Начало. Свойства стандартного одномодового волокна G.652
Википедия подсказывает нам следующее распределение:
В реальной жизни сейчас картина получше, в частности удельное затухание в окне 1310нм обычно укладывается в 0.35дБ/км, в окне 1550нм оно порядка 0.22-0.25дБ/км, а так называемый «водяной пик» в районе 1400-1450нм у современных волокон не так сильно выражен, либо вообще отсутствует.
Тем не менее, надо иметь в виду эту картину и само наличие этой зависимости.
Исторически диапазон длин волн, который пропускается оптическим волокном, делится на следующие диапазоны:
- O - 1260...1360
- E - 1360...1460
- S - 1460...1530
- C - 1530...1565
- L - 1565...1625
- U - 1625...1675
(цитирую по той же статье на Википедии).
С приемлемым приближением свойства волокна внутри каждого диапазона можно считать примерно одинаковыми. Водяной пик приходится, как правило, на длинноволновый конец E-диапазона. Ещё будем иметь в виду, что удельное (километрическое) затухание в O-диапазоне примерно в полтора раза выше, чем в S- и в С-диапазоне, удельная хроматическая дисперсия - наоборот, имеет нулевой минимум на длине волны в 1310нм и ненулевая в C-диапазоне.
Простейшие системы уплотнения - двунаправленная передача по одному волокну
Первоначально дуплексная волоконно-оптическая линия связи требовала для работы два волокна: по одному волокну шла передача информации в одну сторону, по другому волокну - в другую. Это удобно своей очевидностью, но довольно расточительно по отношению к использованию ресурса проложенного кабеля.
Поэтому, как только стала позволять технология, стали появляться решения для передачи информации в обе стороны по одному волокну. Названия подобных решений - «одноволоконные трансиверы», «WDM», «bi-directional».
В самых распространенных вариантах используются длины волн 1310 и 1550нм, соответственно из O- и C-диапазона. «В дикой природе» трансиверы на эти длины волн встречаются для линий до 60км. Более «дальнобойные» варианты делаются на другие комбинации - 1490/1550, 1510/1570 и тому подобные варианты с использованием окон прозрачности с мЕньшим удельным затуханием, чем в O-диапазоне.
Кроме вышеперечисленных пар длин волн, возможно встретить комбинацию 1310/1490нм - она используется, если одновременно с данными по этому же волокну передается сигнал кабельного телевидения на длине волны 1550нм; или 1270/1330нм - она используется для передачи 10Гбит/с потоков.
Мультиплексирование данных и кабельного телевидения
Раз уж я затронул тему КТВ, расскажу о нем ещё немного.
Для доставки сигнала кабельного телевидения от головной станции до многоквартирного дома сейчас тоже используется оптика. Для него используется либо длина волны 1310нм - здесь минимальная хроматическая дисперсия, то есть искажение сигнала; либо длина волны 1550нм - здесь минимальное удельное затухание и возможно применение чисто-оптического усиления с использованием EDFA. Если есть необходимость доставки на один дом одновременно и потока данных (интернет) и синала КТВ, нужно либо использовать два отдельных волокна, либо несложное пассивное устройство - фильтр FWDM.
Это обратимое устройство (то есть одно и то же устройсто используется как для мультиплексирования, так и для демультиплексирования потоков) с тремя выводами: под КТВ, одноволоконный трансивер и общий выход (см. схему). Таким образом можно строить сеть PON или Ethernet, используя для передачи данных длины волн 1310/1490, а для КТВ - 1550нм.
CWDM и DWDM
Системы CWDM и DWDM - это следующие шаги в сторону более эффективного использования ресурса волоконно-оптического кабеля. Принципиально эти две технологии устроены одинаково: диапазон длин волн, пригодных для передачи в одномодовом волокне, разбивается на некоторое количество каналов (18 в CWDM, до 160 в DWDM), по которым с помощью пассивных чисто-оптических мультиплексоров осуществляется передача независимых потоков данных.Отличие CWDM и DWDM - в плотности разделения каналов. В системах CWDM используется все окно прозрачности: предусмотрено 18 каналов шириной 13нм с шагом 20нм, от 1270 до 1610нм. В системах DWDM используется только C-диапазон, но сетка каналов гораздо плотнее: предусмотрено разделение каналов с межканальным интервалом 200, 100, 50 и 25ГГц в диапазоне длин волн от 1528 до 1565нм. Также существует расширение DWDM-сетки на L-диапазон 1565-1625нм.Для использования этого частотного ресурса применяются специальные пассивные устройства -мультиплексоры модули ввода-вывода (дроп-модули), а также специальные («цветные») трансиверы.
