Dense Wavelength Division Multiplexing сокращенно DWDM — технология плотного спектрального мультиплексирования (уплотнения). Позволяет передавать до 88 оптических сигналов по одному ОВ (оптическому волокну), что в разы больше ёмкости волокна при использовании CWDM (подробнее о технологии CWDM можно прочитать по ссылке).
Суть данной технологии заключается в возможности передачи в рамках одного волокна множества сигналов на разных длинах волн. Принципиально DWDM не отличается от своего прародителя CWDM, разница заключается лишь в большем количестве длин волн для передачи и более узком диапазоне длин волн, в которых ведётся передача.
Длины волн, используемые для передачи в DWDM, лежат в диапазоне 1530-1625 нм, который охватывает два телекоммуникационных диапазона, а именно:
В свою очередь С-band разделён на два поддиапазона:
В зависимости от частотной сетки, несущие длины волн могут быть разнесены друг от друга на 0,8 нм (100 ГГц сетка частот) или на 0,4 нм (50 ГГц сетка частот), что в свою очередь даёт 48 и 96 несущих соответственно.
В современных системах DWDM уплотнения, как правило, используется С-диапазон. Это связано с большей доступностью и распространённостью оборудования, рассчитанного для работы в этом диапазоне.
В зависимости от сложности, протяжённости и требований к системе передачи, сети передачи на основе DWDM строятся с использованием следующих компонентов:
Так же, в качестве компонента протяжённой и требовательной к соотношению сигнал шум системе передачи, может быть задействован оптический усилитель, основанный на эффекте Рамана (Рамановский усилитель), но в связи с высокой стоимостью и редкостью использования, данный компонент в рамках статьи не рассматривается.
Оптические трансиверы для DWDM систем – это компактные съёмные приемо-передатчики, применяемые для формирования и приёма оптических сигналов в системах плотного спектрального мультиплексирования. Большая часть DWDM модулей двухволоконные, то есть имеют один порт «Tx» и один порт «Rx», встречаются исключения в виде DWDM CFP 4*2LC обладающих четырьмя портами «Tx» и четырьмя портами «Rx». Все DWDM модули вне зависимости от их форм фактора оснащены портами:
Современная линейка DWDM трансиверов включает в себя практически все возможные форм-факторы, которые поддерживают передачу данных со скоростью от 100 Мбит/с до 100 Гбит/с.
Оптические мультиплексоры/демультиплексоры DWDM. Мультиплексор — это оптическое устройство, не требующее электропитания, которое объединяет несколько оптических сигналов (от нескольких трансиверов), в частотной сетке DWDM, в линейный сигнал для передачи по ВОЛС.
Демультиплексор — пассивное оптическое устройство, которое разделяет линейный DWDM сигнал, принятый из линии передачи и распределяет отдельные сигналы в соответствующие приёмники трансиверов.
В рамках системы спектрального уплотнения DWDM могут использоваться мультиплексоры, произведённые по двум технологиям.
Мультиплексоры на основе тонкопленочных фильтров (TFF) – представляют собой каскад соединённых между собой оптических TFF-фильтров. Данный вид мультиплексоров изготавливается путём последовательного соединения при помощи сплавления оптических выводов «REFL» и «COM». Окно прозрачности, используемых для производства DWDM TFF мультиплексоров оптических фильтров, составляет λн±0,1 нм, где λн — несущая длина волны.
В остальном, принципы, заложенные в мультиплексорах CWDM основанных на оптических фильтрах, полностью применимы в DWDM-мультиплексорах.
Мультиплексоры на основе массива волноводов (AWG) представляют собой кристалл, созданный из множества оптических волноводов (для простоты можно представить множество волокон, сплавленных в единую структуру). В AWG мультиплексорах мультиплексирование и демультиплексирование различных длин волн производится одновременно в рамках одного и того же элемента.
Принцип работы достаточно прост: мультиплексируемый оптический сигнал подаётся на выходную фокусирующую пластину и по мере прохождения массива волноводов на входной фокусирующей пластине смешивается с другими сигналами и передаётся в линию. Демультиплесируемый сигнал проделывает обратный путь от входной фокусирующей пластины до выходной.
Более подробно узнать о работе мультиплексоров можно по ссылке.
Оптические усилители для систем уплотнения DWDM – активные устройства, обеспечивающие увеличение мощности (амплитуды) оптического сигнала без оптоэлектронного преобразования. В DWDM системах применяются, как усилители на основе волокна легированного эрбием – EDFA, так и усилители, основанные на эффекте Рамана – Рамановские, иногда применяются полупроводниковые усилители – OSA. Но так как, зачастую в DWDM используются EDFA усилители, дальше речь пойдёт только о них.
