Dwdm mux demux insertion loss testing

Введение

Одни из наиболее перспективных функциональных модулей, разработанных для оснащения оборудования волоконно-оптических систем на основе технологии DWDM, — это спектрально-селективные коммутаторы длин волн, обозначаемые аббревиатурой WSS (Wavelength Selective Switch). Они созданы на основе новейших достижений интегрально-оптической технологии. Модули WSS выпускают в настоящее время несколько компаний, лидирующих в разработке оборудования для оптических систем, которые обеспечивают современные требования к устройствам формирования, коммутации и обработки сложных сигналов, характерных для систем со спектральным мультиплексированием, включая и сети следующих поколений. Эти устройства применяются в ключевых узлах линейного тракта DWDM-систем, таких как реконфигурируемые мультиплексоры ввода/вывода (ROADM). Наиболее совершенные модели WSS, реализованные на основе новейшей интегральной технологии LCOS (Liquid Crystal On Silicon), с успехом используются и в других устройствах, например в полностью оптических маршрутизаторах и линейных эквалайзерах.

Здесь мы рассмотрим еще один вариант приложений WSS — для построения имитатора линейного DWDM-сигнала (ИЛС), который можно использовать при исследовании прохождения многоканальных оптических сигналов в трактах магистральных систем с большим числом каналов спектрального мультиплексирования. Принцип работы ИЛС такого типа основан на использовании типичных характеристик модулей WSS: волновые фильтры одного из выходных оптических трактов (будем считать его «рабочим трактом») настраиваются таким образом, чтобы сформировался шаблон сетки каналов, соответствующей имитируемому линейному DWDM-сигналу — по числу каналов, удовлетворению требований по расположению центральных длин волн стандартной сетке по G.694.1 и спектру передаваемых канальных сигналов. В групповой тракт WSS (CОМ-порт) подается широкополосное излучение с непрерывным спектром, генерируемое, например, источником спонтанного излучения эрбиевого волокна (так называемый Broadlighter) или, еще лучше, генератором суперконтинуума на основе импульсного лазера и фотонного кристаллического волокна с сильной нелинейностью.

В результате на выходе рабочего тракта WSS мы получим, благодаря соответствующей настройке канальных фильтров и аттенюаторов, имитацию линейного DWDM-сигнала с шумовыми псевдоканалами. С помощью такой имитации можно исследовать функцию передачи многоканального DWDM-сигнала по линии в условиях, близких к реальным. При этом отпадает необходимость в формирователе исходного сигнала, в котором установлено большое (равное числу DWDM-каналов) число высокостабильных лазерных источников. Такие формирователи требуют значительных дополнительных расходов и тщательной настройки. Применение ИЛС на основе WSS может иметь еще и преимущество использования гибкой сетки каналов с варьируемыми значениями полосы, уровней мощности и возможностей оперативной имитации различных комбинаций в составе формируемого DWDM-сигнала, передаваемого по линии.

Введение в технологию DWDM

С термином «DWDM» сегодня связан обширный круг технологий, решений и стандартов в области связи и передачи данных. Постоянно появляющиеся типы сервисов и новые пользовательские приложения создают все большую нагрузку на магистральную транспортную сеть. Это значит, что для транспортировки высокоскоростного трафика требуется технология передачи данных, которая, с одной стороны, обладает достаточной производительностью, с другой предоставляет оператору возможности масштабирования сети без изменения инфраструктуры. Этим требованиям удовлетворяет технология спектрального мультиплексирования (WDM –Wavelength Division Multiplexing), которая уже почти 30 лет является основной технологией построения магистральных волоконно-оптических сетей связи.

OSA

DWDM Testing with OSA

OSA is a detail topic so I will not be able to give complete information about OSA here, if you want complete information about OSA, then you have to comment in inbox.I will only explain here that what do measure with OSA in 

It is important to measure during system installation optical parameters of the system. Optical Spectrum Analyzer (OSA) is used to efficiently measure the power, wavelength, and OSNR of each transmitted channel to ensure transmission quality. in DWDM networks. OSAs used for field measurements as well as in laboratories.

OSA can measure Channel power in dBm, Power stability, Channel center wavelength (0.1 nm resolution) and spacing, Wavelength stability, Optical signal-to-noise ratio (OSNR) for each channel and OSNR stability, Total optical power.

