xWDM. Теория и практика

30
мая 2012
Максимально эффективное использование пропускной способности оптической сети - ключевая задача для операторов связи. 
Технологии спектрального уплотненияпозволяют в несколько раз увеличить емкость оптической сети, и добиться максимальной производительности оптического волокна: 
 WDM (Wavelength-Division Multiplexing) - технология спектрального уплотнения для добавления двух или более оптических сигналов с разными длинами волн, передающихся одновременно по одному волокну и разделяемых на дальнем конце по длинам волн. Наиболее типичные приложения (2-канальный WDM) комбинируют длины волн 1310 нм и 1550 нм в одном волокне. 
 CWDM (Coarse Wavelength-Division Multiplexing) - технология спектрального уплотнения для объединения до 18 длин волн и передаче их одновременно в одном волокне с последующим разделением на дальнем конце. Стандарт ITU для CWDM определяет 18 каналов с расстоянием между соседними каналами в 20 нм. Эти оптические каналы, лежащие в диапазоне от 1270 до 1610 нм, специфицированы рекомендацией G-694.2 Международного телекоммуникационного союза (ITU). 
 DWDM (Dense Wavelength-Division Multiplexing) - технология спектрального уплотнения для объединения до 160 длин волн, передаче их одновременно в одном волокне с последующим разделением на дальнем конце. DWDM использует расстояния между длинами волн вплоть до 25ГГц и требует применение лазеров с очень строгими допусками и стабильностью излучения. Полоса длин волн DWDM занимает округленно от 1530 нм до 1565 нм. В этой же полосе работают легированные эрбием усилители оптического сигнала (EDFA). 
Технологии спектрального уплотнения WDM, CWDM и DWDM являются протоколонезависимыми, потому используя технологию спектрального уплотнения можно мультиплексировать несколько разных протоколов передачи данных, как например Ethernet, STM, Fiber Channel и другие.

WDM
WDM

Мультиплексоры/демультиплексоры WDM возможно заказать в различных корпусных решениях с различными типами коннекторов. 
Доступны 2-канальные мультиплексоры WDM λ1/λ2, работающие в диапазонах 980/1550 нм, 1310/1550 нм, 1480/1550 нм и других длин волн (под заказ).

Традиционно WDM система базируется на 2-х канальных мультиплексорах, предназначенных для разделения и/или объединения разных комбинаций длин волн в дополнение к стандартным окнам прозрачности 1310 и 1550 нм. На рис.1 показана типовая схема реализации 2-канального WDM с длинами волн 1310 нм и 1550 нм в одном волокне.
3.png

Оптический мультиплексор FWDM λ1/λ2-λ3 Оптический мультиплексор FWDM λ1/λ2-λ3 предназначен для использования в сетевой архитектуре сети FTTH. Устройство FWDM позволяет объединить в одно волокно основной сигнал передачи данных (1310/1490 нм) с аналоговым или цифровым сигналом кабельного телевидения (1550 нм). Ослабление сигнала, вносимое FWDM, минимально. Корпус оборудования – металлическая гильза с выводами волокон, оконеченных требуемыми типоми коннекторов.

Модернизация волоконно-оптической линии связи для организации передачи нового прямого высокоскоростного канала с сохранением существующего основного канала может быть проведена с помощью пассивных оптических мультиплексоров FWDM. Пассивный оптический двухканальный мультиплексор FWDM предназначен для добавления нового высокоскоростного сигнала в существующую ВОЛС. На абонентской стороне, в ONU-узле данное устройство исполняет функции ответвления широковещательного (broadcast) сигнала с основного потока данных.
Пассивные мультиплексоры FWDM — оптимальное решение, обеспечивающее объединение основного дуплексного канала передачи данных с телевизионным каналом и не требующее замены ранее установленного оборудования. Схема включения приведена ниже:
Рисунок 2 Оптическая линия связи с использованием FWDM
Рисунок 2. Оптическая линия связи с использованием FWDM

Грубое спектральное мультиплексирование CWDM согласно рекомендации ITU-T G.694.2, кроме широко известных С, S и L диапазонов, использует еще два диапазона O и E. В совокупности все диапазоны охватывают область от 1270 до 1610 нм, в которой располагается 18 каналов с шагом 20 нм (см. рис.3).
7.jpg
8.png
Рисунок 3 Полоса используемых длин волн в CWDM. Разделение на диапазоны.

