Технологія ущільненого хвильового мультиплексування (Dense Wave Division Multiplexing, DWDM ) призначена для створення оптичних магістралей нового покоління, що працюють на мультигігабітних та терабітних швидкостях. Інформація у волоконно-оптичних лініях зв'язку передається одночасно великою кількістю світлових хвиль. Мережі DWDM працюють за принципом комутації каналів, при цьому кожна світлова хвиля є окремим спектральним каналом і несе власну інформацію.
Можливості DWDM
Кількість каналів в одному волокні – 64 світлові пучки у вікні прозорості 1550 нм. Кожна світлова хвиля переносить інформацію на швидкості до 40 Гбіт/с. Також ведуться розробки обладнання зі швидкостями передачі даних на швидкостях до 100 Гбіт/с і компанія Cisco вже має успіхи в розробці подібної техніки.
У технології DWDM є попередниця - технологія хвильового мультиплексування (Wave Division Multiplexing, WDM) , в якій використовується чотири спектральні канали у вікнах прозорості 1310 нм і 1550 нм з розносом несучих 800-400 ГГц. Мультиплексування DWDM називається «ущільненим» через те, що в ньому використовується істотно менша відстань між довжинами хвиль, ніж WDM.
Частотні плани
На сьогодні рекомендацією G.692 сектора ITU-T визначено два частотні плани (тобто набори частот, що віддаляються один від одного на деяку постійну величину):
- Частотний план з кроком (рознесення частот між сусідніми каналами) 100 ГГц (ТА = 0,8 нм), відповідно до якого для передачі даних застосовується 41 хвиля в діапазоні від 1528,77 (196,1 ТГц) до 1560,61 нм (192,1 ТГц);
- Частотний план із кроком 50 ГГц (ТА = 0,4 нм), що дозволяє передавати в цьому ж діапазоні 81 довжину хвилі.
- Деякими компаніями випускається також обладнання, яке називається обладнанням високоущільненого хвильового мультиплексування (High-Dense WDM, HDWDM), здатне працювати з частотним планом з кроком 25 ГГц .
Головне проблемою при побудові надщільних систем DWDM є те, що із зменшенням кроку частот відбувається перекриття спектрів сусідніх каналів та відбувається розмиття світлового пучка. Що веде до збільшення кількості помилок та неможливості передачі інформації по системах
Частотні плани DWDM В даний час використовуються такі частотні плани для різних видів систем DWDM, CWDM, HDWDM, WDM.
Частотні плани DWDM ## Волоконно-оптичні підсилювачі
Практичний успіх технології DWDM багато в чому визначив волоконно-оптичних підсилювачів. Оптичні пристрої безпосередньо посилюють світлові сигнали в діапазоні 1550 нм, виключаючи необхідність проміжного перетворення їх у електричну форму, як це роблять регенератори, що застосовуються в мережах SDH. Недолік систем електричної регенерації сигналів у цьому, що вони мають сприймати певний вид кодування, що робить їх дуже дорогими. Оптичні підсилювачі, що «прозоро» передають інформацію, дозволяють нарощувати швидкість магістралі без необхідності модернізувати підсилювальні блоки. Протяжність ділянки між оптичними підсилювачами може досягати 150 км і більше, що забезпечує економічність створюваних магістралей DWDM, у яких довжина мультиплексної секції становить сьогодні 600-3000 км при застосуванні від 1 до 7 проміжних оптичних підсилювачів.
У рекомендації ITU-T G.692 визначено три типи підсилювальних ділянок, тобто ділянок між двома сусідніми мультиплексорами DWDM:
- L (Long) — ділянка складається максимум з 8 прольотів волоконно-оптичних ліній зв'язку та 7 оптичних підсилювачів, максимальна відстань між підсилювачами — до 80 км за загальної максимальної довжини ділянки 640 км;
- V (Very long) - ділянка складається максимум з 5 прольотів волоконно-оптичних ліній зв'язку та 4 оптичних підсилювачів, максимальна відстань між підсилювачами - до 120 км за загальної максимальної протяжності ділянки 600 км;
- U (Ultra long) — ділянка без проміжних підсилювачів завдовжки до 160 км.
Обмеження кількість пасивних ділянок та його довжину пов'язані з деградацією оптичного сигналу при оптичному посиленні. Хоча оптичний підсилювач відновлює потужність сигналу, він не повністю компенсує ефект хроматичної дисперсії (тобто поширення хвиль різної довжини з різною швидкістю, через що сигнал на приймальному кінці волокна «розмазується»), а також інші нелінійні ефекти. Тому для побудови більш протяжних магістралей необхідно між підсилювальними ділянками встановлювати мультиплексори DWDM, що виконують регенерацію сигналу шляхом перетворення в електричну форму і назад. Для зменшення нелінійних ефектів у системах DWDM застосовується обмеження потужності сигналу.
Типові топології
Наддалекий двоточковий зв'язок на основі термінальних мультиплексорів DWDM
Наддалекий двоточковий зв'язок на основі термінальних мультиплексорів DWDM Ланцюг DWDM із введенням-виводом у проміжних вузлах
Ланцюг DWDM із введенням-виводом у проміжних вузлах Кільцева топологія
Кільцева топологія забезпечує живучість мережі DWDM з допомогою резервних шляхів. Методи захисту трафіку, що застосовуються в DWDM, аналогічні методам SDH. Для того щоб якесь з'єднання було захищене, між його кінцевими точками встановлюються два шляхи: основний та резервний. Мультиплексор кінцевої точки порівнює два сигнали та вибирає сигнал кращої якості.
