Системы спектрального уплотнения оптических каналов

А.В. ШМАЛЬКО, заместитель главного инженера Энергосвязи - филиала ОАО "Мосэнерго", кандидат физико-математических наук

Технологии спектрального WDM (Wavelength Division Multiplexing) и плотного спектрльного уплотнения и разделения DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) оптических каналов являются сравнительно новыми для построения высокоскоростных магистральных линий и оптических сетей связи. Физико-технические основы спектрального уплотнения отических каналов для систем передачи и обработки информации были разработаны в 1970 - 1980 гг. В настоящее время системы WDM/DWDM являются основой для построения полностью оптических транспортных сетей, и для цифровых систем передачи (ЦСП) с временным разелением каналов TDM (Time Division Multiplexing), таких, например, как ЦСП синхронной цифровой иерархии (СЦИ/SDH Synchronous Digital Hierarchy), играют аналогичную роль, что и мультиплексирование с частотным разделением каналов для аналоговых систем передчи.

Использование новых достижений в технологии TDM позволило увеличить пропускную способность волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) до 10 Гбит/с и выше. Скорость передачи в 10 Гбит/с в некотором роде разграничивает ЦСП типа TDM. Выше этой скорости хоматическая и поляризационная модовая дисперсия оптического волокна (ОВ) начинают существенно влиять на качество передачи и должны приниматься во внимание при построении магистральных ВОЛС.

Так, из-за влияния хроматической дисперсии ОВ при увеличении скорости передачи в ЦСП СЦИ/SDH (с лазером с шириной спектра не более 0,1 нм) от 2,5 Гбит/с (уровень STM-16) до 10 Гбит/с (STM-64) максимально возможная протяженность ВОЛС уменьшается в 16 раз. При этом для стандартного ступенчатого одномодового ОВ (Рекомендация G.652 МСЭ-Т) максимальная дальность передачи со скоростью 10 Гбит/с без компенсации и коррекции дисперсии обычно не превышает 50 - 75 км.

В технологии WDM нет многих ограничений и трудностей, свойственных технологии TDM. Для повышения пропускной способности линии связи вместо увеличения скорости передачи в оптическом канале, как это делается в системах TDM, системы WDM позволяют увеличить число каналов (в

данном случае - длин волн), применяемых в системах передачи. При этом в определенных случаях технология WDM позволяет увеличить пропускную способность существующей сети без дорогостоящей замены оптического кабеля.

Технология WDM/DWDM применяется в основном на магистральных линиях связи большой протяженности, т. е. там, где требуется большая полоса пропускания. Сети городского и регионального масштаба, а также системы кабельного телевидения потенциально открывают широкие возможности для применения технологии WDM/DWDM. В последнее время за рубежом системы DWDM начали использоваться для построения городских региональных оптических сетей связи.

Структурная схема применения транспондерных систем DWDM в высокоскоростной магистральной линии связи: СЭ (сетевой элемент) - IP-маршрутизатор, АТМ-коммутатор, мультиплексор ввода-вывода 0МВВ/ADM СЦИ/SDH.

Возможности систем DWDM настолько впечатляющи, что позволяют говорить о достижении суммарной пропускной способности в линии связи в одном ОВ на уровне до 10 Тбит/с и выше. По оценкам зарубежных специалистов, стремителный рост потребностей в объемах информационных потоков и новых услуг связи, и в первую очередь Интернет, потребует в 2005 г. общей полосы пропускания около 300 Тбит/с.

В данной статье сделан краткий аналитический обзор современного состояния технологии исистем спектрального уплотнения и разделения оптических каналов WDM/DWDM для применения на высокоскоростных магистральных линиях и сетях связи.

Основы технологии спектрального уплотнения WDM/DWDM

Принципы построения систем спектрального уплотнения WDM/WDM. В системе WDM/DWDM сигналы разных длин волн, генерируемые одним или несколькими оптическими передатчиками, объединяются мультиплексором в многочастотный составной оптический сигнал, который распространяется далее по одномодовому ОВ. При большой протяженности ВОЛС в ней устанавливается один или несколько оптических усилителей (ОУ). Демультиплексор выделяет из составного оптического сигнала исходные частотные каналы и направляет их на соответствующие фотоприемники.

