Od TDM do WDM
Wczesne systemy transmisji cyfrowej, takie jak SDH/SONET, opierały się na . Polegało to na wysyłaniu bitów z różnych kanałów jeden po drugim w szybkiej sekwencji. Zwiększanie szybkości wymagało szybszego przetwarzania elektronicznego i krótszych szczelin czasowych. Niektóre wcześniejsze systemy TDM opisywano przy przepływności około 40 Gb/s na włókno, a wartość ta zależała od generacji i architektury, więc nie stanowiła uniwersalnego limitu.
Multipleksacja z podziałem długości fali odpowiada na ten problem skalowania przez jednoczesne przesyłanie niezależnych nośnych optycznych w tym samym włóknie. Każda nośna przenosi osobny strumień danych, więc można zwiększać przepływność łączną bez podnoszenia szybkości każdego strumienia elektronicznego do tej samej wartości.
Zasada działania WDM
jest optycznym odpowiednikiem multipleksacji z podziałem częstotliwości (FDM). Pojedyncze włókno może przenosić wiele kanałów długości fali jednocześnie, gdy ich widma, moce i filtry odbiorcze zapewniają wymaganą separację. Każda długość fali działa jak osobny kanał komunikacyjny.
Odstępy kanałów CWDM i DWDM
- CWDM (Coarse WDM, zwielokrotnienie zgrubne): ITU-T G.694.2 określa nominalny odstęp międzykanałowy 20 nm. Szeroki odstęp pozwala stosować tańsze lasery niechłodzone i prostsze komponenty. W sieciach metropolitalnych i dostępowych często wykorzystuje się 8 lub 16 standaryzowanych pozycji kanałów, a konfiguracja 18-kanałowa zależy od urządzeń i budżetu łącza.
- DWDM (Dense WDM, zwielokrotnienie gęste): DWDM korzysta ze znacznie gęstszej siatki częstotliwości. ITU-T G.694.1 przyjmuje częstotliwość odniesienia 193,1 THz i określa między innymi stałe odstępy 12,5, 25, 50 i 100 GHz oraz wartości większe. W pobliżu 1550 nm odstęp 100 GHz odpowiada w przybliżeniu 0,8 nm, a 50 GHz około 0,4 nm. Wielkością normatywną jest częstotliwość, a przeliczenie na długość fali zależy od częstotliwości. Wydanie z 10/2020 ma status In force. Praktyczne systemy mogą używać 40, 80, 160 lub większej liczby kanałów w wybranym paśmie, zależnie od pasma i urządzeń. Rekomendacja definiuje siatkę częstotliwości, a liczbę kanałów wyznaczają pasmo i urządzenia. Określa także siatkę elastyczną z krokiem częstotliwości środkowej 6,25 GHz i krokiem szerokości szczeliny 12,5 GHz. Tę siatkę opisuje zalecenie . DWDM stosuje się w dalekosiężnym transporcie o dużej pojemności, w tym w łączach szkieletowych, których łączna przepływność może osiągać zakres terabitów na sekundę (Tb/s).
Anatomia linii DWDM
Typowa dalekosiężna linia DWDM łączy kilka komponentów służących do wysyłania, wzmacniania, obsługi i odbierania sygnału wielofalowego.
- Transponder: Przyjmuje sygnał kliencki, na przykład z routera lub urządzenia SDH, i odwzorowuje go na nośną optyczną o długości fali lub częstotliwości z siatki DWDM. Urządzenie obsługujące regenerację 3R wykonuje przed transmisją ponowne wzmocnienie, odtworzenie kształtu i odtworzenie taktowania.
- Multiplekser (MUX): Urządzenie łączy pojedyncze nośne optyczne z wielu transponderów, wyrównane do siatki, w jeden sygnał wielofalowy przesyłany pojedynczym włóknem.
- Wzmacniacz optyczny (np. EDFA): Na długich dystansach sygnał optyczny traci moc (ulega tłumieniu). wzmacnia kanały mieszczące się w jego paśmie wzmocnienia jednocześnie, bez konwersji na sygnały elektryczne. Wzdłuż długiego łącza można rozmieszczać takie wzmacniacze okresowo, z uwzględnieniem budżetu łącza i planu kanałów. Odstępy między wzmacniaczami i moc wejściową dobiera się na podstawie budżetu mocy optycznej, efektów nieliniowych oraz wymaganego stosunku sygnału do szumu.
- Światłowód Kompensujący Dyspersję (DCF): Specjalny typ włókna, który można włączyć do łącza w celu ograniczenia dyspersji chromatycznej. Dyspersja powoduje różne opóźnienia grupowe impulsów o różnych długościach fal i może poszerzać sygnał na dużej odległości.
- Demultiplekser (DEMUX): Na końcu odbiorczym urządzenie rozdziela przychodzący sygnał wielofalowy na poszczególne kanały siatki i kieruje każdy z nich do właściwego transpondera odbiorczego.
Architektury sieci i protekcja
Technologię DWDM wdraża się w kilku topologiach sieciowych, a mechanizmy protekcji dobiera się do wymaganej dostępności i modelu awarii.
- Topologie punkt-punkt i pierścieniowe: Łącza punkt-punkt łączą dwie lokalizacje. Topologia pierścieniowa łączy wiele węzłów i może zapewniać ścieżkę protekcyjną, gdy przewiduje ją projekt.
- Elastyczne węzły (OADM i OXC): Węzły pośrednie mogą obsługiwać wybrane długości fal bez kończenia każdego kanału. pozwala wydzielić wybrane kanały w węźle, gdy pozostałe przechodzą tranzytem. OXC (przełącznica optyczna) przełącza ścieżki długości fal lub całe sygnały między wieloma włóknami wejściowymi i wyjściowymi, tworząc węzeł sieci kratowej.
- Schematy protekcji: Aby chronić przed awariami, takimi jak przecięcie światłowodu, sieci DWDM używają przełączania protekcyjnego. W schemacie 1+1 sygnał jest wysyłany jednocześnie dwiema oddzielnymi ścieżkami, a odbiornik wybiera lepszą z nich. W schematach 1:N jedna zapasowa ścieżka (lub zestaw długości fal) może chronić wiele ścieżek roboczych.