CWDM vs DWDM

В связи с ежегодным приростом передаваемого трафика перед телеком провайдерами с каждым годом все острее становится вопрос увеличения пропускной способности имеющихся трасс и скорости передачи данных по своим магистралям, для этого приходится задействовать всё большее количество дополнительных волокон в кабеле. Для оптимизации затрат на кабельную инфраструктуру многими операторами связи на их сетях используется технология WDM (Wave Division Multiplexing).

WDM — это технология, которая позволяет передавать несколько оптических сигналов на одном волокне с использованием разных длин волн. Таким образом, используя технологию WDM для организации дуплексного соединения по одному волокну, провайдеры могут получить эффект умножения емкости имеющихся волокон.

В настоящее время, системы спектрального уплотнения WDM делятся на два разных типа: CWDM и DWDM.

Технология CWDM

CWDM – технология грубого спектрального мультиплексирования (от англ. Coarse Wavelength Division Multiplexing), позволяет одновременно передавать до 9 информационных каналов в рамках одного оптического волокна.

Длины волн, используемые для передачи в CWDM, лежат в диапазоне 1270-1610 нм, который охватывает несколько спектральных диапазонов используемых в телекоммуникациях:

• O-band (original band, основной диапазон) 1270-1370 нм;
• E-band (extensive band, расширенный диапазон) 1371-1470 нм;
• S-band (short band, коротковолновый диапазон) 1471-1530 нм;
• С-band (compromise band, компромиссный диапазон) 1531-1570 нм;
• L-band (long band, длинноволновый диапазон) 1571-1611 нм.

Вне зависимости от сложности, протяженности и передаваемого трафика, любая система уплотнения, построенная по технологии CWDM, является пассивной, то есть состоит из приемо-передатчиков и пассивных компонентов. Это является неоспоримым плюсом таких систем, так как делает их бюджетными и простыми в расчёте и эксплуатации, но с другой стороны является недостатком, так как возможности системы напрямую зависят от оптического бюджета CWDM трансиверов.

Оборудование CWDM

Системы уплотнения CWDM строятся на основе трех компонентов:

• Оптических трансиверов, рассчитанных для работы в CWDM. В этом случае используются специальные двухволоконные трансиверы передатчики (лазеры), которых излучают оптический сигнал на одной из длин волн, входящей в рабочий диапазон CWDM;

• Оптических мультиплексоров/демультиплексоров пассивных оптических устройств, которые позволяют с одной стороны объединять несколько оптических сигналов (от нескольких трансиверов) в один общий передаваемый по линии связи; с другой стороны, разделять общий оптический сигнал, пришедший из линии и распределять отдельные несущие длины волн в соответствующие выводы, с которыми скоммутированы приемники CWDM модулей.

• Оптических мультиплексоров ввода/вывода (OADM), которые представляют собой пассивные промежуточные устройства системы спектрального уплотнения. Они выделяют и вносят в линейный (общий) сигнал N длин волн. Принципиально, OADM ничем не отличается от оконечного мультиплексора/демультиплексора, единственной его особенностью является то, что он имеет два линейных порта: «In» и «Out» или «West» и «East».

Сферы применения CWDM

Основными характеристиками систем уплотнения на базе технологии CWDM являются широкий рабочий диапазон и дальность передачи ограниченная 80 – 160 км. В связи с этими отличительными чертами, CWDM уплотнение зачастую применяется в сетях:

• Гибридных сетях совместной передачи типа «CATV+CWDM»;
• Гибридных сетях совместной передачи типа «PON+CWDM»;
• Metro-сетях для передачи каналов связи 1 – 10 Гбит/с;
• Long haul сетях для передачи каналов связи 100 Мбит/с – 1, 25 Гбит/с.

Технология DWDM

DWDM — технология плотного спектрального мультиплексирования (от англ. Dense Wavelength Division Multiplexing), позволяет передавать до 88 длин волн (44-каналов ПД) в рамках одного волокна.

Длины волн, используемые для передачи в DWDM, лежат в диапазоне 1530-1615 нм, который охватывает несколько телекоммуникационных диапазонов:

• С-band (compromise band, компромиссный диапазон) 1531-1570 нм;
• L-band (long band, длинноволновый диапазон) 1571-1611 нм.

