 |
Характеристики промышленных систем WDM
|
|
|
|
В настоящее время еще используются "старые" (первого поколения) системы WDM, мультиплексирующие 2 канала с несущими 1310 нм и 1550 нм. Эти системы, как уже упоминалось, являются опциями, доступными при поставке ряда коммерческих систем SONET/SDH. Используется сейчас и некоторое количество 4-8-канальных систем. Их можно условно отнести к системам второго поколения Бурное развитие систем WDM/DWDM пришлось на 1997-98-ой годы, когда были разработаны системы третьего поколения, основанные на стандартном канальном плане и имеющие 16 каналов и больше. В настоящее время начался этап их повсеместного внедрения.
Если сравнить список производителей оборудования WDM и SDH, то его можно разделить на две группы: традиционные производители систем PDH/SDH и сопутствующего оборудования (Alcatel, ECI, Ericsson, Lucent, NEC, Nokia, Nortel, Pirelli (приобретена компанией Cisco), Siemens) и остальные (ADVA, Cambrian (приобретена компанией Nortel), Ciena, Eonyx, IBM, Osicom) — новые производители. Первые разрабатывали системы WDM как транспортные средства применительно к WAN, для использования их совместно с системами SDH/SONET; вторые — как транспортные средства для LAN (в лучшем случае, для MAN), что видно по набору логических интерфейсов систем этих производителей, используемых для стыковки (преобразования) логических форматов сигналов на входе и выходе систем WDM. В этом смысле к первой группе следует присоединить и компанию Ciena, которая примыкает к ней не только по длине покрываемой дистанции (500-800 км), но и по числу используемых каналов (40, 96) и даже перекрывает их по используемому минимальному разносу частот (50 ГГц, единственная компания, использующая такой плотный канальный план).
Летом 2001-го года "Раском" завершила строительство первой в России магистральной DWDM-сети и этим же летом она объявила о подключении первых клиентов. Это позволило резко повысить пропускную способность линии передачи (до 1,6 Тбит/с по одному волокну). Создание новой сети позволило осуществить еще один, совместный с компанией "Метроком" проект под названием "Гигабит-Интернет", в рамках которого создана высокоскоростная Интернет-магистраль между Москвой и Санкт-Петербургом (1,2 Гбит/с).
|
|
|
Из серийно выпускаемых решений отметим аппаратуру спектрального уплотнения OPTera LH компании Nortel Networks. Эта аппаратура обеспечивает скорость передачи до 1,6 Тбит/с по одному волокну (160 спектральных каналов по 10 Гбит/с). Именно решения Nortel Networks были использованы компанией "Раском" для модернизации своей сети. Новейшие магистральные системы DWDM могут обеспечить передачу до 2,4 Тбит/с (64 l-канала по 40 Гбит/с) на расстояние 1 тыс. км или, например, 28 l-каналов по 10 Гбит/с на расстояние свыше 2 тыс. км.
Большинством производителей аппаратуры WDM и DWDM освоены промышленный выпуск и поставка аппаратуры с числом оптических каналов от N = 16/32 до N = 40/80 и выше, для аппаратуры SDH со скоростью передачи на уровне STM-64 (10 Гбит/с) и STM-16 (2,4 Гбит/с).
Поскольку аппаратура систем WDM/DWDM вносит значительные потери в линейный тракт транспортной магистрали (суммарно до 14-18 дБ на обеих сторонах для одного оптического канала), то ее применение без оптических усилителей возможно для относительно коротких линий — порядка нескольких десятков километров.
В настоящее время освоен промышленный выпуск систем DWDM со 160 (Nortel, Lucent, Siemens) и 256 (Alcatel) оптическими каналами и скоростью передачи 10 и 2,4 Гбит/с, что позволяет довести суммарную полосу пропускания в одном ОВ до 1,6 и 0,625 Тбит/с соответственно.
Совсем недавно компания Alcatel заявила о превышении мифического барьера 10 Тбит/с в суммарной скорости передачи по одному оптическому волокну.
|
|
|
В тестовых испытаниях ВОЛС протяженностью 100 км по волокну типа TeraLightTM передавалось 256 оптических каналов со скоростью 40 Гбит/с, что соответствует суммарной скорости передачи 10,24 Тбит/с. При этом использовались по 128 полупроводниковых РОС-лазеров с частотной сеткой 50 ГГц в диапазоне длин волн 1529,94 — 1561,22 нм (C-диапазон) и 1569,59 — 1602,53 нм (L-диапазон) соответственно.
