Плотное спектральное уплотнение (статья)
Традиционные технологии телекоммуникаций позволяют по одному оптическому волокну передать только один сигнал. Суть технологии спектрального, или оптического, уплотнения заключается в возможности организации множества раздельных сигналов по одному волокну, а, следовательно, многократном увеличении пропускной способности линии связи.
Основы этой технологии были заложены в 1958, еще до появления самой волоконной оптики. Однако прошло около 20 лет, прежде чем были созданы первые компоненты мультиплексных систем. Первоначально они создавались для лабораторных исследований, и лишь в 1980 году технология спектрального уплотнения (Wavelength Division Multiplexing, WDM) была предложена для телекоммуникаций. А еще через пять лет в исследовательском центре компании AT&T была реализована технология плотного спектрального уплотнения (Dense Wavelength Division Multiplexing, DWDM), когда удалось в одном оптическом волокне создать 10 каналов по 2 Gbps.
Типовая структурная схема DWDM показана на рис. 1.
Частотное согласование
Частотный план для DWDM систем определяется стандартом ITU G.694.1. Согласно рекомендациям ITU в DWDM системах используются "C" (1525…1565нм) и "L" (1570…1610нм) окна прозрачности. В каждый диапазон попадают по 80 каналов с шагом 0.8нм (100ГГц). Обычно используется только "C" диапазон, поскольку количество каналов, которые можно организовать в этом диапазоне итак хватает с избытком, к тому же затухание в волокне стандарта G.652 в С-диапазоне несколько ниже, чем в L-диапазоне.
Для согласования работы различных участков телекоммуникационной сети возникает необходимость преобразовывать частоты передаваемых сигналов, так как на различных участках они могут передаваться на различных длинах волн. Все компоненты DWDM-систем работают на стандартизованных частотах из частотного плана ITU-T.
Для преобразования электрического сигнала на входе в DWDM-систему в оптический сигнал на нужной ITU-частоте используют DWDM-передатчики. Для соответствующего преобразования оптического сигнала (до входа в DWDM-систему его частота не входит в частотную сетку ITU-T) применяют DWDM-транспондеры (или частотные адаптеры). Наконец, если внутри DWDM-системы частоты одного DWDM-устройства не совпадают с частотами другого (при этом все эти частоты входят в сетку ITU-T), для согласования работы этих устройств используют волновые конвертеры.
Основные узлы DWDM-оборудования
Можно выделить четыре основных узла оборудования DWDM:
- оптический терминальный мультиплексор (OTM-мультиплексор)
- регенератор
- оптический усилитель
- оптический мультиплексор ввода-вывода (OADM-мультиплексор)
Основными узлами оптического терминального мультиплексора являются оптический мультиплексор (OM) и оптический демультиплексор (OD). В направлении передачи OM мультиплексирует сигналы с фиксированными длинами волн, сформированные на выходе транспондеров, в групповой сигнал, который и передается по оптическому кабелю. На приеме OD демультиплексирует групповой сигнал на сигналы с фиксированными длинами волн, которые подаются на транспондеры.
Оптический регенератор используется для восстановления формы группового сигнала, подавления джиттера и улучшения отношения сигнал/шум. С этой целью используется преобразование O-E-O (Optical-Electrical-Optical). Групповой сигнал на входе регенератора преобразуется в электрическую форму, проводится восстановление формы сигнала, и далее он опять преобразуется в оптическую форму. Регенератор строится на базе двух OTM-мультиплексоров, включенных по схеме back-to-back через транспондеры. Такая конфигурация позволяет осуществить ввод-вывод всех оптических каналов.
Оптический усилитель, соответственно, усиливает групповой сигнал без восстановления его формы. При передачи информации на большие расстояния усилители оснащают функцией эквалайзера - выравнивания мощности оптических каналов. В городских условиях функция эквалайзера не используется, и это уменьшает стоимость усилителя. Оптический усилитель наиболее дешевый узел оборудования DWDM (в сравнении с OTM-мультиплексором и регенератором).
Стандартные типы усилителей, используемые в системах DWDM:
- эрбиевые волоконно-оптические усилители EDFA
- Рамановские волоконно-оптические усилители
- полупроводниковые волоконно-оптические усилители
Оптический мультиплексор ввода-вывода строится на базе оптического усилителя, в который добавляется пассивная оптическая плата, позволяющая осуществить ввод-вывод ограниченного числа оптических каналов с фиксированными длинами волн. Она представляет собой брегговскую решетку с периодическими изменениями индекса преломления, которые достигаются за счет насечек на оптоволоконном кабеле, сделанных с помощью ультрафиолетового излучения. OADM-мультиплексор на базе брегговских решеток позволяет осуществлять ввод-вывод от 1 до 12 оптических каналов. Для остальных каналов он работает как усилитель. Основное преимущество такого мультиплексора по сравнению с OTM-мультиплексором и регенератором - гораздо более низкая его цена.