Как компоненты системы DWDM работают вместе с технологией DWDM

Как система DWDM состоит из этих пяти компонентов, как они работают вместе? Следующие шаги дают ответ (также вы можете увидеть всю структуру фундаментальной системы DWDM на рисунке ниже):

1. Приемоответчик принимает ввод в виде стандартного одномодового или многомодового лазерного импульса. Входные данные могут поступать с разных физических носителей, разных протоколов и типов трафика.
2. Длина волны входного сигнала транспондера отображается на длину волны DWDM.
3. Длины волн DWDM от транспондера мультиплексируются с сигналами от прямого интерфейса, чтобы сформировать составной оптический сигнал, который запускается в волокно.
4. Постусилитель (бустерный усилитель) повышает мощность оптического сигнала, когда он покидает мультиплексор.
5. OADM используется в удаленном месте для удаления и добавления потоков битов определенной длины волны.
6. Дополнительные оптические усилители могут быть использованы вдоль оптоволокна (линейный усилитель) по мере необходимости.
7. Предварительный усилитель усиливает сигнал, прежде чем он поступит в мультиплексор.
8. Входящий сигнал демультиплексируется на отдельные волны DWDM.
9. Отдельные лямбда-сигналы DWDM либо сопоставляются с требуемым типом вывода через транспондер, либо передаются непосредственно на клиентское оборудование.

Используя технологию DWDM, системы DWDM обеспечивают пропускную способность для больших объемов данных. Фактически, пропускная способность систем DWDM растет с развитием технологий, позволяющих увеличить расстояние и, следовательно, большее количество длин волн. Но DWDM также выходит за рамки транспорта и становится основой полностью оптических сетей с обеспечением длины волны и защитой на основе ячеек. Переключение на фотонном уровне будет способствовать этой эволюции, так же как и протоколы маршрутизации, которые позволяют проходам света проходить через сеть так же, как это делают виртуальные каналы сегодня. С развитием технологий системам DWDM могут потребоваться более совершенные компоненты, чтобы обеспечить большие преимущества.

Предыдущая статья: От O до L: эволюция оптических полос длин волн

Следующая статья: Отводной кабель и его окончание в FTTH

Технологии

На сегодня аппаратная часть DWDM разрешает транспортировать по одному оптическому волокну 32 и больше волн разной длины в окне прозрачности 1550 нм. И каждая волна может транспортировать данные со скоростью до 10 Гбит/с. На данный момент идет процесс повышения скорости транспортировки данных на одной длине волны с полосой пропускания в 40-80 Гбит/с

Самым важной характеристикой в технологии плотного волнового мультиплексирования является расстояние между соседними каналами. Стандартизация пространственного расположения линий нужна, для того, что на ее основе можно будет проводить тесты на взаимную совместимость оборудования разных производителей

Сектор по стандартизации телекоммуникаций международного союза по электросвязи ITU-T утвердил частотный план DWDM с расстоянием между соседними каналами в 1000 ГГц. Не понимая какие преимущества и ограничения имеет каждый частотный план, организации и операторы связи, которые планируют наращивать пропускную способность сети, могут напороться на значительные трудности.

Сетка 100 ГГц показана в таблице 1 с частотным планом 100 ГГц и разной степенью разреженности каналов. Все сетки кроме 500/400 обладают равноудаленными каналами. Равномерное распределение каналов разрешает оптимизировать работу волновых конвертеров, лазеров и др. и разрешает легче реализовать наращивание. Реализация любой сетки частотного плана зависит от:

• скорости передачи на канал
• нелинейных эффектов
• типа оптического усилителя (фтор-цирконатный или кремниевый)

Стандартные EDFA на кремниевом волокне обладают одним недостатком — многую вариацию коэффициента усиления в области ниже 1540 нм, что дает низкий параметр соотношения сигнал/шум и нелинейности усиления в этой области. С увеличением полосы пропускания минимальное значение по стандарту соотношение сигнал/шум увеличивается. Для канала STM-64 оно на 4-7 дБ больше, чем для STM-16. По этому, нелинейность коэффициента усиления кремниевого EDFA сильно ограничивает размер зоны для мультиплексных каналов STM-64 (1540-1560 нм), чем для каналов STM-16 и меньшей емкости.

Сетка 50 ГГц более плотная, но нестандартизированная. Сетка с таким частотным планом разрешает эффективней реализовывать зону 1540-1560 нм,где работают стандартные кремниевые EDFA. При такой сетке есть ряд минусов.