На промежуточных узлах в линии или сет связи некоторые оптические каналы могут быть добавлены или выделены из составного оптического сигнала посредством оптических мультиплексоров ввода/вывода (ОМВВ/OADM - Optical Add/Drop Multiplexer) или систем кросс-коммутации (ОСКК/OCCS - Optical Cross-Conect System) оптических каналов.

В системах WDM/DWDM применяют вполне определенные диапазоны длин волн оптического излучения в пределах стандартизованных Международным союзом электросвязи (МСЭ-Т) диапазонов для различных видов стандартных одномодовых волокон.

Технологии DWDM, в отличие от WDM, в которой обычно используются второе и третье окна прозрачности ОВ на длинах волн 1310 нм и 1550 нм (O- и C-диапазоны соответственно) или дополнительно область в окрестности длин волн 1650 нм (U-диапазон), рисущи две важные особенности:

использование только одного окна прозрачности волокна в пределах области длин волн 1530 - 1565 нм (C-диапазон), соответствующей максимальному усилению волоконных ОУ, легированных ионами эрбия;

малый интервал по длине волны ежду мультиплексируемыми оптическими каналами, обычно равный 3,2 / 1,6 / 0,8 или 0,4 нм.

Именно эти особенности систем DWDM с учетом применения специально разработанных одномодовых ОВ, ОУ, устройств компенсации дисперсии и

современных ЦСП СЦИ/SDH обеспечиают максимально высокую полосу пропускания и предельную дальность передачи для систем спектрального уплотнения оптических каналов в высокоскоростных сетях связи.

Пропускную способность оптических линий на основе систем WDM/DWDM можно наращивать постепенно добавляя по мере развития сети новые оптические каналы. Применение волоконных ОУ позволяет создавать полностью оптические сети, в которых обработка сигнала электронными компонентами происходит только в начальной и конечной точках сети. Каждый канал электосвязи, образуемый ЦСП СЦИ/SDH соответствующего уровня иерархии (STM-16/64/256), обрабатывается в системе WDM/DWDM как отдельный канал на отдельной длине волны, благодаря чему большая часть существующего сетевого оборудования сетей СЦИ/SDH может непосредсвенно включаться в состав систем WDM/DWDM. Это позволяет снизить начальные затраты для установки систем WDM/DWDM в существующую сеть сетей СЦИ/SDH.

Структура систем WDM/DWDM. В общем случае система WDM/DWDM состоит из нескольких оптических передатчиков, отического мультиплексора, одного или нескольких ОУ (обычно это ОУ на основе волокна, легированного ионами эрбия - EDFA - Erbium Doped Fiber Amplifier), аппаратуры ЦСП СЦИ/SDH, волоконной линии связи, оптического демультиплексора и соответствующего числа фтоприемников, а также соответствующего электронного оборудования и системы управления сетью. В системах WDM/DWDM в качестве источников излучения применяют высокостабильные одномодовые полупроводниковые лазеры со сверхузкой спектральной линией генерации и нутренней или внешней модуляцией оптической несущей частоты.

На рисунке показана структурная схема транспондерной системы DWDM и ее использование в высокоскоростной магистральной линии связи. Такая система включает следующие основные блоки: оптические трнспондеры (приемопередатчики со стабильными по частоте источниками оптического излучения для преобразования оптического сигнала ЦСП в сигнал оптического канала системы DWDM), оптические мультиплексоры/демультиплексоры, ОУ мощности (ОУМ) или оптические преусилители (ОПУ) в составе аппаратуры DWDM, линейные ОУ (ОУЛ), устанавливаемые в линии связи. Такая система совместно с волоконными ОУ EDFA обеспечивает дальность передачи свыше 200 км.

Оптические мультиплексоры систем DWDM рассчитаны на работу с большим ислом N оптических каналов (N ≥ 32) со строго определенными длинами волн и обеспечивают возможность мультиплексирования (демультиплексирования) одновременно как всех оптических каналов, так и ввода/ вывода одного или нескольких из общего оптического поток с большим числом каналов.

Сравнение систем спектрального и временного уплотнения. В технологии TDM аппаратура ЦСП СЦИ/SDH принимает синхронные и асинхронные электрические сигналы (обычно уровня E1 (2 Мбит/с) или E3 (34 Мбит/с) и мультиплексирует их в едиый сигнал - транспортный модуль уровня STM-N, который имеет скорость передачи 155 х N Мбит/с (N=1, 4, 16, 64, 256) и может быть представлен как электрическим (Е), так и оптическим (О) сигналом.

