Оптическая линза из чего состоит для wdm фильтра в sfp wdm

Обновлено: 15.01.2025

Съемный приемо-передающий модуль форм-фактора SFP (Small Form factor Pluggable) представляет собой компактное устройство в металлическом корпусе. С одной стороны, SFP модуль оснащен контактной группой для подключения к SFP-порту активного сетевого устройства, а с другой стороны оптическим интерфейсом для подключения к линии передачи. Оптические модули стандарта SFP предназначены для передачи и приёма оптических сигналов между сетевыми устройствами, соединенными между собой волоконно-оптическими линиями связи. Приемо-передатчики форм-фактора SFP поддерживают передачу данных на скоростях от 100 Мбит/с до 4.25 Гбит/с, наибольшей популярностью обладает модификация SFP модулей со скоростью передачи 1.25 Гб/с.

Спецификация INF-8074i впервые, опубликованная MSA в 2001 году, подробно описывает конструкцию и размеры корпуса, устройство электрического интерфейса SFP трансиверов, а так же конструкцию и размеры SFP-порта. Существует ряд спецификаций, которые описывают отдельные модификации и скорости передачи, основные документы можно найти на этой странице.

В спецификации INF-8074i, есть не большой пункт указывающий на необходимость цветовой маркировки на язычках толкателей модулей. В самой спецификации есть указания лишь на два варианта этой маркировки: черный цвет – многомодовой трансивер, синий цвет – одномодовый; в дальнейшем модификаций SFP трансиверов стало значительно больше и новые модели получали свою цветовую маркировку. Цветовая маркировка SFP модулей необходима для облегчения идентификации типа установленного в сетевое оборудование трансивера. Маркировка SFP модулей реализуется одним из двух способов в зависимости от особенностей корпуса трансивера:

производитель надевает на скобу для изъятия трансивера цветную втулку;
наносит метку краской.

Каждой длине волны присвоен свой цвет см. таблицу ниже. Сама идея подобной маркировки очень хороша и удобна для пользователей, но в реализации этой идеи есть определенные сложности, а именно производители SFP модулей используют не стандартизированные цвета, как следствие в некоторых случаях цвета маркировки от производителя к производителю сильно отличаются.

Наиболее ярким примером являются CWDM трансиверы, у которых каждая «пара» волн маркируется своим цветом, но цвета в зависимости от производителей не всегда совпадают.

Примеры цветовой маркировки

Самым простым выходом из подобного положения было бы закрепление за определенными моделями SFP трансиверов определенных цветовых маркеров на уровне спецификации или рекомендации, но к сожалению, подобного документа нет.

Таблица цветовых маркировок трансиверов

Принцип работы SFP модулей

Оптические модули SFP состоят из нескольких основных компонентов:

Передатчик (Tx) — лазер;
Приемник (Rx) — широкополосный фотоприемник;
Оптический/е разъем/ы;
Печатная плата;
Плата EEPROM;
Контактные дорожки;
Металлический корпус;
Механизм крепления.

Устройство SFP модуля

Получая информацию от коммутатора в виде электрических сигналов, трансивер преобразует её в оптический сигнал, который излучает лазер. И наоборот, принимаемый фотодиодом оптический сигнал преобразуется в электрический. Таким образом, информация проходит через съемный оптический приемо-передетчик в современных ВОЛС.

Одной из основных характеристик оптических модулей является оптический бюджет трансивера, именно от неё зависит максимальная дальность передачи. Оптический бюджет зависит от чувствительности приёмника и мощности излучения лазера, его легко вычислить по формуле:

где AR – оптический бюджет, Pmin — минимальная выходная мощность передатчика, Smax — максимальное значение чувствительности фотоприемника. Чем выше значения Pmin и Smax, тем больше оптический бюджет, а значит больше дальность работы данного трансивера. Этот параметр крайне важен при выборе трансиверов для систем уплотнения или на протяжённых участках.

Мониторинг рабочих параметров SFP (DDM)

Для контроля рабочих параметров в SFP модулях, как и в трансиверах других форм-факторов используют систему цифрового мониторинга – DDM. Digital Diagnostics Monitoring сокращенно DDM — функция цифрового контроля параметров производительности трансиверов форм-фактора SFP, SFP+ и XFP. Позволяет отслеживать в реальном времени рабочие параметры трансивера, такие как: подаваемое напряжение, температура трансивера, ток смещения лазера, и сходящая оптическая мощность TX, принимаемая оптическая мощность RX.

Устройство и работа этой системы описаны в спецификации SFF-8472. Более подробное описание DDM можно найти по ссылке.

Отличия от других форм-факторов

Трансиверы форм-фактора SFP пришли на смену промышленному стандарту съемных приемо-передатчиков GBIC. Вначале трансиверы форм-фактора SFP в профессиональной среде называли miniGBIC. Основным преимуществом по сравнению с аналогичными модулями GBIC являются его малые размеры и как следствие малая занимаемая площадь на лицевой панели сетевого устройства. Вследствие этого со временем SFP вытеснили GBIC, так как именно на их основе можно было делать активные сетевые устройства с высокой плотностью портов. На данный момент это наиболее компактный форм-фактор, обеспечивающий наибольшую плотность размещения портов на лицевой панели устройства. Благодаря этому качеству форм-фактор SFP получил развитие в виде SFP+ (10G), SFP28 (25G) SFP DD (100G).