В современных системах уплотнения, как правило, используется С-band. Это связано с более доступным оборудованием, рассчитанным для работы в этом диапазоне.

Существует две сетки распределения длин волн по рабочим диапазонам:

• 100 ГГц так же называется DWDM — несущие длины волн отстоят друг от друга на расстоянии 0,8 нм. Количество несущих длин волн в DWDM 100ГГц — 48 штук;
• 50 ГГц так же называется HDWDM — несущие длины волн отстоят друг от друга на расстоянии 0,4 нм. Количество несущих длин волн в DWDM 50ГГц — 96 штук.

Диапазон С-band делится на два поддиапазона:

• Red-band – красный диапазон, 1547, 72-1561, 42 нм;
• Blue-band – синий диапазон, 1530, 33-1543, 73 нм.

В зависимости от сложности, протяженности и передаваемого трафика, система уплотнения, построенная по технологии DWDM, может быть, как пассивной – состоять из приемо-передатчиков и пассивных компонентов, так и активной – включать в свой состав активные компоненты, такие как оптические усилители.

Оборудование DWDM

Системы уплотнения DWDM могут состоять из следующих компонентов:

• Оптические трансиверы, рассчитаны для работы в DWDM. В данном случае используются специальные трансиверы передатчики (лазеры), которые излучают на длинах волн из частотной сетки DWDM.
• Оптические мультиплексоры/демультиплексоры, объединяющие несколько оптических сигналов (от нескольких трансиверов) в один общий передаваемый по оптической трассе с одной стороны и разделяющие линейный сигнал, и передающие отдельные оптические сигналы в соответствующие приемники.
• Оптические мультиплексоры ввода/вывода (OADM), пассивные промежуточные устройства, которые вносят (add) и выделяют (drop) в линейный сигнал N длин волн. Принципиально OADM ничем не отличается от мультиплексора/демультиплексора, единственной его особенностью является то, что он имеет два линейных порта: «In» и «Out» или «West» и «East».
• Оптические усилители (EDFA), активные оптические устройства, обеспечивающие увеличение оптической мощности входящего в него группового (без предварительного демультиплексирования) оптического сигнала без оптоэлектронного преобразования.
• Компенсаторы хроматической дисперсии (DCM) — пассивные оптические устройства используемые для исправления формы оптических сигналов, передаваемых в оптическом волокне искаженных под влиянием хроматической дисперсии.

Сферы применения DWDM

За счет высокой канальной емкости и возможности усиливать сигналы, передаваемые в системах уплотнения DWDM, эти системы можно использовать во множестве приложений, таких как:

• Гибридных сетях совместной передачи типа «PON+DWDM»;
• В подключениях DCI (Data Center Interconnect);
• Высокоплотных Metro-сетях для передачи каналов связи 100 Мбит/с – 10 Гбит/с;
• Long haul сетях для передачи каналов связи 100 Мбит/с – 10 Гбит/с.

Отличия технологий DWDM и CWDM

Емкость системы уплотнения

Не смотря на больший рабочий диапазон 1270-1610 нм у CWDM, против 1530-1615 нм у DWDM, максимальная пропускная способность системы CWDM составляет 18 длин волн, в то время как DWDM с использованием традиционного C-диапазона 1530-1565 нм позволяет уплотнить до 44 длин волн с разнесением 100 ГГц. А при использовании сетки частот с разнесением 50 ГГц, пропускная способность C-диапазона удваивается и составляет 88 длин волн по одному оптическому волокну.

Однородность передаваемых каналов

Поскольку спектр рабочих длин волн CWDM занимает практически весь рабочий диапазон одномодового оптического волокна – от 1260 нм до 1620 нм, CWDM имеет слабые места с точки зрения однородности каналов. Затухание в широком спектре различается в зависимости от длины волны – например, типичное затухание оптического волокна G.652 составляет 0,38 дБ/км на длине волны 1310 нм и 0,22 дБ/км на длине волны 1550 нм. Из-за этого в системе спектрального уплотнения CWDM может получиться большой перекос в оптических характеристиках разных каналов – неравноценность оптических бюджетов на разных длинах волн.

При этом следует отметить, что равномерность вносимых затуханий по спектру 1260–1620 нм зависит от спецификации оптоволоконного кабеля, к примеру, у старых спецификаций волокон G.652 наблюдается так называемое явление «водяного пика» в диапазоне 1390 и 1490 нм, который в общем «не прозрачен» для CWDM.