Настоящий этап развития волоконно-оптических систем связи характеризуется как этап поиска путей повышения эффективности систем передачи. Выполнение данной задачи происходит за счет снижения стоимости строящихся систем в основном регионального, городского масштаба и локальных ВОСП. Учитывая массовость этих дешевых и эффективных ВОСП, можно обеспечить большую загрузку магистральных DWDM-систем. Один из вариантов такого подхода — системы с "грубым" спектральным уплотнением — CWDM (Coarse Wave Division Multiplexing).
Системы "грубого" спектрального уплотнения — CWDM
Ключевое отличие DWDM-систем от CWDM заключается в положении информационных каналов в спектре рабочих длин волн волоконно-оптической системы связи. В DWDM-системах спектры соседних информационных каналов расположены очень близко. Как уже отмечалось, согласно рекомендациям Международного телекоммуникационного союза (ITU), расстояние между соседними DWDM-каналами равно 100 ГГц, что соответствует расстоянию 0,8 нм на длине волны.
В CWDM-системах спектры соседних информационных каналов расположены на гораздо большем расстоянии, обычно равном 20 нм (2500 ГГц) для третьего окна прозрачности.
Неплотное расположение спектрально разделенных каналов в CWDM-системах обеспечивает очень значительное снижение стоимости сети связи, по сравнению со стоимостью сетей, использующих DWDM-системы. Поскольку в нынешних экономических условиях операторы связи выбирают наиболее экономичные решения для удовлетворения своих текущих потребностей в увеличении пропускной способности систем передачи информации, то CWDM-системы стали широко использоваться в локальных сетях, сетях доступа и городских информационных сетях. Только в системах дальней связи DWDM-технология прочно удерживает свои позиции.
Основная цель CWDM-технологии состоит в том, чтобы обеспечить требуемое расширение информационной емкости оптической линии связи за очень низкую цену (в сравнении с DWDM). Эта цель достигается использованием широких спектральных промежутков между каналами.
|
|
|
Большинство современных CWDM-устройств перекрывают C- и L-диапазоны и частично занимают S-диапазон. Для обеспечения совместимости оборудования Международный телекоммуникационный союз (ITU) определил "гребенку" длин волн и спектральные полосы CWDM-каналов. Расстояние между каналами установлено равным 20 нм. Предполагается расширение рабочей области на О- и Е-диапазоны. Кроме того, более ранние системы начали использовать CWDM в многомодовых волоконных линиях связи, работающих вблизи длины волны 800 нм. Однако такие системы поддерживают только два или четыре канала и обеспечивают скорость передачи информации менее 500 Мбит/с при дальности менее 2 км.
К сожалению, объем журнальной статьи не позволяет подробно остановиться на всех аспектах проблемы систем DWDM. За ее рамками остались вопросы практического внедрения, основные производители оборудования, топология построения систем различного уровня и многие другие вопросы. Системы DWDM заслуживают не одной книги, а нескольких: физические принципы, конструктивные решения, структура сетей — вот только перечень основных проблем, стоящих перед учеными и разработчиками. Авторы надеются, что эта статья послужит основой для понимания возможностей систем DWDM и принятия решений по их практическому использованию.
Литература
1. А.Г. Свинцов DWDM в России: точка отсчета. Вестник связи, 2002 г., №1, стр. 71-74
2. А.В. Шмалько Системы спектрального уплотнения оптических каналов. Вестник связи. №4, 2002
3. Оптоэлектроника. № ОЕР/02, 13.09.02
4. Ш. Гройсман Планирование оптического бюджета сети WDM, Вестник связи, 2002 г.№ 3, стр.22-26
5. А.В.Шмалько Системы спектрального уплотнения оптических каналов. Вестник связи, 2002 г. №4 стр. 162 — 170
6. С.Н.Песков, В.Г. Таценко, А.К.Шишов Волоконно-оптические системы передачи информации. Физические основы. Телеспутник, 2002, №№4,5.
|
|
|
7. Гарамов Д.Б. и др. Прокладка подводной волоконно-оптической линии связи Россия — Украина — Болгария. Информост, 2002г, № 2.