Виды модулей SFP модулей

С момента публикации первой версии спецификации INF-8074i в 2001 году появилось множество видов и модификаций трансиверов на базе форм-фактора SFP. Ниже мы рассмотрим основные типы и разновидности:

SFP MSA – наиболее распространённый вид трансиверов. Они изготавливаются в соответствии с соглашениями MSA. Это означает, что они соответствуют всем требованиям спецификации и удовлетворяют требованиям стандарта.

Оптические модули SFP можно разделить по технологии передачи на следующие типы:

Двухволоконные SFP трансиверы – для организации связи используется два оптических волокна, одно для передачи, второе для приема оптических сигналов;
Одноволоконные (WDM, BiDi) SFP модули – простейший вид системы спектрального уплотнения, так как для передачи и приема оптических сигналов используется одно оптическое волокно, а принимаемый (Rx) и передаваемый (Tx) сигналы имеют разную длину волны;
CWDM SFP модули – это оптические трансиверы рассчитанные для формирования оптических сигналов в системах грубого спектрального уплотнения CWDM, визуально они ни чем не отличаются от двухволоконных аналогов, но за счет специальных передатчиков – лазеров и CWDM мультиплексоров позволяют создавать многоканальные системы передачи в рамках одного или нескольких волокон;
DWDM SFP приемо-передатчики – модули используемые в системах спектрального уплотнения DWDM.

Подавляющее большинство используемых сейчас модулей использует двухволоконную схему работы – выделенные порты передатчика и приемника. При этом наибольшую востребованность в Metro-сетях получили CWDM SFP трансиверы, в связи с тем, что при значительно малых первоначальных вложениях при помощи CWDM можно создать достаточно большую и в тоже время отказоустойчивую сеть в рамках города. В то время как, одноволоконные модули прочно заняли позицию в городских сетях на уровне доступа в условиях дефицита волокон и сетях FTTx, одними из самых популярных моделей WDM SFP трансиверов можно назвать одноволоконные модули с дальностью работы 3 км (арт. MT-SFP-G-WDM-03) и дальностью 20 км (арт. MT-SFP-G-WDM-20).

Виды SFP модулей

SFP CWDM-BIDI – это одноволоконный трансивер предназначенный для использования в CWDM системах. Приём и передача, в котором осуществляется по одному волокну на одной волне. Такое решение позволяет вдвое увеличить пропускную способность системы CWDM. Эти модули всегда просто отличить, т.к. вместо разъёма Duplex LC-мама из корпуса выходит пигтэйл с коннектором LC/APC. Дело в том, что внутри модуля установлен оптический циркулятор, для его нормальной работы необходима косая полировка – APC, линейного порта.

Большого распространения данный вид модулей не получил, ввиду сложности изготовления и ограниченности сферы применения – максимальный оптический бюджет таких модулей не превышал 24 дБ.

VideoSFP (SDI-SFP) – решение для передачи видео сигналов. Используется в студийном и вещательном оборудовании.

Передача видеоизображения для широкого вещания — это однонаправленная связь. Ввиду этой особенности передаваемого трафика, отличают VideoSFP transmitter (передатчик) и VideoSFP receiver (приёмник). Для организации соединения необходима пара разных модулей. Кроме того, модули VideoSFP могут оснащаться двумя приёмниками или двумя передатчиками, в зависимости от задачи.

Зная эти особенности необходимо подбирать VideoSFP очень внимательно. Ввиду специфичной области применения данный вид SFP мало распространён.

SmartSFP – данный вид модулей отличается не стандартной функциональностью. Обычные трансиверы предназначены для приёма и передачи информации, на этом их функционал заканчивается. Название SmartSFP означает, что модуль несёт дополнительный функционал, либо вообще не предназначен для передачи информации, а выполняет специфические функции. Например это может быть, измерение оптических характеристик линии или измерение качественных характеристик канала передачи. Необходимо отметить, что подобные решения достаточно нишевые и узкоспециализированные, но могут стать идеальным решением задачи.

На нашем сайте представлены модули SmartSFP семейства «Network Migration», они позволяют передавать SDH трафик по IP/MPLS сетям. К примеру, можно перенести каналы STM-1/4/16 в сеть пакетной коммутации или агрегировать потоки Е1 в единый STM-1 канал. Преимуществами использования данного семейства модулей, является возможность освободить оптические волокна, активное оборудование и сократить затраты на электроэнергию.

Copper SFP – широко распространённый вид SFP модулей. Отличительной особенностью является оснащение электрическим интерфейсом RJ45, вместо оптического. Благодаря этому к порту коммутатора можно подключить обычную витую пару. «Медные» SFP изготавливаются с использованием двух интерфейсов SGMII (10/100/1000M) и SerDes (1000M). Соответственно при выборе модуля нужно учитывать особенности сетевого оборудования.

