Как обеспечить устойчивую передачу сигнала на скорости 40 Гбит/с на большие расстояния?

По мере того как скорость передачи данных на большие расстояния по волоконно-оптическим сетям приближается к 40 Гбит/с, все острее встает вопрос о затухании оптических сигналов.

Компания Phaethon Communications предложила решение, которое уже сегодня обеспечивает устойчивую передачу сигнала на скорости 10 Гбит/с, а в будущем позволит довести ее до 40 Гбит/с. В Phaethon, существующей всего 18 месяцев, разработали механизмы, которые дают возможность эффективно бороться со всеми формами рассеивания и затухания оптических сигналов, приводящими к ошибкам при пересылке данных.

Главное оружие Phaethon — запатентованная технология вытравливания в оптоволокне дифракционной решетки Брэгга, которая помогает компенсировать рассеивание, «настроив» соответствующим образом волокно при изменении требований к сети. Решетка Брэгга играет роль фильтра, выборочно отражающего и изменяющего направление прохождения волн определенной длины и пропускающего все остальные волны.

В Phaethon планируют наладить производство хроматических дисперсионных компенсаторов для сетей с пропускной способностью 10 Гбит/с. А когда рынок созреет для перехода к стандарту OC-768, те же самые технологии могут найти применение и при построении оптических систем с пропускной способностью 40 Гбит/с. Компенсаторы семейства ClearSpectrum будут основаны на запатентованных Phaethon «настраиваемых» решетках Брэгга.

Семейство ClearSpectrum будет включать четырехканальный модуль для городских сетей и восьмиканальный модуль для построения волоконно-оптических линий связи большой протяженности. Потенциальным недостатком подобного решения, по словам Крозье, является то, что разработчикам придется настраивать модули в соответствии с потребностями поставщика и особенностями архитектуры сети: «Потребуется индивидуальное проектирование модулей, с тем чтобы каналы гарантировали надежное функционирование системы, а модули обеспечивали адекватную работу каналов».

Хроматическое рассеивание возникает вследствие того, что волны разной длины распространяются в оптоволокне с различной скоростью. В результате сигнал на принимающем устройстве может содержать слишком много ошибок, так что использовать его не представляется возможным. При пропускной способности 10 Гбит/с хроматическое рассеивание становится существенным на расстоянии 40 км; при скорости 40 Гбит/с критическое расстояние сокращается до 15 км.

Разная динамика изменения характеристик оптических волн различной длины является неотъемлемым атрибутом многоканальных систем большой протяженности. Подобное несоответствие обусловлено разными параметрами рассеивания.

Производители оптического оборудования (например, средств уплотнения по длине волны) обычно пытаются минимизировать влияние рассеивания за счет установки модулей его компенсации (dispersion compensation module — DCM). Такие модули лишь частично сглаживают величину рассеивания, но при этом требуют развертывания дополнительных регенераторов, мультиплексоров и демультиплексоров.

Разработчики устройств ClearSpectrum постарались полностью компенсировать несоответствие характеристик, а это в свою очередь обеспечивает увеличение допустимой протяженности волоконно-оптических линий связи, устраняя необходимость дополнительной регенерации сигнала и установки средств уплотнения по длине волны.

На скорости 40 Гбит/с возникает третий вид рассеивания — поляризационное рассеивание поляризации (polarization mode dispersion — PMD). Данный эффект объясняется формой одномодового волокна и воздействием внешних условий (в частности, вибрацией и температурными изменениями). Два этих фактора вызывают случайные колебания сигнала, приводя к искажениям, отклонениям и наложению на другие импульсы. Результатом становится десинхронизация сигнала, который может быть не прочитан приемником.

Благодаря своей настраиваемости модули DCM способны оптимизировать компенсацию с учетом особенностей конкретной сети. Настройку можно выполнять вручную, в удаленном режиме или динамически. Особенно эффективна она в смешанных топологиях, при добавлении и удалении большого числа каналов, в условиях перераспределения и восстановления ресурсов.

Модули ClearSpectrum также будут поддерживать много каналов. Такое решение позволяет сэкономить пространство и сократить расходы по сравнению с системами типа «одно устройство — один канал».