Технология грубого спектрального уплотнения CWDM

Содержание

Введение

Технология спектрального мультиплексирования (WDM) это способ транспортировки по одному физическому оптоволокну нескольких каналов передачи данных, путем разнесения длин волн (цветов), основанный на способности оптического волокна одновременно передавать свет различных длин волн (цветов) без взаимной интерференции. Каждая длина волны представляет отдельный оптический канал. При помощи мультиплексирования в едином световом потоке, пересылаемом по оптическому волокну, можно объединить от четырех до 80 и более информационных каналов с разной длиной волны. Данная технология предназначена для передачи данных, поступающих в единую транспортную магистраль от различных источников на разной скорости и с использованием разных протоколов (Fibre Channel, Ethernet или ATM).

В настоящее время получили распространение следующие технологии спектрального мультиплексирования:

• 2-канальный WDM;
• грубое спектральное мультиплексирование (CWDM);
• плотное спектральное уплотнение (DWDM).
• сверхплотное спектральное уплотнение (HDWDM).

Технология спектрального уплотнения каналов с разделением по длинам волн появилась в начале 80-х годов и поначалу предназначалась для магистральных линий связи, но с 90-х годов WDM стала широко применяться в городских и региональных сетях MAN (Metropolitan Access Network). По мнению специалистов, развитие волоконной оптики и волоконно-оптических систем передачи, включая технологию WDM, несмотря на достигнутые успехи все еще находится в середине своего пути. Городские сети очень чувствительны к стоимости оборудования и для них наиболее интересной и перспективной технологией стало «неплотное» мультиплексирование с разделением по длине волны («разреженное» спектральное уплотнение) - CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing). Развитие систем WDM стало возможно благодаря улучшению технологии оптического волокна, позволившей на порядок расширить рабочую полосу пропускания оптического волокна: с 30 до 340 нм. Затухание в полосе пропускания плавно менялось в относительно небольших пределах: ±3 дБ, что в свою очередь позволило значительно (в 10-50 раз) увеличить шаг несущих и тем самым существенно упростить фильтрацию несущих на приемной стороне, исключив дорогостоящие элементы. Появился новый класс решений – CWDM. CWDM является технологией передачи данных, которая позволяет дуплексную передачу различных протоколов по оптическому волокну. Технология спектрального уплотнения применяется для более эффективного использования существующей волоконно-оптической инфраструктуры и повышения пропускной способности оптических волокон. Применение CWDM позволяет снизить затраты на прокладку нового оптического кабеля.

Под понятием "грубое спектральное уплотнение" каналов (coarse wavelength division multiplexing) изначально подразумевалось то, что в системе уплотнения используется диапазон длин волн и стабильность частоты излучателей несовместимые с эрбиевыми оптическими усилителями EDFA. Данная особенность грубого спектрального уплотнения не позволила технологии распространиться в магистральных сетях связи.

В 2002 году международный институт ITU в документе G.694.2 стандартизировал сетку длин волн для технологии CWDM. В сетке длин волн CWDM используются длины волн от 1270 до 1610 нм, разница между каналами составила 20 нм. Среди пользователей систем CWDM бытует мнение, что шаг 20 нм равен шагу в 2.5 ТГц: это заблуждение, и его легко развеять рассчитав разницу между частотами хотя бы трех длин волн, отличающихся на 20 нм (придется вспомнить «школьную» физику). Данная сетка была пересмотрена в 2003 году, в результате чего она сдвинулась на 1 нм (1271-1611 нм), однако большинство производителей оборудования CWDM и пользователей систем CWDM используют в обозначениях длин волн значения из старой сетки 1270-1610 нм.

В 2002-2003 годах появились первые промышленные образцы CWDM, но их стоимость не оставила этому оборудованию шансов остаться на рынке. В 2007 году состоялась вторая попытка вывода на рынок CWDM-решений, которая оказалась весьма успешной. Можно назвать две основные причины этого успеха: во-первых, сети операторов к тому моменту начали испытывать значительные трудности с полосой пропускания; во-вторых, технология производства тонкопленочных фильтров и оборудования CWDM в целом стала доступна производителям в Китае, за счет чего стоимость CWDM решений значительно снизилась.