Модуль Copper SFP

CSFP (compactSFP) – необычный вид трансиверов. По сути, это два одноволоконных WDM трансивера в стандартном корпусе SFP. Такой трансивер позволяет организовать два канала по 1G по двум волокнам, используя при этом только один порт в коммутаторе. Разумеется, сам коммутатор должен поддерживать трансиверы такого типа.

Принцип работы SFP модулей

xPON – специализированные трансиверы предназначенные для работы в пассивных оптических сетях, с топологией «дерево». Их можно разделить на два вида: OLT (Optical Line Terminal) и ONU (Optical Network Unit). Модули OLT используются в головном оборудовании, до абонентских устройств сигнал передаётся на волне 1490нм (2.5G) и принимается на волне 1310нм (1.25G). Существует несколько классов: B+, C+, C++, которые отличаются оптическим бюджетом.

Технологии (де)мультиплексирования

Дискретная оптика для мультиплексирования применялась вплоть до 1998 года. Однако она не позволяла получить шаг каналов до 20 нм, и чтобы потери при этом составляли менее 2-4 дБ. Данное положение давало возможность работать с четырьмя каналами (согласно окну прозрачности оптоволокна того времени). Не смотря на это говорить о "массовости" было еще рано.

Уже в конце 20-го века оптическая технология была переведена на интегральную основу. Качество уже привычной дискретной оптики значительно повысилось, благодаря внедрению новых технических решений.

Сегодня существует целый ряд различных технологий, укажем основные из них.

1. AWG (Arrayed Waveguide Grating) - на основе интегральной оптики, выделение несущих с использованием дифракционной решетки на массиве волноводов

На поверхности или внутри планарного оптического волновода находится дифракционная решетка. Принцип действия данного вида основывается на разности фаз на входе и выходе сигнала различных длин волн.

Принцип работы дифракционной решетки на массиве волноводов

Волноводы являются дифракционной структурой AWG (arrayed waveguide grating) и выглядят как пластина, по которой распределяется входящий сигнал. Этот сигнал в каждом волноводе продолжает быть мультиплексным (в нем остаются все длины волн), только он теперь становится распараллеленным.

Путь каждого из потоков различен, связано это с тем, что длины волноводов имеют различный размер (это различие фиксировано). С физической точки зрения они идентичны дифракционной решетке. Так и появилось название самой технологии. Принцип действия будет следующим: в волноводе-пластине собираются и фокусируются световые потоки, в результате образуются пространственно разнесенные максимумы. На работу с этими максимума и нацелены выходные полюса. Процесс мультиплексирования происходит в обратной последовательности.

Общий вид устройства следующий: на общей подложке находится сам элемент (размерами примерно 0,2-0,5 мм) с волноводами, которые изготавливаются из диоксида кремния или легированного Ge/Ta (стандартный планарный оптоволоконный световод). Если необходимо уменьшить размер и сэкономить компоненты мультиплексора, то его можно разрезать на две половины, а в плоскость разреза разместить зеркало.

Данный вид технологии с успехом применяется в DWDM, этому поспособствовало ее свойство менять размер, сохраняя способность работы с множеством каналов. Технология имеет один существенный недостаток - использование стабилизаторов температуры, т.к. она имеет температурный коэффициент равный 0,01 нм/°С.

2. Технология, основанная на явлении угловой дисперсии. В ее основе – использование вогнутой дифракционной решетки – CG (Concave Grating). Схема не нова (ее использовали еще в "астрономические" времена) и уже является классикой самофокусировки.

Принцип ее действия следующий: в определенных точках находятся приемные порты волокон, в которые попадает сфокусированный световой поток, отраженный от вогнутой плоскости дифракционной решетки.

Изготовить такую решетку сложно, поэтому чаще используется 3-D Optics.

3. 3DO (3-D Optics WDM). Данная технология – это модификация предыдущей, только теперь в ее основе лежит оптическое мультиплексирование. Здесь для коллимирования и самофокусировки применяется вогнутое зеркало и плоская дифракционная решетка.

Принцип ее действия состоит в следующем: дифракционная решетка имеет свойство отражать под разными углами свет с разной длиной волны, который поступает на нее с вогнутого зеркала (на зеркало мультиплексированный поток попал из входного волокна). Далее эти дифрагированные лучи собираются в точках, где располагаются приемные порты массива выходных волокон.

Все части устройства помещены в монолитный кварцевый блок. Такая конструкция позволяет этому устройству быть высокоточным и качественным.

4. DTF – это дискретная оптика, в основе которой многослойные диэлектрические тонкие пленки.

Слои, из которых состоит фильтр, прозрачны (диэлектрический материал) и имеют различные показатели преломления. Принцип работы в следующем: часть светового потока, попадая на эти пластины, отражается обратно. При этом из-за интерференции происходит ослабление или усиление (в зависимости от длины волны) светового потока.

Таким образом, с помощью этой конструкции можно получить фильтр, отражающий все не нужные длины волн и пропускающий только заданный диапазон.

С целью работы с многоволновыми сигналами используют многоступенчатые системы фильтров. В таких системах отраженный фильтром световой поток направляется на вход следующего и т.д. Однако для таких систем свойственен один большой недочет - в них возникает большое затухание, поэтому они практически не нашли свое применение на практике.