Кільце мультиплексорів DWDM Коміркова топологія
У міру розвитку мереж DWDM у них все частіше застосовуватиметься коміркова топологія, яка забезпечує кращі показники в плані гнучкості, продуктивності та відмовостійкості, ніж інші топології. Однак для реалізації осередкової топології необхідна наявність оптичних крос-конекторів (Optical Cross-Connector, ОХС), які не тільки додають хвилі в загальний транзитний сигнал і виводять їх звідти, як це роблять мультиплексори введення-виводу, але й підтримують довільну комутацію між оптичними сигналами. , що передаються хвилями різної довжини.
Комірчаста топологія DWDM ## Оптичні мультиплексори вводу-виводу
У мережах DWDM використовуються пасивні (без електроживлення та активного перетворення) та активні мультиплексори-демультіплескори.
| Пасивні мультиплексори | Активні мультиплексори |
|---|---|
| Число світлових хвиль, що виводяться, невелике | Число світлових хвиль обмежено застосовуваним частотним планом та набором світлових хвиль |
| Дозволяє виводити та вводити сигнал однієї світлової хвилі без зміни спектра загального світлового пучка | Не вносить додаткового згасання, оскільки здійснює повне демультиплексування всіх каналів та перетворення на електричну форму |
| Вносять додаткове згасання | Має високу вартість |
| Має бюджетну вартість |
Оптичні крос-конектори
У мережах з ніздрюватою топологією необхідно забезпечити гнучкі можливості для зміни маршруту проходження хвильових з'єднань між абонентами мережі. Такі можливості надають оптичні крос-конектори, що дозволяють направити будь-яку з хвиль вхідного сигналу кожного порту в будь-який вихідний порт (звичайно, за умови, що ніякий інший сигнал цього порту не використовує цю хвилю, інакше необхідно виконати трансляцію довжини хвилі).
Існують оптичні крос-конектори двох типів:
- оптоелектронні крос-конектори з проміжним перетворенням на електричну форму;
- повністю оптичні крос-конектори, або фотонні комутатори.
Мікроелектронні механічні системи (MicroElectro Mechanical System, MEMS) ## Фактори, що враховуються при побудові систем DWDM
Хроматична дисперсія Хроматична дисперсія - внаслідок її впливу, у міру поширення по волокну, імпульси, що становлять оптичний сигнал, стають ширшими. При передачі сигналів великі відстані імпульси можуть накладатися на сусідні, утрудняючи точне їх відновлення. Зі збільшенням швидкості передачі та довжини оптичного волокна вплив хроматичної дисперсії зростає. Для зменшення впливу хроматичної дисперсії на сигнали, що передаються, застосовуються компенсатори дисперсії.
Поляризаційна модова дисперсія Поляризаційна модова дисперсія виникає в оптичному волокні через різницю швидкостей поширення двох взаємно перпендикулярних поляризаційних складових моди, що призводить до спотворення форми переданих імпульсів. Причиною цього є неоднорідність геометричної форми оптичного волокна. Вплив поляризаційної модової дисперсії на оптичні сигнали, що передаються, зростає зі збільшенням швидкості передачі, зі збільшенням числа каналів системи ущільнення і зі збільшенням довжини волокна.
Вимушене зворотне розсіювання Мандельштама — Брілюена , суть цього явища полягає у створенні оптичним сигналом періодичних областей зі змінним показником заломлення - свого роду віртуальну дифракційну решітку, проходячи через яку сигнали поширюються подібно до акустичної хвилі. Відбиті цією віртуальною решіткою сигнали, складаються й посилюються, утворюючи зворотний оптичний сигнал із доплерівським зниженням частоти. Дане явище призводить до підвищення рівня шумів і перешкоджає поширенню оптичного сигналу, оскільки більшість його потужності розсіюється у зворотному напрямку. Часто це явище помилково називають відбитою акустичною хвилею.
Фазова автомодуляція при високих рівнях потужності сигналу від лазера може відбуватися модуляція сигналом власної фази. Ця модуляція розширює спектр та розширює або стискає сигнал у часі залежно від знаку хроматичної дисперсії. У системах щільного спектрального ущільнення сигнал з розширеним автомодуляцією спектром може накладатися на сигнали сусідніх каналів. Фазова автомодуляція збільшується при зростанні потужності сигналу, зі збільшенням швидкості передачі та при негативній хроматичній дисперсії. Вплив фазової автомодуляції зменшується при нульовій або невеликій позитивній хроматичній дисперсії
Перехресна фазова модуляція , внаслідок цього явища сигнал одного каналу модулює фази сигналів у сусідніх каналів. Чинники, що впливають перехресну фазову модуляцію, збігаються з факторами, що впливають на фазову автомодуляцію. Крім цього, вплив перехресної фазової модуляції залежить від кількості каналів у системі.
Чотирихвильове змішення , проявляється при досягненні порогового рівня потужності випромінювання лазера, у цьому випадку нелінійні характеристики волокна призводить до взаємодії трьох хвиль та появи нової четвертої хвилі, яка може збігтися з частотою іншого каналу. Таке накладання частот призводить до збільшення рівня перешкод і ускладнює прийом сигналу
Вносимо підсилювачем edfa шум , причина цього явища - потужність посиленого спонтанного випромінювання, що виникає внаслідок конструктивних особливостей підсилювачів edfa. У процесі проходження через підсилювач до корисної складової оптичного сигналу додається шум, таким чином, зменшується відношення "сигнал/шум", в результаті сигнал може бути прийнятий з помилками. Це явище обмежує кількість підсилювачів у лінії.
