Системы wdm. DWDM — технология уплотнения оптических каналов

WDM представляет собой технологию, позволяющую осуществлять передачу по одному оптическому волокну нескольких информационных каналов на разных несущих частотах. Аббревиатура происходит от англ. Wavelength-division multiplexing, что буквально переводится как мультиплексирование с разделением по длине волны.

Данная технология основана на способности оптоволокна передавать свет одновременно разных длин волн без взаимной интерференции и дальнейшем мультиплексировании / демультиплексировании сигналов.

Принцип действия

В самом простом случае принцип действия систем со спектральным уплотнением можно разделить на этапы:

1) каждым лазерным передатчиком генерируется сигнал на определенной частоте из общей полосы;
2) перед вводом в оптическое волокно все эти сигналы посредством мультиплексора объединяются;
3) на приемном конце данные сигналы аналогично посредством демультиплексора разделяются.

Технология позволяет в едином световом потоке объединять от 4 до 80 (и даже более) каналов с различной длиной волны.

В сетях WDM ключевым элементом является мультиплексор. Сами сигналы поступают на длинах волн клиентского оборудования, а передаются уже на длинах волн, которые соответствуют частотному плану ITU DWDM.

Благодаря такому подходу возможно значительное увеличение пропускной способности канала: например, в 2003 году это была скорость до 10,72 Тбит/с, а уже в 2014 году цифра выросла до 27 Тбит/с. При этом использование технологии WDM возможно и на уже проложенных волоконно-оптических линиях.

С помощью WDM организовывается двусторонняя многоканальная передача трафика по одному оптическому волокну. К плюсам технологии относится возможность передавать высокоскоростной сигнал на сверхдальние расстояния без необходимости промежуточных пунктов, то есть не требуются устройства регенерации и усиления сигнала.

Оценка качества линии

Среди основных параметров определения сигнала в линии выделяется OSNR (отношение сигнала к шуму), или количество ошибок на линии. Этот параметр для оптических каналов включен в число первичных атрибутов оценки качества передачи.

Разновидности технологии спектрального мультиплексирования

В настоящее время распространение получили следующие технологии, основанные на спектральном мультиплексировании:

• 2-канальные WDM;
• CWDM, или грубое спектральное мультиплексирование;
• DWDM, или плотное спектральное уплотнение;
• HDWDM, или сверхплотное спектральное уплотнение.

2-канальные WDM

Возникли исторически первыми и работают на центральных длинах волн из 2-го и 3-го окон прозрачности кварцевого волокна (1310 и 1550 нм). Главный плюс таких систем – отсутствие влияния каналов друг на друга, обусловленное их большим спектральным разносом. Благодаря этому возможно либо удвоение скорости передачи по одному оптоволокну, либо организация дуплексной связи.

CWDM (Coarse WDM)

Грубое спектральное уплотнение базируется на использовании каналов в диапазоне 1270–1610 нм, которые отстают друг от друга на расстояние 20 нм.

Изначально диапазон 1260–1360 нм не использовался, только 1470–1610 нм (восемь длин волн). Это было связано с увеличением затухания на длинах волн менее 1310 нм. Чтобы избавиться от этого, на длине волны 1383 нм стали использовать специальные волокна с «водяным пиком».

В случае задействования системой всего диапазона волн (от 1270 до 1610 нм) она носит название FS-CWDM-система (Full-spectrum CWDM).

Система CWDM позволяет мультиплексировать до 18 каналов.

DWDM (Dense WDM)

Плотным спектральным мультиплексированием объединяется гораздо большее число длин волн, чем CWDM. Разнос каналов составляет около 100 ГГц.

DWDM-оборудование для мультиплексирования:

• С-диапазон: диапазон длин волн 1530–1565 нм. Если один канал имеет ширину 100 ГГц, то возможно объединение до 40 оптических каналов, если его ширина 50 ГГц – до 80 каналов;
• L-диапазон: диапазон длин волн 1570–1605 нм. При ширине канала 50 ГГц возможно объединение до 160 оптических каналов.

HDWDM (High Dense WDM)

Сверхплотным спектральным уплотнением количество уплотняемых каналов можно повысить еще в 2–4 раза, по сравнению с DWDM. Разнос каналов – 50 ГГц и менее.

Быстрый рост объемов передаваемой информации обуславливает постоянно растущую потребность в повышении скорости, надежности и доступности предоставляемых сегодня сервисов связи.