Далее будут приведены технологии, которые почти не используются

5. FBG - волоконные брэгговские решетки. Волокно легируют германием, в результате чего под действием ультрафиолета изменяется показатель преломления. Таким образом, в нем можно создать пространственно-периодическую структуру. Свойства полученной структуры будут схожи со свойствами дифракционной решетки.

Полученное волокно приобретает свойства фильтра, который отражает только одну длину волны, а пропускает все оставшиеся. Областью применения этой технологии служит компенсация хроматической дисперсии.

6. FBT (Fused Biconic Tapered) - сварные биконические разветвители. Состоит из двух, сваренных на определенном расстоянии, оптических волокон. В результате получается конструкция, похожая на интерферометр Маха-Цендера (если только два таких соединения расположены последовательно). Подбирая параметры, можно получить волокна, в каждом из которых будет своя длина волны. Плюсом этой технологии является малая доля потерь, а минусом – немасштабируемость.

Сравнение основных технологий мультиплексирования:

Судя по таблице, технология 3-D Optics WDM имеет ряд неоспоримых преимуществ перед другими моделями. Она может быть использована в системах WDM до уровня HDWDM с разносом каналов не меньше 0,4 нм.

WDM (Bi-Directional)

Стандартными длинами волн, которые стали использоваться для мультиплексирования, были 1310 нм и 1550 нм. Большие длины - до 240 нм дают возможность работать без использования фильтров. В этой связи принцип технологии достаточно простой: применяется два волокна, к одному подключен излучатель, к другому - приемник. С другой стороны канала - все наоборот. Технология WDM (Bi-Directional) работает с одним волокном.

Приведенная схема хорошо иллюстрирует принцип работы Bi-Di технологии: свет поступает на полупрозрачное зеркало-отражатель и проходит сквозь него, а обратный сигнал отражается на приемник. Приемник не «засвечивается» из-за того, что используются волны различной длины.

Устройство имеет следующий внешний вид:

Уплотнение потока в 2 раза слишком мало для использования на магистральных линиях, но его применение для локальных корпоративных и операторских сетей имеет явные преимущества. В итоге сейчас относительно дешевый WDM почти полностью сместил двухволоконные решения (по крайней мере, в ISP).

Модули Gigabit SFP WDM имеют следующий вид:

В одном модуле находится и преемник и передатчик. Однако приемник расположен сбоку, а передатчик строго по центру.

Из-за того, что за последние годы WDM значительно подешевел, его стали чаще применять при строительстве локальных сетей. Но в учебной литературе упоминания о нем почти не встречаются. Однако при создании современных локальных сетей уже недопустимо использование старых двухволоконных решений.

CWDM

Структуры, которые имеют частотный разнос каналов не меньше 20 нм, называются грубыми WDM (Coarse WDM - CWDM). В таких системах разделение несущих не требует особого подхода даже при применении традиционных методов оптической фильтрации (многослойные фильтры на тонких пленках).

Международный телекоммуникационный союз недавно стандартизировал промежуток между длинами волн в технологии CWDM. Таким стандартом стал ITU G.694.2. Он назначает интервал между каналами в 20 нм в диапазоне от 1270 до 1610 нм.

Разработчики CWDM задумывали применять эту технологию для магистрального сегмента. Однако система была не совместима с оптическими усилителями, кроме того, параллельно шла разработка DWDM, в котором был ликвидирован этот недочет, что окончательно преградило этот путь развития технологии. На сегодня основным потребителем CWDM являются Ethernet-провайдеры.

Ниже приведена схема, часто описываемая в учебниках:

Сейчас эти "семейные" недочеты уже ликвидированы. К большому сожалению, большинство отечественных Ethernet-провайдеров не отслеживают ситуацию, связанную с этой технологией.

А ведь разработчики не стоят на месте, и теперь ее отличают: первое - стандарт ITU G.694.2 предоставляет 18 длин волн, т.к. допустимый диапазон от 1270 до 1610 нм. Его применение рассчитано на оптоволокно гидроксильных потерь (как раз то, каким его сейчас производят).

Второе - существует ряд решение на основе одного волокна (два волокна на CWDM остались далеко позади). Обратим внимание, что для bi-di конструкций применяются традиционные двухволоконные SFP или GBIC, а разделение происходит в одноволоконных MUX/DeMUX. Цена SFP находится в диапазоне от 120 до 130$. Достаточно редко попадаются и одноволоконные SFP CWDM. Такая система применяется для соединения типа точка-точка, и для систем мультиплексирования не используется.

Третье - число моделей построения сетей СWDM серьезно возросло, по сравнению с традиционным представлением:

Весьма распространенная ситуация. Часто появляется желание полностью исключить активный уровень агрегации из сети, другими словами, запустить отдельную лямбду к каждому дому. Останавливает то, что стоит это не дешево, но зато будет, где расположить защищенный ящик и бесперебойное питание. Как раз MUX/DeMUX замечательно поместятся даже в муфту на столбе освещения.

