OPTYCZNE SYSTEMY TRANSMISJI VIDEO I DANYCH

.:: Opis

Platforma sprzętowa CWDM firmy Elektronik Art

Specyfikacja techniczna
Podłoże techniki CWDM
Standaryzacja techniki CWDM
Ograniczenia techniki CWDM

Elementy platformy CWDM firmy Elektronik Art charakteryzuje niski koszt komponentów składowych, modularność i skalowalność budowy elementów dostępowych oraz możliwość doboru z szerokiego zestawu pasywnych multiplekserów.

Platforma umożliwia transmisję do 16 strumieni danych o przepływności do 1.25Gbit/s każdy.

System zawiera optyczne i elektryczne moduły dostępowe. Konstrukcja sprzętowa optycznych modułów dostępowych platformy daje możliwość opcjonalnie transmisji danych w sposób przezroczysty dla strumienia w trybie regeneracji typu 2R oraz w trybie regeneracji 3R. W trybie regeneracji 2R moduły dostępowe są przezroczyste dla dostarczonego sygnału, w trybie 3R wymagane jest określenie protokołu dostarczonego strumienia. Następujące protokoły są wspierane w trybie regeneracji typu 3R: STM1, STM4, Fibre Channel, ESCON, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet. Elektryczne moduły dostępowe dają możliwość konwersji i transmisji sygnałów standardów 100BaseTX na 100BaseFX oraz 1000BaseT na 1000BaseX.

Dostępne są moduły pasywnej multipleksacji pracujące w konfiguracji punkt-punkt w wykonaniach 2, 4, 8, i 16 kanałowych oraz moduły typu add-drop dla każdej długości fali pracujące w konfiguracji ringu.

W celu umożliwienia zarządzania rozproszonymi elementami systemu transmisyjnego urządzenia są wyposażone w agenta systemu SNMP, instalowanego w elementach zbiorczych systemu lub w urządzeniach wolnostojących. Transmisja danych zarządzania może się odbywać poprzez wydzielony kanał optyczny lub poprzez sieć Ethernet.

Specyfikacja techniczna

Tabele poniżej specyfikują podstawowe parametry techniczne elementów platformy CWDM.

Elementy pasywne:

Elementy aktywne:

Moduły nadzoru:

Elementy zbiorcze:

Podłoże techniki CWDM

Najprostszą technologią umożliwiającą zwielokrotnienie w dziedzinie długości fali i protoplastą technik zwielokrotniania jest technologia WDM (Wave Division Multiplexing), umożliwiające szerokopasmową multipleksację i demultipleksację w dwóch pasmach 1310nm oraz 1550nm.

Rysunek 1. Systemy zwielokrotniania optycznego WDM, wczesny CWDM, WWDM, DWDM.

We wczesnych latach 80 w lokalnych sieciach komputerowych LAN, zastosowanie znalazły metody zwielokrotnienia optycznego polegające na transmisji poprzez światłowód wielomodowy kilku kanałów w oknie 850nm. Rozwój techniki ethernetowej, pociągający za sobą potrzebę transmisji dużej ilości danych w sieciach LAN i WAN jak również problemy związane z dyspersją w transmisji 1-10GbE przyczyniły się do wyspecyfikowania pod koniec lat 90, 4 długości optycznych w oknie 1310nm. Specyfikacje IEEE 802.3 określają multipleksację w oknie 850 nm jako CWDM a w oknie 1310nm jako WWDM (Wide Wave Division Multiplexing)

Technika DWDM (Dense Wave Division Multiplexing) , tzw technika zagęszczonego multipleksowania sygnałów optycznych jest używana w telekomunikacji dalekosiężnej od połowy lat 90 w celu zwiększenia ilości informacji przesyłanych przez pojedyncze włókno światłowodowe. Technik ta umożliwia przesyłanie dużej ilości, zależnej od rodzaju systemu DWDM, wielogigabitowych strumieni danych przez pojedynczy światłowód. Niestety ze względu na wymagania co do stabilności pracy laserów jak również parametry, jakie muszą spełniać elementy pasywne, technologia DWDM jest rozwiązaniem nadal bardzo kosztownym.

