оптичним підсилювачем, що дає можливість виконати 1R регенерацію.

2.3.9. Оптичні підсилювачі

Оптичні підсилювачі забезпечують безпосереднє підсилення всіх оптичних каналів, що передані WDM мультиплексором, без їх перетворення у електричні сигнали та знову у оптичні. Оптичні підсилювачі використовують різні активні оптичні середовища та нелінійні ефекти і лазери накачування та підсилюють сигнал, котрий проходить через них. Вони не виконують 3R регенерацію, на відміну від регенераторів. На практиці в лінії між регенераторами може застосовуватись до 10 оптичних підсилювачів (на кількість оптичних підсилювачів впливає вносимий підсилювачем шум).

Оптичні підсилювачі обов'язково використовується після WDM мультиплексора і перед WDM демультиплексором для компенсації енергетичних втрат.

Параметри оптичних підсилювачів наступні:

Коефіцієнт підсилення каналу

Рівномірність коефіцієнта підсилення

Поляризаційна залежність коефіцієнта підсилення

Профіль підсилення

Підсилене спонтанне випромінювання

Шум-фактор


Типи оптичних підсилювачів

Типи підсилювачів Сфера застосування
1 Підсилювач на волокні, що використовує розсіювання Мандельштама-Брілюена Підсилення одного каналу (однієї довжини хвилі)
2 Підсилювач на волокні, що використовує Раманівське розсіювання Підсилення кількох каналів одночасно
3 Параметричні оптичні підсилювачі Підсилення кількох каналів одночасно
4 Напівпровідникові лазерні підсилювачі Підсилення великої кількості каналів в широкій області діапазону хвиль одночасно
5 Підсилювачі на волокні з домішками Підсилення великої кількості каналів в широкій області діапазону хвиль одночасно

Підсилювач на волокні, що використовує розсіювання Мандельштама-Брілюена.

Стимульоване розсіювання Мандельштама-Брілюена - нелінійне явище, за якого енергія оптичної хвилі (на частоті f1) переходить у енергію нової хвилі (на частоті f2) Якщо накачування відбувається на частоті f1, то такий підсилювач здатен підсилювати корисний сигнал на частоті f2.

Явище розсіювання Мандельштама-Брілюена виникає за потужності накачування порядку 10 мВт. Рівень стимульованого розсіювання Мандельштама-Брілюена є вищим за більшої ширини лінії лазера накачування та за більшої ефективної площі волоконного світловоду. Це розсіювання не виникає за довжин волокна, менших від 10 км.

Підсилювач на волокні, що використовує комбінаційне розсіювання Рамана.

Такі підсилювачі використовують нелінійне явище, пов'язане із стимульованим Раманівським розсіюванням. Раманівським, розсіювання назване на честь індійського фізика С.В. Рамана, котрий відкрив цей ефект у 1928 р. Принцип дії підсилювача полягає в тому, що фотон з частотою f1 при розсіюванні на молекулі речовини переходить на частоту f2. Якщо на частоті f2 передавати корисний сигнал, а потужність накачування на частоті f1 зробити достатньо високою, то Раманівське розсіювання стає стимульованим, а фотони - когерентними і волокно стає розподіленим підсилювачем, з коефіцієнтом підсилення, пропорційним накачуванню.

Таким чином, принцип дії Раманівських підсилювачів тотожній підсилювачам з розсіюванням Мандельштама-Брілюена, однак зсув між частотою корисного сигналу, що підсилюється, та частотою хвилі накачування є більшим. Діапазон підсилення також є більшим, що дозволяє підсилення одразу кількох каналів WDM системи. Явище розсіювання Рамана виникає при потужності накачування порядку 1 Вт.

Рманівські оптичні підсилювачі поділяють на:

Співнаправлені (в котрих енергія накачування здійснюється в напрямку розповсюдження корисного сигналу)

Зворотньонаправлені (в котрих енергія накачування здійснюється в напрямку, протилежному напрямку розповсюдження корисного сигналу)

Двонаправлені (в котрих енергія накачування здійснюється в обох напрямках)

Параметричні оптичні підсилювачі

Оптичні підсилювачі, що викокористовують ефект чотирихвильового змішування. Такі підсилювачі потребують великої потужності накачування (порядку ЗО ÷ 70 Вт), мають значний коефіцієнт підсилення (до 50 дБ), але їх реалізація потребує значної складності, що стримує їхнє практичне використання.

Напівпровідникові оптичні підсилювачі

Ніваппровідниковий оптичний підсилювач - підсилювач, активною речовиною якого є напівпровідниковий матеріал, а система накачування - електрична.

Напівпровідникові оптичні підсилювачі використовують збуджену емісію, що виникає завдяки взаємодії фотонів випромінювання накачування з електронами в зоні провідності у збуджуваному рівні.

Підсилювачі на волокні з домішками.