При этом в ЦСП СЦИ/SDH обеспечивается взаимное преобразование электрических и оптических сигналов по схеме E/O или O/E/O, а по ОВ распространяется оптический сигнал на одной длине волны, содержащий множество каналов ЦСП.

В сети на основе систем TDM основное внимание уделяется точности синхронизации приемника и передтчика. В технологии WDM/DWDM аппаратура принимает множество оптических сигналов и мультиплексирует их по длине волны. При этом отсутствует преобразование сигнала и используется множество длин волн (оптических каналов) в одном оптическом волокне. Важно отмтить, что на каждой длине волны в системе WDM/DWDM может передаваться сигнал систем TDM (СЦИ/SDH), содержащий определенное, достаточно большое число цифровых каналов.

В технологии TDM обеспечивается передача по оптической линии или сети связи на одной длие волны множества цифровых каналов, разнородных по типу передаваемых данных. При этом возможно как синхронное временное мультиплексирование (SyTDM - Synchronous Time Division Multiplexing), так и статистическое мультиплексирование (StTDM - Statistical Tim Division Multiplexing) каналов. Сети СЦИ/SDH предусматривают использование синхронных мультиплексоров с временным уплотнением каналов SyTDM для предоставления фиксированной полосы пропускания для выделенных каналов и/или независимых услуг. Именно этот ваиант технологии TDM наиболее широко распространен и применяется в ЦСП СЦИ/SDH.

Технология TDM позволяет увеличить пропускную способность линии или сети за счет увеличения скорости передачи информации в линии связи. Максимум скорости передачи систем TDM (в пределах фундаментальных ограничений самого ОВ) зависит от характеристик используемых электронных компонентов в аппаратуре ЦСП. При этом для каждого канала, независимо от его требуемой пропускной способности, используется электронное оборудование, имеющее пропускную способность не ниже общей пропускной способности линии связи. С помощью технологии TDM едва ли будет достигнута суммарная скорость передачи в линии связи, соизмеримая с пропускной способностью самого оптического волокна.

В технологии WDM/DWDM аналы полностью независимы, так как каждому из них соответствует своя длина волны, а потому такие системы дают большую гибкость по сравнению с системами WDM/DWDM. Технология WDM/DWDM позволяет без каких-либо трудностей разделить линию связи на множество отических каналов, тип трафика и скорость передачи в каждом из которых может существенно различаться. Добавление новых оптических каналов в существующую систему WDM/DWDM не вызывает особых проблем.

Несмотря на то, что в системах WDM к оконечному электронному оборудованию для отдельных оптических каналов предъявляются такие же требования, как и в системах TDM, для всего остального оборудования требования по пропускной способности или скорости передачи для каждого канала определяются только данным каналом, а е полной скоростью передачи составного сигнала. Таким образом, полная пропускная способность линии связи уже не ограничена пропускной способностью используемых электронных компонентов.

При необходимости полную пропускную способность системы можно увеличит, просто добавив в существующую систему WDM/DWDM несколько новых оптических каналов. Технология WDM/DWDM позволяет достичь суммарной пропускной способности в линии связи, соизмеримой с пропускной способностью самого оптического волокна.

Классификация и стандартизация систем спектрального уплотнения

Классификация систем WDM/DWDM. Основным параметром в системах WDM/DWDM является расстояние между соседними оптическими каналами по длине волны излучения. Стандартизация разнесения оптических каналов - основа взаимной совместимости оборудования разных производителей систем WDM/DWDM и последующего его тестирования в процессе наладки и эксплуатации.

Системы WDM в настоящее время подразделяют по числу оптических каналов и расстоянию между оптическими каналами по частоте на три типа: обычные системы WDM, системы плотного спектрального мультиплексирования DWDM, системы высокоплотного спектрального мультиплексирования HDWDM (High Dense Wawelength Division Multiplexing). До настоящего времени отсутствует стандарт на классификацию систем WDM и нет точных границ раздела между ними, однако можно вслед за компаниями Alcatel и ECI Telecom провести классификацию систем WDM следующим образом:

системы WDM - системы спектрального уплотнения с разнесением оптических каналов (оптичеких несущих) по частоте Dnн≥200 ГГц и числом мультиплексируемых каналов N ≥ 16;

системы DWDM - системы плотного спектрального уплотнения с разнесением оптических каналов по частоте Dnн = 100 ГГц и N ≤ 64;

системы HDWDM - системы высокоплотного спектральноо уплотнения с разнесением оптических каналов по частоте Dnн ≤ 50 ГГц и N > 64.