Optical add-drop multiplexer (сокращенно OADM) дает возможность извлекать требуемую длину волны в любой точке. Оно дает возможность размещать лямбды в любом положении. Как пример, с его помощью можно убрать "цепочки" на активном оборудовании. Такое действие значительно расширит пропускную способность канала и избавит от зависимости от электропитания.

Для сокращения потерь на вывод/ввод и на проход лямбды на OADM (1,1-1,2 Дб и 1,5Дб соответственно) можно применять множество таких устройств. Бюджет сети, при этом, не пострадает.

Не частый, но встречающийся на практике случай, когда транковая линия имеет разрыв одной из лямбд (подключается активное оборудование). В результате есть возможность создания кольца по одной длине волны, а не по физической линии. Но такая ситуация в жизни почти никогда не встречается. Приведенная схема наглядно иллюстрирует возможность работы с CWDM, как с типичным физическим оптоволокном. Дело за малым - наличие желания и денежных средств для реализации такой задумки.

Обратимся к вопросу стоимостей. Цена MUX/DeMUX на 8 одноволоконных каналах составляет $1400 (в расчете на 1 лямбду - $175). Стоимость OADM равна $350. Если заказывать ее в миниатюрных коробочках, то стоимость сокращается вдвое. Модули SFP/GBIC стоят больше традиционного одноволокона на $100 (в расчете на пару). В результате мы получаем общее повышение стоимости проекта на $400-600, в сравнении с прямым волокном.

Если посмотреть на ситуацию с другой стороны, то нужно учесть, что 1 км. дополнительного оптоволоконного кабеля стоит примерно $50, с учетом работы, патчкодов, разъемов и др.

Вывод таков: если задумано строительство новой сети с использованием CWDM, то пролеты должны составлять не менее 10 км. На более коротких отрезках выгоднее применять более уплотненные кабеля (с большим числом волокон). Естественно, что во внутриквартальной разводке нет таких расстояний, а вот применительно к городской - это привычная ситуация.

Самым рисковым местом (узким) является отрезок линии от ядра до узлов агрегации микрорайона. В роли ядра может выступать арендованная инфраструктура. Такие системы создавались более десяти лет назад, поэтому они часто состоят из 4-8 волокон. Тридцать шесть и сорок восемь жил стали применяться только недавно.

Если необходимо заменить такие линии, то это обойдется вам в круглую сумму: $3-5 тыс. за 1 км. Т.е. получается, что работы стоят в 2-3 раза дороже самого кабеля. Вот здесь на сцену и выходит CWDM. Его предназначение - способствовать раздельному включению узлов агрегации в ядро, если волокон не хватает. В результате можно назвать основные сферы применения описываемой технологии:

Первая - это новые магистрали города. Вторая - обновление существующей сети, преимущественно от ядра до уровня агрегации.

При этом CWDM не разумно использовать для организации междомовой разводки. Здесь по-прежнему прямые волокна вне конкуренции.

Так же к достоинствам рассматриваемой технологии относится абсолютная протокольная прозрачность и традиционное Ethernet-оборудование. Например, можно абсолютно спокойно включить на одну лямбду мультиплексоры Е1 1995 года выпуска, на другую - 10G, а по третьей передать КТВ (если ее заменить на однонаправленные MUX и OADM, то можно немного сэкономить деньги).

DWDM

DWDM – это более плотные WDM. Они обладают разносом каналов равное 0,8 нм, что соответствует примерно 100 ГГц. С их помощью можно мультиплексировать не более 32 каналов. Характеризуются DWDM стандартом ITU G.694.1. он приведен на таблице ниже:

Этому виду WDM характерна большая привередливость к компонентам, в сравнении с CWDM. необходима определенная ширина спектра источника излучения, определенная температурная стабилизация источника излучения и др. В этой связи эта технология пока что не может применяться для магистральных линий масштаба города из-за ее высокой стоимости.

Внедрению DWDM сетей поспособствовало появление удобных и эффективных EDFA (волоконные эрбиевые усилители), промежутком работы которых стало третье окно прозрачности кварцевого волокна (от 1525 до 1565 нм). Это и обусловило приемлемость технологии для дальней связи.

Длина пролета оптоволокна, по которому передаются пакеты данных сегодня, равна 90-150 км. Соответственно, если применить предусилитель и усилитель мощности, то длина пролета сможет достигать до 250 километров. Если же использовать дополнительные рамановские усилители со встречной накачкой, то длина пролета может быть доведена до 300 километров.

Даже можно говорить о доведении длины регенерационного участка сети до 2000 километров, если использовать каскад оптических усилителей. Сделать это стало возможным с использованием обычного серийного оборудования. Что значительно экономит денежные средства. Прецизионные системы дают возможность разгонять длину пролета до 10 тыс. км и выше.

Сама структура DWDM очень похожа на CWDM, но стоит на два порядка дороже. Надо учитывать тот факт, что длинным пролетам нельзя придавать сложную архитектуру, т.к. такой подход приведет к значительному снижению мощности сети в целом. Более подробно данная технология здесь рассмотрена не будет.

