. Введение нового распределения частот открывает путь к созданию гибридных систем.

В 2003 г. ITU — одна из международных организаций в области телекоммуникаций — выпустила стандарт G.694.2, где определяется сетка длин волн для спектрального мультиплексирования низкой плотности (Coarse Walelength Division Multiplexing, CWDM).

НИЗКОПЛОТНОЕ СПЕКТРАЛЬНОЕ МУЛЬТИПЛЕКСИРОВАНИЕ

До недавних пор производители представляли системы CWDM прежде всего как недорогую альтернативу широко распространенным системам спектрального мультиплексирования высокой плотности (Dense Walelength Division Multiplexing, DWDM). Технология CWDM имеет стоимостные преимущества за счет применения дешевых неохлаждаемых лазеров с распределенной обратной связью (Distributed Feedback, DFB), а также недорогих пассивных фильтров. Кроме того, эта технология позволяет устанавливать очень дешевые компактные трансиверы. Вследствие больших интервалов между каналами эти системы могут иметь лишь небольшое количество рабочих длин волн, из-за чего их производительность оказывается ограничена. ITU рекомендует использовать максимум 18 длин волн с интервалом между каналами 20 нм.

Десять из них находятся в той области спектра, где во многих оптических одномодовых волокнах затухание оказывается слишком велико для практического применения. Следовательно, для типичных сценариев применения, где используются одномодовые волокна, системы CWDM, с учетом рекомендаций ITU, ограничиваются восемью длинами волн, что соответствует каналам на длинах волн 1470 нм, 1490 нм, 1510 нм, 1530 нм, 1550 нм, 1570 нм и 1610 нм (см. Рисунок 1).

Рисунок 1. Сетка длин волн CWDM и DWDM (черная кривая — относительное оптическое затухание стандартного одномодового волокна).

ОГРАНИЧЕНИЯ CWDM

Обычно, когда в сети со спектральным уплотнением требовалось увеличить число каналов, предприятия вынуждены были переходить на DWDM, потому что сетка длин волн DWDM предлагает большее число каналов (как правило, 32, 64 или 128) при интервале между каналами в 200, 100 или даже 50 ГГц. Однако стоимость одного канала в таком случае гораздо выше, поэтому дальнейшие перспективы развития сетей требовалось точно оценить заранее, чтобы выбрать наиболее подходящую систему — CWDM с низкой стоимостью установки и умеренной масштабируемостью или DWDM с высокой стоимостью установки и высокой масштабируемостью.

Еще одним важным преимуществом DWDM является тот факт, что оптическая технология усиления сегодня не способна одинаково эффективно поддерживать весь спектр длин волн CWDM. Различие в стоимости обеих систем составляет в среднем от 20 до 40%. Ниже под DWDM будут пониматься системы с интервалом между каналами 100 ГГц.

На Рисунке 1 изображены восемь широко распространенных длин волн CWDM с интервалом между каналами 20 нм. Дополнительные каналы на более коротких или более длинных волнах испытывали бы значительное оптическое затухание при передаче по одномодовому волокну. Поэтому на практике сеть CWDM имеет максимум восемь каналов. Диапазоны C и L в DWDM укладываются в меньший спектр, но при этом используется и меньший интервал между каналами. Интервал шириной примерно 0,8 нм между двумя соседними каналами DWDM соответствует так называемой 100-гигагерцовой сетке DWDM и в общей сложности содержит не менее 64 каналов: 32 в диапазоне C и 32 в диапазоне L. Некоторые системы поддерживают, кроме того, дополнительные длины волн в диапазоне L.

НАРАЩИВАНИЕ DWDM

Ряд производителей систем WDM предлагает миграцию с CWDM на DWDM. Для увеличения емкости полностью задействованной одноступенчатой системы CWDM они устанавливают фильтры DWDM на порты некоторых каналов CWDM. Как видно из Рисунка 1, в одну частотную характеристику CWDM умещаются до восьми каналов DWDM по 100 ГГц, т. е. один канал CWDM может быть заменен на восемь каналов DWDM. Однако не все каналы CWDM перекрываются по спектру с соответствующими каналами DWDM, и приблизительно половина каналов DWDM не может быть использована, поскольку они попадают на предохранительные интервалы или в пограничную область структуры фильтров CWDM. Представленная на рисунке восьмиканальная система CWDM может быть преобразована в систему DWDM в соответствии с Таблицей 1.

Данные в Таблице 1 получаются путем простого расчета перекрытий спектров — при условии правильного выбора спецификации для индивидуальных активных и пассивных компонентов. Максимальное достижимое число каналов при такой схеме («ступень 4») равняется 32. Следует учесть, что на каждом этапе наращивания в рамках подобной одноступенчатой структуры фильтров CWDM невозможно обойтись без временного прерывания передачи для осуществления расширений.

Поэтому на первый план выходит архитектура CWDM с двухступенчатым подходом к фильтрации. Эта архитектура позволяет добавлять длины волн без прерывания функционирования сети и обеспечивает гораздо большую масштабируемость по сравнению с одноступенчатыми методами.