В этой классификации число оптических каналов N для каждого класса систем WDM достаточно условно, однако частотный интервал между каналами Dnн является существенной характерисикой. Для систем HDWDM он уже достигает 50 ГГц, а в некоторых экспериментальных системах - 25 ГГц.

Стандартизация оптических каналов по длине волны систем WDM. Регламентация частот оптических несущих в системах WDM определяется Рекомендаций G.692 МСЭ-Т, оторая задает сетки частотного плана и предъявляет достаточно высокие требования к стабильности и точности задания длин волн оптических передатчиков аппаратуры систем WDM. Частотный план МСЭ-Т - это набор стандартных частот на основе базовой частоты n = 13100 ГГц.

Стандартные частоты располагаются выше и ниже этой частоты с интервалом в 100 ГГц. Сетки частотного плана с различным разнесением оптических каналов, начиная от 100 ГГц и выше, можно найти, например, в книге А.В. Шмалько "Цифровые сети связи: осовы планирования и построения". В окончательной редакции Рекомендации G.692 МСЭ-Т максимально допустимое число оптических каналов N ≤ 41 для частотного интервала Dnн = 100 ГГц и N ≤ 81 для частотного интервала Dnн = 50 ГГц. Однако эти показатели уже перекыты рядом компаний, производящих аппаратуру DWDM с числом оптических каналов N = 160 (Nortel, Lucent, Siemens) и N = 256 (Alcatel).

Реализация той или иной сетки частотного плана во многом зависит от типа используемых оптических усилителей, скорости передчи в канале - 2,4 (STM-16), 10 (STM-64), 40 Гбит/с (STM-256) и влияния нелинейных эффектов в волокне. При этом равномерное распределение оптических каналов систем WDM позволяет оптимизировать работу оптических транспондеров, перестраиваемых лазеров и другх устройств систем спектрального уплотнения в оптической сети связи, а также облегчает возможность ее дальнейшего наращивания.

Разнесение оптических каналов определяется критерием разрешения соседних оптических каналов по длине волны. Однако с уменьшением расстояния между оптическими каналами возрастает влияние эффекта четырех волнового смешения в ОВ линии связи, что ограничивает максимальную длину регенерационного участка ВОЛС с системами WDM/DWDM. Во-вторых, при уменьшении межканального интервала до Dn ≈ ,4 нм начинают проявляться ограничения по мультиплексированию каналов более высокого уровня иерархии ЦСП СЦИ/SDH (STM-64 и выше). Кроме этого, частотный интервал Dnн = 50 ГГц накладывает более жесткие требования к лазерам, мультиплексорам и другим компонентам аппаратуры, что ведет к увеличению ее стоимости.

При этом основным путем увеличения числа мультиплексируемых оптических каналов в системах WDM/DWDM является расширение их спектральной полосы. Увеличение рабочей области спектра усиления ОУ EDFA за счет обеспечения большей линейности коэффициента усиления во всем C-диапазоне уже в настоящее время позволило осуществить уплотнение и разделение до 160 каналов уровня STM-64 (10 Гбит/с) с частотным интервалом 100 ГГц и общей емкостью полосы 1,6 Тбит/с в расчее на одно ОВ.

Компоненты и технологии построения систем спектрального уплотнения

Компоненты систем WDM/DWDM. В состав систем WDM/DWDM обычно входят следующие основные компоненты: оптические передатчики - источники излучения, волновые блокираторы, фотопремники, аттенюаторы, оптические коммутаторы, устройства оптической кросс-коммутации, адресуемые устройства ввода/вывода каналов, волновые разветвители, устройства компенсации дисперсии, оптические мультиплексоры и демультиплексоры, оптические мультиплексоы ввода/вывода каналов, оптические усилители.

