Die Dense Wave Division Multiplexing (DWDM)-Technologie wurde entwickelt, um eine neue Generation optischer Backbones zu schaffen, die mit Multi-Gigabit und Terabit Geschwindigkeiten arbeiten. In faseroptischen Kommunikationsleitungen werden Informationen gleichzeitig durch eine Vielzahl von Lichtwellen übertragen. DWDM-Netzwerke arbeiten nach dem Prinzip der Kanalumschaltung, wobei jede Lichtwelle ein separater Spektralkanal ist und ihre eigenen Informationen trägt.
DWDM-Funktionen
Die Anzahl der Kanäle in einer Faser beträgt 64 Lichtstrahlen in einem Transparenzfenster von 1550 nm. Jede Lichtwelle überträgt Informationen mit Geschwindigkeiten von bis zu 40 Gbit/s. Auch die Entwicklung von Geräten mit Datenübertragungsraten von bis zu 100 Gbit/s ist im Gange, und Cisco hat bereits Erfolge bei der Entwicklung solcher Geräte.
Die DWDM-Technologie hat einen Vorgänger - die Wave Division Multiplexing (WDM)-Technologie, die vier Spektralkanäle in 1310 nm und 1550 nm Transparenzfenstern mit 800-400 GHz Trägerabstand verwendet. DWDM wird als „multiplexiertes“ Multiplexing bezeichnet, da es einen deutlich geringeren Wellenlängenabstand verwendet als WDM.
Frequenzpläne
Bisher definiert die ITU-T-Sektorempfehlung G.692 zwei Frequenzpläne (d. h. Sätze von Frequenzen, die einen konstanten Abstand voneinander haben):
- Frequenzplan mit einer Stufe (Frequenzabstand zwischen benachbarten Kanälen) 100 GHz (JA = 0,8 nm), wonach 41 Wellen zur Datenübertragung im Bereich von 1528,77 (196,1 THz) bis 1560,61 nm (192.1 .) verwendet werden THz);
- Frequenzplan mit einer Stufe 50 GHz (DA = 0,4 nm), der die Übertragung von 81 Wellenlängen im gleichen Bereich ermöglicht.
- Einige Unternehmen stellen auch Geräte her, die als High-Dense WDM (HDWDM) bezeichnet werden und in einem Frequenzplan mit einem Schritt von 25 GHz betrieben werden können.
Das Hauptproblem bei der Konstruktion superdichter DWDM-Systeme besteht darin, dass mit abnehmender Frequenzstufe die Spektren benachbarter Kanäle überlappen und der Lichtstrahl unscharf wird. Dies führt zu einer Erhöhung der Fehleranzahl und der Unmöglichkeit, Informationen durch Systeme zu übertragen
Frequenzpläne DWDM Die folgenden Frequenzpläne werden derzeit für verschiedene Typen von DWDM-, CWDM-, HDWDM- und WDM-Systemen verwendet.
Frequenzpläne DWDM ## Glasfaserverstärker
Der praktische Erfolg der DWDM-Technologie bestimmte maßgeblich das Erscheinungsbild faseroptischer Verstärker. Optische Geräte verstärken direkt Lichtsignale im Bereich von 1550 nm, wodurch eine zwischenzeitliche Umwandlung in elektrische Form entfällt, wie dies bei Regeneratoren in SDH-Netzwerken der Fall ist. Der Nachteil von elektrischen Signalregenerationssystemen besteht darin, dass sie eine bestimmte Art der Codierung akzeptieren müssen, was sie sehr teuer macht. Optische Verstärker, die Informationen "transparent" übertragen, ermöglichen eine Erhöhung der Leitungsgeschwindigkeit, ohne dass die Verstärkereinheiten aufgerüstet werden müssen. Die Länge des Abschnitts zwischen den optischen Verstärkern kann 150 km oder mehr erreichen, was die Wirtschaftlichkeit der geschaffenen DWDM-Autobahnen sichert, in denen die Länge des Multiplex-Abschnitts derzeit 600-3000 km beträgt, wenn 1 bis 7 optische Zwischenverstärker verwendet werden .
