Назначение и основные функции компонентов хWDM

Оптические компоненты DWDM позволяют увеличить пропускную способность ВОСП СР за счет одновременной передачи нескольких сигналов на разных длинах волн по общему волокну, а также обеспечивают ввод/выделение и кросс-коммутацию оптических каналов [1].

Структурная схема участка сети DWDM показана рис. 12.6.

Рисунок 12.6 - Структурная схема участка сети DWDM

Пассивными компонентами являются: оптические мультиплексоры и демультиплексоры, оптические мультиплексоры ввода/вывода, оптические кросс-коммутаторы и компенсаторы хроматической дисперсии.

Оптический мультиплексор (MUX) объединяет сигналы разных длин волн, генерируемые «цветными» оптическими передатчиками интерфейсов SDH, GE, 10 GE и транспондеров, в многоканальный составной оптический сигнал, который далее распространяется по оптическому волокну.

Типовой состав оборудования представляет собой необходимое количество оптических транспондеров, осуществляющих преобразование длин волн и оптический мультиплексор, смешивающий их все в один мультиспектральный сигнал.

Оптический транспондер – устройство, обеспечивающее интерфейс между оборудованием оконечного доступа и линией WDM. Согласно рекомендациям МСЭ G.957 для систем СЦИ (SDH) допустимые значения спектральных параметров на выходных оптических интерфейсах имеют следующие значения: ширина спектральной линии Δλ≈±0.5 нм (для STM -16), а центральная длина волны может иметь любое значение в пределах диапазона 1530... 1565 нм. На входы же оптического мультиплексора должны поступать оптические сигналы, спектральные параметры которых, должны строго соответствовать стандартам, определённым рекомендацией ITU-T G.692. Очевидно, что если на оптические входы мультиплексоров подать сигналы с выходов оптических передатчиков SDH, то мультиплексирование осуществлено не будет. Необходимое соответствие достигается благодаря применению в аппаратуре WDM специального преобразователя длин волн - транспондера. Это устройство может иметь различное количество оптических входов и выходов. Но если на любой вход транспондера может быть подан оптический сигнал, параметры которого определены рекомендации G.957, то выходные его сигналы должны по параметрам соответствовать рекомендации 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.

Оптический демультиплексор (DMX)на дальнем конце мультиплексной секции производит разделение по длине волны составного оптического сигнала на канальные оптические сигналы.

Основой мультиплексора/демультиплексора является дисперсионный элемент, способный разделить сигналы различных длин волн. В современных CWDM-системах для разделения оптических несущих применяются, как правило, относительно недорогие устройства на основе тонкопленочных фильтров (TFF, Thin Film Filter). Потери, вносимые такими устройствами, составляют около 1 дБ на канал (в реальных системах были получены величины менее 2,5 дБ для 8-канального устройства). Тонкопленочная технология характеризуется высокой развязкой (изоляцией) соседних каналов – порядка 30 дБ, высокой температурной стабильностью – 0,002 нм/°С, что эквивалентно изменению рабочей длины волны на ±0,07 нм при изменении температуры на ±35°С. Для выделения длин волн с разносом 20 нм требуются фильтры с существенно меньшим числом диэлектрических слоев, чем в случае DWDM-фильтров (примерно 50 и 150 слоев соответственно), что положительно сказывается на стоимости.

Мультиплексоры/демультиплексоры, основанные на применении многослойных тонкопленочных фильтров, являются (де)мультиплексорами последовательного типа, то есть один фильтр выделяет один канал. Использование таких устройств в системах со большим числом каналов (на практике больше 4-х) может привести к значительному росту вносимых потерь, и в этом случае иногда используют решеточные (де)мультиплексоры параллельного или гибридного параллельно-последовательного типа. Принцип их работы заключается в том, что приходящий сигнал проходит через волновод-пластину и распределяется по множеству волноводов, фактически представляющих собой дифракционную структуру AWG (arrayed waveguide grating). При этом в каждом волноводе по-прежнему присутствуют все длины волн, т.е. сигнал остается мультиплексным, только распараллеленным. Так как длины волноводов отличаются друг от друга на фиксированную величину, потоки проходят разный по длине путь. В итоге световые потоки собираются в волноводе-пластине, где происходит их фокусировка, и создаются пространственно разнесенные максимумы, под которые и рассчитываются выходные полюса. Физика процесса такая же, как в обычной дифракционной решетке, что и дало название технологии. Мультиплексирование происходит обратным путем.

Реконфигурируемые оптические мультиплексоры ввода/вывода (ROADM) используются на промежуточных узлах для программного ввода в составной сигнал и вывода из составного сигнала одного или группы местных оптических каналов. При этом остальные каналы явются сквозными и проходят через узел транзитом.

При кольцевой топологии сети обычно используются ROADM конфигурации E/W. Структурная схема ROADM E/W приведена ри. 12.7.

Состав ROADM:

• WSS – селективные коммутаторы длин волн;

• DMX – оптические демультиплексоры.

Селективные коммутаторы длин волн обеспечивает в узле ROADM ввод, транзитную передачу и выделение оптических каналов.

Рисунок 12.7 - Структурная схема ROADM E/W

Оптические демультиплексоры используются совместно с селективными коммутаторами длин волн и обеспечивают выделение местных оптических каналов.

Как следует из рассмотренного, для реализации функциональных возможностей узла ROADM необходимы два модуля DMX и два модуля WSS.

ROADM является пассивным компонентом и характеризуется большими вносимыми потерями [12]:

• ввод 8 дБ;

• транзит 12 дБ;

• вывод 14 дБ.

Для компенсации потерь, вносимых ROADM, используются оптические усилители.

Пример применения ROADM в составе узла ввода/вывода оптических каналов показан на рис. 12.8.

Оптические кросс-коммутаторы или кросс-коннекторы (OXC) организуются в наиболее загруженных узлах сети, где сходятся три и более направлений. Они выполняют кросс-коммутацию оптических каналов между различными направлениями, т.е. позволяют перенаправлять (маршрутизировать) оптические каналы по новым направлениям.

В сетях с ячеистой топологией необходимо обеспечить гибкие возможности для изменения маршрута следования волновых соединений между абонентами сети. Такие возможности предоставляют оптические кросс-коннекторы, позволяющие направить любую из волн входного сигнала каждого порта в любой из выходных портов (конечно, при условии, что никакой другой сигнал этого порта не использует эту волну, иначе необходимо выполнить трансляцию длины волны).Существуют оптические кросс-коннекторы двух типов:

Рисцнок 12.8 - Пример применения ROADM в составе узла ввода/вывода каналов

· оптоэлектронные кросс-коннекторы с промежуточным преобразованием в электрическую форму;

· полностью оптические кросс-коннекторы, или фотонные коммутаторы.

Исторически первыми появились оптоэлектронные кросс-коннекторы, за которыми и закрепилось название оптических кросс-коннекторов. Поэтому производители полностью оптических устройств этого типа стараются использовать для них другие названия: фотонные коммутаторы, маршрутизаторы волн, лямбда-маршрутизаторы. У оптоэлектронных кросс-коннекторов имеется принципиальное ограничение — они хорошо справляются со своими обязанностями при работе на скоростях до 2,5 Гбит/с, но начиная со скорости 10 Гбит/с и выше, габариты таких устройств и потребление энергии превышают допустимые пределы. Фотонные коммутаторы свободны от такого ограничения.

В фотонных коммутаторах используются различные оптические механизмы, в том числе дифракционные фазовые решетки и микроэлектронные механические системы (Micro-Electro Mechanical System, MEMS). MEMS представляет собой набор подвижных зеркал очень маленького (диаметром менее миллиметра) размера (рис. 12.9). Коммутатор на основе MEMS включается в работу после демультиплексора, когда исходный сигнал уже разделен на составляющие волны.

За счет поворота микрозеркала на заданный угол исходный луч определенной волны направляется в соответствующее выходное волокно. Затем все лучи мультиплексируются в общий выходной сигнал.

Рисунок 12.9 - Микроєлектронная механическая система кросс-коммутации

По сравнению с оптоэлектронными кросс-коннекторами фотонные коммутаторы занимают объем в 30 раз меньше и потребляют примерно в 100 раз меньше энергии. Однако у устройств этого типа низкое быстродействие, к тому же они чувствительны к вибрации.

Тем не менее системы MEMS находят широкое применение в новых моделях фотонных коммутаторов. Сегодня подобные устройства могут обеспечивать коммутацию 256 х 256 спектральных каналов, планируется выпуск устройств с возможностями коммутации 1024 х 1024 каналов и выше.

Компенсаторы хроматической дисперсии (DC) вводят в состав линейного тракта DWDM для коррекции формы импульсов цифрового сигнала.

Оптические усилители (OA): выходные, предварительные и линейные, – устанавливаются в линейном тракте DWDM при большой длине оптической мультиплексной секции. Они обеспечивают компенсацию потерь в оптическом волокне и в пассивных компонентах DWDM.