O-band– первичный (Original, 1260-1360нм); E-band– расширенный(Extended, 1360-1460нм); S-band– коротковолновый (Shortwavelength, 1460-1530нм); C-band– стандартный(Conventional, 1530-1570нм); L-band – длинноволновый (Longwavelength, 1570-1625нм).

Количество длин волн определяется типом оптоволоконного кабеля, который используется для передачи данных. Оптический кабель стандарта G652.С и G.652D и выше имеет широкополосное оптическое волокно без "пика воды" с улучшенной структурой, которое позволяет передать все 18 длин волн. Сегодня, широкополосное волокно дает возможность дополнительного использования Е-диапазона (окно 1400 нм) и, таким образом, весь оптический спектр, благодаря новому производственному процессу, что практически исключает высокое затухание, что обычно происходит в стандартных одномодовых волокнах за счет гидроксильных (ОН-) поглощений в E-диапазоне. Существуют как одноволоконные, так и двухволоконные CWDM решения, стандартные реализации каналов на 2, 4, 6, 8, 16, 18 длин волн.

Основными сетевыми элементами CWDM системы являются:
CWDM-мультиплексоры/демультиплексоры (CWDM_Mux/Demux);
CWDM-мультиплексоры ввода/вывода (OpticalAddDropMultiplexer- CWDM_OADM);
CWDM-транспондеры (CWDMSFP), преобразующие оптические сигналы.
9.png


CWDM Mux/Demux (BiDi)
CWDM Mux/Demux (BiDi) – устройство мультиплексирования оптического сигнала, передающегося по одному волокну. Может поставляться в миниатюрном пластиковом корпусе и в металлическом корпусе для установки в шкаф 19" с различными видами коннекторов. Используются совместно с CWDM SFP. 
Стандартные схемы спектрального уплотнения: 2, 4, 8 или 9 дуплексных каналов.

Оптический CWDM мультиплексор/демультиплексор играет основную роль при уплотнении линий по технологии CWDM. Его задачей является объединение и разделения оптического излучения на различных динах волн.

Оптические мультиплексоры могут быть двух типов – одноволоконные и двухволоконные. Одноволоконные оптические мультиплексоры позволяют организовать в одном SM волокне 9 дуплексных или 18 симплексных оптических каналов. Двухволоконные оптические мультиплексоры образуют в двух SM волокнах до 18 дуплексных каналов и до 36 симплексных.
Типовая схема реализации одноволоконного решения CWDM системы показана на рис.4.

исунок 4 Одноволоконная система СWDM
Рисунок 4. Одноволоконная система СWDM

Учитывая то, что для канала передачи данных необходимо организовать канал передачи и канал приема, для каждого потока используется по две длины волны по принципу «Bi-Directional» (Bi-Di). Соответственно, например, в решении на 8 длин волн в одноволоконном решении можно передать 4 потока данных.
В зависимости от количества рабочих длин волн, мультиплексор CWDM вносит в линию затухание от 1 до 4 дБ.


CWDM OADM (BiDi)
CWDM Mux/Demux – устройство мультиплексирования оптических несущих двухволоконного канала связи. Может поставляться в миниатюрном пластиковом корпусе или в металлическом корпусе для установки в шкаф 19" с различными видами коннекторов. Используются совместно с CWDM SFP.
Стандартные схемы спектрального уплотнения: 4, 8, 16 или 32 канала.

При построении двухволоконного CWDM решения количество потоков передачи данных равно количеству уплотняемых длин волн. Также в двухволоконном решении используются стандартные CWDM SFP модули, у которых длина волны на передачу равна длине волны на прием. Схема СWDM системы на двух волокнах изображена на рис.5.

Рисунок 5 Двухволоконная система СWDM
Рисунок 5. Двухволоконная система СWDM


CWDM OADM (BiDi)
CWDM OADM (BiDi) используется совместно с CWDM Mux/Demux (BiDi). Данные устройства могут изготовляться на любые длины волн и используются совместно с CWDM SFP. Может поставляться в миниатюрном пластиковом корпусе или в металлическом корпусе 1U с различными видами коннекторов.
Возможное число каналов вставки/ответвления: 1, 2 или 4.

