Технология разреженных систем WDM (CWDM). Особенности и применение

Технологии и средства связи №1, 2007, Н. Слепов

Развитие систем WDM (Wavelength Division Multiplexing), цель которых - увеличение ширины полосы канала связи для пользователя, шло сначала по интенсивному пути за счет сокращения шага оптических несущих [1]. Причина была в том, что рабочая полоса систем WDM ограничивалась полосой активного усиления оптических усилителей (ОУ) EDFA, составляющей 30 нм (1530-1560 нм). Системы развивались в направлении WDM -> DWDM (Dense WDM) -> HDWDM (High-Dense WDM), что вело не только к увеличению числа несущих (то есть к уменьшению их шага), но и к существенному удорожанию плотных (шаг 0,8-0,4 нм) и сверхплотных (шаг 0,2-0,1 нм) систем WDM. Последний фактор стал тормозить процесс их внедрения.

Экстенсивный путь развития систем WDM стал возможен только в последние несколько лет благодаря улучшению технологии оптического волокна (OВ), позволившей на порядок расширить рабочую полосу пропускания OВ: 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 систем WDM.

В результате появился новый класс решений WDM - разреженные системы WDM, или CWDM (Coarse WDM), в которых используется очень большой стандартный [2] шаг между несущими (20 нм) и дешевые средства их выделения - многослойные тонкопленочные оптические фильтры. Системы CWDM быстро завоевали признание специалистов и стали широко применяться в городских сетях (MAN), получив название систем WDM класса Metro.

В системах CWDM используется разреженная сетка длин волн со стандартным фиксированным расстоянием между несущими 20 нм [2]. Решения CWDM рассматриваются как дешевая замена более дорогих систем DWDM в тех случаях, когда пользователям требуется не более 8-16 каналов WDM.

Применение систем WDM такого класса стало возможным после того, как удалось ликвидировать "водяной" пик поглощения на кривой затухания ОВ в районе длины волны 1383 нм. В соответствии с рекомендацией МСЭ G.694.2 [2] следует использовать не более 18 несущих с фиксированным шагом 20 нм: 1270, 1290, 1310... 1570,1590,1610, если требуемый диапазон длин волн не превышает 340 нм. Естественно, что затухание на краях такого диапазона достаточно велико, особенно на его левом крае в области коротких волн. Поэтому при передаче сигнала по стандартному одномодовому волокну (SSF) число несущих следует ограничить 8 длинами волн, лежащими в диапазоне 1470-1610 нм шириной в 140 нм.

Если требуется использовать больше несущих, то, оставаясь в рамках стандарта CWDM, мы имеем, согласно [2], еще 200 нм полосы, или 10 дополнительных каналов с шагом 20 нм. Альтернативным вариантом является возврат к системам DWDM, однако это дорого и ведет к потере уже вложенных в систему CWDM средств. Другая альтернатива - использование гибридной модели частотно-волнового плана, позволяющей объединить частотные планы DWDM и волновые CWDM, а значит, и преимущества обеих систем: масштабируемость первой и дешевизну второй [3].

Гибридная модель частотного плана WDM

Для простоты модели ограничимся частотным планом DWDM с шагом 100 ГГц, а в CWDM рассмотрим восемь основных каналов в диапазоне 1470-1610 нм. На рис. 1 приведены оба плана с указанием области пересечения. В верхней части рисунка показан план DWDM с шагом 0,8 нм (полоса С) и пересекающаяся область, в нижней - план CWDM с шагом 20 нм, а на нем позиции полос С и L плана DWDM. Известно, что в каждой из полос С и L можно разместить по 41 стандартному каналу с шагом 100 ГГц [1].

Экономический фактор. Так, по оценкам одной из компаний - производителей оборудования WDM, секция системы (на основе STM-16/64) на 16 длин волн протяженностью 450-500 км с тремя промежуточными мультиплексорами, не обладающими возможностью оптического ввода-вывода, стоит примерно 1,5-2 млн дол.