HDWDM

Название технологии HDWDM расшифровывается как High-Density Wavelength Division Multiplexer. Эта технология еще «плотнее», чем рассмотренная выше: разнос каналов равен менее чем 50 ГГц. Таким образом, технология позволяет мультиплексировать не менее 64 каналов.

С точки зрения структуры – она мало чем отличается от DWDM. В литературе эту технологию часто не определяют в отдельную группу, а относят к разновидности DWDM.

Для дальнейшего понимания происходящего необходимо разобраться, что такое CWDM фильтр и как он работает.

На самом деле, у этого пассивного устройства есть огромное количество названий: FWDM фильтр, CWDM Mini Cell, CWDM колба, Three-Port Filter и масса других.

Физически устройство представляет собой металлическую или стеклянную трубку около 5см длиной, к которой прикреплены три оптических пигейла.

Рисунок 7 – внешний вид CWDM фильтра.

Металлические CWDM фильтры обычно поставляются на рынок в виде готовых устройств для использования «как есть» в качестве, собственно, оптического фильтра. Такие фильтры обычно имеют оптические коннекторы (например, LC/UPC или SC/UPC) на концах пигтейлов для удобства использования.

Стеклянные CWDM фильтры являются компонентом для создания CWDM мультиплексоров (об этом – далее). Такие фильтры, в отличие от металлических собратьев, более хрупкие и требуют дополнительной защиты от внешних воздействий. Кроме того, стеклянные фильтры обычно поставляются с пигтейлами, не имеющими коннекторов на концах (под сварку).

Сам оптический фильтр вместе с системой линз находится глубоко внутри устройства и особого интереса не представляет, за исключением полосы пропускания.

Пропускать фильтр может как узкую полосу лазерного излучения (+/- 7.5нм от центральной длины волны, например 1550нм +/- 7.5нм), так и широкую (например, +/-40нм или вообще половину CWDM диапазона).

Работает CWDM фильтр «в обе стороны», позволяя как вводить в волокно, так и выводить из него оптический сигнал на нужной длине волны.

Каждый из трёх выводов CWDM фильтра отвечает за свою задачу, и если выводы соединить неправильно, то, в лучшем случае, CWDM система просто не будет работать («не поднимется линк»).

Рисунок 8 – Принцип работы CWDM фильтра.

Вывод Pass (P) – вывод, в который вводится (или из которого выводится) нужная длина волны.

Вывод Common (COM или C) – общий вывод в линию связи. Если требуется ввести новую длину волны в линию связи, сначала её подают в вывод Pass. Фильтр «подмешивает» новую длину волны к уже имеющимся и групповой сигнал выходит из вывода COM.

Если требуется вывести из линии связи длину волны, содержащуюся в групповом сигнале, в вывод COM необходимо подать групповой сигнал, а из вывода Pass получить требуемую длину волны.

Каждый фильтр «гасит» как групповой сигнал, проходящий сквозь него, так и вводимую/выводимую длину волны примерно на 0,3дБ – это всегда необходимо учитывать при проектировании линии связи!

Благодаря фильтрам можно связать пару CWDM приёмопередатчиков между собой, используя не два волокна, а одно. Рассмотрим это на примере.

Допустим, необходимо «поднять линк» по одному волокну между парой трансиверов с длинами волн передатчиков 1550нм (красный) и 1530нм (синий).

Для этого потребуется пара CWDM фильтров на соответствующие длины волн.

Рисунок 9 – Пример использования CWDM фильтров для создания одноволоконной линии связи.

Рассмотрим, как будет двигаться сигнал на длине волны 1550нм (будет двигаться он слева-направо):

сигнал, выходя из передатчика, сразу же попадает на вывод REF фильтра 1530нм, после чего проходит фильтр «насквозь» и попадает в линию связи через вывод COM;
на приёмной стороне сигнал на длине волны 1550нм попадает в COM вывод фильтра 1550нм, отфильтровывается и попадает через вывод PASS на приёмник трансивера.

Обратный сигнал от трансивера с излучателем на длине волны 1530нм двигается аналогично прямому.

Этот простой пример показывает базовые принципы работы CWDM систем уплотнения. В этом примере работа велась всего с двумя длинами волн и обычно вместо такой сложной схемы обычно используют стандартные WDM системы уплотнения.

CWDM система уплотнения начинает проявлять свою мощь при наращивании числа оптических каналов минимум до четырех, когда в одном волокне начинают работать сразу два дуплексных канала связи.

Напоследок стоит отметить, что Рисунок 9 – это идеальная схема включения пары CWDM трансиверов для работы по одному волокну. Гораздо практичнее применять схему включения, обозначенную на Рисунке 10 ниже из-за возможности просто и быстро добавить еще некоторое количество оптических каналов связи.

Рисунок 10 – Пример использования CWDM фильтров для создания одноволоконной линии связи «с возможностью расширения».

WDM — Wavelength Division Multiplexing (Спектральное уплотнение каналов). Это технология, которая позволяет собирать в одно оптическое волокно несколько «потоков» оптического сигнала. Каждый поток транслируется на своей длине волны.

Длину волны часто называют «цветом», хоты световые волны длиннее 740 нм человеческим глазом не воспринимаются, и различить эти цвета человек не в состоянии. Некоторые животные могут видеть этот свет, например некоторые змеи, смогли бы отличить свет 1310нм и 1550нм.