Технологии спектрального мультиплексирования (WDM) , т.е. уплотнения каналов по длинам волн, помогают значительно повысить пропускную способность транспортных сетей благодаря одновременной передаче данных сразу на множествах длин волн, вплоть до ста шестидесяти. Традиционные же сети при этом работают всего на одной.

WDM-системы отличаются гибкостью и экономичностью в решении задач увеличения надежности и скорости передачи данных по оптическим линиям по сравнению с капитальной прокладкой новых волоконно-оптических сетей. Внедрение таких систем позволяет решать проблемы нехватки пропускной способности и повышения надежности сети при минимальных капитальных затратах на ее построение.

Принцип работы и преимущества wdm-систем

Системы спектрального уплотнения WDM позволяют в разы увеличить пропускную способность оптических каналов, обладая рядом преимуществ перед другими методами:

Экономия оптоволокна, поскольку технология wdm позволяет использовать давно проложенные и используемые линии. Увеличивается емкость существующего волокна;

Экономическая эффективность. Например, один оптический усилитель сигнала заменяет десятки дорогостоящих регенераторов, использовавшихся ранее.

Принцип работы систем уплотнения каналов следующий: все генерируемые транспондерами на передачу сигналы с разной длиной волны между точками входа и выхода в оптическое волокно объединяются оптическим мультиплексором, имеющим множество портов на вход и один на выход. На другом конце линии объединенные потоки данных разделяются демультиплексором по длинам волн (каналам), после чего каждый из них передается на свой транспондер. Устройство мультиплексоров и демультиплексоров идентично и основано на явлении дифракции, позволяющем разложить в пространстве по длинам волн приходящий смешанный сигнал.

По мере распространения в волокне сигнал испытывает затухание, из-за чего дальность одного пролета на практике ограничена и не превышает 200 километров. Для его дальнейшей передачи без необходимости демультиплексирования, приема, генерации и снова мультиплексирования применяют специальные оптические усилители, которые за счет использования активного волокна и излучения накачки позволяют восстанавливать мощность каналов. Шаг между каналами, а также их абсолютные значения длин волн определятся международными рекомендациями, в частности ITU-T G.692.

Виды xWDM систем

Среди нескольких видов современных систем WDM, одними из наиболее распространенных являются CWDM-решения, или «грубое спектральное мультиплексирование» и DWDM-системы - «плотное спектральное уплотнение».

По технологии распределения потоков информации, а также ввода-вывода они во многом схожи. Однако по архитектуре и стоимости решения существенно разнятся.

Особенности CWDM («грубых») систем:

Использование 18 длин волн;

Каналы разделены между собой по длинам волн;

Сетка частот с шагом в 20 нм;

Диапазон длин волн от 1270 до 1610 нм;

Системы из-за отсутствия оптических усилителей не подразумевают усиление многокомпонентного сигнала;

Дальность работы является относительно небольшой и составляет до 80 км.

Особенности DWDM («плотных») систем:

Применение до 160 волн для точного спектрального уплотнения;

Сетка частот для стандартных DWDM технологий -100 ГГц;

Использование сетки в 50 ГГц или даже меньше для технологии Flexgrid;

Диапазон несущих частот от 1530 нм до 1605 нм. Всего используется до 160 длин волн;

Предусмотрено усиление многокомпонентного сигнала;

Способность передачи данных на расстояния, значительно превышающие сто километров. Возможность работы без регенерации на расстояниях более 1 тыс. км.

СWDM-мультиплексоры поддерживают меньше потоков. Небольшая дальность работы определяет область применения таких систем – городские сети. СWDM – технология грубого спектрального уплотнения, подходит для создания корпоративных сетей.

Отличаясь от грубых систем, DWDM-системы применяются в основном в магистральных сетях. Здесь необходимо передавать огромные потоки данных на значительные расстояния, применяя усилители.

Однако в последнее время в связи с переходом многих отечественных операторов на оснащение уровня 100G Ethernet, все чаще рассматривается возможность использования плотного мультиплексирования DWDM и в городских сетях с учетом роста узкополосного и широкополосного трафика.

Российское оборудование DWDM и CWDM

Одним известным отечественным разработчиком DWDM и CWDM оборудования является компания Т8. присвоен статус телекоммуникационного оборудования российского происхождения Минпромторга РФ.

