Вкратце о технологии волнового мультиплексирования

Наиболее часто используемое одномодовое оптическое волокно — это SMF G.652 в различных модификациях. С большой долей вероятности, если у вас есть волоконно-оптическая линия, она изготовлена из волокна G.652. У этого типа волокна есть несколько важных характеристик, о которых следует помнить.

Потери на километр волокна (их также называют километрическими потерями) зависят от длины волны света, который через него проходит.

Согласно информации из Википедии, распределение выглядит следующим образом:

• Потери в окне 1310 нм обычно составляют около 0,35 дБ/км.
• Потери в окне 1550 нм находятся в диапазоне 0,22–0,25 дБ/км.
• Водяной пик в районе 1400–1450 нм у современных волокон либо отсутствует, либо слабо выражен.

Однако стоит учитывать эти параметры и их зависимость.

Исторически диапазон длин волн, пропускаемых оптическим волокном, делится на несколько диапазонов:

• O: 1260–1360 нм
• E: 1360–1460 нм
• S: 1460–1530 нм
• C: 1530–1565 нм
• L: 1565–1625 нм
• U: 1625–1675 нм

В каждом из этих диапазонов свойства волокна примерно одинаковы. Водяной пик обычно находится на длинноволновом конце E-диапазона.

Также стоит отметить, что:

• Потери в O-диапазоне примерно в полтора раза выше, чем в S- и C-диапазонах.
• Хроматическая дисперсия в O-диапазоне нулевая, а в C-диапазоне ненулевая.

Простые системы уплотнения – двунаправленная передача по одному волокну

С развитием технологий появились решения для передачи данных в обе стороны по одному волокну. Такие системы называются «одноволоконные трансиверы», «WDM» или «bi-directional».

Наиболее распространенные варианты используют длины волн 1310 и 1550 нм, которые относятся к O- и C-диапазонам соответственно. В реальных условиях трансиверы на этих длинах волн применяются для линий длиной до 60 км. Для более длинных линий используются другие комбинации, такие как 1490/1550 или 1510/1570 нм, которые обеспечивают меньшее затухание в окнах прозрачности.

Кроме вышеуказанных пар длин волн, можно встретить комбинацию 1310/1490 нм, которая используется для одновременной передачи данных и сигнала кабельного телевидения на длине волны 1550 нм, или комбинацию 1270/1330 нм, применяемую для передачи потоков со скоростью 10 Гбит/с.

Мультиплексирование данных и кабельного телевидения

Я уже упомянул КТВ, поэтому продолжу рассказывать о нём.

Для передачи сигнала кабельного телевидения от центральной станции до многоквартирного дома сейчас также используется оптика. Для этого используются волны длиной 1310 нм (с минимальной хроматической дисперсией) или 1550 нм (с минимальным удельным затуханием и возможностью использования чисто оптического усиления с помощью EDFA). Если необходимо одновременно передавать поток данных (интернет) и сигнал КТВ на один дом, можно использовать два отдельных волокна или простое пассивное устройство — фильтр FWDM.

Это устройство является обратимым (то есть может использоваться как для мультиплексирования, так и для демультиплексирования потоков) и имеет три вывода: для КТВ, одноволоконного трансивера и общего выхода (см. схему). Таким образом можно создавать сети PON или Ethernet, используя длины волн 1310/1490 нм для передачи данных и 1550 нм для КТВ.

CWDM и DWDM системы

Системы CWDM и DWDM представляют собой более эффективные способы использования волоконно-оптических кабелей. Они работают по схожим принципам: диапазон длин волн в одномодовом волокне делится на несколько каналов (18 в CWDM и до 160 в DWDM), по которым с помощью оптических мультиплексоров передаются независимые потоки данных.

Основное различие между CWDM и DWDM заключается в плотности разделения каналов. В CWDM используется всё окно прозрачности с 18 каналами шириной 13 нм с шагом 20 нм в диапазоне от 1270 до 1610 нм. В DWDM используется только C-диапазон, но с более плотной сеткой каналов: предусмотрены интервалы 200, 100, 50 и 25 ГГц в диапазоне от 1528 до 1565 нм, а также расширение сетки на L-диапазон 1565-1625 нм.

Для использования этого частотного ресурса применяются мультиплексоры, дроп-модули и специальные трансиверы. Важно отметить, что направление передачи данных по каналам не имеет значения для мультиплексора, так как оптические приемники являются широкополосными и реагируют на излучение любой длины волны.

При проектировании линии CWDM необходимо учитывать различия в удельном затухании волокна на разных каналах и вносимое затухание мультиплексора. Обычные мультиплексоры состоят из последовательно соединенных фильтров, что может привести к различному затуханию для разных каналов. Компактные CWDM-мультиплексоры решают эту проблему, но появились на рынке недавно.

Также можно строить двухволоконные линии CWDM, объединяя два мультиплексора в один функциональный блок. Кроме того, часть частотного ресурса можно выделить для кабельного телевидения (КТВ), передавая по одному волокну до семи дуплексных потоков данных одновременно с аналоговым телевидением.

Системы DWDM отличаются от CWDM рядом характеристик.

Во-первых, они стоят дороже. Для их работы требуются лазеры с высокой точностью длины волны и мультиплексоры с высокой избирательностью.

Во-вторых, используемые диапазоны совпадают с рабочими зонами оптических усилителей EDFA. Это позволяет создавать длинные линии с чисто оптическим усилением без необходимости преобразования сигнала в оптоэлектронный формат. Именно поэтому многие представляют себе сложные системы телеком-рынка при упоминании DWDM, хотя такое оборудование можно использовать и для более простых задач.

В-третьих, затухание в C- и L-диапазонах минимально среди всех окон прозрачности оптического волокна. Это позволяет строить линии большей длины без усилителей, чем при использовании CWDM.

Мультиплексоры DWDM, как и CWDM, являются пассивными устройствами. Для каналов до 16 они состоят из отдельных фильтров и относительно просты. Однако для большего числа каналов используются мультиплексоры с технологией Arrayed Wavelength Grating, которая чувствительна к изменениям температуры. Поэтому такие мультиплексоры выпускают с электронной схемой термостабилизации (Thermal AWG) или с автокомпенсацией без потребления энергии (Athermal AWG). Это делает их более дорогими и требовательными в обслуживании.

Практические ограничения в оптоволоконной связи

В завершение я расскажу о некоторых ограничениях, с которыми сталкиваются при организации связи с помощью оптики.

Первое ограничение — это оптический бюджет, который представляет собой баланс между потерями в оптоволоконной линии, мощностью передаваемого сигнала и чувствительностью приемного устройства.

Для двухволоконных линий связи расчет оптического бюджета достаточно выполнить для одной длины волны, на которой будет происходить передача.

Однако при использовании волнового уплотнения (особенно в случае одноволоконных трансиверов или систем CWDM) необходимо учитывать неравномерность удельного затухания волокна на разных длинах волн и затухание, вносимое мультиплексорами.

При создании системы с промежуточными ответвлениями на OADM (Optical Add/Drop Multiplexer) необходимо учитывать затухание на OADM, которое отличается для сквозного канала и выводимых длин волн.

Также важно оставить некоторый эксплуатационный запас в несколько децибел.

Второе ограничение — это хроматическая дисперсия. Она становится актуальной для линий со скоростью 10 Гбит/с и обычно учитывается производителем оборудования. Дисперсия придает физический смысл расстоянию в километрах, указываемому в маркетинговых названиях трансиверов. Для специалистов по эксплуатации важно понимать, что это свойство волокна, которое, помимо затухания сигнала, может влиять на качество передачи данных.

Для простых систем без усилителей расчет линии сводится в основном к расчету оптического бюджета. Однако расчет линии с усилителями требует отдельного рассмотрения и может быть темой отдельной статьи.

Вот основные инженерные принципы технологий уплотнения в оптических линиях. Более подробную информацию вы всегда можете получить у специалистов компании Alfaconnect.