Обзор компонентов системы DWDM кампусной и городской сети

Оптические технологии широко применяются в современной телекоммуникационной сфере и в настоящее время достаточно зрелы. Как известно, оптические сигналы распространяются в форме носителей, а волновая модуляция позволяет передавать аналоговые или цифровые сигналы на носителях на высоких частотах (обычно от 186 до 196 Thz), как правило, со скоростью до нескольких гигагерц (GHz) или гигабит в секунду (Gbps). 

Если вы хотите ещё больше увеличить скорость передачи данных, можно использовать несколько несущих волн, то есть специальные несущие, которые передают данные по одному оптоволокну без значительных взаимных помех. Каждой частоте соответствует отдельная длина волны. Плотное спектральное уплотнение (DWDM) — это технология связи, использующая очень малые интервалы между частотами. В этой статье подробно рассматриваются технология DWDM и компоненты DWDM.

Введение в технологию DWDM

Технология DWDM представляет собой разновидность мультиплексирования с частотным разделением (FDM), при котором для передачи независимых сигналов по одному оптическому волокну используются различные длины волн. С помощью DWDM в одном оптическом волокне можно мультиплексировать до 80 каналов. Технология DWDM отличается низкой стоимостью, большой дальностью передачи, высокой пропускной способностью и масштабируемой емкостью. В устройствах DWDM используются оптические фильтры для разделения различных длин волн света, передаваемых по волокну. Каждая длина волны усиливается эрбиевыми усилителями на оптическом волокне (EDFA) и отправляется к месту назначения. Оборудование DWDM состоит из двух компонентов: терминала оптической линии (OLT) в центральном офисе и оптического сетевого блока (ONU) или оптического сетевого терминала (ONT) у клиента. 

Оптические модули DWDM используются в системе DWDM для мультиплексирования и демультиплексирования сигналов с различными длинами волн. Устройство DWDM обычно включает мультиплексор/демультиплексор на основе решётки волноводов (AWG) и два набора устройств оптической связи ввода/вывода. DWDM Mux/Demux — сокращённое обозначение мультиплексора/демультиплексора плотного спектрального уплотнения (Dense Wavelength Division Multiplexing Multiplexer/Demultiplexes). Это один из видов специализированных устройств WDM, используемых в сети WDM для разделения и объединения сигналов с различными длинами волн. DWDM Mux объединяет или мультиплексирует до 80 каналов в одном оптическом волокне, а DWDM Demux разделяет или демультиплексирует эти каналы обратно. Одним из преимуществ DWDM является независимость от протокола и скорости передачи данных, поэтому сети на основе DWDM могут передавать данные по IP, ATM, SONET, SDH и Ethernet. Благодаря этим техническим преимуществам компонент DWDM стал одной из ключевых технологий современных высокоскоростных сетей передачи данных.

Компоненты системы DWDM

Системы DWDM обычно состоят из следующих 5 ключевых компонентов: оптического передатчика/приемника, DWDM-мультиплексора/мультиплексного фильтра, оптического ответвления и мультиплексирования (OADM), оптического усилителя и транспондера (преобразователя длины волны).

Оптические передатчики/приёмники

Передатчик в компоненте DWDM является важным устройством системы DWDM, его функция заключается в формировании исходных сигналов и последующем мультиплексировании этих сигналов. Можно сказать, что проектирование системы DWDM в значительной степени зависит от характеристик оптического передатчика. В оборудовании DWDM источник состоит из нескольких оптических передатчиков. Поступающие биты электронных данных (0 или 1) инициируют модуляцию светового потока: например, вспышка = 1, когда света нет = 0. В модуле лазеры генерируют точные оптические импульсы. Эти световые импульсы характеризуются точной длиной волны. В системах на основе оптических несущих цифровой информационный поток направляется на устройство физического уровня, выходом которого является источник света (светодиод или лазер), подключенный к оптоволоконному кабелю. Передатчики/приемники могут преобразовывать входной цифровой сигнал из электрического в оптический, завершая преобразование электронов в фотоны. Электрический сигнал активирует источник света и передает оптический сигнал в волокно, вводя код 1 при наличии света и код 0 при отсутствии света или очень слабом световом сигнале. Таким образом, электрическое преобразование в оптическое выполняется без изменения формата цифрового сигнала земного города. Импульсный свет передается по волокну посредством полного внутреннего отражения. На приемном конце фотодиод обнаруживает поступающий световой сигнал как 1 или 0 и тем самым преобразует его в электрический сигнал. Пара оптических волокон обычно подключается к двум разным устройствам (одно — для передающего волокна, другое — для приемного волокна)

В системах DWDM длина волны света задаётся точно, что позволяет передавать оптический сигнал без межканальных искажений и перекрёстных помех. Обычно для настройки различных каналов в сигнале DWDM используются несколько отдельных лазеров. Рабочая длина волны каждого лазера отличается. Современные устройства DWDM обычно работают с интервалами 200, 100 и 50-GHz, а в отрасли исследуются новые системы с интервалами 25-GHz и 12.5-GHz. В настоящее время QSFPTEK может поставлять оборудование DWDM, работающее с интервалами 100 и 50-GHz, включая DWDM SFP SFP+ QSFP28 и т. д.

