Транспондер оптический что это
Технология DWDM
Плотное спектральное уплотнение DWDM (Dense Wavelength-Division Multiplexing) — это современная технология передачи большого числа оптических каналов по одному волокну, которая лежит в основе нового поколения сетевых технологий. В настоящее время телекоммуникационная индустрия претерпевает беспрецедентные изменения, связанные с переходом от голосо-ориентированных систем к системам передачи данных, что является следствием бурного развития Internet-технологий и разнообразных сетевых приложений. С крупномасштабным развертыванием сетей передачи данных происходит модификация самой архитектуры сетей. Именно поэтому требуются фундаментальные изменения в принципах проектирования, контроля и управления сетями. В основе нового поколения сетевых технологий лежат многоволновые оптические сети, базирующиеся на плотном волновом мультиплексировании DWDM.
Описание технологии
Самым важным параметром в технологии плотного волнового мультиплексирования бесспорно является расстояние между соседними каналами. Стандартизация пространственного расположения каналов нужна, уже хотя бы потому, что на ее основе можно будет начинать проведение тестов на взаимную совместимость оборудования разных производителей. Сектор по стандартизации телекоммуникаций Международного союза по электросвязи ITU-T утвердил частотный план DWDM с расстоянием между соседними каналами 100 ГГц (нм), (Табл.1). В тоже время большие дебаты продолжаются вокруг принятия частотного плана с еще меньшим расстоянием между каналами 50 ГГц (нм). Без понимания того, какие ограничения и преимущества имеет каждый частотный план, операторы связи и организации, планирующие наращивание пропускной способности сети, могут столкнуться со значительными трудностями и излишними инвестициями.
Сетка 100 ГГц
В рисунке 1 перечислены каналы DWDM в частотной сетке 100 ГГц, согласно рекомендациям ITU-T G.694.1. Все сетки, кроме одной — 500/400, имеют равноудаленные каналы. Равномерное распределение каналов позволяет оптимизировать работу волновых конвертеров, перестраиваемых лазеров и других устройств полностью оптической сети, а также позволяет легче выполнять ее наращивание.
Рисунок 1. Частотная сетка каналов DWDM 100 ГГц
Реализация той или иной сетки частотного плана во многом зависит от трех основных факторов:
Следует отметить, что все эти факторы тесно взаимосвязаны между собой.
Стандартные EDFA на кремниевом волокне имеют один недостаток — большую вариацию коэффициента усиления в области ниже 1540 нм, что приводит к более низким значениям соотношения сигнал/шум и нелинейности усиления в этой области. Одинаково нежелательны как сильно низкие, так и сильно высокие значения коэффициента усиления. С ростом полосы пропускания минимальное допустимое по стандарту соотношение сигнал/шум возрастает. Так для канала STM-64 оно на 4-7 дБ выше, чем для STM-16. Таким образом, нелинейность коэффициента усиления кремниевого EDFA сильней ограничивает размер зоны для мультиплексных каналов STM-64 (1540-1560 нм), нежели чем для каналов STM-16 и меньшей емкости (где можно использовать практически всю зону усиления кремниевого EDFA, несмотря на нелинейность).
Сетка 50 ГГц
Рисунок.2 Распределение каналов DWDM 50 Ггц и 100 ГГц
Более плотный, пока нестандартизированный частотный план сетки с интервалом 50 ГГц позволяет эффективней использовать зону 1540-1560 нм, в которой работают стандартные кремниевые EDFA. Наряду с этим преимуществом у данной сетки есть свои минусы.
Во-первых, с уменьшением межканальных интервалов возрастает влияние эффекта четырехволнового смешивания, что начинает ограничивать максимальную длину межрегенерационной линии (линии на основе только оптических усилителей).
Во-вторых, малое межканальное расстояние
0,4 нм может ограничить возможность мультиплексирования каналов STM-64. Как видно из рисунка, мультиплексирование каналов STM-64 c интервалом 50 ГГц не допустимо, поскольку тогда возникает перекрытие спектров соседних каналов. Только в случае, если имеет место меньшая скорость передачи в расчете на канал (STM-4 и ниже), перекрытия спектров не возникает.