Если взять, например, задачу выбора технологии, обеспечивающей пропускную способность волокна 40 Гбит/с, то нужно сравнить, как минимум, три конкурирующие технологии:

• SDH (с использованием одного мультиплексора STM-256);
• DWDM (с транспондером на 4 несущих и с 4 мультиплексорами SDH уровня STM-64 или с транспондером на 16 несущих с 16 мультиплексорами SDH уровня STM-16);
• CWDM (с транспондером на 16 несущих с 16 мультиплексорами SDH уровня STM-16).

Очевидно, что стоимость решения, использующего 16 несущих, будет существенно ниже у CDWM, чем у DWDM, и ниже, чем применение SDH. Однако в этом примере выбор CWDM оказывается тупиковым вариантом с точки зрения масштабируемости, так как при этом используется, по крайней мере, два предельных для этой технологии параметра (см. ниже): число несущих и скорость передачи сигнала. Это значит, что при развитии сети может возникнуть необходимость смены технологий и неизбежных при этом дополнительных затрат.

Гибридные системы CWDM позволяли широко использовать преимущества обоих типов систем и освоить радиально-кольцевые топологии [6]. Однако главным было то, что в результате переориентации на одномодовое ОВ и диапазон 1550 им появилась возможность устанавливать интерфейсные DWDM-карты и осуществлять реконфигурацию несущих каналов CWDM в несущие каналы DWDM со всеми вытекающими из этого преимуществами в плане масштабирования [11].

Оказалось, что в результате такого развития систем CWDM появилась возможность использовать CWDM на трех нижних уровнях четырехуровневой иерархии сетей:

• магистральные транспортные сети (верхний уровень);
• магистральные городские сети (средний уровень);
• развитые сети доступа (средний уровень);
• сети "последней/первой мили" (нижний уровень).

При этом местом реализации открытых систем CWDM стали сети "последней/первой мили",

Вариант реализации мультисервисной системы CWDM

В заключение покажем один из возможных вариантов реализации описанных сервисов в оборудовании на примере мультисервисной системы CWDM. Она позволяет агрегировать сигнальные потоки, формируемые сетевым оборудованием различных технологий, и может быть установлена на "последней/первой миле" и в сетях доступа. Операторы смогут предлагать пользователям различные услуги в рамках одной унифицированной оптической инфраструктуры благодаря объединению в устройстве следующих сервисов:

Системы спектрального уплотнения оптических каналов А.В. ШМАЛЬКО,

Технологии спектрального WDM (Wavelength Division Multiplexing) и плотного спектрльного уплотнения и разделения DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) оптических каналов являются сравнительно новыми для построения высокоскоростных магистральных линий и оптических сетей связи. Физико-технические основы спектрального уплотнения отических каналов для систем передачи и обработки информации были разработаны в 1970 - 1980 гг. В настоящее время системы WDM/DWDM являются основой для построения полностью оптических транспортных сетей, и для цифровых систем передачи (ЦСП) с временным разелением каналов TDM (Time Division Multiplexing), таких, например, как ЦСП синхронной цифровой иерархии (СЦИ/SDH Synchronous Digital Hierarchy), играют аналогичную роль, что и мультиплексирование с частотным разделением каналов для аналоговых систем передчи.

Использование новых достижений в технологии TDM позволило увеличить пропускную способность волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) до 10 Гбит/с и выше. Так, из-за влияния хроматической дисперсии ОВ при увеличении скорости передачи в ЦСП СЦИ/SDH (с лазером с шириной спектра не более 0,1 нм) от 2,5 Гбит/с (уровень STM-16) до 10 Гбит/с (STM-64) максимально возможная протяженность ВОЛС уменьшается в 16 раз.

В технологии WDM нет многих ограничений и трудностей, свойственных технологии TDM. Для повышения пропускной способности линии связи вместо увеличения скорости передачи в оптическом канале, как это делается в системах TDM, системы WDM позволяют увеличить число каналов (в данном случае - длин волн), применяемых в системах передачи. При этом в определенных случаях технология WDM позволяет увеличить пропускную способность существующей сети без дорогостоящей замены оптического кабеля.