Дополнительным стимулом к повсеместному внедрению CWDM-систем стало распространение оптических кабелей с волокнами G.652 спецификаций С и D, которые не содержат водяного пика. Водяной пик обусловлен наличием в оптическом волокне ионов гидроксильной группы ОН+ и вызывает повышенное затухание оптического сигнала в диапазоне длин волн 1383 ± 50~70 нм, что ограничивало использование «нижних» длин волн CWDM..

В последнее время технология грубого спектрального уплотнения CWDM получает все большее распространение, особенно в сетях городского и регионального масштаба. Наиболее крупные провайдеры телекоммуникационных услуг в городах осуществляют модернизацию сети и в дополнение к давно используемым системам Ethernet/IP начинают использовать системы CWDM. Именно системы CWDM могут решить проблемы нехватки пропускной способности при увеличении экономической эффективности использования сети и минимизации капитальных затрат на ее построение. Городские и региональные сети представляют собой наиболее динамично развивающиеся сегменты телекоммуникационного рынка и подразумевают широкое использование для передачи данных большого спектра различных протоколов, скоростей и сетевых топологий. Являясь прозрачными для любого типа и скорости передаваемого трафика, устройства CWDM могут стать связующим звеном между магистралью и сетью доступа.

Технология грубого спектрального уплотнения CWDM

Технология грубого спектрального уплотнения CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing) используется для увеличения пропускной способности оптических линиях связи. В отличии от концепции увеличения скорости передачи данных в каждом канале, CWDM позволяет наращивать количество каналов в волокне. Оборудование на базе CWDM не требует новейших технологических решений, поэтому системы CWDM имеют высочайшую экономическую эффективность.

Грубое спектральное мультиплексирование – CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing) – технология, позволяющая одновременно передавать несколько информационных каналов по одному оптическому волокну на разных несущих частотах. Согласно рекомендации ITU-T G.694.2 в системах CWDM кроме широко известных диапазонов С, S, L используются еще два диапазона O (original, основной) 1260–1360 нм и E (extensive, расширенный) 1360–1460 нм. В совокупности все диапазоны охватывают область от 1260 до 1625 нм, в которой располагается 18 каналов с шагом 20 нм.

Рисунок 1.1 оптические сигналы в различных направлениях

Технология CWDM основана на особенности распространения светового излучения на различных длинах волн. Излучение на различных длинах волн в среде с постоянным показателем преломления имеет разную скорость распространения и, при условии достаточного удаления длин волн, не взаимодействует

Область применения CWDM

Многие сети крупных городов не модернизировались уже десять лет. Постоянное увеличение трафика привело некоторые зоны к тому, что у них уже почти не осталось ресурсов для роста. Недостаточная пропускная способность сети, известная также под названием «истощение волокон», является той проблемой, которую операторы связи хотели бы разрешить незамедлительно. Добавление CWDM в оптическую транспортную систему является простым и экономически выгодным решением проблемы истощения (нехватки) волокон. По уже существующему оптическому волокну может производиться дополнительное обслуживание без прерывания обслуживания уже имеющихся абонентов.

Условия, в которых целесообразно применение CWDM систем:

· Городские и региональные оптические сети.

· Строительство сети в условиях дефицита ОВ (или высокой стоимости аренды ОВ).

· Необходимость увеличения пропускной способности существующих сетей на базе ВОЛС.

· Предоставление множества услуг по оптоволоконной паре.

· Построение оптических сетей для предоставления в аренду «виртуального» волокна.

CWDM решения независимы к различным протоколам передачи информации. Это позволяет создавать различные телекоммуникационные услуги в одной транспортной среде.

· СWDM создает до 8 логических пар волокон (каналов), используя различные длины волн, по одному волокну.

· Прозрачнность для всех протоколов от 100 Мбит/с до 2.5 Гбит/с.

· Любая комбинация сервисов по одному и тому же кабелю.