Методы мониторинга в системах DWDM (Часть 1)



    Основным принципом технологии WDM (Wavelength-division multiplexing, частотное разделение каналов) является возможность передавать в одном оптическом волокне множество сигналов на различных несущих длинах волн. В российском телекоме системы передачи, созданные с помощью технологии WDM, называют «системы уплотнения».



    На данный момент существуют три типа WDM-систем:
    1. CWDM (Coarse Wavelength-division multiplexing — грубое частотное разделение каналов) —системы с разносом оптических несущих на 20 нм (2500 ГГц). Рабочий диапазон 1261-1611 нм, в котором можно реализовать до 18 симплексных каналов. Стандарт МСЭ G.694.2.
    2. DWDM (Dense Wavelength-division multiplexing — плотное частотное разделение каналов) — системы с разносом оптических несущих на 0,8 нм (100 ГГц). Существуют два рабочих диапазона — 1525-1565 нм и 1570-1610 нм, в которых можно реализовать до 44 симплексных каналов. Стандарт МСЭ G.694.1.
    3. HDWDM (High Dense Wavelength-division multiplexing — высокоплотное частотное разделение каналов) — системы с разносом оптических несущих на 0,4 нм (50 ГГц) и менее. Возможна реализация до 80 симплексных каналов.



    В данной статье (обзоре) уделено внимание проблеме мониторинга в системах уплотнения DWDM, более подробно о различных типах WDM-систем можно ознакомиться по ссылке — ссылка.

    Системы спектрального уплотнения DWDM могут использовать один из двух диапазонов несущих длин волн: С-диапазон — 1525-1565 нм (также может встречаться conventional band или C-band) и L-диапазон — 1570-1610 нм (также может встречаться long wavelength band или L-band).

    Деление на два диапазона обосновано использованием разных оптических усилителей с различными рабочими диапазонами усиления. Ширина полосы усиления для традиционной конфигурации усилителя составляет примерно 30 нм, 1530-1560 нм, что является С-диапазоном. Для усиления в длинноволновом диапазоне (L-диапазон) конфигурация эрбиевого усилителя меняется путем удлинения эрбиевого волокна, что приводит к смещению диапазона усиления в длины волн 1560-1600 нм.



    На данный момент в российском телекоме большое признание получило оборудование DWDM C-диапазона. Связано это с обилием различного оборудования, поддерживающего данный диапазон. Следует отметить, что производителями оборудования выступают как маститые отечественные компании и ведущие мировые бренды, так и многочисленные безликие азиатские производители.

    Основным вопросом на любом участке системы уплотнения (в независимости от типа) является уровень мощности в оптическом канале. Для начала следует разобраться, из чего обычно состоит система уплотнения DWDM.

    Компоненты DWDM-системы:
    1) Транспондер
    2) Мультиплексор/демультиплексор
    3) Оптический усилитель
    4) Компенсатор хроматической дисперсии



    Транспондер производит 3R-регенерацию («reshaping, «re-amplifying», «retiming» —восстановление формы, мощности и синхронизации сигнала) приходящего клиентского оптического сигнала. Транспондер может производить также конвертацию клиентского трафика из одного протокола передачи (зачастую Ethernet) в другой, более помехозащищенный (например, OTN с использованием FEC) и передавать сигнал в линейный порт.



    В более простых системах в роли транспондера может выступать OEO-преобразователь, который производит 2R-регенерацию («reshaping», «re-amplifying») и без изменения протокола передачи передает клиентский сигнал в линейный порт.



    Клиентский порт зачастую выполняется в виде слота для оптических трансиверов, в который вставляется модуль для связи с клиентским оборудованием. Линейный порт в транспондере может быть выполнен в виде слота для оптического трансивера или в виде простого оптического адаптера. Исполнение линейного порта зависит от конструктива и назначения системы в целом. В OEO-преобразователе линейный порт всегда выполнен в виде слота для оптического трансивера.
    Во многих системах промежуточное звено — транспондер, исключается в целях снижения стоимости системы или из-за функциональной избыточности в конкретной задаче.

    Оптические мультиплексоры предназначены для объединения (смешения) отдельных WDM-каналов в групповой сигнал для одновременной их передачи по одному оптическому волокну. Оптические демультиплексоры предназначены для разделения принятого группового сигнала на приемной стороне. В современных системах уплотнения, функции мультиплексирования и демультиплексирования выполняет одно устройство — мультиплексор/демультиплексор (MUX/DEMUX).