Модули WDM обычно называют «одноглазыми», хотя есть и более экзотические формулировки, например «циклопы».

Рисунок 1. Работа модулей ML-10GT

Предположим, что у вас нет двух волокон, а есть только одно. Как передать сигнал по одному волокну? Есть несколько способов.

Первый заключается в разделении мощности сигнала на концах линии. Забегая вперед, скажем, что ничего хорошего из этого не выйдет. Можно поставить на концах линии оптический разветвитель (сплиттер). Принцип работы этого устройства прост, сигнал разделяется из одного волокна на два, мощность при этом разделяется, обычно, поровну. Во время работы в линии возникнет много многократно отраженного света, и эта линия работать, скорее всего, не будет (хотя есть примеры успешного применения этого решения). Тупиковое решение, хотя разветвители светового сигнала активно используются в технологиях PON, но это тема для отдельной статьи, или даже цикла статей.

Второй способ, с уверенностью, можно назвать работоспособным. Можно использовать такое свойство света, как поляризация. К примеру, изменив поляризацию света сразу после его излучения в начале линии, можно отфильтровать этот сигнал в конце. В этом случае, действительно можно передавать сигнал в обе стороны по одному волокну, но устройства для изменения поляризации достаточно дорогие, и подобное решение используется редко.

И, наконец, третий способ, получивший наибольшее распространение. Он заключатся в использовании света с разной длиной волны для передачи сигнала в разных направлениях. Свет разных длин волн можно легко разделить. Все мы учились в средней школе и помним Призму Ньютона. Для тех, кто помнит плохо, приведем рисунок 2.

Рисунок 2. Призма Ньютона

Этому способу уже более 300 лет. Устройство, которое разделяет свет в зависимости от длины волны, представляет собой ту самую призму, просто более сложную, и называется «оптический мультиплексор/демультиплексор».

Эти трансиверы используют свет с длинами волн 1310нм и 1550нм для передачи сигнала в разных направлениях. Один из модулей использует передатчик 1310нм, второй 1550нм. Но, при использовании этих трансиверов, существуют особенности по сравнению с «двухглазыми» модулями. Модули WDM устанавливаются парами, и только парами они функционируют корректно.

Тем, кто имеет отношение к этому оборудованию не только с технической, но и с финансовой стороны стоит знать, что разные части пары таких трансиверов, часто, имеют разную цену, так как они имеют разную себестоимость в производстве. Хотя в MLaxLink цена на разные «половинки» одинакова, мы убеждены, что так проще со всех точек зрения.

На рисунке 3 наглядно показан принцип работы этих модулей.

Рисунок 3. Работа модулей ML-10T и ML-10R

Обратите внимание, что на откидном рычажке нанесен пластик определенного цвета. Это очень удобно, так как вы можете определить тип модуля, не изымая его из оборудования. Жаль, что не у всех производителей есть такая «приятная мелочь».

Кстати, цвета выбираются не случайным образом, а исходя из определенных правил, каждый цвет на рычажке соответствует определенной длине волны передатчика.

Оборудование оптоволоконных систем связи и информационных сетей способно передавать по паре оптических волокон данные только одного канала. Расширение сети и возрастание объема трафика, передаваемого по ВОЛС, приводит к увеличению количества каналов и задействованию новых пар оптоволокна.

В определенный момент выясняется, что использована вся емкость оптического кабеля и необходимо решать как выйти из создавшегося положения. Прокладка нового волоконно-оптического кабеля не всегда экономически рентабельна, особенно при наличии протяженной линии связи или сети большого масштаба. В этом случае можно быстро и недорого решить проблему путем установки оборудования производства АО «Компонент», работающего по техологии WDM.

На сайте компании АО «Компонент» представлено высокотехнологичное оборудование WDM по самым доступным ценам, изготовленное на собственном производстве.

Что такое технология WDM?

Технология WDM реализует принцип мультиплексирования оптических каналов с разделением по длине волны. За основу взято использование светового излучения с разными длинами волн для передачи/приема информационных сигналов. Волновые каналы объединяются на передающей стороне и разделяются на приемной при помощи специальных фильтров. Внедрение WDM позволило увеличить значительно пропускную способность линий связи и сетей при существующей емкости волоконно-оптических кабелей.

Вначале, применение технологии WDM ограничивалось спектральным уплотнением всего двух каналов с длинами волн 1310 и 1550 нм и межканальным интервалом 240 нм. В дальнейшем, развитие технологии позволило объединять десятки каналов с постепенным уменьшением межканального расстояния, то есть перейти к более плотному мультиплексированию. Так появились системы грубого уплотнения CWDM и точного уплотнения DWDM.

Особенность решений CWDM и DWDM состоит в создании системы точка-точка, которая мультиплексирует и демультиплексирует сигналы по определенному алгоритму:

прием внешних информационных каналов от активного сетевого оборудования;
генерация несущих на разных длинах волн;
модуляция несущих информационными сигналами, или другими словами, перевод каждого сигнала на индивидуальную длину волны;
объединение каналов в общий мультиплексный сигнал;
передача многоволнового излучения по оптоволокну на противоположную сторону ВОЛС;
демультиплексирование на отдельные информационные каналы и передача трафика на абонентское оборудование.