Фильтры DWDM-мультиплексоров/демультиплексоров

Оптические фильтры, также называемые фильтрами Mux, могут объединять сигналы от нескольких передатчиков, излучающих несколько длин волн (все в диапазоне 1550nm), работающих по разным волокнам, в одном волокне. Сигнал, выводимый оптическим мультиплексором, называется составным сигналом. На приёмной стороне оптический фильтр выделения (фильтр Demux) разделяет все отдельные сигналы длин волн составного сигнала и направляет их по разным волокнам. Разные волокна передают демультиплексированные длины волн к максимально возможному числу оптоволоконных приёмников. Как правило, сборки Mux и Demux (передающая и приёмная) устанавливаются в одном шасси. 

Оптические устройства мультиплексирования/демультиплексирования оба могут быть пассивными устройствами. Сигналы компонентов мультиплексируются и демультиплексируются оптически, а не электронным способом, поэтому им не требуется внешний источник питания. На следующем рисунке показана двунаправленная работа DWDM. N оптических световых импульсов разных длин волн, передаваемых по N отдельным волокнам, объединяются DWDM-мультиплексором. Затем каждый из этих N сигналов мультиплексируется в пару волокон. Составной сигнал принимается DWDM-демультиплексором, который разделяет каждый из N компонентных сигналов и передает каждый сигнал в отдельное волокно. Передаваемые и принимаемые сигналы обозначены стрелками, представляющими клиентские устройства. Требуется использовать пару волокон: одно для передачи, а другое для приема.

Оптические мультиплексоры ввода-вывода

Оптические мультиплексоры ввода-вывода выполняют специальную функцию, отличную от фильтров Mux/Demux, и отвечают за функцию "ввода/вывода". На изображении ниже показан одноканальный DWDM OADM в работе. Этот OADM отвечает только за ввод или вывод световых сигналов определенной длины волны. Составной сигнал слева направо разделяется на две части: отводимую и проходящую, при этом OADM выводит только поток красного светового сигнала. Отводимые потоки сигналов передаются приемнику клиентского оборудования. Остальная часть оптического сигнала, проходящего через OADM, мультиплексируется с новым добавленным потоком сигналов. OADM добавляет новый поток красного оптического сигнала, работающий на той же длине волны, что и отведенный сигнал. При объединении нового потока оптического сигнала с прошедшим сигналом формируется новый составной сигнал. 

Оптические усилители

Оптические усилители работать за счет использования дополнительной энергии для стимуляции фотонов в сигнале с целью увеличения амплитуды или за счет увеличения коэффициента усиления оптического сигнала в волокне для усиления оптического сигнала. Оптические усилители представляют собой внутрикорабельные устройства. Они могут усиливать оптические сигналы в очень широком диапазоне длин волн, что обусловило их широкое применение в оборудовании DWDM. Наиболее распространенным типом внутриволоконного оптического усилителя является волоконный усилитель с легированием эрбием (EDFA). Для увеличения дальности передачи оборудования DWDM доступны оптические усилители различных типов, включая DWDM EDFA, CATV EDFA, SDH EDFA, EYDFA и рамановский усилитель. На следующем рисунке показан работающий DWDM EDFA.

Транспондеры (преобразователи длин волн)/OEO

Оптические транспондеры могут преобразовывать оптические сигналы с одной входящей длиной волны в другую исходящую длину волны, благодаря чему подходят для компонентов DWDM. Транспондер представляет собой оптико-электрический-оптический (O-E-O) преобразователь длины волны. Транспондер выполняет операцию O-E-O, преобразуя длины волн света, откуда и происходит название OEO. В устройствах DWDM транспондер преобразует оптический сигнал клиента в электрический сигнал, а затем выполняет восстановление, формирование или функции ретрансляции, формирования и восстановления тактовой синхронизации. На рисунке ниже показан двунаправленный транспондер.

Заключение

В этой статье подробно описываются технология DWDM и компоненты DWDM. Устройство DWDM широко используется для передачи голоса, электронной почты, видео, мультимедийных данных и т. д. Использование технологии DWDM позволяет обеспечить более высокую пропускную способность. В статье также упоминаются компоненты системы DWDM, включая оптические передатчики/приемники, фильтры DWDM Mux/DeMux, оптические мультиплексоры ввода/вывода (OADM), оптические усилители и транспондеры. Если вы хотите узнать больше о системах DWDM, свяжитесь с QSFPTEK по адресу [email protected]. QSFPTEK может предложить вам широкий ассортимент оптического оборудования, включая DWDM Mux/Demux, транспондеры 10G/100G и многие другие устройства DWDM.