Technologia CWDM (Coarse Wave Division Multiplexing) potencjalnie miała umożliwić zwiększenie pasma i zasięgu połączenia optycznego przy utrzymaniu niskiego kosztu, małych gabarytów urządzenia i małego poboru prądu. Podstawowym założeniem dla systemu była redukcja liczby kanałów transmisyjnych do 16.

Powstawanie systemu CWDM wymagało rozwiązania kilku istotnych problemów technicznych. Zaliczały się do nich: konstrukcja tanich w stosunku do laserów DWDM, nie chłodzonych laserów emitujących określone dla standardu długości fali, miniaturyzacja i uproszczenie konstrukcji pasywnych multiplekserów i demultiplekserów oraz minimalizacja wpływy temperatury na pasmo filtru i pasmo nadajnika.

Używając laserów CWDM i pasywnych komponentów optycznych możliwa jest transmisja na odległości powyżej 100 km w zależności od mocy laserów, tłumienia światłowodu, tłumienia multiplekserów i demultiplekserów oraz czułości odbiorników.

Rysunek 2. Element filtrujący CWDM wykonany w technice cienkowarstwowej.

Rysunek powyżej przedstawia schematycznie budowę filtru CWDM będącego elementem składowym pasywnych urządzeń techniki CWDM. Element filtrujący CWDM o szerokości pasma 20nm wykonany w technice cienkowarstwowej wymaga nałożenia 50 warstw podczas gdy element filtrujący DWDM o szerokości pasma 0,8 nm wymaga nałożenia 150 warstw. Fakt ten tłumaczy istotną różnicę w cenie pomiędzy pasywnymi urządzeniami DWDM i CWDM.

Standaryzacja techniki CWDM

Dla techniki CWDM opracowano standard (ITU G.694.2) specyfikujący 18 kanałów rozmieszczonych co 20nm od 1270nm do 1610nm. Standardowe kable światłowodowe pozwalają na transmisję 5 kanałów od 1270 do 1370 nm (pasmo O) i 8 kanałów od 1470nm do 1610nm (pasma S,C i L). Obecnie światłowody z obniżoną zawartością jonów OH pozwalają także na transmisję w 5 pozostałych kanałach od 1370nm do 1450nm (pasmo E).

Rysunek 3. Rozmieszczenie kanałów transmisyjnych dla systemu CWDM ITU G.694.2 i wykresy tłumienności światłowodu standardowego oraz.o obniżonej zawartości jonów OH.

Producenci elementów sieciowych i transceiverów CWDM stosują kod kolorów opisujący centralną długość fali lasera. Pasmo 1470¸1610nm, dla którego stosuje się transceivery znalazło szczególnie szerokie zastosowanie w sieciach pakietowych.

Tabela kodu kolorów elementów aktywnych CWDM

Ograniczenia techniki CWDM

CWDM podobnie jak DWDM umożliwia transmisję fali świetlnej o różnych długościach przez pojedyncze włókno. Jednak w systemach DWDM długości fal transmitowanych są rozłożone w małych odległościach wynoszących około 0,75nm (100GHz). W systemie CWDM rozłożenie jest co 20nm co jest wystarczająco duże dla akumulacji większych tolerancji laserów i co za tym idzie prowadzi to do obniżenia kosztów. W szczególności umożliwia to użycie laserów nie wyposażonych w termoelektryczny element chłodzący co czyni system istotnie tańszym w porównaniu do systemu DWDM wykorzystującego chłodzone lasery typu DFB.

Przykładowo biorąc pod uwagę standardowy kanał 1510nm można pokazać że będzie miał wystarczającą tolerancję pasma przepustowego w zakresie temperatur 0¸70°C. Lasery CWDM produkowane są z tolerancją ± 2nm. Tak więc podstawowa długość fali emitowanej lasera będzie leżeć pomiędzy 1508 i 1512nm w temperaturze 25°C. Zmiana długości fali w funkcji temperatury wynosi około 0.08nm/°C w zakresie temperatur 0¸70°C. Daje to dodatkowe przesunięcie długości fali emitowanej o 2nm do +3.6nm, co daje przesunięcie całkowite w zakresie 1506nm do 1515nm. Przy typowym paśmie kanału wynoszącym dla techniki CWDM 13nm daje to wystarczający margines przy krańcach pasma przepustowego kanału.

Rysunek 4. Przykładowy wykres tłumienności w poszczególnych pasmach dla 8 kanałowego multipleksera/demultipleksera CWDM..