Оптичні підсилювачі, що використовують як активний матеріал рідкоземельні елентієм (або лантаніди - елементи з 57 по 71 в періодичній таблиці Менделєєва). Як правило, це Неодим (Nd) та Празеодим (Рr) для підсилення у вікні 1300 нм, Ербій (Er) та застосований з ним Ітербій (Yb) для підсилення у вікні 1550 нм.

З огляду на те, що у сучасних WDM системах використовуються С та L діапазони, найчастіше застосовують підсилювачі, виготовлені на волокні, легованому ербієм, EDFA.

В залежності від застосування оптичні підсилювачі класифікують на:

Попередній підсилювач (ПоП) (має низький рівень шуму, його вмикають перед оптичним приймачем для покращення його чутливості)

Лінійний підсилювач (ЛП) (має низький рівень шуму, його вмикають на виході ділянки оптичного волокна для компенсування втрат, що вносяться волокном)

Підсилювачі потужності (ПП) (використовують для підвищення потужності оптичного сигналу, встановлюють після оптичного передавача)

При застосуванні оптичних підсилювачів важливо визначити число каскадів оптичних підсилювачів, необхідних для кожного оптичного каналу. Число каскадів оптичних підсилювачів, допустиме в оптичному каналі, обмежується сумарним шумом, котрий вносить кожний підсилювач. Кожний підсилювач дещо погіршує відношення сигнал шум (OSNR). З досягненням мінімального відношення OSNR (тобто значення OSNR, нижче котрого на боці приймача будуть з'являтись помилки), стає необхідним оптико-електрично-оптичний вузол регенерації (ОЕО).

Окрім цього, у випадку використання оптичних підсилювачів потужності максимальна допустима потужність на канал не повинна перевищувати +10 дБм для каналу 10 Гбіт/с та +15 дБм для каналу 2,5 Гбіт/с та нижчої швидкості. Перевищення може викликати нелінійні ефекти в оптичному волокні.

2.3.10. Хвильові конвертори

Хвильові конвертори призначені для перетворення однієї довжини хвилі в іншу. Так, якщо інформаційний сигнал у підмережі 1 було представлено каналом на довжині хвилі, котра вже задіяна в іншій підмережі - 2, то хвильовий конвертер може перетворити цей сигнал при переході з підмережі 1 в підмережу 2 на іншу вільну в підмережі 2 довжину хвилі, забезпечивши прозорий зв'язок між пристроями в різних підмережах. У хвильових конверторах використовується ефект чотирихвильового змішування. Важливими параметрами є:

Внесені втрати

Перехресні завади

Втрати на відбиття

2.3.11 Оптичне волокно

Оптичне волокно - фізичне середовище передавання інформації.

Оптичне волокно у вигляді циліндра круглого поперечного перерізу з прозорого для оптичного випромінення діелектричного матеріалу забезпечує розповсюдження світла вздовж волокна за рахунок відбивання світлового променя від неоднорідного середовища серцевина-оболонка. При цьому основна частина енергії оптичного випромінення зосереджується в серцевині. Для захисту від зовнішніх впливів та підвищення механічної міцності волокна його оболонку покривають захисним покриттям.

Оптичні волокна в залежності від профілю показника заломлення в серцевині поділяють на східчасті, градієнтні та волокна зі складним профілем показника заломлення.

Всі оптичні волокна поділяють на дві групи:

Одномодові (SMF, Single-Mode Fiber)

Багатомодові (ММF, Multi-Моdе Fiber)

Одномодові оптичні волокна напрямляють одну моду в робочому диапазоні довжин хвиль.

У волоконно-оптичних системах передачі з WDM використовують одномодові оптичні волокна, котрі є середовищем передавання (відповідно фізичним рівнем оптичної транспортної мережі):

Волокно без зсунутої дисперсії, так зване стандартне волокно (SF, Standard Fiber)

Волокно із зсунутою дисперсією (DSF, Dispersion-shifted Single-mode Fiber)

Волокно із зсунутою довжиною хвилі зрізу

Волокно з ненульовою та зсунутою дисперсією (NZDSF, Non-zero Dispersion-shifted Single-mode Fiber)

Волокно з ненульовою дисперсією для широкосмугового оптичного переносу.

Різні типи волокон є достатньо близькими за значенням величини загасання, але суттєво відрізняються за величиною хроматичної дисперсії.