8. Электроника. № 5 (102), 2003-09-05
9. Г.Мальке, П. Гессинг Волоконно — оптические кабели, Corning Cable System, 2001
10. Квантовая электроника. Маленькая энциклопедия. "Советская энциклопедия", Москва, 1969г, 432 стр
11. Волоконные оптические линии связи. Справочник под ред.С.В. Свечникова и Л.М. Андрушко, Киев, Тэхника, 1988г.239 стр.
12. А.Г.Шереметьев Когерентная волоконно-оптическая связь.Москва, "Радио и Связь", 1991г. 192 стр.
13. Ф.Капассо, Т.Пирсолл, М.А.Поллак и др. под ред. У.Десанга. Техника оптической связи. Фотоприемники. «Мир», Москва, 1988.
В настоящее время Waveready поддерживает 8 CWDM каналов, определенных ITU.
А именно: 1470 nm, 1490 nm, 1510 nm, 1530 nm, 1550 nm, 1570 nm, 1590 nm и 1610 nm.
=======================
ОТ ТЕРА-ЭРЫ К ПЕТА-ЭРЕ. Е. М. Дианов ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК том 70, № 11, с. 1010-1015, 2000 г
Остановимся коротко на некоторых параметрах этих систем. Полная скорость передачи информации В = Nb, где N - число спектральных каналов; b - скорость передачи информации по одному каналу. В настоящее время величины b = 2.5; 5; 10; 20; 40 Гбит/с. Ведутся успешные работы по увеличению скорости передачи информации одного спектрального канала до 160 Гбит/с, при этом используется оптическое временное уплотнение информации. Число спектральных каналов достигает 100 и более. Полоса усиления современных оптических усилителей - 30-80 нм, она является одним из главных ограничений числа передаваемых каналов и полной скорости передачи информации. Что касается разности длин волн (частот) соседних каналов (нм), то в настоящее время эта величина находится, как правило, в диапазоне 0.2 (25 Ггц) - 0.75 (100 Ггц).
Рис. 2. Принципиальная схема волоконно-оптической системы связи со спектральным уплотнением каналов
Волоконные световоды. Использование спектрального уплотнения каналов делает неизбежными жесткие требования к свойствам волоконных световодов, прежде всего к дисперсии и эффективной площади моды. Это связано с тем, что в данном случае значительно увеличивается суммарная мощность всех сигналов и в световоде происходят нелинейные явления, прежде всего 4-волновое смешение, вызывающее перекрестные помехи. Если в волоконный световод вводятся N длин волн, то за счет 4-волнового смешения появляются 1/2N 2 (N-1) новых длин волн. Если же в области вводимых длин волн дисперсия световода близка к нулю, то выполняется условие фазового синхронизма и процесс идет очень эффективно.
Рис. 3. Спектр излучения на выходе волоконных световодов с различной величиной дисперсии при возбуждении световодов излучением четырех спектральных каналов вблизи длины волны 1546 нм
|
|
|
На рис. 3 [9] показана роль дисперсии в этом процессе. В волоконные световоды с дисперсией D = 0 и D = 2.5 пс/нм • км вводится излучение четырех спектральных каналов мощностью 2 мВт в каждом. На выходе световода длиной 50 км (чем длиннее световод, тем выше эффективность нелинейных процессов) с ненулевой дисперсией дополнительные длины волн не наблюдаются (вследствие 4-волнового смешения). В световоде же с нулевой дисперсией длиной 25 км эффективно идет 4-волновое смешение и ясно видны более 20 дополнительных длин волн.
Отсюда вытекает требование к волоконным световодам для систем со спектральным уплотнением каналов - отличная от нуля (но не очень большая) дисперсия на длинах волн несущего излучения, при этом изменение величины дисперсии в зависимости от длины волны должно быть минимально. Напомню, что для систем связи с одним спектральным каналом требовались световоды с нулевой дисперсией для увеличения скорости передачи информации, и такие световоды были разработаны: за счет структуры световода нуль дисперсии смещался от длины волны -1.3 мкм к длине волны 1.55 мкм. В результате для систем со спектральным уплотнением каналов разработаны специальные световоды - с ненулевой смещенной дисперсией. Другой путь снижения роли нелинейности - это увеличение диаметра сердцевины одномодового световода, точнее говоря, увеличение эффективной площади моды Аэф. В этом случае плотность мощности излучения сигналов уменьшается, приводя к существенному ослаблению нелинейных явлений. Такие одномодовые волоконные световоды с Аэф. > 80 мкм2 разработаны и используются в экспериментальных системах со спектральным уплотнением каналов.
|
|
|