• при уменьшении межканального интервала увеличивается влияние эффект четырехволнового смешивания, что ограничивает максимальную длину межрегенерационной линии.
• Маленькое межканальное расстояние ~ 0,4 нм может ограничить реализацию мультиплексирования каналов STM-64. На рис.1 видно, что мультиплексирование каналов STM-64 с интервалом в 50 ГГц невозможно, так как возникает перекрытие спектров соседних каналов.
• При интервале в 50 ГГц требования и производству лазеров и др компонентов становится жесткими, что снижает потенциальное число производителей.

Рисунок 1

Оптические передатчики / приемники

Передатчики описываются как компоненты DWDM, поскольку они обеспечивают исходные сигналы, которые затем мультиплексируются. Характеристики оптических передатчиков, используемых в системах DWDM, очень важны для проектирования системы. В качестве источников света в системе DWDM используются несколько оптических передатчиков. Поступающие электрические биты данных (0 или 1) запускают модуляцию светового потока (например, вспышка света = 1, отсутствие света = 0). Лазеры создают импульсы света. Каждый импульс света имеет точную длину волны (лямбда), выраженную в нанометрах (нм). В системе на основе оптического носителя поток цифровой информации отправляется на устройство физического уровня, выход которого является источником света (светодиод или лазер), который соединяет оптоволоконный кабель. Это устройство преобразует входящий цифровой сигнал из электрической (электроны) в оптическую (фотоны) форму (электрическое преобразование в оптическое, ЭО). Электрические единицы и нули запускают источник света, который мигает (например, свет = 1, мало или нет света = 0) светом в сердцевину оптического волокна. EO конвертация не влияет на трафик. Формат основного цифрового сигнала не изменяется. Импульсы света распространяются через оптическое волокно посредством полного внутреннего отражения. На приемном конце другой оптический датчик (фотодиод) обнаруживает световые импульсы и преобразует входящий оптический сигнал обратно в электрическую форму. Пара волокон обычно соединяет любые два устройства (одно передающее волокно, одно принимающее волокно).

DWDM-системы требуют очень точных длин волн света для работы без межканальных искажений или перекрестных помех. Несколько отдельных лазеров обычно используются для создания отдельных каналов системы DWDM. Каждый лазер работает на немного другой длине волны. Современные системы работают с разносом 200, 100 и 50 ГГц. Более новые системы поддерживают разнос 25 ГГц, а разнос 12,5 ГГц находится в стадии изучения. Как правило, в настоящее время на рынке можно найти приемопередатчики DWDM (DWDM SFP, DWDM SFP +, DWDM XFP и т. Д.), Работающие на частотах 100 и 50 ГГц.

Гибкость и масштабируемость современных оптических транспортных систем

Задачу достижения гибкости и масштабируемости оптического транспорта можно условно разделить на несколько направлений: модернизация физических компонентов системы и организация управляемости сети на программном уровне.

Перестраиваемые форматы модуляции. Суперканалы

Появление когерентных решений для DWDM-систем стало первым шагом в сторону повышения производительности. Каналы 100G+ обеспечили существенное увеличение спектральной эффективности. Однако развитие когерентных технологий на этом не остановилось и открыло новые направления развития. Современные сверхбольшие интегральные схемы (СБИС), применяемые в блоках транспондеров, позволяют программным образом перестраивать формат модуляции для когерентных каналов, масштабируя скорость передачи данных. Такой функционал позволяет оптимизировать сеть, выбирая между дальностью и скоростью, для каждого оптического канала.

DWDM Mux Insertion Loss in the Market: Which One is Better

The higher the DWDM channel insertion loss is, the more operating cost needed as the optical amplifiers are required to deploy for keeping a balance signal power in the fiber link. After learning how great impact the insertion loss has on the whole fiber network links, we have researched many famous suppliers who provide a series of DWDM equipment. As a result, we conclude a graph showing the maximum insertion loss value of 40CH DWDM Mux from different vendors for reference.