Принцип действия усилителей на основе волокна, легированного эрбием построен на эффекте вынужденного испускания излучения ионами редкоземельных металлов. Оптический усилитель состоит из лазера накачки и оптического волокна, легированного эрбием. В блок усилителя одновременно подаётся полезный сигнал, который нужно усилить и сигнал накачки на длине волны 980 нм или 1490 нм. При помощи накачки создаётся инверсия населённости ионов, которая запускает процесс вынужденного испускания излучения, за счёт которого происходит усиление подаваемого вместе с накачкой полезного сигнала.
В зависимости от места применения усилителей на трассе их можно разделить на три основных типа:
Подробнее об оптических усилителях на основе эрбиевого волокна можно прочитать по ссылке.
Модуль компенсации хроматической дисперсии DCM применяется в системах DWDM для исправления формы сигнала, изменившегося по мере прохождения ОВ, из-за явления хроматической дисперсии. В современных системах DWDM применяются компенсаторы, произведённые по двум технологиям: на основе волокна компенсирующего хроматическую дисперсию и компенсаторы на основе решётки Брэгга. В рамках сложных автоматизированных сетей или в лабораторных стендах так же применяется активный компенсатор дисперсии с изменяемых показателем.
Компенсатор хроматической дисперсии на основе волокна DCF (Dispersion Compensation Fiber), является пассивным оптическим компонентом и представляет собой катушку с волокном, обладающем отрицательным значением хроматической дисперсии в диапазоне длин волн 1525-1565 нм. Длина волокна зависит от необходимого значения хроматической дисперсии, которое необходимо скомпенсировать, чем больше значение, тем больше длина.
Компенсатор хроматической дисперсии на основе решетки Брэгга, сокращенно – DCM FBG (Dispersion Compensation Module Fiber Bragg Grating), представляет собой пассивное оптическое устройство, состоящее из чирпированного волокна и оптического циркулятора или сплавного оптического делителя. Основным компонентом устройства является чирпированное волокно, которое создаёт условно отрицательную хроматическую дисперсию для входящих сигналов диапазона 1525-1600 нм, а циркулятор или делитель используются для подачи входящего и вывода «обработанного» сигналов.
Подробнее про устройство и принципы работы компенсаторов хроматической дисперсии можно прочитать по ссылке.
Транспондеры и мукспондеры применяются в транспортных системах на основе DWDM, в простых системах уплотнения DWDM они избыточны.
Транспондер — это активное сетевое устройство, которое выполняет восстановление амплитуды, длительности и фазы сигнала («re-amplifying», «retiming», «reshaping»). 3R–транспондер — полностью цифровое устройство. Он способен распознать служебные байты в принятом сигнале, что необходимо для определения качества сигнала. Кроме того, определённые модели транспондеров способны производить конвертацию клиентского трафика из одного протокола передачи (зачастую Ethernet) в более помехозащищенный (например, OTN с использованием FEC) и передавать сигнал в линейный порт.
Часто транспондеры устанавливаются на узлах регенерации, но, как правило, используются в качестве каналообразующего оборудования в сложных и протяжённых системах спектрального уплотнения.
Мукспондер — это активное сетевое устройство, позволяющее объединять несколько клиентских сигналов низкой скорости в один высокоскоростной линейный сигнал. Данные устройства применяются, как для объединения низкоскоростных сигналов, к примеру STM-1 в один стандартный линейный канал 10 GigabitEthernet, для оптимизации канальной емкости, так и для передачи клиентских высокоскоростных сигналов 40 GigabitEthernet или 100 GigabitEthernet в рамках одного суперканала: 200 – 400 GigabitEthernet, с применением технологии когерентной передачи.
Перестраиваемые оптические мультиплексоры ввода/вывода – ROADM – это активное мультиплексирующее перестраиваемое оборудование ввода-вывода, которое позволяет удалённо переключать вводимые и выводимые из устройства длины волн в зависимости от требований сети. Главное преимущество использования ROADM для построения магистральных сетей, заключается в том, что пропускную способность можно увеличивать в нужном месте и в нужное время, не требуя ручной наладки или серьёзного перепроектирования участка сети. При добавлении нового абонента к сети, в которой используется ROADM, реконфигурироваться будет только та ее часть, по которой пользователю будут предоставляться услуги связи. Никакое новое оборудование при этом не нужно, предоставление услуг не прерывается. Но в связи с технической сложностью, а отсюда высокой стоимостью, оборудование ROADM мало применяется в рамках некрупных транспортных сетей DWDM, а зачастую является решением для масштабных магистральных проектов, в которых невозможно обойтись без функции перенастройки мультиплексоров.