Современные оптические передатчики имеют гибридную конструкцию. Лазеры и интегральные микросхемы, модулирующие излучение, объединены в единый компактный модуль, что позволяет достичь больших частот модуляции ивысокой надежности. Такой модуль представляет собой электронно-оптический преобразователь, в котором интенсивность выходного оптического сигнала модулируется входным цифровым электрическим сигналом. Передатчик для одного оптического канала обычно представляет собой лазер с распределенной обратной связью (РОС) с выходной мощностью в ОВ не менее 1 мВт (0 дБм) и оптический модулятор (при частотах модуляции свыше 2,5 ГГц - внешний).

Методами интегральной оптики созданы недорогие и удобные в эксплуатации оптические передающие модули, объединяющие в одном кристалле лазер, оптический модулятор и полупроводниковый ОУ. Разработаны также оптические передающие модули, объединяющие мультилазеры, независимо генерирующие сигналы на нескольких длинах волн, мультиплексор полупроводниковый ОУМ.

Модуль оптического передатчика с РОС-лазером обычно содержит также термоэлектрическое охлаждающее устройство для контроля температуры, датчик температуры, оптический изолятор и фотодиод для контроля уровня мощности. РОС-лазеры требют жесткого температурного контроля, так как длина волны генерации очень чувствительна к изменению температуры.

Для систем DWDM достаточно обеспечить на практике температурную стабилизацию лазеров оптических передатчиков в пределах ±0,1°С, что позволяет поддерживать стабильность длины волны в пределах ±0,01 нм. Эффективность промышленных РОС-лазеров достаточно высока - выходная мощность в 1 мВт в ОВ обеспечивается при токе накачки до 40 мА.

Оптические усилители EDFA на основе оптического волокна, легированного ионами эрбия, за последние несколько лет произвели революцию в оптических системах связи. Такие усилители обеспечивают непосредственное усиление оптических сигналов без преобразования их в электрические сигналы и обратно, обладают низким уровнем шумов а их рабочий диапазон длин волн практически соответствует окну прозрачности ОВ на основе плавленого кварца.

Оптический усилитель EDFA состоит из отрезка ОВ, легированного ионами эрбия, в котором оптические сигналы определенных длин волн могут усиливатьсяза счет энергии внешнего излучения накачки. В простейших конструкциях ОУ EDFA усиление до необходимого уровня происходит в достаточно узкой полосе по длине волны (≈ 40 нм) - примерно от 1525 нм до 1565 нм. Этого хватает для обеспечения усиления нескольких десятков оптических каналов систем WDM/DWDM. В качестве источника излучения накачки служат лазеры с длиной волны 980 и 1480 нм, соответствующей максимумам поглощения ионов эрбия.

Накачка на длине волны nн = 980 нм более эффективна и обеспечивает более низий уровень шумов (≈ 3 - 5 дБ). Однако, лазеры накачки на nн = 1480 нм (хотя их эффективность и составляет 70 % по сравнению с лазерами на nн = 980 нм), считаются более предпочтительными, так как они более надежные, не требуют жесткого контроля длины волны(излучают в более широкую полосу поглощения ионов эрбия) и вместе с тем позволяют реализовать достаточно низкий уровень шумов усилителя (≈ 5 дБ).

Круг проблем, относящихся к оптическим усилителям и их применениям в оптических системах и сетях связи, очень широк, а сама тема выходит за рамки настоящего обзора и требует отдельного рассмотрения.

Методы построения систем спектрального уплотнения. Подробное рассмотрение явлений и методов, лежащих в основе построения систем спектрального мультиплексирования и аппаратуры систем WDM/DWDM, охватывает различные направления физики и техники и очень обширно, что требует по существу отдельного специального обзора. Поэтому ограничимся рассмотрением наиболее распространенных систем и проведем сравнительный анализ основных широко применяемых методов и технологий спектрального уплотнения и разделения оптических каналов применительно к промышленным системам WDM/DWDM.

В устройствах спектрального мультиплексирования/демультиплексирования обычно используются одноступенчатые тонкопленочные фильтры, каждый из которых выделяет из составного сигнала (или добавляет в него) один канал. Тонкопленочные фильтры имеют полосу пропускания, подходящую для использования их в системах WDM с 16 или 32 каналами. В современных системах DWDM с боле плотным расположением каналов применяются другие технологии.