In a DWDM network, the budget loss mainly comes from optical fiber path loss, DWDM OADM and Mux/Demux. If the loss of them is high, the network deployment cost will get higher certainly. In this graph, the vertical axis stands for the max insertion loss, and the horizontal axis shows several DWDM Mux suppliers like Cisco, Finisar, FS.com, Infinera, etc. From the comparison, we can see all the max insertion loss values of 40CH DWDM Mux are not very high. The max insertion loss of Infinera is 7dB, Cisco is 6dB and EDGE Optic is 5.9dB. Among these suppliers, 40CH DWDM Mux from FS.com or Finisar has the lowest max insertion loss—5dB. Besides, It is worth mentioning that the typical insertion loss of FS.com 40CH DWDM Mux is only 3.5dB, which would be the first choice for long-haul DWDM network deployment.

DWDM Architecture

Passive DWDM network architecture begins with a transponder or transceiver accepting data inputs of various traffic types and protocols. This transponder performs the essential function of mapping input data onto individual wavelengths. Each wavelength is fed to an optical multiplexer (MUX) which filters and combines multiple signals into a single output port for transmission over the main/core/common DWDM fiber. At the receiving end, wavelengths can then be separated to isolate the individual channels by using an optical demultiplexer (De-MUX). Each channel is then routed to the appropriate client-side output through an additional wavelength matched transponder.

Because DWDM technology overlaps the CWDM frequency band, a “hybrid” solution can also be selected. This type of system leaves the CWDM MUX and deMUX hardware in place, inserting DWDM wavelengths on top of existing channels in the 1530 to 1550nm range, creating up to 28 additional channels. This type of hybrid system can provide a significant capacity boost without requiring new fiber installation or wholesale infrastructure changes for a company.

An Optical Add Drop Multiplexer (OADM) is an optional component of DWDM architecture that can be added to either passive or active networks to facilitate the addition or subtraction of a specified wavelength from a mid-stream location on the main/core/common DWDM fiber. Bidirectional architecture includes transmitters and receivers at both ends of the circuit as well as combination MUX/De-MUX devices.

For long-haul networks, DWDM architecture gains complexity with the addition of active system components needed to compensate for optical losses that will make signal reception and data recovery impossible. An Erbium Doped Fiber Amplifier (EDFA) can be used as a booster or launch amplifier to boost the optical power levels just as they leave the MUX, while a pre-amplifier performs the same function prior to entering the DeMUX. Additional inline amplifiers might also be included. Passive networks, without EDFA, minimize this complexity. 

Российский рынок

По данным Минкомсвязи России, объемы российского интернет-трафика растут в среднем на 30–40% в год. По прогнозам компании Cisco, его объемы в России увеличатся в 2,7 раза до 2020 г. Такие темпы роста потребления информации требуют от операторов вложений в модернизацию и строительство волоконно-оптических сетей связи.

Компания J’son & Partners Consulting провела оценку роста пропускной способности российских магистральных сетей, включая внутризоновые сети, в пересчете на каналы 10 Гбит/с на основании статистических данных Минкомсвязи России по протяженности линий передач с оптическим кабелем (см. рис. 1).

Российские операторы продолжают строить и модернизировать собственные транспортные сети (см. рис. 2). За последние 5 лет общая пропускная способность российских магистральных сетей увеличилась более чем в 50 раз – с 34 до 1916 тысяч 10 G канало-километров. Более того, на рынке идет активная миграция в сторону использования более мощного оборудования DWDM.

Так, за последние 10 лет «Ростелеком» дважды увеличивал пропускную способность систем DWDM: в 2008 г. с 10 Гбит/с до 40 Гбит/с и в 2012 г. до 100 Гбит/с. В 2011 г. компания Huawei совместно с «Ростелекомом» провели тестирование DWDM-оборудования на технологии 100 Гбит/с на сети оператора, а в 2012 г. «Ростелеком» уже запустил его в коммерческую эксплуатацию. В том же году компания «Вымпелком» объявила о внедрении технологии передачи со скоростью 100 Гбит/с на своей магистральной сети на участке Уфа – Самара протяженностью 587 км. В 2013 г. еще три крупных магистральных оператора (ТТК, МТС и «Мегафон») сообщили о внедрении DWDM-оборудования для передачи данных по оптическим каналам 100 G. Таким образом, с 2013 г. можно говорить о начале массового распространения технологии 100 G на сетях основных магистральных операторов в России.