Основними параметри та характеристики оптичних волокон є:

Погонне загасання у волокні в кабелі

Хроматична дисперсія

Поляризаційна дисперсія моди

Втрати на макровигинах

Діаметр поля моди

Довжина хвилі зрізу одномодового волокна в кабелі

Діаметр оболонки

Неконцентричність серцевини

Некруглість оболонки

Стійкість до розриву

2.4 Реалізація WDM систем

При проектуванні мереж WDM передбачають такі етапи:

Визначення пропускної спроможності окремих оптичних каналів

Вибір типу волокна для оптичного кабелю ВОЛЗ

Вибір типу оптичних підсилювачів та визначення довжини підсилювальних ділянок

Визначення типу топології, архітектури та структури мережі

При проектуванні систем WDM потрібно мати на увазі, що придатність існуючого волокна може бути проблематичною, внаслідок менш досконалої технології, котра застосовувалась за його виготовлення та монтажу. При цьому потрібно надавати суттєву увагу таким параметрам:

Втрати в лінійному тракті (втрати у волокні, втрати на з'єднаннях, втрати на вигинах пов'язані з процесом виготовлення волокна та його прокладанням)

Хроматична дисперсія (виникає внаслідок різних групових швидкостей розповсюдження спектральних складових імпульсу, що призводить до викривлення форми імпульсу. Хроматична дисперсія впливає на граничну величину максимальної швидкості передавання, оскільки при більший швидкості між імпульсами корисного сигналу стає меншим інтервал і збільшується вірогідність появи помилок в прийомі сигналу внаслідок хроматичної дисперсії)

Поляризаційна дисперсія моди (ПДМ) (виникає внаслідок різної швидкості розповсюдження по волокну різних поляризаційних складових напрямлюваної моди, що призводить до зміни форми імпульсу, збільшення його тривалості в часі).

Перехресні завади у волокні (з'являються внаслідок нелінійних явищ у волокні, наприклад, чотирихвильового змішування, або внаслідок разбалансування та нестиковки елементів систем WDM.

Нелінійні явища (збільшуються зі зростанням оптичної потужності у волокні, виникають внаслідок залежності показника заломлення волокна від оптичної потужності, та внаслідок розсіювання у волокні (Раманівське розсіювання та розсіювання Мандельштама-Брілюена))

Чутливість до відхилення від первісної довжини хвилі (як наслідок, явище інтерференції може призвести до збільшення відбиття на з'єднаннях).

2.5 Характеристики сучасних WDM систем

На сучасному етапі випускаються WDM системи, здатні задовольнити сучасні потреби по збільшенню ефективності як міських (зонових) так і магістральних ВОСП. Характеристики деяких з таких систем WDM зведено в таблицю: Характеристики WDM систем


Найманування та тип системи (DWDM або CWDM)

Компанія вироб. Число каналів Діапазон довжин хвиль Відстань між сусідніми каналами Лінійна швидкість передачі
1626 Light Manager Alcatel 96(192) 1530÷1570 нм 0,4 нм 100Мбіт/с-2,5Гбіт/ с, 10 Гбіт/с
1696 Metro Span Alcatel 32 1530÷1560 нм 0,8 нм 100Мбіт/с-2.5 Гбіт/с, 10 Гбіт/с
1696 Metro Span Compact Alcatel 8 1530÷1560 нм 0,8 нм 100Мбіт/с-2,5 Гбіт/с, 10 Гбіт/с
1692 Metro Span Edge Alcatel 8 1470÷1610 нм 20 нм 100Мбіт/с-2,5Гбіт/с, 10Гбіт/с
XDM (DWDM) ЕСІ 80 1529÷1561 нм 1570÷1603 нм

100 ГГц

(0,8 нм)

2,5 Гбіт/с

10Гбіт/с

XDM (CWDM) ЕСІ 16 1291÷1611нм

2500 ГГц

(20 нм)

2,5 Гбіт/с
Common Photonic Layer (СРІ) Nortel networks

DWDM-36

DWDM-72

С - діапазон

100 ГГц

50 ГГц

10 Гбіт/с
OPTera Metro 5200 OPTera Metro 5100 Nortel networks

DWDM-32

СWDM-8

1528,77÷1605,73 нм

1470÷1610 нм

200 ГГц

20нм

10 Гбіт/с

2,5 Гбіт/с

SURPASS 7500 Siemens До 160 1520÷1610 нм 100 ГГц і 50 ГГц 160x10 Гбіт/с
SURPASS 7540 Siemens До 160 1528,77÷1607,47 нм 50 ГГц 12,5 Гбіт/с
SURPASS 7540С Siemens До 80 1537,39÷1563.86 нм 50 ГГц 2,5 Гбіт/с
FSP 3000 Metro DWDM Siemens 64/32 1530,33÷1602,31 нм 200 ГГц 10 Гбіт/с
SURPASS 7550, DWDM-система Siemens

160 x 10Гбіт/с

80 x 40Гбіт/с

1528,77÷1607,47 нм 100 ГГц і 50 ГГц

160 х 10Гбіт/с

80 х 40 Гбіт/с

Tellabs 7200 Optical Transport System DWDM система Tellabs

32

16

1535,82÷1560,61 нм 1536,61÷1560,61 нм

100 ГГц

200 ГГц

32 (16) каналів х 10 Гбіт/с
Metropolies VSM DWDM-система CWDM-система Lncent Technologies