В оптических мультиплексорах и демультиплексорах объемные брегговские дифракционные решетки (ОБДР) используют в комбинации с вогнутым фокусирующим зеркалом и массивом (линейкой) одномодовых воокон по так называемой схеме трехмерного оптического мультиплексирования (ТОМ). Несмотря на высокую стоимость и сложность таких устройств, вносимые ими потери практически не зависят от числа оптических каналов, что делает эту технологию одной из наиболее привлекательных для применения в системах DWDM с большим числом каналов.

В настоящее время интегрально-оптические технологии применяются при производстве оптических разветвителей, коммутаторов, модуляторов, оптических волноводных усилителей, объемных брэговских дифракционных решеток, а также для создания массивов волноводных решеток (МВР/AWG - Array Waveguide Grating) для систем DWDM.

Массив таких волноводных решеток имеет спектральную характеристику, подобную интерференционному фильтру. Он выполняет функцию

дифракционной решетки в интегрально-оптическом мультиплексоре, работающем на принципе многопортового интерферометра Маха-Цендера. Эта технология сейчас становится основной для производителей мультиплексоров и демультиплексоров систем DWDM.

Сравнение технологий спектрального мультиплексирования. Представляет интерес сравнить основные методы построения систем спектрального мультиплексирования для промышленных систем WDM/DWDM. В табл. 2 приведены параметры мультиплексоров систем WDM/DWDM, реализованных на основе наиболее перспективных технологий.

Видно, что указанные методы могут быть использованы при создании систем DWDM и HDWDM. При этом технология ТОМ (ОБДР) в наибольшей степени разрабатывалась как промышленная технология, а МВР/AWG, хотя и обеспечивает рекордные показатели по числу каналов, реализованные на практике, пока еще остается экспериментальной разработкой.

Принципы планирования и методы построения систем WDM/DWDM

Планирование и построение оптической сети на основе систем и аппаратуры WDM/DWDM является существенно более сложной задачей по сравнению с планированием сети СЦИ/SDH и требует специального анализа всей совокупности компонентов и систем WDM/DWDM в целом.

Принципы планирования систем спектрального уплотнения WDM/DWDM включают планирование пропускной способности отдельных оптических каналов и общей пропускной способности транспортных магистралей, учет ограничивающих факторов и выбор типа волокна для оптического кабеля, разработку архитектуры и топологии транспортной магистрали.

Предусматриваются следующие основные этапы при планировании систем WDM/DWDM и оптических сетей на их основе:

задание (определение) пропускной способности отдельных оптических каналов;

выбор типа волокна для оптического кабеля ВОЛС (или максимальной протяженности ОВ между системами WDM/DWDM для существующих оптических кабелей);

выбор пропускной способности (числа оптических каналов N) транспортных магистралей системы WDM/DWDM;

выбор типа ОУ и числа усилительных участков для систем WDM/DWDM;

планирование архитектуры, топологии и структуры оптической сети;

выбор типа ЦСП с учетом скорости передачи, структуры и протяженности сети.

Применение стандартного ОВ в оптических сетях на основе систем WDM/DWDM (в тех случаях, когда применяются "старые" оптические кабели) требует бязательного использования устройств компенсации хроматической и поляризационной модовой дисперсии, что приводит к дополнительным капитальным затратам и удорожанию сети. Оптическое волокно со смещенной ненулевой дисперсией, соответствующее Рекомендации G.55 МСЭ-Т, специально оптимизировано для работы с системами WDM/DWDM в

C-диапазоне. При этом в таком ОВ коэффициент хроматической дисперсии не превышает 3 - 5 пс/(нм.км) (но не равен нулю для предотвращения четырехволнового смешения), а коэффициент поляризационной модовой дисперсии DПМД ≤ 0,1-0,2 пс/км1/2.

Длина участка линии без промежуточных усилителей для систем DWDM зависит от вводимой оптической мощности, скорости передачи в канале и типа оптического волокна.

В соответствии с Рекомендацией G.692 МСЭ-Тдля систем DWDM определено три типа усилительных (безрегенерационных) участков: L - длиной 80 км с затуханием 22 дБ, максимальное количество оптических усилителей до семи; V - длиной 120 км с затуханием 33 дБ, максимальное количество оптических усилителей до четырех; U - длиной 160 км с затуханием 44 дБ, один усилительный участок.