Важным преимуществом технологий CWDM и DWDM можно назвать отсутствие взаимовлияния большого числа объединяемых каналов ввиду продуманности сетки спектрального разноса рабочих частот.

Оборудование WDM

При создании систем CWDM и DWDM применяются несколько видов оборудования, позволяющего мультиплексировать и демультиплексировать до 48 абонентских каналов. Рассмотрим основные системные компоненты.

Оптические транспондеры

Оптический транспондер выполняет регенерацию клиентских сигналов, а также преобразование их длин волн в индивидуальные («цветные») волновые длины WDM для их последующего мультиплексирования. Процесс конвертирования длин волн осуществляется путем модуляции несущих, генерируемых лазерами, клиентскими оптическими сигналами. Транспондеры отличаются различным количеством оптических портов входа и выхода. Параметры абонентских каналов определяются рекомендацией G.957, а выходных — рекомендацией G.962.

Оптические мультиплексоры/демультиплексоры

Оптические сигналы на «цветных» длинах волн поступают на волновой мультиплексор. Мультиплексор WDM является полностью пассивным устройством, выполняющим функцию спектрального уплотнения нескольких волновых каналов за счет использования явлений физической оптики, таких как, дифракция и интерференция.

Объединение каналов осуществляется благодаря применению канальных фильтров (CWDM) или матричной волноводной решетки с фокусирующими линзами (DWDM). Демультиплексор WDM принимает многоволновой сигнал и разделяет его на каналы с индивидуальными длинами волн, которые передаются на транспондер.

CWDM и DWDM, как развитие технологии WDM

Важнейшей предпосылкой развития технологии WDM явилась модернизация производства оптических волокон, позволившая добиться расширения рабочей полосы пропускания до 350 нм. Значение затухания в пределах полосы пропускания было значительно снижено, что дало возможность увеличения шага несущих и упрощения их фильтрации на приеме. Таким образом, стало возможным упростить и удешевить создание систем плотного спектрального уплотнения.

Разработка оригинальной системы CWDM, осуществляющей, так называемое, грубое спектральное мультиплексирование, стало первым важным шагом на пути совершенствования технологии WDM.

CWDM позволяет уплотнять до 16 оптических каналов с межканальным интервалом 20 нм, расположенных в пределах диапазона 1270 — 1610 нм. Обеспечивается передача трафика со скоростью 2,5 Гбит/с на один канал.

Оптические мультиплексоры/демультиплексоры CWDM изготавливаются на собственном производстве АО «Компонент» на основе одноканальных многослойных тонкопленочных фильтров. Используется последовательное соединение фильтров, настроенных на индивидуальные длины волн. Величина вносимого затухания индивидуальна для каждого канала и варьируется в пределах 0,4 — 6 дБ.

Оптимальное сочетание возможности спектрального уплотнения большого числа каналов и невысокой стоимости оборудования определяет востребованность систем CWDM на рынке.

Основным отличием технологии DWDM является уменьшение межканального расстояния до 0,4 — 0,8 нм, позволяющего мультиплексировать до 48 абонентских каналов с интерфейсом SDH, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet и т. п. Соответственно, в системах используются два частотных плана с разнесением каналов на 50 ГГц и 1000 ГГц. В DWDM задействуется окно прозрачности 1550 нм. Пропускная способность каждого канала достигает 10 Гбит/с.

Частотная сетка с более плотным интервалом 50 ГГц эффективнее использует диапазон 1540 — 1560 нм, в котором функционируют усилители EDFA. Минусами данного варианта являются:

возрастание влияния четырехволнового смешивания;
ограничение возможности мультиплексирования каналов STM-64 из-за перекрытия спектров соседних каналов;
ужесточение требований к компонентам системы, ведущим к их удорожанию.

Мультиплексоры DWDM производятся АО «Компонент» по технологии AWG, использующей вместо канальных фильтров решетку из массива волноводов с отдельными дорожками, соответствующими длинам волн. Волновые сигналы при объединении и разделении проходят одинаковое расстояние по планарным волноводам, независимо от длины волны. В результате затухание равномерно во всем диапазоне, составляя 5 — 7 дБ.

Главное преимущество систем DWDM — большое число мультиплексированных каналов сочетается с серьезным минусом — высокой стоимостью оборудования.

АО «Компонент» предлагает CWDМ и DWDM мультиплексоры и демультиплексоры, установленные в корпусе оптического кросса 19 дюймов. Возможна установка до четырех устройств внутри корпуса высотой 1U.

Где купить качественные мультиплексоры CWDM и DWDM?

Обращайтесь в АО «Компонент» для покупки качественных мультиплексоров CWDM и DWDM по разумной цене. Предлагаем большой ассортимент высокотехнологичного оборудования WDM для ВОЛС и сетей передачи данных любого масштаба. Специалисты компании с удовольствием помогут вам подобрать оптимальные модели с учетом специфики и технических условий вашего проекта.

Читайте также: