Что входит в спектральное уплотнение WDM: типы оборудования и характеристики

Технология Wavelength-Division Multiplexing (WDM) двунаправленного режима (Bi-Directional) представляет собой мультиплексирование с дифференциацией по волновой длине, посредством которого по оптоволокну осуществляется параллельная передача ряда импульсных сигналов.

Такой IT-метод заметно оптимизирует пропускной потенциал канала, причем вероятность применения возможно в готовых ВОСП. Например, WDM реализует обоюдостороннюю поканальную передачу информации при помощи одного волокна.

В классической версии встречается волоконная пара: к первому проводниковому элементу присоединяют излучатель, ко второму – приёмник; с противоположного конца канала – наоборот.

Bi-Directional функционирует при наличии единственного проводника. То есть принцип работы состоит в том, что световой поток падает на зеркальный отражатель, проходя затем через него. При этом частично отражённый сигнал направляется на приёмник.

Уплотнение потока вдвое недостаточно для применения в условиях магистрали, однако для местной корпоративной или операторской сети вполне подойдёт. Таким образом, в последнее время сравнительно недорогой WDM успешно замещает двухволоконный вариант (во всяком случае, у ISP). WDM стремительно дешевеет и регулярно задействуется в современной LAN, тем более что двухволоконные решения уже морально устарели.

Градация WDM

Пионером считается двухдиапазонная WDM, функционирующая на стандартной волне 1310 либо 1550 nm. Её преимущество – отсутствие взаимовлияния каналов по причине значительного спектрального разброса. Технология обеспечивает удвоение интенсивности передачи по одному оптоволокну или дуплексную связь. А вот длина до 240 nm позволяет отказаться от фильтров.

К WDM-системам относят разработки форматов:

Coarse WDM (CWDM) – «грубый» вариант. Разброс – более 2.5 тыс. GHz, что даёт возможность мультиплексировать до 18 каналов. Сейчас задействуются системы, которые функционируют в диапазоне 1270-1610 nm с интервалом в 20 nm или 2.5 тыс. GHz; они позволяют мультиплексировать до 16 каналов. Конструкторский замысел предполагал использование метода в отношении магистрального сектора, но полученная разработка оказалась несовместимой с усилителями. Практически одновременно был изобретён DWDM, лишённый данного недостатка, что однозначно поставило крест на дальнейшем развитии CWDM. Сегодня его главным потребителем считаются Ethernet-провайдеры, и если запланирован проект построения и эксплуатации сети с помощью CWDM, пролёты рассчитываются не менее 10 км (на более коротких целесообразно задействовать уплотнённый кабель с многочисленными нитями). Внутриквартальная разводка не предусматривает подобные расстояния, а общегородская – вполне. Наконец, использование CWDM для организации междомовой разводки является нерациональным выходом: в таком случае прямые волокна по-прежнему вне конкуренции.

Dense WDM (DWDM) – «плотный». Разброс каналов здесь – 8 nm или 100 GHz, мультиплексируются до 32-40 каналов. Для данного типа характерна требовательность к компонентам: нужны конкретные ширина излучаемого спектра, его температурная стабилизация и т. д. В этом смысле по причине слабой доступности формат ещё не получил распространения в городских магистральных линиях. Так или иначе, воплощению идеи способствуют эрбиевые усилители EDFA с 3-м окном прозрачности кварцевых волокон (1525-1565 nm). Примечательно: дистанция, на которую можно передать пакет, достигает 90-150 км. Если привлечь усилитель с предусилителем, она увеличится до 250 км; если вдобавок задействовать рамановские усилители со встречной накачкой, речь может идти и о 300 км. С применением каскада усилителей потенциально расстояние регенерируемого участка можно «раздуть» и до 2 тыс. км. А прецизионные системы позволяют расширить протяжённость пролета до 10 тыс. км. Структура сопоставима CWDM, но обходится гораздо дороже, к тому же сверхдлинные пролеты нельзя усложнять, ибо это влечёт падение сетевой мощности.
High Dense WDM (HDWDM) – «высокоплотный». Разброс каналов – 50 GHz и меньше с вероятностью мультиплексирования от 64. В структурном аспекте формат по сути не отличается от DWDM. В научной классификации его преимущественно не выделяют в обособленную категорию, а считают разновидностью DWDM («сверхплотным спектральным уплотнением»). Прогрессивное направление, обеспечивающее дополнительное увеличение числа уплотняемых каналов в 2-4 раза. Пока не имеет достаточного распространения, однако технологическая модернизация позволит перейти на более плотную частотную сетку.

Системы конструируются с оборудованием, мультиплексирующим/демультиплексирующим до 48 абонентов.

Транспондер

Оптический транспондер регенерирует клиентский сигнал и преобразовывает его в «цветной» (индивидуальный) с целью дальнейшего мультиплексирования. Конвертация происходит за счёт модуляции несущих, которые генерируются лазером. Транспондеры обладают разным числом входных и выходных портов.

Мультиплексор/демультиплексор

Оптические сигналы на «цветных» длинах волн обрабатываются пассивным устройством – волновым мультиплексором CWDM, выполняющим функцию спектрального уплотнения каналов. Они объединяются матричной волноводной решеткой с фокусирующими линзами (DWDM) либо канальным фильтром (CWDM). Демультиплексор транслирует многоволновой сигнал, дробя на каналы, передаваемые на транспондер.

Плюсы WDM на длинных линейных участках

Главное и бесспорное достоинство метода кроется в расширении ёмкости имеющегося оптоволокна, что экономит ресурсы. Ещё одна фишка – использование усилителей, минимизирующих необходимость регенерации сигнала на протяжённых участках линий. Дело в том, что на них наблюдается затухание сигнала в процессе передачи, поэтому устойчивая регенерация в обычных условиях неизбежна.

До внедрения указанного ноу-хау в сети SONET/SDH сквозь каждую оптическую нить осуществлялась пересылка лишь одного сигнала с регенерацией через каждые 60-100 км. Добавка волокон вела к неминуемому удорожанию системы (затраты на на приобретение, монтаж и профилактический сервис регенераторов). К тому же из-за такой установки увеличивался объём обслуживания волокна. С появлением усилителей и WDM вообще удельная стоимость ёмкой сети с дальней дистанцией существенно снизилась. Так, единый усилитель способен регенерировать пакет WDM-каналов без его дифференциации.

Между прочим, по цене усилитель сопоставим с регенератором. Посредством усилителя создаётся обычная добавка мощности; таким образом, реконструкция формата, синхронизация с повторной передачей не происходит, то есть потребность в периодической регенерации сохраняется. Зато задействуется она уже не после 60-100 км, а после 1000 км. В результате в 40-канальной WDM-системе всего одна единица усилителя равноценна 40 регенераторам.

Наконец, потенциал усилителя и WDM-системы в корне упрощает ввод каналов. С этой целью достаточно всего лишь установить с двух сторон системы добавочные транспондеры. Очевидная выгода делает WDM самой привлекательной технологией на протяжённых линиях.