На рисунке показан вариант применения транспондерных систем DWDM в линиях дальней связи. Линейное оборудование оптических сетей сопрягается с транспондерной системой DWDM, работающей на прием и передачу, по стандартным электрическим и чисто оптическим интерфейсам, при этом дальность передачи с использованием волоконных ОУ EDFA превышает 200 км. Применение ОУ EDFA в ВОЛС для систем DWDM с ЦСП СЦИ/SDH уровня STM-16 (2,4 Гбит/с) позволяет увеличить дальность передачи от 200 до 600 км и выше.

Аппаратура систем спектрального уплотнения WDM/DWDM. В состав полностью оптической транспортной сети обычно входят несколько типовых устройств аппаратуры DWDM - сетевых элементов, образующих узлы сети. Это - оптические мультиплексоры ввода-вывода ОМВВ/OADM, оптические терминальные мультиплексоры (ОТМ), оптические системы кросс-коммутации ОСКК/OCCS, а также ОУМ, ОУЛ и оптические предусилители (ОПУ).

Основными зарубежными производителями аппаратуры DM и DWDM являются компании-производители оборудования СЦИ/SDH - Lucent Technologies, Nortel Networks, Alcatel, Siemens AG, Marconi Communications, а также компания Ciena, специализирующаяся на производстве аппаратуры систем WDM и DWDM для оптических сете связи. Отметим также ряд менее крупных производителей аппаратуры WDM и DWDM - NEC, PANDATEL Telecommunications AG, LIGHTSCAPE Networks. Из российских производителей можно указать компанию IRE-Polus.

Большинством производителей аппаратуры WDM и DWDM освое промышленный выпуск и поставка аппаратуры с числом оптических каналов от N = 16/32 до N = 40/80 и выше для аппаратуры СЦИ/SDH со скоростью передачи на уровне STM-64 (10 Гбит/с) и STM-16 (2,4 Гбит/с). Поскольку аппаратура систем WDM/DWDM вносит значительне потери в линейный

тракт транспортной магистрали (суммарно до 14 - 18 дБ на обеих сторонах на один оптический канал), то ее применение без оптических усилителей возможно для относительно коротких линий - порядка нескольких десятков километров (обычно до 0 км). В табл. 3 приведены основные характеристики аппаратуры ряда ведущих зарубежных производителей компонентов и аппаратуры систем WDM/DWDM.

В настоящее время освоен промышленный выпуск систем HDWDM со 160 (Nortel, Lucent, Siemens) и 256 (Alcatel) оптическими каналами и скоростью передачи 10 и 2,4 Гбит/с, что позволяет довести суммарную полосу пропускания в одном ОВ до 1,6 и 0,625 Тбит/с соответственно. Совсем недавно компания Alcatel заявила о превышении мифического барьера 10 Тбит/с в суммарной скорости передачи по одному оптическому волокну.

В тестовых испытаниях ВОЛС протяженностью 100 км по волокну типа TeraLightTM передавалось 256 оптических каналов со скоростью 40 Гбит/с, что соответствует суммарной скорости передачи 10,24 Тбит/с. При этом использовались по 128 полупроводниковых РОС-лазеров с частотной сеткой 50 ГГц в диапазоне длин волн 1529,94 - 1561,22 нм (C-диапазон) и 1569,59 - 1602,53 нм (L-диапазон) соответственно.

Заключение

Появление технологии WDM/DWDM, как и любой новой технологии, решило одни, но породило новые проблемы. Основной проблемой для современных систем WDM/DWDM является их надежная и стабильная работа. Очень важным становится контроль оптических характеристик и поведения систем WDM/DWDM, начиная от производства оптического волока и других компонентов и завершая этапом системной интеграции.

Успехи и достижения в разработке систем волнового WDM и плотного волнового мультиплексирования DWDM для высокоскоростных сетей связи огромны и впечатляющи. При этом темпы развития данного направления науки и техники настолько стремительны, что в настоящее время можно прогнозировать достижение в недалеком будущем скорости передачи, точнее, суммарной пропускной способности для одного оптического волокна в ВОЛС на уровне 20 - 50 Тбит/с и выше на расстояния в сотни и тысячи километров.