Die ITU-T-Empfehlung G.692 definiert drei Arten von Verstärkungsabschnitten, d. h. Abschnitte zwischen zwei benachbarten DWDM-Multiplexern:
- L (Long) - der Abschnitt besteht aus maximal 8 Abschnitten von Glasfaser-Kommunikationsleitungen und 7 optischen Verstärkern, die maximale Entfernung zwischen den Verstärkern beträgt bis zu 80 km bei einer maximalen Gesamtlänge des Abschnitts von 640 km;
- V (sehr lang) - der Abschnitt besteht aus maximal 5 Abschnitten von Glasfaser-Kommunikationsleitungen und 4 optischen Verstärkern, die maximale Entfernung zwischen den Verstärkern beträgt bis zu 120 km bei einer maximalen Gesamtlänge des Abschnitts von 600 km;
- U (Ultra lang) - Abschnitt ohne Zwischenverstärker bis 160 km
Einschränkungen der Anzahl passiver Abschnitte und ihrer Länge sind mit der Verschlechterung des optischen Signals während der optischen Verstärkung verbunden. Obwohl der optische Verstärker die Signalleistung zurückgewinnt, kompensiert er die chromatische Dispersion (dh die Ausbreitung verschiedener Wellenlängen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten, wodurch das Signal am Empfangsende der Faser „verschmiert“) nicht vollständig und andere nichtlineare Effekte. Um längere Autobahnen zu bauen, ist es daher erforderlich, zwischen den Verstärkerabschnitten DWDM-Multiplexer zu installieren, die das Signal regenerieren, indem sie es in eine elektrische Form umwandeln und umgekehrt. Um nichtlineare Effekte in DWDM-Systemen zu reduzieren, wird auch eine Signalleistungsbegrenzung angewendet.
Typische Topologien
Ultra-Langstrecken-Punkt-zu-Punkt-Kommunikation basierend auf Terminal-DWDM-Multiplexern
Ultra-Long-Distance-Punkt-zu-Punkt-Kommunikation basierend auf Terminal-DWDM-Multiplexern DWDM-Kette mit I/O an Zwischenknoten
DWDM-Kette mit I/O an Zwischenknoten Ringtopologie
Die Ringtopologie stellt die Überlebensfähigkeit des DWDM-Netzwerks durch redundante Pfade bereit. Die in DWDM verwendeten Verkehrsschutzmethoden ähneln denen in SDH. Damit jede Verbindung geschützt ist, werden zwischen ihren Endpunkten zwei Pfade eingerichtet: der primäre und der Backup. Der Endpunkt-Multiplexer vergleicht die beiden Signale und wählt das Signal mit der besten Qualität aus.
Ring aus DWDM-Multiplexern Mesh-Topologie
Mit der Weiterentwicklung von DWDM-Netzwerken werden sie zunehmend eine Mesh-Topologie verwenden, die eine bessere Flexibilität, Leistung und Ausfallsicherheit bietet als andere Topologien. Um eine Mesh-Topologie zu realisieren, werden jedoch optische Cross-Connectors (Optical Cross-Connectors, OXC) benötigt, die nicht nur wie I/O-Multiplexer Wellen zum Common-Transit-Signal hinzufügen und von dort ausgeben, sondern auch Arbitrary unterstützen Umschalten zwischen optischen Signalen, die durch Wellen unterschiedlicher Länge übertragen werden.
Mesh-DWDM-Topologie ## Optische I / O-Multiplexer
In DWDM-Netzwerken werden passive (ohne Stromversorgung und aktive Wandlung) und aktive Multiplexer-Demultiplester verwendet.
| Passive Multiplexer | Aktive Multiplexer |
|---|---|
| Die Anzahl der ausgegebenen Lichtwellen ist klein | Die Anzahl der Lichtwellen wird durch den angewendeten Frequenzplan und die Menge der Lichtwellen |
| Ermöglicht die Ausgabe und Eingabe eines Signals einer Lichtwelle, ohne das Spektrum des gesamten Lichtstrahls zu ändern | Führt keine zusätzliche Dämpfung ein, da alle Kanäle vollständig demultiplexiert und in elektrische Form umgewandelt werden |
| Zusätzliche Dämpfung einführen | Hat hohe Kosten |
| Hat einen Budgetwert |
Optische Kreuzverbinder
In Netzen mit Mesh-Topologie ist es erforderlich, Flexibilität für die Änderung der Route von Wellenverbindungen zwischen Netzteilnehmern bereitzustellen. Optische Cross-Connects bieten diese Möglichkeit, sodass jede der Eingangswellenformen jedes Ports zu jedem der Ausgangsports geleitet werden kann (vorausgesetzt natürlich, dass kein anderes Signal von diesem Port diese Wellenform verwendet, andernfalls muss die Wellenlänge gesendet werden). .
Es gibt zwei Arten von optischen Cross-Connects:
- optoelektronische Querverbinder mit Zwischenumwandlung in elektrische Form;
- rein optische Cross-Connects oder photonische Schalter.