Учитывая возможность уплотнения с помощью CWDM решения большого количества длин волн, иногда, существует потребность вставки/выделения определенной длины волны или группы длин волн в промежуточной точке сети. Классически, это можно реализовать, установив в данной точке CWDM мультиплексоры, демультиплексировать все длины волн, выделить одну или группу из них, а оставшиеся снова же мультиплексировать с помощью другого CWDM мультиплексора. Такое решение повлечет за собой слишком большие дополнительные затраты. Для этой задачи существуют так называемые ADD/DROP мультиплексоры («модули вставки/выделения»). Данное устройство позволяет из общего спектра выделить определенную длину волны, при этом оставшиеся пропустить прозрачно через себя.

Классическая схема работы ADD/DROP мультиплексора для одноволоконной линии показана на рис.6.

Рисунок 6 Схема включения OADM в одноволоконную оптическую линию
Рисунок 6.  Схема включения OADM в одноволоконную оптическую линию.


CWDM OADM CWDM OADM используется совместно с CWDM Mux/Demux. Данные устройства могут изготовляться на любые длины волн и используются совместно с CWDM SFP. Может поставляться в миниатюрном пластиковом корпусе или в металлическом корпусе 1U с различными видами коннекторов.
Возможное число каналов вставки/ответвления: 1, 2 или 4
Схема работы ADD/DROP мультиплексора для двухволоконной линии представлена на рис.7.
Рисунок 7 Схема включения OADM в двухволоконную оптическую линию
Рисунок 7. Схема включения OADM в двухволоконную оптическую линию.


CWDM SFP CWDM SFP - двухволоконные приемопередающие модули, предназначены для организации высокоскоростных дуплексных каналов связи на длинах волн CWDMдиапазона (от 1260 нм до 1625 нм с шагом в 20 нм). Поддерживаемая скорость передачи от 1 Гбит/с (дальность передачи: 80, 120 или 150 км) до 10 Гбит/с (дальность передачи: 20, 40 или 80 км).

Учитывая, что стандартные SFP модули, в отличие от CWDM SFP, в качестве приемника имеют широкополосный PIN фотодиод, для уплотнения оптического волокна или его экономии, данное решение можно использовать со стандартными двухволоконными SFP модулями. При этом длины волн на передачу должны быть разными. Например: с одной стороны SFP 1310 нм, с другой 1550 нм. Такая реализация имеет большой потенциал к будущему расширению и модернизации, поскольку применяя одноволоконную технологию при дальнейшем увеличении пропускной способности канала передачи данных необходимо полностью заменить оптические приемо-передатчики и пассивные мультиплексоры. Используя двухволоконную технологию, необходимо будет заменить только пассивные оптические мультиплексоры WDM более производительными CWDM. При этом в новой конфигурации возможно использование существующих оптических SFP, XFP или SFP+ трансиверов.

Сокращения и аббревиатуры:
Ot 

Mux 

OLA 

REG 

OADM 

Demux 

WDM

CWDM 

DWDM 

FWDM 

SFP 

EDFA
Optical Transponder

Multiplexer

Optical Line Amplifying
                     
Regenerator

Optical ADD/DROP Multiplexer

Demultiplexer

Wavelength-Division Multiplexing

Coarse Wavelength-Division Multiplexing

Dense Wavelength-Division Multiplexing

Filter Wavelength Division Multiplexer

Small Form-factor Pluggable

Erbium Doped Fibre Amplifier
оптический транспондер

оптический мультиплексор

оптический линейный усилитель

регенераторное оборудование

мультиплексор добавления/ответвления

оптический демультиплексор

спектральное мультиплексирование

грубое спектральное мультиплексирование

плотное спектральное мультиплексирование

фильтр спектрально уплотненного сигнала

модульный компактный приёмопередатчик (трансивер)

система оптического усиления

Пассивный CWDM-мультиплексор 1x4

Пассивный CWDM-мультиплексор 1x4

рейтинг

Пассивный CWDM-мультиплексор 1x8

Пассивный CWDM-мультиплексор 1x8

рейтинг

Пассивный CWDM-мультиплексор 1x16

Пассивный CWDM-мультиплексор 1x16

рейтинг