    Мультиплексор/демультиплексор условно можно разделить на блок мультиплексирования и блок демультиплексирования.
    Оптический усилитель на основе примесного оптического волокна, легированного эрбием (Erbium Doped Fibre Amplifier-EDFA), увеличивает мощность входящего в него группового (без предварительного демультиплексирования) оптического сигнала без оптоэлектронного преобразования. Усилитель EDFA состоит из двух активных элементов: активного волокна, легированного Ег3+ и подходящей накачки.



    В зависимости от типа, EDFA может обеспечить выходную мощность от +16 до +26 дБм.
    Существует несколько видов усилителей, применение которых определяется конкретной задачей:
    • Входные оптические усилители мощности (бустеры) — устанавливаются в начале трассы
    • Оптические предусилители — устанавливаются в конце трассы перед оптическими приемниками
    • Линейные оптические усилители — устанавливаются на промежуточных узлах усиления для поддержания необходимой оптической мощности

    Оптические усилители широко применяются на протяженных линиях передачи данных с системами спектрального уплотнения DWDM.

    Компенсатор хроматической дисперсии (Dispersion Compensation Module) предназначен для исправления формы оптических сигналов, передаваемых в оптическом волокне, которые, в свою очередь, искажаются под влиянием хроматической дисперсии.

    Хроматическая дисперсия — физическое явление в оптическом волокне, заключающееся в том, что световые сигналы с разными длинами волн проходят одно и то же расстояние за разный промежуток времени и в результате чего происходит уширение передаваемого оптического импульса. Таким образом, хроматическая дисперсия является одним из основных факторов, ограничивающим протяженность ретрансляционного участка трассы. Стандартное волокно имеет значение хроматической дисперсии около 17 пс/нм.

    Для увеличения протяженности ретрансляционного участка на линии передачи устанавливаются компенсаторы хроматической дисперсии. Установка компенсаторов зачастую требует линии передачи со скоростью 10 Гбит/с и более.

    Существуют два основных типа DCM:

    1. Волокно, компенсирующее хроматическую дисперсию — DCF (Dispersion Compensation Fiber). Основной составляющей частью данных пассивных устройств является волокно с отрицательным значением хроматической дисперсии в диапазоне длин волн 1525-1565 нм.



    2. Компенсатор хроматической дисперсии на основе решетки Брэгга — DCM FBG (Dispersion Compensation Module Fiber Bragg Grating). Пассивное оптическое устройство, состоящее из чирпированного волокна и оптического циркулятора. Чирпированное волокно за счет структуры создает условно отрицательную хроматическую дисперсию входящих сигналов в диапазоне длин волн 1525-1600 нм. Оптический циркулятор в устройстве выполняет роль фильтрующего устройства, направляющего сигналы в соответствующие выводы.

    Таким образом, стандартная схема состоит всего из двух типов активных компонентов —транспондер и усилитель, с помощью которых можно отслеживать текущий уровень мощности передаваемых сигналов. В транспондерах реализована функция мониторинга состояния линейных портов либо на основе встроенной функции DDMI в оптические трансиверы, либо с организацией собственного мониторинга. Использование данной функции позволяет оператору получать актуальную информацию о состоянии определенного канала связи.

    По причине того, что оптические усилители представляют собой усилители с обратной связью, в них всегда присутствует функция мониторинга входного группового сигнала (суммарная оптическая мощность всех входящих сигналов) и исходящего группового сигнала. Но данный мониторинг неудобен в случае контроля конкретных каналов связи и может использоваться как оценочный (наличие или отсутствие света). Таким образом, единственным инструментом контроля оптической мощности в канале передачи данных является транспондер.

    А так как системы уплотнения состоят не только из активных, но и из пассивных элементов, организация полноценного мониторинга в системах уплотнения является весьма нетривиальной и востребованной задачей.

    Варианты организации мониторинга в системах уплотнения WDM будут рассмотрены в следующей статье.