Mikroelektromechanisches System (MEMS) ## Faktoren, die beim Bau von DWDM-Systemen berücksichtigt werden
Chromatische Dispersion Chromatische Dispersion - aufgrund ihres Einflusses werden die Pulse, aus denen das optische Signal besteht, bei ihrer Ausbreitung entlang der Faser breiter. Bei der Übertragung von Signalen über große Entfernungen können benachbarte Impulse überlagert werden, was eine genaue Wiedergewinnung erschwert. Mit zunehmender Übertragungsrate und Faserlänge nimmt der Effekt der chromatischen Dispersion zu. Um den Effekt der chromatischen Dispersion auf übertragene Signale zu reduzieren, werden Dispersionskompensatoren verwendet.
Polarisationsmodendispersion Polarisation Mode Dispersion , entsteht in einer optischen Faser aufgrund der unterschiedlichen Ausbreitungsgeschwindigkeiten von zwei zueinander senkrechten Polarisationskomponenten der Mode, was zu einer Verzerrung der Form von . führt die übertragenen Impulse. Der Grund für dieses Phänomen ist die Inhomogenität der geometrischen Form der Lichtleitfaser. Die Wirkung von PMD auf übertragene optische Signale nimmt mit einer Zunahme der Übertragungsrate, mit einer Zunahme der Anzahl von Kanälen im Multiplexsystem und mit einer Zunahme der Faserlänge zu.
Erzwungene Rückstreuung von Mandelstam - Brillouin , die Essenz dieses Phänomens ist die Erzeugung periodischer Bereiche mit variablem Brechungsindex durch ein optisches Signal - eine Art virtuelles Beugungsgitter, durch das sich die Signale wie ausbreiten eine akustische Welle. Die von diesem virtuellen Gitter reflektierten Signale werden addiert und verstärkt, um ein optisches Doppler-Abwärtsfrequenz-Rücksignal zu bilden. Dieses Phänomen führt zu einer Erhöhung des Rauschpegels und verhindert die Ausbreitung des optischen Signals, da der größte Teil seiner Leistung in die entgegengesetzte Richtung abgeführt wird. Dieses Phänomen wird oft fälschlicherweise als reflektierte Schallwelle bezeichnet.
Phase Selbstmodulation , bei hohen Leistungspegeln des Lasersignals kann eine Modulation mit einem Signal mit eigener Phase auftreten. Diese Modulation spreizt das Spektrum und verbreitert oder komprimiert das Signal über die Zeit, je nach Vorzeichen der chromatischen Dispersion. In dichten Wellenlängenmultiplexsystemen kann ein Eigenspektrum-Spreizsignal Nachbarkanalsignalen überlagert werden. Die Selbstphasenmodulation nimmt mit steigender Signalleistung, mit steigender Übertragungsrate und mit negativer chromatischer Dispersion zu. Der Selbstphasenmodulationseffekt wird mit null oder kleiner positiver chromatischer Dispersion reduziert
Kreuz Phasenmodulation Als Ergebnis dieses Phänomens moduliert das Signal eines Kanals die Phasen von Signalen von benachbarten Kanälen. Die Faktoren, die die Kreuzphasenmodulation beeinflussen, sind dieselben wie diejenigen, die die Eigenphasenmodulation beeinflussen. Außerdem hängt die Wirkung der Kreuzphasenmodulation von der Anzahl der Kanäle im System ab.
Vierwellen Mischen , manifestiert sich beim Erreichen des Schwellenwerts der Laserstrahlungsleistung, in diesem Fall führt die nichtlineare Charakteristik der Faser zur Wechselwirkung von drei Wellen und dem Auftreten einer neuen vierten Welle , die mit der Frequenz eines anderen Kanals übereinstimmen kann. Diese Überlappung der Frequenzen erhöht den Interferenzpegel und erschwert den Empfang des Signals.
Das vom Verstärker eingebrachte Rauschen edfa Der Grund für dieses Phänomen ist die verstärkte spontane Emissionsleistung, die sich aus den Konstruktionsmerkmalen der edfa-Verstärker ergibt. Während des Durchgangs durch den Verstärker wird dem Nutzanteil des optischen Signals Rauschen hinzugefügt, wodurch das Signal-Rausch-Verhältnis verringert wird, wodurch das Signal möglicherweise mit Fehlern empfangen wird. Dieses Phänomen begrenzt die Anzahl der Verstärker in der Leitung.