В 2016 г. потребители смогут перестроиться под новые реалии экономики, и начнется быстрый восстановительный рост рынка. Данная уверенность, прежде всего, основана на реальных потребностях магистральных операторов связи по модернизации своих сетей и на данных проведенных крупных тендеров. Помимо этого, быстрые темпы развития облачных сервисов требуют трансформации существующих телекоммуникационных сетей в сторону большей связанности с дата-центрами (DC – Centric Networks). В связи с этим в мире растет доля так называемых частных сетей, используемых в том числе провайдерами цифровых облачных сервисов. Если до 2010 г., по данным TeleGeography, их доля по пропускной способности не превышала 20%, то по ряду направлений, например США – Европа, США – Азия, доля частных сетей достигла уже 40–60% от общей пропускной способности сетей. Очевидно, что данная тенденция рано или поздно придет и в Россию. Таким образом, можно утверждать, что в будущем рост пропускной способности транспортных сетей начнет определяться не только транзитом интернет-трафика.

Международный опыт внедрения DWDM-оборудования последних поколений также показывает, что оно позволяет существенно сократить удельные расходы на организацию канала в пересчете на 10 Гбит/с. Так, по данным TeleGeography, в 2015 г. при переходе операторов на технологию передачи 100 G, снижение удельной стоимости канала в пересчете на 10 Гбит/с составила от 20% до 30%. В рамках отдельных направлений на внутриамериканском рынке, например на маршруте Чикаго – Нью-Йорк, это снижение доходит до 50%.

Основные драйверы развития российского рынка DWDM-оборудования:

• необходимость постоянной модернизации интернет-сетей российских магистральных операторов в условиях 30– 40%-ного ежегодного роста трафика;
• рост использования технологии DWDM в зоновых сетях;
• формирование ЦОД-ориентированных сетей, рассчитанных на передачу облачных сервисов, трансформация телекоммуникационных сетей в направлении программно-конфигурируемых сетей.

Опубликовано: Журнал «Технологии и средства связи» #5, 2016Посещений: 4526

В рубрику «Решения операторского класса» | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

мультиплексоры DWDM

Мультиплесоры DWDM относительно WDM имеют две отличительные черты:

• малые дистанции между мультиплесными каналами — 0,8 нм или 0,4 нм
• реализация только одного окна прозрачности 1550 нм

Мультиплексирование DWDM имеет название уплотненное, так как используется на много меньше расстояние между длинами волн, чем у предшествинника WDM и seti_PDH. На текущий момент рекомендацией G.692 сектора ITU-T есть два частотных плана(набор частот, которые отстают друг от друга на одну и ту же константу):

• частотны план с разбросом частот между соседними каналами 100 ГГц (Δλ≈ 0,8 нм) для которого применяется 41 волна в диапазоне от 1528,77 (196,1 ТГц) до 1560,61 нм (192,1 ТГц);
• частотны план с шагом 50 ГГц (Δλ≈ 0,4 нм) что дает в том же диапазоне 81 длину волны.

На рисунке 2.а показана обычная схема DWDM — мультиплексора с зеркальным отражательным элементом. Входной мультиплесный сигнал попадает на входной порт. Этот сигнал проходит через волновод-пластину и расходится по множеству волноводов. Далее реализовано отражение сигналов от зеркальной поверхности после чего световые потоки вновь собираются в волноводе-пластине, где реализована фокусировка и интерференеция ( создаются пространственно разнесенные интерференционные максимумы интенсивности, соответствующие разным каналам).

Другой метод реализации мультиплексора основан не на одной, а на паре волноводов-пластин (рис.2.б). Механизм работы такой же как в предыдущем, однако для фокусировки и интерференции используется еще одна пластина.

DWDM мультиплексоры, являются пассивными устройствами которые вносят большое затухание в сигнал. К примеру устройства (рис.1.а) который работает в режиме демультиплексирования составляют 4-8 дБ, при дальних переходных помехах < -20 дБ и полуширине спектра сигнала 0,05 нм.

Рисунок 2

Также ведутся эксперименты по повышению количества волн в двое с шагом 25 ГГц, и будущая технология будет называться HDWDM.

Эксплуатация частотных планов с ходом шага 50 ГГц и 25 ГГц представляет жесткие задачи к оборудованию, особенно если будет скорость модуляции более 10 Гбит/с. Теоретически зазоры между соседними волнами в 25 и 50 ГГц можно передавать данные со скоростью 10 Гбит/с, но при этом нужно учитывать характеристики проводных линий связи и реализовать минимально возможную ширину спектра несущей волны и высокою точность частоты, а также снизить уровень шумов. Это показано на рис.3.

Рисунок 3