40

20

8 (CWDM)

1530,33÷1561,42 нм

1470÷1610нм (CWDM)

100 ГГц 200 ГГц 40 (20) каналів х (2,5 Гбіт/с) 10 Гбіт/с 8 каналів х 2,5 Гбіт/с (СМйМ)
Система "ПУСК" DWDM-система НТО-ИРЭ-Плюс 8 x 10Гбіт/с (до 160 довжин хвиль) 1530÷1605 нм 200 ГГц (до 50 ГГц)

8 каналів х 10Гбіт/с

(до 160 каналів х 10Гбіт/с)

Система "ПУСК-М" DWDM-система НТО-ИРЭ-Плюс 12 довжин хвиль 10 Гбіт/с 1548÷1562 нм 100 ГГц 12 каналів х 10 Гбіт/с

Опис обладнання.

Для забезпечення DWDM зв’язку можна використати обладнання Alcatel 1626 Light Manager яке пропонує компанія Alcatel.

Alcatel 1626 Light Manager (LM) - 192-канальна DWDM система для великих магістральних транспортних мереж.

Устаткування відноситься до нового покоління DWDM платформ для магістральних додатків, без проміжних підсилювачів. Устаткування 1626 LM - це крок до створення сучасної керованої повністю оптичної мережі (OTN G.709). Така мережа пропонує економічно ефективні рішення при передачі цифрових потоків 2.5 Гбіт/с. і 10 Гбіт/с., при гнучкому доступі до мережевих ресурсів і гарантованій якості надання послуг, у тому числі і по передачі пакетизованих даних.

Основні характеристики:

Оптичний діапазон: С, L

Частотне рознесення каналів: 50 ГГц, 25 ГГц

Модуляція сигналу: NRZ або RZ

Енергоспоживання: 35 Ватів на 10 Гбит/с

Можливість плавного розширення конфігурації системи

Можливість використовування для модернізації раніше встановленого на мережі кінцевого обладнання Alcatel

Сумісність лінійних трактів термінальних закінчень з іншим обладнанням Alcatel

Широкий спектр інтерфейсів 2.5 Гбіт/с, 10 Гбіт/с, 1 GbE, в перспективі - 10 GbE & 40 Гбіт/с

Конфігурації термінальних пристроїв, проміжних підсилювачів і перебудовуваних OADM з використанням кодів з виявленням і виправленням помилок Super FEC

Повністю прозоре мультиплексування

8 каналів 1GbE в один оптичний канал

4 канали 2.5 Гбит/с в один оптичний канал

Дистанційна конфігурація системи

Перенастроювані лазери по всій смузі частот

Інтегровані функції автоматичної настройки, включаючи функції Plug&Play для модулів, механізм автоматичного підстроювання системи, функції самодіагностики

Організація оптичних каналів згідно рекомендації ITU-T G.709

Для організації зв’язку також може використовуватися інше обладнання різних фірм виробників:

Alcatel 1696 Metro Span

Alcatel 1686WM

Nortel networks Common Photonic Layer (СРІ)

Nortel networks OPTera Metro 5200 OPTera Metro 5100

Siemens SURPASS 7500

Siemens SURPASS 7540

Siemens SURPASS 7540С

Siemens FSP 3000 Metro DWDM

Lucent TechnologiesMetropolies VSM

Tellabs 7200 Optical Transport System

НТО-ИРЭ-Плюс, "ПУСК"

НТО-ИРЭ-Плюс, "ПУСК - М"

Оптоволоконний кабель повинен також володіти необхідною механічною міцністю та вологозахищеністю. Для прокладки в ґрунт використовують наступні типи кабеля:

ДАС - кабель призначений для прокладки в грунтах всіх груп при прокладці у відкриту траншею, груп 1-3 при прокладці ножовим кабелеукладальником (окрім грунтів, схильних до деформацій мерзлоти); у непромерзаючих болотах і неглибоких несудоходних річках, в кабельній каналізації, блоках, по мостах і естакадах при особливо високих вимогах по механічній стійкості, в тунелях і колекторах при загрозі повного або часткового затоплення. Кабель може містити від 2-х до 288 волокон.

ДАУ - кабель призначений для прокладки в ґрунтах всіх груп; у болотах, річкових переходах. Кабель може містити від 2-х до 288 волокон.

ОА2 - Кабель призначений для прокладки в грунтах всіх груп при прокладці у відкриту траншею, груп 1-3 при прокладці ножовим кабелеукладальником (окрім грунтів, схильних до деформацій мерзлоти). Можлива прокладка через болота, судноплавні і несудоходні річки, водні перешкоди (озера, водосховища). Кабель може містити від 2-х до 24 волокон.