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.
Содержание
Принцип работы DWDM-систем[править]
Каждый оптический передатчик генерирует сигнал с определенной длиной волны (частотой). Далее сигналы объединяются мультиплексором в многоканальный составной оптический сигнал. Полученный сигнал распространяется по одному оптическому волокну. При передаче оптического сигнала на большие расстояния в линию связи включаются оптические усилители (один или несколько, в зависимости от длины линии связи). Демультиплексор принимает многоканальный сигнал, выделяет исходные каналы разных длин волн и направляет их на соответствующие оптические приемники. В случае необходимости в линии связи могут устанавливаться мультиплексоры ввода-вывода (OADM), позволяющие выводить из составного оптического сигнала отдельные каналы и вводить на их место другие сигналы.
Типовая структурная схема DWDM показана на рис. 1.
Частотное согласование[править]
Частотный план для DWDM систем определяется стандартом ITU G.694.1. Согласно рекомендациям ITU в DWDM системах используются "C" (1525…1565нм) и "L" (1565…1625нм) 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 оптического 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[править]
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.
Искажения сигналов в DWDM системе[править]
Искажения сигналов в DWDM системах обусловлено следующими факторами:
- фазовая самомодуляция
Показатель преломления волокна зависит от интенсивности оптического сигнала (эффект Керра), что приводит к зависимости набега фазы от интенсивности. Фазовая самомодуляция приводит к частотному сдвигу на переднем и заднем фронте спектра импульса, так как в этих областях интенсивность, а значит, и набег фаз меняются. В присутствии дисперсии этот частотный сдвиг может привести к сужению, расширению или другому искажению формы импульса.
ПМД приводит к уширению импульса, что повышает вероятность ошибок при распознавании сигнала. ПМД – основной фактор, ограничивающий дальность передачи при высоких скоростях передачи (10 Гбит/с и выше).
- хроматическая дисперсия
Из-за расширения сигнала, вызванного хроматической дисперсией в линии, повышается вероятность возникновения ошибок. Хроматическую дисперсию можно компенсировать, добавляя в линию блок компенсации дисперсии.
- четырехволновое смешение
Взаимодействие соседних каналов в DWDM-системах приводит к появлению паразитных (комбинационных) пиков, которые, в свою очередь, вызывают перекрестные помехи в соседних каналах. При взаимодействии каналов комбинационные пики появляются на расстояниях, зависящих от частот этих каналов. При уменьшении расстояния между каналами эффект усиливается. Четырехволновое смешение также увеличивается при повышении мощности сигнала. Хроматическая дисперсия в сигнале уменьшает эффект четырехволнового смешения. Поэтому он особенно сильно проявляется вблизи нулевой дисперсии волокна.
- вынужденное комбинационное (рамановское) рассеяние
Рамановское рассеяние приводит к перекрестным помехам между каналами, и, что особенно важно, к неравномерному распределению мощности по частотному диапазону DWDM-системы: на одном конце частотного интервала (в «красной» области) каналы усиливаются больше, чем нужно, а на другом конце спектра (в «синей» области) – наоборот, быстрее «истощаются».
- фазовая кросс-модуляция
Эффект фазовой кросс-модуляции похож на эффект фазовой самомодуляции. При наличии дисперсии частотные сдвиги могут приводить к уширению или другому искажению импульса.
Источники[править]
{{#if: Павлов И.П. | Павлов И.П. }}{{#if: http://www.lib.ru
| Системы DWDM: особенности и применение | Системы DWDM: особенности и применение
}}{{#if:
| = {{{оригинал}}}
}}{{#if:
| // {{{автор издания}}} Сети и системы связи
| {{#if: Сети и системы связи
| // Сети и системы связи
}}}}{{#if:
| : {{{тип}}}.
| .
}}{{#switch: {{ #if: | 1 }}{{ #if: | 2 }}{{ #if: 2003 | 3 }} | 123 = — {{{место}}}: {{{издательство}}}, 2003. | 12 = — {{{место}}}: {{{издательство}}}. | 13 = — {{{место}}}: 2003. | 23 = — {{{издательство}}}, 2003. | 1 = — {{{место}}} | 2 = — {{{издательство}}}. | 3 = — 2003. }}{{#if:
| — В. {{{выпуск}}}.
}}{{#if:
| — Т. {{{том}}}.
}}{{#if: 4
| — № 4.
}}{{#if: 60-65
| — С. 60-65.
}}{{#if:
| — ISBN {{{isbn}}}.
}}{{#if:
|
}}{{#if:
|
}}
{{#if: | {{{автор}}} }}{{#if: http://photonics.net.ua/files/LRE/2005_No_2.pdf
| Компоненты DWDM систем и их характеристики | Компоненты DWDM систем и их характеристики
}}{{#if:
| = {{{оригинал}}}
}}{{#if:
| // {{{автор издания}}} 6 Научно-технический журнал Lightwave Russian Edition
| {{#if: 6 Научно-технический журнал Lightwave Russian Edition
| // 6 Научно-технический журнал Lightwave Russian Edition
}}}}{{#if:
| : {{{тип}}}.
| .
}}{{#switch: {{ #if: | 1 }}{{ #if: | 2 }}{{ #if: 2005 | 3 }} | 123 = — {{{место}}}: {{{издательство}}}, 2005. | 12 = — {{{место}}}: {{{издательство}}}. | 13 = — {{{место}}}: 2005. | 23 = — {{{издательство}}}, 2005. | 1 = — {{{место}}} | 2 = — {{{издательство}}}. | 3 = — 2005. }}{{#if:
| — В. {{{выпуск}}}.
}}{{#if:
| — Т. {{{том}}}.
}}{{#if: 2
| — № 2.
}}{{#if: 50—56
| — С. 50—56.
}}{{#if:
| — ISBN {{{isbn}}}.
}}{{#if:
|
}}{{#if:
|
}}