В то же время, системы уплотнения DWDM работают в спектре 1530-1565 нм, в котором различие вносимых волокном затуханий минимально, на практике им пренебрегают и рассчитывают всю систему на основе данных по затуханию на длине волны 1550 нм.

Максимальное расстояние передачи

Максимальное расстояние передачи в системах уплотнения xWDM зависит от нескольких основных факторов:

• Оптического бюджета используемых трансиверов;
• Вносимых затуханий всех пассивных элементов системы уплотнения;
• Вносимых затуханий оптического волокна.

При организации систем передачи каналов данных со скоростью до 1,25 Гбит/с включительно, технология CWDM предлагает CWDM SFP модули, обладающие оптическим бюджетом до 41 дБ, которого хватит для организации связи на трассе длиной до 160 – 180 км; технология DWDM же ограничивается SFP модулями с оптическим бюджетом 32-36 дБ, которые позволяют передавать каналы связи на расстояние до 140 км.

Если же рассматривать системы уплотнения для передачи каналов со скоростью передачи данных соединения 10 Гбит/с, то пассивные системы CWDM и DWDM обладают одним и тем же оптическим бюджетом оптических трансиверов – 23~24 дБ, которого достаточно для организации передачи данных на трассе длиной до 80 км. 

В то же время активные системы уплотнения DWDM позволяют передавать каналы связи 10 Гбит/с на расстояния до 250 км и более за счет использования оптических усилителей на основе примесного волокна – EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier). Системы CWDM не предполагают, использование оптических усилителей и как следствие построение протяжённых трас на основе технологии CWDM требует организации промежуточных узлов регенерации, что значительно повышает итоговую стоимость системы передачи.

Организация подменного склада (ЗИП)

Несмотря на то, что технологии производства xWDM оптических трансиверов отработана, и частота отказов этих модулей крайне редка, при построении системы уплотнения WDM многии озабочены формированием подменного фонда (ЗИП). Современные компоненты DWDM, а именно tunable SFP+/XFP трансиверы позволяют организовать ЗИП из одного трансивера, который можно использовать в любой части системы уплотнения. Более подробно про tunable трансиверы можно прочитать по ссылке.

В CWDM таких трансиверов нет и как следствие для формирования подменного склада необходимо дублировать все оптические трансиверы, установленные на сети, в случае не большой системы уплотнения — это не проблема, но в том случае, если система уплотнения протяжённая и разветвленная склад ЗИП становиться неподъемно дорог и неоправданно.

Совместимость с CATV

Системы кабельного телевидения в наше время онлайн-кинотеатров, стримминговых сервисов и IPTV понемногу уходит в прошлое, но все же до сих пор используется на сетях многих провайдеров. Напомним, что в сетях КТВ передача широковещательного канала производится с головной станции на длинах волн 1310 нм или 1550 нм, дальше сигнал по оптоволоконной трассе распределяется между домохозяйствами, в каждом из которых установлен оптический приемник CATV. Следует заметить, что в современных сетях КТВ передача на длине волн 1310 нм практически не ведется, так как имеет значительные ограничения по дальности передачи.

В системах уплотнения CWDM есть специальные широкополосные фильтры, которые позволяют отделить КТВ-сигнал от сигналов CWDM передаваемых в одном волокне. Именно за счет этих FWDM фильтров возможно передавать по одному волокну CATV-сигнал и каналы данных CWDM.

DWDM системы построены в рамках оптического диапазона 1530-1565 нм, который практически полностью перекрывается КТВ при одновременной передачи по волокну. Так же и в DWDM и в CATV используются EDFA усилители, которые несколько отличаются техническими характеристиками друг от друга. В связи с всеми вышеперечисленными фактами, одновременная передача DWDM и КТВ не возможна, была до недавнего времени – были представлены КТВ передатчики с длиной волны передачи DWDM (в диапазоне 1530 – 1565 нм шириной 0,8 нм). При помощи этих передатчиков можно выстраивать сложные DWDM системы передачи, в которых одновременно передается КТВ и данные. Главным недостатком новых передатчиков является их высокая стоимость, которая значительно повышает затраты на организацию КТВ сети.

Таблица сравнения DWDM и CWDM