Подчеркну, что использование каналов для передачи данных в одну или в другую сторону - чистая условность, мультиплекору абсолютно всё равно, в какую сторону идет сигнал в каждом канале; а оптические приемники - широкополосные, они реагируют на излучение любой длины волны. Поэтому распределение каналов - вопрос планирования сети и допускает значительную гибкость. Из важных моментов, которые надо иметь в виду при проектировании линии CWDM - это различие удельного затухания в волокне на разных каналах (см. первый раздел настоящей статьи), а также различие вносимого самим мультиплексором затухания. Обычный мультиплексор сделан из последовательно соединенных фильтров, и если для первого в цепочке канала затухание может быть меньше одного децибела, то для последнего оно будет ближе к четырем (эти значения приведены для мультиплексора 1х16, на 16 длин волн). Этого недостатка лишены т.н. компактные CWDM-мультиплексоры, но они на нашем рынке появились совсем недавно.Также полезно помнить, что никто не запрещает строить двухволоконные CWDM-линии, просто объединив два мультиплексора в один функциональный блок.Кроме этого замечу, что вполне возможно часть частотного ресурса выделить под КТВ, передавая по одному волокну до семи дуплексных потоков данных одновременно с аналоговым телевидением.
Системы DWDM - по сравнению с CWDM - имеют ряд особенностей.
Во-первых, они несколько дороже CWDM. Для их использования требуются лазеры со строгим допуском по длине волны и мультиплексоры очень высокой избирательности.
Во-вторых, используемые диапазоны лежат в рабочих зонах оптических усилителей EDFA. Это позволяет строить длинные линии с чисто-оптическим усилением без необходимости оптоэлектронного преобразования сигнала. Именно это свойство привело к тому, что многие при слове «DWDM» сразу представляют себе именно сложные системы монстров телеком-рынка, хотя подобное оборудование можно использовать и в более простых системах.И в-третих, затухание в C- и L-диапазонах минимально из всего окна прозрачности оптического волокна, что позволяет даже без усилителей строить линии бОльшей длины, чем при использовании CWDM.
Мультиплексоры DWDM - это так же пассивные устройства, как и мультиплексоры CWDM. Для числа каналов до 16 они также устроены из отдельных фильтров, и это довольно простые устройства. Однако мультиплексоры для бОльшего числа каналов делаются по технологии Arrayed Wavelength Grating, крайне чувствительной к изменениям температуры. Поэтому такие мультиплексоры выпускаются либо с электронной схемой термостабилизации (Thermal AWG), либо с применением специальных способов автокомпенсации, не требующих энергии (Athermal AWG). Это делает такие мультиплексоры более дорогими и нежными в эксплуатации.
Практические ограничения в волоконно-оптической связи
В заключение я немного расскажу об ограничениях, с которыми приходится иметь дело при организации связи по оптике.
Первое ограничение - это оптический бюджет, или баланс между потерями в оптоволоконной трассе, мощностю вводимого излучения и чувствительностью приемника трансивера..
Если мы говорим о двухволоконных линиях связи, расчет оптического бюджета достаточно сделать для одной длины волны - той, на которой будет вестись передача.
Как только у нас появляется волновое уплотнение (особенно в случае одноволоконных трансиверов или систем CWDM) - сразу надо вспомнить про неравномерность удельного затухания волокна на разных длинах волн и про затухание, вносимое мультиплексорами.
Если мы строим систему с промежуточными ответвлениями на OADM - не забываем посчитать затухание на OADM. Оно отличается для сквозного канала и выводимых длин волн.
Не забываем оставить несколько децибел эксплуатационного запаса.
Второе, с чем приходится иметь дело - это хроматическая дисперсия. Актуальной она по-настоящему становится для 10Гбит/с линий, и вообще говоря, о ней в первую очередь думает производитель оборудования. Кстати, именно дисперсия придает физический смысл упоминанию километров в маркетинговых названиях трансиверов. Специалисту эксплуатации просто полезно понимать, что есть такое свойство волокна и что кроме затухания сигнала в волокне картину портит ещё и дисперсия.
Для простых систем без усилителей расчет линии в основном сводится к расчету оптического бюджета, а тема расчета линии с усилителями вполне достойна отдельной статьи.
Вот, вкратце, инженерные основы технологий уплотнения в оптических линиях. Более подробную информацию Вы всегда можете получить у специалистов компании strela_>, по телефону
+7-812-640-47-07 или по электронной почте: feedback@strela-expert.ru
