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) Транспондер2) Мультиплексор/демультиплексор3) Оптический усилитель4) 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.