Мультисервисная платформа «Волга»

платформа «Волга» для построения высокоскоростных DWDM-сетей - до 400 Гбит в секунду. Платформа работает с оптическими транспордерами 100G, что дает возможность передачи данных на расстояния более 4000 километров.

Компенсаторы дисперсии в каскаде усилителей и регенерация не применяются. Мультисервисная платформа «Волга» отличается лучшими в мире характеристиками по соотношению сигнал/шум. Оборудование способно работать на скоростях 1G, 2,5G, 10G, 40G и 100G.

В архитектуре «Волги» четыре типа шасси и широкий спектр усилителей: низкошумящие EDFA и рамановские, с мощностью до 33 дБм. Общая емкость платформы – 9,6 Тбит. По техническим характеристикам система «Волга» не уступает импортным аналогам. Основные конкуренты – Huawei (Китай), Alcatel-Lucent (Франция), Ciena (США). Стоимость российского оборудования в два раза дешевле.

Система управления «Фрактал»

Следующей российской разработкой Т8, безусловно заслуживающей внимания, является система управления для DWDM-сетей «Фрактал» . С ее помощью осуществляется управление работой и мониторинг цифровых транспортных систем DWDM, CWDM, OTN.

«Фрактал» прекрасно подходит для работы WDM-оборудования компании Т8. Помимо этого, данная система применима к управлению оборудованием других производителей, в том числе, зарубежных. «Фрактал» дает возможность управлять конфигурацией сети, качеством, безопасностью, устранять неисправности. Путем удобной настройки фильтров можно быстро и качественно проанализировать работу системы, выявив предаварийные ситуации еще на ранних стадиях.

Конкурентной продукцией системы «Фрактал» являются разработки зарубежных компаний Huawei, Alcatel и др. Российская продукция, не уступая по своим техническим характеристикам зарубежным аналогам, обладает статусом оборудования российского производства. Тем самым она более приоритетна в использовании на территории РФ и намного дешевле, чем у конкурентов.

CWDM-система «ИРТЫШ» 2,5G

CWDM-система «ИРТЫШ» 2,5G предназначена для увеличения пропускной способности оптоволоконных линий связи посредством технологии CWDM. Система превосходно передает до восьми дуплексных cwdm-каналов по одному волокну или по паре. В случае передачи по второму варианту, за счет каскадирования число каналов увеличивается до 16.

Оборудование «ИРТЫШ-2,5» проводит 3R-регенерацию сигнала, восстанавливая его мощность, форму, сдвиг по фазе. Происходит преобразование в спектральные каналы, их объединение мультиплексором в общий сигнал. В одном линейном направлении число сигналов – 4, 8, 16. Оборудование имеет два блока питания, управляется системой «Фрактал».

Система CWDM 10G «ИРТЫШ»

Система CWDM 10G «ИРТЫШ» позволяет создать до восьми дуплексных cwdm-каналов. Эта система уплотнения каналов, являясь модифицированным вариантом аналога, описанного выше, выполняет такие же функции. Оборудование имеет восемь информационных каналов, резервирование линейных интерфейсов 1+1, возможность передачи сигнала до 60 км, работа на скоростях 1С, 2,5С и 10G. Цена систем «ИРТЫШ» гораздо ниже, чем у зарубежных конкурентов.

Отдельные устройства спектрального уплотнения

Кроме комплексных систем спектрального уплотнения российский производитель предлагает также отдельные устройства.

Удачным решением построения комбинированных cwdm/ dwdm-систем может служить восьмиканальный транспондер T8 V1-TO-10 . В его корпусе размещены 16 пар портов. На вход устройства может поступать до восьми клиентских сигналов. 3R-регенерация сигнала выполняется для каждого из них. SFP+ разъёмов в значительной мере повышают экономичность оборудования.

The technology packed wavelength division multiplexing (Dense Wave Division Multiplexing, DWDM) is designed to create a new generation of optical backbones running at multi-terabit speeds and. Information in fiber-optic communication lines passed at the same time a large number of light waves. DWDM networks operate on the principle of channel switching, each light wave is a single spectral channel and is essential information.

Opportunities of DWDM

The number of channels in a single fiber - 64 light beams in the 1550 nm window transparency. Each light wave transmits information at 40 Gb / s. hardware development is also underway with data rates at speeds of up to 100 Gbit / s and Cisco, are already in progress to develop such technology.