    Share post

    Comments 16

      0
      Достаточно доступно расписано. Делая первое фото долго фокусировались? :)
        0
        Если честно, то первую фотографию стянул из великого и необъятного, каюсь, грешен! Надеюсь что материал будет полезен, в той или иной форме.
        0
        Перешел по ссылке в статье, новогодние шары манят…
          0
          Шары классные, но статьи у них лучше!:)
          0
          Хотелось бы узнать, будет ли в будущем рассматриваться тема когерентного приёма?
            0
            Добрый день, естественно будет! Но я думаю что не в ближайшее время!
            Возможно вам интересны еще какие-то темы?
              0
              Было бы неплохо увидеть статью посвященную методикам измерений в системах DWDM, но, вероятно, вы это будете затрагивать в следующих своих частях.
                0
                Методики измерений в DWDM системах я обязательно опишу в следующих статьях.
                  0
                  Отлично, ждём!
            0
            А какую полосу частот (по ширине) занимает типичный сигнал, скажем, Ethernet 10 Гбит/с? Или же Fibre Channel 8 Гбит/с?

            Я имею ввиду такую сторону вопроса: уплотнение же не безгранично, когда-то мы реально заполним волокно до пределов его теоретическиой пропускной способности.
              0
              Частота модуляции соответствует длине волны умноженной на скорость света. А ширина спектра лазера характеризуется его качеством и технологией изготовления. Этот показатель можно улучшать. Большой рывок сделали 400G системы. Сократилась значительно ширина спектра => снизилась дисперсия => теперь без регенерации можно 2000 км вещать.
                0
                У меня такое интуитивное ощущение, что в основном ширина полосы модулированного сигнала в волокне определяется не качеством лазера, а характеристиками модуляции. Например, при примитивной двоичной фазовой манипуляции с теоретической эффективностью 1 бит/сек/Гц мы со скоростью 10 Гбит/с мы имеем ширину модулированного сигнала соответственно 10 ГГц. Соответственно, если мы расположим два таких сигнала на длинах волн 1540 и 1545, их невозможно будет разделить и демодулировать.

                Вопрос был связан с тем, что рассуждения выше — сугубо теоретические. Двоичная фазовая манипуляция не используется для оптоволокна, а возможно, используются другие способы, у которых другая теоретическая эффективность модуляции. Также теоретическая — хорошо, но на практике эффективность всегда меньше, т.к. аппаратура и среда передачи не идеальны. То есть, должна быть какая-то характерная величина, порядка 10 ГГц, минимальное расстояние между каналами в оптоволокне, меньше которого сигналы сближать нельзя.

                Причём, сейчас вот добрались до 50 ГГц, то есть, технологии уже близки к теоретическому пределу. Соответственно, вопрос не совсем праздный.
                  0
                  я перечитал и увидел ошибку. Конечно, речь о гигагерцах, а не о длинах волн. Свет с длиной волны 1550 нм имеет частоту порядка 193 ТГц. Соответственно примеры длинан волн в комментарии выше — бесполезны и некорректны.

                  Всё остальное, про 50 ГГц и приближение к пределу — вроде бы корректно.

                  Кстати, DoMoVoY, неправда ваша — помимо скорости света и длины волны в формулу должен входить показатель преломления среды n. Скорость света в волокне меньше скорости света в вакууме как раз в n раз.

                    0
                    про скорость в разных средах я знаю. специально не акцентировал на этом внимание (убрал слово вакуум) — в данном случае это мелочи… 193ТГц — это лишь несущая, которая модулируется меньшей частотой: получается огибающая. Выходит, что битовая скорость определяется частотой (частотами), фазами модуляции, поляризацями и применяемыми кодировками. А дальность без регенерации — качеством лазера (шириной спектра), создающего несущую волну (снижается влияние хроматической дисперсии).
                      0
                      50ГГц уже не предел, так как ведутся разработки в области 12,5ГГц. На данный момент есть прототипы на 25ГГц.
                        0
                        Ну видите — у меня по прикидкам предел в районе 10 ГГц (для 10 гбит/с линков). Для 40 Гбит/с линков, вероятно, должно быть 40 ГГц по той же логике, а сузить эту полосу можно, используя более продвинутую модуляцию (я прикидывал, используя примитивную фазовую манипуляцию, которая не самая эффективная).

                        А на самом деле какой предел, никто так и не написал.

              Only users with full accounts can post comments. Log in, please.