Технология спектрального уплотнения CWDM

Технология грубого спектрального уплотнения CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing) используется для увеличения пропускной способности оптических линиях связи. В отличии от концепции увеличения скорости передачи данных в каждом канале, CWDM позволяет наращивать количество каналов в волокне. Оборудование на базе CWDM не требует новейших технологических решений, поэтому системы CWDM имеют высочайшую экономическую эффективность.

История технологии CWDM

Концепция двусторонней передачи данных по одному волокну и спектрального уплотнения WDM впервые была опубликована в 1970 году. Первое лабораторное тестирование данной технологии было проведено в Италии в 1978 году. Для двусторонней передачи данных по одному волокну тогда были использованы длины волн 740 и 1060 нм. С развитием технологий производства оптических компонентов и волокон в технологии WDM стали использоваться длины волн 1310 и 1550 нм.

Под понятием "грубое спектральное уплотнение" каналов (coarse wavelength division multiplexing) изначально подразумевалось то, что в системе уплотнения используется диапазон длин волн и стабильность частоты излучателей несовместимые с эрбиевыми оптическими усилителями EDFA. Данная особенность грубого спектрального уплотнения не позволила технологии распространиться в магистральных сетях связи.

В 2002 году международный институт ITU в документе G.694.2 стандартизировал сетку длин волн  для технологии CWDM . В сетке длин волн CWDM используются длины волн от 1270 до 1610 нм, разница между каналами составила 20 нм. Среди пользователей систем CWDM бытует мнение, что шаг 20 нм равен шагу в 2.5 ТГц: это заблуждение, и его легко развеять рассчитав разницу между частотами хотя бы трех длин волн, отличающихся на 20 нм (придется вспомнить «школьную» физику).  Данная сетка была пересмотрена в 2003 году, в результате чего она сдвинулась на 1 нм (1271-1611 нм), однако большинство производителей оборудования CWDM и пользователей систем CWDM используют в обозначениях длин волн значения из старой сетки 1270-1610 нм.

В 2002-2003 годах появились первые промышленные образцы CWDM,  но их стоимость не оставила этому оборудованию шансов остаться на рынке. В 2007 году состоялась вторая попытка вывода на рынок CWDM-решений, которая оказалась весьма успешной. Можно назвать две основные причины этого успеха: во-первых, сети операторов к тому моменту начали испытывать значительные трудности с полосой пропускания; во-вторых, технология производства тонкопленочных фильтров и оборудования CWDM в целом стала доступна производителям в Китае, за счет чего стоимость CWDMрешений значительно снизилась.

Дополнительным стимулом к повсеместному внедрению CWDM-систем стало распространение оптических кабелей с волокнами G.652 спецификаций С и D,  которые не содержат водяного пика. Водяной пик обусловлен наличием в оптическом волокне ионов гидроксильной группы ОН+ и вызывает повышенное затухание оптического сигнала в диапазоне длин волн 1383 ± 50~70 нм, что ограничивало использование «нижних» длин волн CWDM.

На сегодняшний день технология грубого спектрального уплотнения CWDM получила широкое распространение среди операторов связи во всем мире. В России системы CWDM используются на сетях интернет-провайдеров, государственных учреждений, финансовых и отраслевых компаний.

Физическая основа технологии CWDM

Технология CWDM основана на особенности распространения светового излучения на различных длинах волн. Излучение на различных длинах волн в среде с постоянным показателем преломления имеет разную скорость распространения и, при условии достаточного удаления длин волн, не взаимодействует.

Таким образом в одной оптической среде (в нашем случае это оптическое волокно) можно передать несколько оптических сигналов в различных направлениях.

Описание технологии CWDM

В технологии CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing) используется 18 длин волн из диапазона 1270-1610 нм с шагом 20 нм, что позволяет организовать 9 дуплексных каналов связи с любой скоростью передачи данных. Каждый из этих 9 каналов может быть организован по любому из существующих протоколов передачи данных, будь то Fibre Channel, STM или  Ethernet. Более того, значения не имеет и природа сигнала: в одном волокне прекрасно «уживаются» аналоговый телевизионный сигнал и цифровые протоколы передачи данных.

При спектральном уплотнении CWDM сигналы на различных длинах волн вводятся в магистральное одно волокно с применением специального пассивного устройства – оптического мультиплексора. Для разделения сигналов на обратной стороне линии используется оптический демультиплексор – он разделяет сигналы и выводит различные длины волн на различные выходы. В общем случае, мультиплексор и демультиплексор – это одно устройство. Структура и особенности оптических мультиплексоров будут описана ниже.

Для создания оптического излучения на различных длинах волн в технологии CWDM используются оптические трансиверы стандартных форм-факторов: SFP, GBIC, SFP+, XFP, XENPAK и прочие. Более подробно про CWDM трансиверы будет рассказано в главе "Системы уплотнения  CWDM".