In DWDM technology has predecessor - wavelength division multiplexing technology (Wave Division Multiplexing, WDM), which utilizes four spectral channel transmission windows 1310 nm and 1550 nm, with a carrier spacing of 800-400 GHz. Multiplexing DWDM called "densified" due to the fact that it uses a considerably smaller distance between the wavelengths than the WDM.

Frequency plans

At present, two of the frequency plan (ie a set of frequencies that are separated from each other by a constant value) are defined recommendation G.692 Sector ITU-T:

• The frequency plan pitch (spacing between adjacent frequency channels) of 100 GHz (0.8 nm = YES), whereby the data transmission wave 41 is applied in the range of 1528.77 (196.1 THz) to 1560.61 nm (192.1 THz);
• Frequency plan in increments of 50 GHz (YES = 0.4 nm), allowing you to transfer in the same range of 81 wavelengths.
• Some companies also produced equipment, the highly-called wavelength division multiplexing equipment (High-Dense WDM, HDWDM), capable of operating with a frequency up to 25 GHz increments.

The main problem in the construction of super-dense DWDM systems is that with decreasing frequency step there is an overlapping of the spectra of adjacent channels and there is blurring of the light beam. That leads to an increase in the number of errors and the inability to transmit information on the system

Frequency plans of DWDM

In the following channel plans are currently being used for various types of DWDM systems, CWDM, HDWDM, WDM.

Frequency plans DWDM

Optical fiber amplifiers

The practical success of DWDM technology in many ways defined the appearance of a fiber-optic amplifiers. Optical devices directly amplify light signals in the 1550 nm band, eliminating the need of intermediate conversion to electrical form, as do the regenerators used in the SDH network. The disadvantage of systems of electric signal regeneration is that they have to take a certain type of coding, which makes them quite expensive. Optical amplifiers, "transparent" transmission information, allow to increase the line speed without the need to upgrade the amplifier units. Length of the section between the optical amplifiers can reach 150 km or more, which provides economical DWDM backbones generated in which multiplex section length is today 600-3000 km with use of 1 to 7, the intermediate optical amplifiers.

Recommendation ITU-T G.692 defined three types of amplifying sections, ie sections between two adjacent multiplexers, DWDM:

• L (Long) - plot consists of a maximum of 8 spans of fiber-optic communication lines and 7 of optical amplifiers, the maximum distance between the amps - up to 80 km with a maximum total length of the section of 640 km;
• V (Very long) - plot consists of a maximum of 5 spans of fiber-optic communication lines and 4 optical amplifiers, the maximum distance between the amps - up to 120 km with a maximum total length of 600 km section;
• U (Ultra long) - plot without repeaters up to 160 km

Restrictions on the amount of coasting and long associated with the degradation of the optical signal in the optical amplification. Although optical amplifier restores the signal strength, it does not fully compensate for the effect of chromatic dispersion (i.e. propagation of different wavelengths at different rates, due to which the signal at the receiving end is "smeared" fibers) and other nonlinear effects. Therefore, to build a more extensive highways need to be installed between the reinforcing portions DWDM multiplexers performing signal regeneration by converting it into electrical form and back. To reduce non-linear effects in the DWDM signal limitation also applies power systems.

Типовые топологии

Ultralong two-point connection on the basis of terminal multiplexers, DWDM

DWDM circuit with input-output in the intermediate nodes

Ring topology

The ring topology provides survivability DWDM network through redundant paths. traffic protection methods used in of DWDM, similar to the methods in SDH. To some the connection was secured, two paths are established between its endpoints: main and reserve. Multiplexer endpoint compares the two signals and selects the best signal quality.

Ring DWDM multiplexers

The mesh topology

With the development of DWDM networks are increasingly mesh topology is used, which provides the best performance in terms of flexibility, performance, and resiliency than other topologies. However, to implement a mesh topology, you must have optical cross connects (Optical Cross-Connector, PL), which not only add waves to the overall transit signal and outputting them out, as do the multiplexer input-output, but also support arbitrary switching between optical signals transmitted waves of different lengths.

Mesh DWDM

Optical multiplexers IO

Passive muliplexers used in DWDM networks (without power supply and active conversion) and active multiplexers, demultipleskory.

Optical cross-connects

In networks with mesh topology is necessary to provide the flexibility to change the route of the wave of connections between network subscribers. Such capabilities provide optical cross-connects, to guide the any of the waves at any output port from each input port signal (of course, provided that no other signal of this port does not use the wave must perform another broadcast wavelength).

There are optical cross-connects two types:

• Optoelectronic cross connectors with intermediate conversion to electrical form;
• all-optical cross-connects, or photonic switches.

MicroElectro Mechanical System, MEMS

Factors to be considered in the construction of DWDM systems

Chromatic dispersion

Chromatic dispersion - as a result of its influence, as it propagates through the fiber, the pulses constituting the optical signal become wider. When transmitting signals over long distances pulses can be superimposed on the adjacent, making it difficult for accurate recovery. With increasing speed of the transmission optical fiber length and chromatic dispersion effect increases. To reduce the effect of chromatic dispersion on the transmitted signals, dispersion compensators are applied.

Polarization Mode Dispersion

PMD occurs in an optical fiber due to the difference in the propagation velocities of the two mutually perpendicular polarization mode components, which leads to distortion of the transmitted pulses. The reason for this phenomenon is the heterogeneity of the geometric shape of the optical fiber. Effect of polarization mode dispersion on the transmitted optical signals with increasing rate with increasing number of channels and sealing system with increasing fiber length.

Stimulated backscatter Mandelstam - Brillouin, the essence of this phenomenon is to create an optical signal of periodic domains with varying refractive index - a kind of a virtual diffraction grating, passing through which signals propagate like the acoustic wave. Reflected this virtual grid signals are added and amplified to form a reverse optical signal with the Doppler frequency down. This phenomenon leads to an increase in the noise level and prevents the spread of the optical signal, since a large part of its power is dissipated in the reverse direction. Often mistakenly called this phenomenon reflected acoustic wave.

Phase modulation at high power levels of the laser signal modulation of its own phase of the signal can occur. This modulation extends the range and broadens or compresses the signal in time, depending on the sign of the chromatic dispersion. In dense WDM systems, self-modulation signal with an expanded spectrum signals may be superimposed on the adjacent channels. Phase modulation signal is increased with increasing power, increasing the transmission rate and with a negative chromatic dispersion. Influence of phase modulation is reduced at zero or a small positive chromatic dispersion

Cross-phase modulation, the phenomenon resulting signal modulates the phase of one channel signals from neighboring channels. Factors affecting the cross-phase modulation, coincide with the factors influencing the phase modulation. In addition, cross-phase modulation effect depends on the number of channels in the system.

Four-wave mixing, is shown at the threshold power level laser, in which case the non-linear characteristics of the fiber leads to the interaction of three waves and the fourth wave of the new appearance, which may coincide with the frequency of another channel. Such overlay frequency increases the noise level and signal reception difficult

Insertion EDFA amplifier noise, the reason for this phenomenon - the power of the amplified spontaneous emission that occurs due to the design features edfa amplifiers. In the process of passing through the amplifier to the useful component of the optical signal is added to the noise, thereby reducing the ratio of "signal / noise" as a result of the signal can be received in error. This phenomenon limits the amount of in-line amplifiers.

Оборудование dwdm использует технологию плотного спектрального уплотнения каналов (Dense Wavelength Division Multiplexing) и позволяет организовать до 46 дуплексных каналов передачи данных по двум оптическим волокнам или до 23 дуплексных каналов по одному оптическому волокну при использовании частотного диапазона C band и частотной сетки 100 гГц согласно рекомендации МСЭ-Т G.694.1. Скорость передачи каждого канала может варьироваться от 100 Мбит/с до 10 Гбит/с. Системы dwdm в основном применяются на городских и магистральных волоконно-оптических сетях. Протяженность сетей dwdm, построенных на оборудовании Telcon, может составлять до 800 километров при скорости передачи каналов 10 Гбит/с и до 1500 километров при скорости передачи каналов 1 Гбит/с.

Системы dwdm являются недорогим решением по уплотнению оптических волокон для организации связи на больших расстояниях. Также, системы dwdm являются альтернативой системам cwdm в случаях, когда необходимо организовать по одному волокну более 9 дуплексных каналов и более 18 дуплексных каналов по двум волокнам.

При необходимости, инженеры компании Telcon выполняют расчеты сетей dwdm на основании предпроектных исследований, а также работы по пуско-наладке, калибровке, тестированию оборудования. После выполнения данных работ, компания Telcon гарантирует работоспособность сети dwdm.

При создании большинства современных сетей связи применяется cwdm dwdm технология, dwdm оборудование постепенно становится дешевле, современные dwdm сети поддерживают наиболее распространенные стандарты, в т.ч. все уровни dwdm sdh с STM-1 до STM-64, Ethernet со скоростями передачи от 10 Мбит/с до 10 Гбит/с, Fiber Channel, ATM. Фактически, оборудование dwdm является протоколонезависимым. Еще 5 лет назад оборудование dwdm выпускалось только ведущими всемирно известными компаниями - производителями, стоило довольно дорого и было доступно только крупным межрегиональным операторам. Основными причины высокой стоимости таких систем являются - исполнение в виде плат, вставляемых в большие управляемые шасси, сложная архитектуры системы, многоуровневая система управления. Изначально такая аппаратура dwdm создавалась для применения на крупных и протяженных магистральных сетях, однако со временем возникла необходимость применения технологии dwdm на сетях городского, районного и межрайонного масштабов. Компания Telcon поставляет на Российский рынок т. н. упрощенные dwdm системы, которые существенно дешевле, проще в обслуживании и эксплуатации, чем оборудование dwdm для крупных магистральных сетей. Компоненты dwdm оборудования Telcon, компактны и легко размещаются на любых узлах связи.
Постоянно развиваясь, технология dwdm, проникает в новые сегменты рынка, по прогнозам специалистов, через 5 лет необходимость в таких системах появится у небольших компаний - провайдеров, обслуживающих несколько микрорайонов, к тому времени их стоимость снизится настолько, что купить dwdm сможет позволить себе любая, даже небольшая компания - оператор связи.

В отличие от систем разреженного спектрального уплотнения cwdm, системы плотного спектрального уплотнения позволяю организовать передачу на большие расстояния, более 1000 километров по одномодовому кабелю без 3R регенерации передаваемых сигналов. При создании таких систем необходимо учитывать факторы, которыми можно пренебречь при создании cwdm систем, а именно:

Хроматическая дисперсия, в результате ее влияния, по мере распространения по волокну, импульсы, составляющие оптический сигнал, становиться шире. При передаче сигналов на большие расстояния импульсы могут накладываться на соседние, затрудняя точное их восстановление. С увеличением скорости передачи и длины оптического волокна влияние хроматической дисперсии возрастает. Для уменьшения влияния хроматической дисперсии на передаваемые сигналы, применяются компенсаторы дисперсии.

Поляризационная модовая дисперсия, возникает в оптическом волокне из-за разности скоростей распространения двух взаимно перпендикулярных поляризационных составляющих моды, что приводит к искажению формы передаваемых импульсов. Причиной этого явления является неоднородность геометрической формы оптического волокна. Влияние поляризационной модовой дисперсии на передаваемые оптические сигналы возрастает с увеличением скорости передачи, с увеличением числа каналов системы уплотнения и с увеличением длины волокна.

Вынужденное обратное рассеяние Мандельштама — Бриллюэна, суть этого явления заключается в создании оптическим сигналом периодических областей с переменным показателем преломления - своего рода виртуальную дифракционную решетку, проходя через которую сигналы распространяются подобно акустической волне. Отраженные этой виртуальной решеткой сигналы, складываются и усиливаются, образуя обратный оптический сигнал с доплеровским понижением частоты. Данное явление приводит к увеличению уровня шумов и препятствует распространению оптического сигнала, так как большая часть его мощности рассеивается в обратном направлении. Часто это явление ошибочно называют отраженной акустической волной.

Фазовая автомодуляция, при высоких уровнях мощности сигнала от лазера, может происходить модуляция сигналом собственной фазы. Эта модуляция расширяет спектр и уширяет или сжимает сигнал во времени в зависимости от знака хроматической дисперсии. В системах плотного спектрального уплотнения, сигнал с расширенным автомодуляцией спектром, может накладываться на сигналы соседних каналов. Фазовая автомодуляция увеличивается при возрастании мощности сигнала, при увеличении скорости передачи и при отрицательной хроматической дисперсии. Влияние фазовой автомодуляции уменьшается при нулевой или небольшой положительной хроматической дисперсии.

Перекрестная фазовая модуляция, в результате этого явления сигнал одного канала модулирует фазы сигналов у соседних каналов. Факторы, влияющие на перекрестную фазовую модуляцию, совпадают с факторами, влияющими на фазовую автомодуляцию. Помимо этого, влияние перекрестной фазовой модуляции зависит от числа каналов в системе.

Четырехволновое смешение, проявляется при достижении порогового уровня мощности излучения лазера, в этом случае нелинейные характеристики волокна приводит к взаимодействию трех волн и появлению новой четвертой волны, которая может совпасть с частотой другого канала. Такое наложение частот приводит к увеличению уровня помех и затрудняет прием сигнала.

Вносимый усилителем edfa шум, причина этого явления - мощность усиленного спонтанного излучения, возникающая вследствии конструктивных особенностей усилителей edfa. В процессе прохождения через усилитель, к полезной составляющей оптического сигнала добавляется шум, таким образом, уменьшается отношение "сигнал/шум", в результате сигнал может быть принят с ошибками. Это явление ограничивает количество усилителей в линии.

Технология DWDM реализует частотное мультиплексирование световых волн, а не электрических как в системе FDM. Рисунок 3.21 иллюстрирует процесс DWDM. На вход DWDM каждый кадр STM синхронной цифровой иерархии SDH назначается для модуляции отдельному лазеру. Каждый лазер излучает сигнал на своей отличной от других длине волны λ (лямбда) в определенном диапазоне. В результате мультиплексирования выходные сигналы лазеров объединяются в одном оптическом волокне.

Рис. 3.21. Процесс мультиплексирования DWDM

У технологии DWDM имеется предшественница - технология волнового мультиплексирования WDM (Wave Division Multiplexing), которая использует от 2 до 16 спектральных каналов. По одному каналу переносится информация со скоростью до 10 Гбит/с. В системах DWDM может быть задействовано до 160 каналов на одном оптическом волокне, что обеспечивает скорости передачи данных для одного волокна до нескольких терабит в секунду. На рис. 3.22 показаны компоненты участка системы DWDM.

Рис. 3.22. Участок системы DWDM

На каждом конце участка находится терминальный мультиплексор системы DWDM. Этот мультиплексор обеспечивает распределение кадров синхронной цифровой иерархии SDH (или синхронной оптической сети SONET) по определенным длинам световых волн (λ), используемым для транспортировки. В тракт между терминальными мультиплексорами могут включаться оптические мультиплексоры ввода/вывода OADM (Optical Add/Drop Multiplexer). OADM поддерживает функции ввода/вывода на различных длинах волн. Вдоль участка на расстоянии порядка 150 км расположены оптические усилители. Хотя оптический усилитель восстанавливает мощность сигнала, он не полностью компенсирует (например, из-за распространения волн разной длины с разной скоростью). Поэтому для построения более протяженных участков DWDM между определенным количеством участков с оптическими усилителями (до семи) устанавливаются мультиплексоры DWDM, выполняющие регенерацию сигнала путем её преобразования в электрическую форму и обратно. Технология DWDM в отличие от использования оптических волокон в SDH и Gigabit Ethernet (где световые сигналы всегда преобразуются в электрические перед мультиплексированием и коммутированием) между оптическими усилителями эти операции выполняются также над световыми сигналами.

Анализ сетевого трафика в течение последних двух десятилетий показывает на экспоненциальный рост его практически во всех регионах мира. Рост сетевого трафика вызывает постоянное увеличение спроса на пропускную способность технологии уплотненного волнового мультиплексирования DWDM (Dense Wave Division Multiplexing). DWDM работают на оптических магистралях на терабитных скоростях. По прогнозам к 2020 году скорость передачи по одному волокну в опорных сетях наиболее развитых стран приблизится к 20 Тбит/с .

На выставке «Связь Экспокомм-2012» российской компанией Т8 была представлена разработка 80 канальной системы DWDM со скоростью информации через каскад усилителей на 2000 км по каналу 100 Гбит/с. Максимальная емкость такой системы составляет 8 Тбит/с. Сегодня системы такого класса востребованы ОАО «Ростелеком» и другими крупными операторами. Оборудование по данным разработчиков обладает запасом по дальности передачи до 5-6 тысяч км. Показана передача по каналу 100 Гбит/с на 400км без промежуточных усилителей.

В настоящей разработке для десятикратного повышения канальной скорости (с 10 до 100 Гбит/с) и общей емкости системы (с 0,8 до 8 Тбит/с) использовался формат DP-QPSK . В этом формате каждая из двух ортогональных поляризаций (DP) используется для передачи независимых потоков информации. В каждом из этих двух потоков информация передается с использованием 4-уровневой фазовой модуляции (QPSK). В результате скорость увеличивается в 4 раза (передается 4 бита на символ). В работе отмечается, что увеличение канальной емкости позволяет уменьшить число каналов, а это упрощает управление сетью.