В-третьих, при интервале 50 ГГц требования к перестраиваемым лазерам, мультиплексорам и другим компонентам становятся более жесткими, что снижает число потенциальных производителей оборудования, а также ведет к увеличению его стоимости.
Мультиплексоры DWDM
В отличии от более традиционных WDM, мультиплексоры DWDM имеют две особенности:
Кроме этого, поскольку мультиплексоры DWDM рассчитаны на работу с большим числом каналов — до 32 и более, то наряду с устройствами DWDM, в которых мультиплексируются (демультиплексируются) одновременно все каналы, допускается использование других устройств, не имеющих аналогов в системах WDM и работающих в режиме добавления/вывода одного и более каналов в/из основного мультиплексного потока, представленного большим числом других каналов. Так как выходные порты/полюса демультиплексора закреплены за определенными длинами волн, то говорят, что такое устройство осуществляет пассивную маршрутизацию по длинам волн. Из-за малых расстояний между каналами и необходимости работы с большим числом каналов одновременно, изготовление мультиплексоров DWDM требует значительно большей прецизионности по сравнению c WDM-мультиплексорами (использующими обычно окна прозрачности 1310 нм, 1550 нм или дополнительно область длин волн в окрестности 1650 нм). Также важно обеспечить высокие характеристики по ближним (коэффициент направленности) и дальним (изоляция) переходным помехам на полюсах DWDM-устройства. Все это приводит к более высокой стоимости DWDM-устройств по сравнению WDM.
Рисунок 3. Схема построения DWDM-мультиплексора
На рисунке 3(а) представлена типовая схема DWDM-мультиплексора с зеркальным отражательным элементом. Рассмотрим его работу в режиме демультиплексирования. Приходящий мультиплексный сигнал попадает на входной порт. Затем этот сигнал проходит через волновод-пластину и распределяется по множеству волноводов, представляющих дифракционную структуру AWG (Arrayed Waveguide Grating). По-прежнему сигнал в каждом из волноводов остается мультиплексным, а каждый канал остается представленным во всех волноводах. Далее происходит отражение сигналов от зеркальной поверхности и в итоге световые потоки вновь собираются в волноводе-пластине, где происходит их фокусировка и интерференция — образуются пространственно разнесенные интерференционные максимумы интенсивности, соответствующие разным каналам. Геометрия волновода-пластины, в частности расположение выходных полюсов и длины волноводов структуры AWG, рассчитываются таким образом, чтобы интерференционные максимумы совпадали с выходными полюсами. Мультиплексирование происходит обратным путем.
На рисунке 3(б) представлен другой способ построения мультиплексора, который базируется не на одной, а на паре волноводов-пластин. Принцип действия такого устройства аналогичен предыдущему случаю, за исключением того, что здесь для фокусировки и интерференции используется дополнительная пластина.
Транспондеры и трансиверы
Для передачи данных на длине волны из сетки DWDM можно использовать два типа устройств — трансиверы и транспондеры DWDM. Трансиверы DWDM обладают различными форм-факторами и могут использоваться в пассивных решениях DWDM.
Рисунок 4. Схема транспондера
В отличии от трансиверов, транспондеры позволяют преобразовать длину волны излучения оконечного устройства в длину волны DWDM для передачи в мультиплексор. На входы оптического мультиплексора поступают оптические сигналы, параметры которых соответствуют стандартам, определенным рекомендациями G.692. Транспондер может иметь разное количество оптических входов и выходов, но, если на любой вход транспондера может быть подан оптический сигнал, параметры которого определены рек. G.957, то выходные его сигналы должны по параметрам соответствовать рек. G.692. При этом, если уплотняется m оптических сигналов, то на выходе транспондера длина волны каждого канала должна соответствовать только одному из них в соответствии с сеткой частотного плана ITU.
Применение оптических усилителей
Развитие технологии оптического усиления на основе EDFA сильно изменило методологию конструирования волоконно-оптических систем связи. Традиционные волоконно-оптические системы используют повторители-регенераторы, повышающие мощность сигнала, (Рис. 5а). Когда длина между удаленными узлами начинает превосходить по условиям затухания сигнала максимально допустимую длину пролета между соседними узлами, в промежуточных точках устанавливаются дополнительные регенераторы, которые принимают слабый сигнал. Далее регенераторы усиливают этот сигнал в процессе оптоэлектронного преобразования, восстанавливают скважность, фронты и временные характеристики следования импульсов. После преобразования в оптическую форму передают дальше правильный усиленный сигнал в том же виде, в каком он был на выходе предыдущего регенератора.
Хотя такие системы регенерации работают хорошо, они являются весьма дорогими и, будучи установленными, не могут наращивать пропускную способность линии.
Рисунок 5. Схема решений с использованием оптических усилителей
На основе EDFA потери мощности в линии преодолеваются путем оптического усиления, (Рис.5б). В отличии от регенераторов, такое «прозрачное» усиление не привязано к битовой скорости сигнала, что позволяет передавать информацию на более высоких скоростях и наращивать пропускную способность до тех пор, пока не вступают в силу другие ограничивающие факторы, такие как хроматическая дисперсия и поляризационная модовая дисперсия. Также усилители EDFA способны усиливать многоканальный WDM сигнал, добавляя еще одно измерение в пропускную емкость.
Хотя оптический сигнал, генерируемый исходным лазерным передатчиком, имеет вполне определенную поляризацию все остальные узлы на пути следования оптического сигнала, включая оптический приёмник, должны проявлять слабую зависимость своих параметров от направления поляризации. В этом смысле оптические усилители EDFA, характеризуясь слабой поляризационной зависимостью коэффициента усиления, имеют ощутимое преимущество перед полупроводниковыми усилителями.
В отличии от регенераторов оптические усилители вносят дополнительный шум, который необходимо учитывать. Поэтому наряду с коэффициентом усиления одним из важных параметров EDFA является коэффициент шума.
Применение устройств ROADM
Использование перенастраиваемого оптического мультиплексора ввода/вывода (ROADM) дает возможность гибкого развертывания и удаленного конфигурирования спектральных каналов.
Рисунок 6. Типовая схема использования ROADM в системах DWDM
На любом узле сети ROADM возможно переключение состояния спектрального канала на ввод/вывод и сквозную передачу без прерывания действующих услуг. При работе с перестраиваемым лазером ROADM обеспечивает гибкое управление спектральными каналами. ROADM позволяют строить сети с несколькими кольцами или смешанные сети на основе технологии селекторного переключения спектральных каналов (WSS).
Построение сетей DWDM
Городские DWDM-сети, как правило, строят с использованием кольцевой архитектуры, что позволяет применять механизмы защиты на уровне DWDM при скорости восстановления не более 50 мс. Возможно построение сетевой инфраструктуры на оборудовании нескольких производителей с дополнительным уровнем распределения на базе оборудования Metro DWDM. Этот уровень вводится для организации обмена трафиком между сетями с оборудованием разных фирм.
Рисунок 7. Система уплотнения DWDM с усилением сигнала
В технологии DWDM минимальная дискретность сигнала — это оптический канал или длина волны. Использование целых длин волн с емкостью канала 2,5 или 10 Гбит/с для обмена трафиком между подсетями оправдано для построения больших транспортных сетей. Но транспондеры-мультиплексоры позволяют организовать обмен трафиком между подсетями на уровне сигналов STM-4/STM-1/GE. Уровень распределения можно строить и на базе SDH-технологии. Но DWDM имеет большое преимущество, связанное с прозрачностью каналов управления и служебных каналов (например, служебной связи). При упаковке SDH/ATM/IP-сигналов в оптический канал структура и содержимое пакетов не изменяются. Системы DWDM проводят только мониторинг отдельных байтов для контроля правильности прохождения сигналов. Поэтому соединение подсетей по инфраструктуре DWDM на отдельно взятой длине волны можно рассматривать как соединение парой оптических кабелей.
При использовании оборудования разных производителей, две подсети передачи данных одного производителя соединяют через DWDM-сеть другого производителя. Система управления, подсоединенная физически к одной подсети, может управлять и работой другой подсети. Если бы на уровне распределения использовалось SDH-оборудование, то это было бы невозможно. Таким образом, на базе DWDM сетей можно объединять сети разных производителей для передачи разнородного трафика.
Обзор технологии DWDM и компонентов системы DWDM
Irving
Телекоммуникации широко используют оптические методы, в которых несущая волна относится к классической оптической области. Волновая модуляция позволяет передавать аналоговые или цифровые сигналы до нескольких гигагерц (ГГц) или гигабит в секунду (Гбит/с) на несущей очень высокой частоты, обычно от 186 до 196 ТГц. Фактически, битрейт может быть увеличен еще больше, используя несколько несущих волн, которые распространяются без существенного взаимодействия на одном волокне. Очевидно, что каждой частоте соответствует своя длина волны. Плотное мультиплексирование с разделением длин волн (DWDM) зарезервировано для очень близкого интервала частот. Этот блог охватывает введение в технологию DWDM и компоненты системы DWDM. Работа каждого компонента обсуждается отдельно, а вся структура фундаментальной DWDM-системы показана в конце этого блога.
Введение в технологию DWDM
Технология DWDM-это расширение оптической сети. Устройства DWDM (мультиплексор или Mux для краткости) объединяют выходные данные нескольких оптических передатчиков для передачи по одному оптическому волокну. На приемном конце другое устройство DWDM (демультиплексор, или сокращенно Demux) разделяет объединенные оптические сигналы и передает каждый канал в оптический приемник. Между устройствами DWDM используется только одно оптическое волокно (для каждого направления передачи). Вместо того чтобы требовать одного оптического волокна на пару передатчика и приемника, DWDM позволяет нескольким оптическим каналам занимать один волоконно-оптический кабель. Как показано ниже, благодаря использованию высококачественной Гауссовой технологии AAWG, FS DWDM Mux/Demux обеспечивает низкие вносимые потери (типичные 3,5 дБ) и высокую надежность. Благодаря модернизированной структуре эти DWDM-мультиплексоры и демультиплексоры могут обеспечить более легкую установку.
DWDM-это тип мультиплексирования с частотным разделением (FDM). Фундаментальное свойство света состоит в том, что отдельные световые волны различных длин волн могут сосуществовать независимо друг от друга в среде. Лазеры способны создавать импульсы света с очень точной длиной волны. Каждая отдельная длина волны света может представлять собой отдельный канал информации. Комбинируя световые импульсы различных длин волн, можно одновременно передавать множество каналов по одному волокну. Волоконно-оптические системы используют световые сигналы в инфракрасном диапазоне (длина волны от 1 мм до 750 Нм) электромагнитного спектра. Частоты света в оптическом диапазоне электромагнитного спектра обычно идентифицируются по их длине волны, хотя частота (расстояние между лямбдами) обеспечивает более конкретную идентификацию.
Компоненты системы DWDM
Система DWDM обычно состоит из пяти компонентов: оптические передатчики/приемники, фильтры DWDM Mux/DeMux, оптические мультиплексоры Add/Drop (OADMs), оптические усилители, транспондеры (преобразователи длин волн).
Оптические передатчики/приемники
Передатчики описываются как компоненты DWDM, поскольку они обеспечивают исходные сигналы, которые затем мультиплексируются. Характеристики оптических передатчиков, используемых в системах DWDM, очень важны для проектирования систем. В качестве источников света в системе DWDM используются несколько оптических передатчиков. Входящие биты электрических данных (0 или 1) запускают модуляцию светового потока (например, вспышка света = 1, отсутствие света = 0). Лазеры создают импульсы света. Каждый световой импульс имеет точную длину волны (лямбда), выраженную в нанометрах (Нм). В системе на основе оптических носителей поток цифровой информации передается на устройство физического уровня, выход которого представляет собой источник света (светодиод или лазер), который взаимодействует с волоконно-оптическим кабелем. Это устройство преобразует поступающий цифровой сигнал из электрической (электроны) в оптическую (фотоны) форму (электрическое преобразование в оптическое, E-O). Электрические единицы и нули запускают источник света, который мигает (например, light = 1, little or no light =0) светом в сердцевину оптического волокна. Конвертация E-O не влияет на трафик. Формат базового цифрового сигнала остается неизменным. Импульсы света распространяются по оптическому волокну путем полного внутреннего отражения. На приемном конце другой оптический датчик (фотодиод) обнаруживает световые импульсы и преобразует входящий оптический сигнал обратно в электрическую форму. Пара волокон обычно соединяет любые два устройства (одно передающее волокно, одно принимающее волокно).
Системы DWDM требуют очень точных длин волн света, чтобы работать без межканальных искажений или перекрестных помех. Несколько отдельных лазеров обычно используются для создания отдельных каналов системы DWDM. Каждый лазер работает на немного другой длине волны. Современные системы работают на частотах 200, 100 и 50 ГГц. В настоящее время исследуются новые системы, поддерживающие интервал 25 ГГц и интервал 12,5 ГГц. Как правило, DWDM трансиверы (DWDM SFP, DWDM SFP+, DWDM XFP и др.), работающие на частотах 100 и 50 ГГц, можно найти на рынке в настоящее время.
DWDM Mux/Demux фильтры
Несколько длин волн (все в диапазоне 1550 нм), создаваемых несколькими передатчиками и работающих на разных волокнах, объединяются в одно волокно с помощью оптического фильтра (Mux filter). Выходной сигнал оптического мультиплексора называется составным сигналом. На приемном конце оптический капельный фильтр (фильтр DeMux) разделяет все отдельные длины волн композитного сигнала на отдельные волокна. Отдельные волокна передают демультиплексированные длины волн как можно большему числу оптических приемников. Как правило, компоненты Mux и Demux (передача и прием) содержатся в одном корпусе. Оптические устройства Mux/DeMux могут быть пассивными. Компонентные сигналы мультиплексируются и демультиплексируются оптически, а не электронно, поэтому внешний источник питания не требуется. На рисунке ниже показана двунаправленная работа DWDM. N световых импульсов N различных длин волн, переносимых N различными волокнами, объединяются с помощью DWDM Mux. Сигналы N мультиплексируются на пару оптических волокон. А Демультиплексоры спектрального уплотнения, принимает композитный сигнал и разделяет каждую из компонентных сигналов N и передает их на волокна. Стрелки передаваемого и принимаемого сигналов представляют собой клиентское оборудование. Это требует использования пары оптических волокон: одно для передачи, другое для приема.
Оптические мультиплексоры Add/Drop
Оптические мультиплексоры add/drop (т. е. OADMs) имеют другую функцию «Add/Drop», по сравнению с фильтрами Mux/Demux. Вот рисунок, который показывает работу 1-канального DWDM OADM. Этот OADM предназначен только для добавления или удаления оптических сигналов с определенной длиной волны. Слева направо входящий составной сигнал разбивается на две составляющие: отбрасывание и прохождение. OADM отбрасывает только красный поток оптического сигнала. Отброшенный поток сигнала передается приемнику клиентского устройства. Остальные оптические сигналы, проходящие через OADM, мультиплексируются с новым потоком сигналов add. OADM добавляет новый красный поток оптического сигнала, который работает на той же длине волны, что и отброшенный сигнал. Новый поток оптического сигнала объединяется с проходными сигналами для формирования нового композитного сигнала.
OADM предназначен для работы на длинах волн DWDM сети называют сети DWDM OADM, работая при длин волны CWDM называются CWDM OADM. И то, и другое сейчас можно найти на рынке.
Оптический усилитель
Транспондеры (преобразователи длин волн)/OEO
Транспондеры обычно используются в системах WDM (от 2,5 до 40 Гбит / с), включая не только системы DWDM, но и системы CWDM. И приемоответчики WDM (конвертеры OEO) могут прийти с различными портами модуля (SFP к SFP, SFP+ к SFP+, XFP к XFP, etc.).
Как компоненты системы DWDM работают вместе с технологией DWDM
Поскольку система DWDM состоит из этих пяти компонентов, как они работают вместе? Следующие шаги дают ответ (также вы можете увидеть всю структуру фундаментальной DWDM-системы на рисунке ниже):
1. Транспондер принимает входной сигнал в виде стандартного одномодового или многомодового лазерного импульса. Входные данные могут поступать с различных физических носителей и различных протоколов и типов трафика.
2. Длина волны входного сигнала транспондера отображается на длину волны DWDM.
3. Длины волн DWDM от транспондера мультиплексируются с сигналами от прямого интерфейса для формирования композитного оптического сигнала, который запускается в волокно.
4. Пост-усилитель (усилитель-усилитель) повышает силу оптического сигнала, когда он покидает мультиплексор.
5. OADM используется в удаленном месте для отбрасывания и добавления битовых потоков определенной длины волны.
6. Дополнительные оптические усилители могут быть использованы вдоль волоконного пролета (встроенный усилитель) по мере необходимости.
7. Предварительный усилитель усиливает сигнал до того, как он поступает в демультиплексор.
8. Входящий сигнал демультиплексируется на отдельные длины волн DWDM.
9. Отдельные лямбды DWDM либо сопоставляются с требуемым типом вывода через транспондер, либо передаются непосредственно на клиентское оборудование.
Используя технологию DWDM, системы DWDM обеспечивают пропускную способность для больших объемов данных. На самом деле, емкость систем DWDM растет по мере развития технологий, которые позволяют более близкое расстояние, а следовательно, и более высокое число длин волн. Но DWDM также выходит за рамки транспорта, чтобы стать основой полностью оптической сети с выделением длины волны и защитой на основе сетки. Коммутация на фотонном уровне будет способствовать этой эволюции, как и протоколы маршрутизации, которые позволяют световым путям пересекать сеть почти так же, как это делают сегодня виртуальные схемы. С развитием технологий DWDM-системы могут нуждаться в более совершенных компонентах, чтобы иметь большие преимущества.
Основы технологии DWDM
Быстрая навигация по главам:
Введение в технологию DWDM
С термином «DWDM» сегодня связан обширный круг технологий, решений и стандартов в области связи и передачи данных. Постоянно появляющиеся типы сервисов и новые пользовательские приложения создают все большую нагрузку на магистральную транспортную сеть. Это значит, что для транспортировки высокоскоростного трафика требуется технология передачи данных, которая, с одной стороны, обладает достаточной производительностью, с другой предоставляет оператору возможности масштабирования сети без изменения инфраструктуры. Этим требованиям удовлетворяет технология спектрального мультиплексирования (WDM –Wavelength Division Multiplexing), которая уже почти 30 лет является основной технологией построения магистральных волоконно-оптических сетей связи.
Первые WDM-системы были двухканальными с передачей на длинах волн 1310 и 1550 нм. Несколько позже появились многоканальные решения: CWDM (Сoarse Wavelength Division Multiplexing – грубое спектральное уплотнение) и DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing – плотное спектральное уплотнение), где названия говорят о плотности расположения информационных каналов в оптическом спектре.
CWDM – технология грубого спектрального уплотнения, обеспечивающая передачу в широком диапазоне от 1260 до 1625 нм до 18 оптических каналов с шагом 20 нм между ними. CWDM-система не предполагает наличия в линии оптических усилителей, так как большинство каналов не входит в рабочий диапазон длин волн эрбиевого усилителя, а значит, максимальная длина регенерационного участка ограничена параметрами трансиверов и физическими свойствами волокна. Однако благодаря большему межканальному расстоянию снижаются требования к конструкции приемопередающих модулей (трансиверов) и пассивной оптики, в частности мультиплексоров. Как следствие, и стоимость CWDM-решений меньше по сравнению с DWDM.
Таким образом, применение технологии грубого спектрального уплотнения целесообразно там, где требуется недорогое решение с небольшим расстоянием между абонентами, необходимая пропускная способность не превышает 10 Гбит/с на канал, а масштабирование системы в сторону существенного увеличения числа несущих не предусмотрено.
Технология передачи DWDM создает базис для организации гибких высокоскоростных интеллектуальных сетей, обеспечивая прозрачную передачу постоянно растущего трафика, в том числе чувствительного к задержкам. Технология поддерживает скорости от 150 Мбит/с до 400 Гбит/с на одну длину волны. У ряда вендоров в активной разработке находятся 600-гигабитные решения.
DWDM может применяться не только для организации магистральных систем связи между крупными населенными пунктами, но и в городских оптических сетях.
Еще один тренд развития DWDM-систем задают крупнейшие центры обработки данных, которые подталкивают разработчиков и производителей оборудования вырабатывать новые технические решения для увеличения емкости существующих систем передачи по оптическим волокнам, что для операторов обозначает удешевление в пересчете на бит/с. Новое направление, где в скором времени технология окажется востребованной, – агрегация и прозрачная передача трафика, критичного к задержкам. Так, транспортное ядро развивающихся сетей 5G будет, несомненно, построено по принципу DWDM.
В крупнейшем ЦОДе ПАО «Сбербанк» в Сколково установлены DWDM-системы «Волга» российского производства.
Основные компоненты DWDM-системы
Транспондеры/мукспондеры
Адаптация клиентских сигналов к сетям DWDM может быть проведена с помощью блоков транспондеров и мукспондеров (агрегирующих транспондеров). Эти блоки применяются для преобразования несущей длины волны сигнала, поступающего от клиентского оборудования, к установленному частотному плану WDM, оптического сигнала, приходящего из линии, – к несущей длине волны клиентского оборудования, то есть совмещают в себе как передающую, так и приемную часть.
Рассмотрим более подробно функционал транспондеров и мукспондеров в общем виде, а далее поясним разницу между ними. Оба устройства осуществляют передачу линейного сигнала на нужной длине волны в рамках выбранного формата спектрального уплотнения. Компоненты в составе передающей части (лазеры и модуляторы), а также алгоритмы упреждающей коррекции ошибок (FEC – Forward Error Correction) обеспечивают достаточную его устойчивость к шумам и искажениям. Использование в блоках транспондеров/ мукспондеров современных форматов модуляции позволяет обеспечивать высокую пропускную способность сети. С другой стороны, приемо-передающие модули обеспечивают прозрачное преобразование различных клиентских интерфейсов в линейный с возможностями мониторинга и контроля ошибок.
Расширяют функционал транспондеров и мукспондеров за счет поддержки решений операторского класса: принимаются меры по увеличению надежности, времени непрерывной работы, снижению времени перезапуска; обеспечивается удаленный мониторинг. Современные модули могут поддерживать программно-управляемую архитектуру сети SDN (Software Defined Network). Транспондер имеет число выходных портов, равное числу клиентских. В зависимости от реализации, он может обладать функцией внутренней коммутации или жестко связывать входные и выходные порты друг с другом попарно.