ПОЛОСЫ ДЛИН ВОЛН

Двухступенчатые фильтры на базе полос длин волн используются, как правило, в системах DWDM. Такой подход в состоянии обеспечить высокую степень оптической изоляции между группами каналов — так называемыми полосами каналов. Изоляция необходима для обеспечения передачи сигналов без ошибок, когда имеются заметные различия в оптической мощности сигнала отдельных каналов. Еще одним преимуществом является улучшенная модульность системы, благодаря чему снижается объем начальных инвестиций в различные этапы оснащения сети и упрощается модификация длин волн. На Рисунке 2 изображено применение этой концепции полос к системе CWDM. В приведенном примере восемь каналов разделены на две полосы А и В, причем каждая включает четыре длины волны CWDM:

Рисунок 2. Симметричная структура полос для гибридных систем CWDM/DWDM (черная кривая — относительное оптическое затухание стандартного одномодового волокна).
  • полоса А — 1470 нм, 1490 нм, 1590 нм и 1610 нм;
  • полоса В — 1510 нм, 1530 нм, 1550 нм и 1570 нм.

Таким образом, длины волн полосы А симметрично охватывают полосу В. При практической реализации деление на диапазоны достигается достаточно просто с помощью полосового фильтра. Спецификация его полей идентична со стандартным фильтром каналов CWDM.

Похожая схема с асимметричной структурой полосы изображена на Рисунке 3. Длины волн распределены следующим образом:

Рисунок 3. Асимметричная структура полос для гибридных систем CWDM/DWDM.
  • полоса А — 1470 нм, 1490 нм, 1510 нм, 1610 нм;
  • полоса В — 1530 нм, 1550 нм, 1570 нм, 1590 нм.

Благодаря полному перекрытию полосы В с диапазоном C и L в DWDM, асимметричная схема позволяет осуществлять параллельную эксплуатацию CWDM и диапазонов C и L в DWDM при значительно большей масштабируемости системы. Если первая система базируется на стандартных компонентах, то вторая может быть построена из специальных индивидуально подобранных пассивных компонентов для полосовых фильтров и модулей фильтрации каналов.

ДВУСТУПЕНЧАТЫЕ СИСТЕМЫ CWDM

Введение в систему CWDM второй фильтрующей ступени улучшает общую гибкость конфигурации. На Рисунке 4 изображены возможные этапы наращивания системы для терминалов WDM. Конфигурациям полностью на базе CWDM соответствуют Рисунки 4a, 4б и 4в.

Рисунок 4. Модульные конфигурации гибридных систем CWDM/DWDM: а) двухканальная CWDM; б) четырехканальная CWDM; в) полностью задействованная восьмиканальная CWDM; г) CWDM плюс диапазон С в DWDM; д) CWDM плюс диапазон C и L в DWDM (отдельные штрихи означают волоконно-оптические пары).

На Рисунке 4а полосовой фильтр CWDM применяется в качестве отдельного фильтра. Это напоминает двухканальную систему WDM, когда обе длины волн соответствуют вышеуказанным значениям для полос А и В. Такая базисная конфигурация представляет собой одноступенчатую архитектуру, поэтому последующая миграция потребовала бы прерывания работы. Тем не менее, благодаря функции TDM большинства современных канальных модулей TDM, даже обычный двухканальный терминал WDM в состоянии поддерживать четыре, восемь, 16 или большее число приложений.

На Рисунках 4б и 4в показано непосредственное наращивание CWDM за два шага — по четыре канала на каждом. Такое квантование фильтрующего модуля по сравнению с восьмиканальными модулями снижает начальные инвестиции. На Рисунках 4г и 4д изображены гибридные системы CWDM и DWDM, в которых порты А и В полосового фильтра подключаются к компонентам CWDM и DWDM в системе. В идеале подсистема DWDM состоит из полосового фильтра DWDM и канального фильтра DWDM, т. е. еще двух фильтрующих ступеней. Конфигурация, изображенная на Рисунке 4д, наоборот, требует асимметричного полосового фильтра.

В соответствии с Рисунком 4 для наращивания существуют два различных пути.

  1. Обновления в рамках чистой системы CWDM по шагам а, б и в.
  2. Обновление до гибридной системы CWDM/DWDM по шагам а, б и г, а также д в качестве опции расширения.

В сводной Таблице 2 приведены сведения о масштабируемости для соответствующих вариантов конфигурации. Шаги a, б, г, и д позволяют получить систему с максимальной производительностью на 68 каналов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Двухступенчатая концепция фильтрации для систем CWDM имеет два важных преимущества: во-первых, она обеспечивает улучшенное квантование фильтров, благодаря чему уменьшается стоимость капитальных инвестиций на наращивание вследствие более дешевых конфигураций для двух-, четырех- и восьмиканальных систем CWDM. Во-вторых, она открывает путь миграции к гибридной системе CWDM/DWDM без прерывания работы, где поддерживается вся сетка каналов DWDM в соответствии с рекомендациями ITU.

Хеннинг Хиндертюр, Ларс Фридрих — менеджеры продуктовых линеек компании Adva Optical Networking. С ними можно связаться по адресу: wg@lanline.awi.de.

? AWi Verlag