В случае применения технологии OTN (Optical Transport Network), работающей в связке с DWDM и обеспечивающей перенос разнородного трафика на оптический уровень, задача устройства сводится к инкапсуляции клиентского сигнала в кадры низкого порядка ODU (Optical Data Unit), добавлению заголовка для процедуры коррекции ошибок FEC и формированию выходного цифрового кадра. Такая процедура называется отображением, а выходной цифровой кадр, модулирующий оптическую несущую, – OTU (Optical Transport Unit).
SD-FEC является алгоритмом кодирования третьего поколения, обеспечивающим передачу данных для оптических сетей 100G на большие расстояния и с большими ретрансляционными участками.
В отличие от транспондера, мукспондер не просто преобразует клиентский сигнал в формат кадра OTN, но и выполняет функции цифрового мультиплексирования. Так же, как и в транспондере, на первом этапе данные клиента размещаются в кадры низкого порядка (в OTN их часто называют Tributary ODU). Мультиплексор OTN синхронно мультиплексирует ODU низкого порядка в ODU высокого порядка (Line ODU).
По групповому кадру рассчитывается контрольная сумма, и на выходе мультиплексора формируется только один линейный кадр OTU. Соответственно, мукспондер формирует один оптический канал. Длина волны излучения, как правило, перестраивается в рабочем диапазоне.
На стороне приема сигналы, поступающие на вход транспондера, детектируются и восстанавливаются цифровым фотоприемником. В случае реализованной процедуры коррекции ошибок FEC соответствующие блоки обнаруживают и устраняют ошибки, возникающие в процессе распространения сигнала по линии связи.
Основные компоненты DWDM-системы:
Рисунок 1. Общий вид WDM-системы с передачей по одному волокну оптических сигналов на разных длинах волн
Существует множество FEC-алгоритмов кодирования, которые различаются по сложности и производительности. Одним из наиболее распространенных кодов первого поколения FEC является код «Рида – Соломона» (255, 239).
Оптические мультиплексоры
Все транспондеры (мукспондеры) подключаются к оптическому терминальному мультиплексору – пассивному устройству, позволяющему объединять сформированные ранее оптические каналы в одно оптическое волокно. На приемной стороне происходит демультиплексирование оптического сигнала – операция, обратная процедуре мультиплексирования. Именно мультиплексоры/демультиплексоры являются WDM-устройствами в чистом виде, так как их параметры и определяют частотный план системы связи: плотность расположения каналов, их количество, полосу пропускания по каждому каналу.
Фиксированные многоканальные мультиплексоры изготавливаются на основе AWG-решеток (Array Waveguide Grating), а малоканальные могут быть реализованы в виде набора тонкопленочных TFFфильтров (Thin Film Filter). Потери на канал в мультиплексорах на основе AWG-решеток не зависят от числа каналов и составляют примерно 5 дБ.
Для малоканальных мультиплексоров потери определяются числом последовательно включенных фильтров (обычно число каналов N = 2^m, где m = 1 – 4 –количество последовательно включенных фильтров) и составляют от 1,5 до 6 дБ. Ограничение на количество каналов (8 – 16) малоканальных мультиплексоров вызвано тем, что потери в каскаде фильтров сравниваются с потерями в AWG-решетке многоканального мультиплексора.
Для формирования равномерного группового сигнала устройства могут содержать в своем составе управляемые оптические аттенюаторы для каждого мультиплексируемого канала. Кроме того, они могут быть оборудованы измерителями канальной мощности для удаленного мониторинга спектра каналов, а также мониторным разъемом для подключения измерительного оборудования без разрыва оптической линии.
Реконфигурируемые оптические мультиплексоры ввода-вывода ROADM
Отдельного рассмотрения требует группа программно-реконфигурируемых мультиплексоров ввода-вывода. Если фиксированные мультиплексоры (OADM) жестко определяют маршруты каналов, то гибкость и масштабируемость системы может быть обеспечена с помощью реконфигурируемого мультиплексора – ROADM (Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer), который программно изменяет распределение каналов по волокнам (рисунок 2).
Рисунок 2. Принцип работы реконфигурируемого мультиплексора ввода-вывода (ROADM)