Tecnología DWDM: su desarrollo y aplicación

Conceptos básicos Introducción a DWDM

La multiplexación por división de longitud de onda WDM es una tecnología que multiplexa señales ópticas de diferentes longitudes de onda en una sola fibra para su transmisión.

• CWDM (multiplexación por división de longitud de onda gruesa) utiliza un espaciado de longitud de onda amplio, generalmente con una separación de 20 nm.
• DWDM (multiplexación por división de longitud de onda densa) utiliza un espacio de longitud de onda estrecho, normalmente entre 0.8 y 2 nm.

Ahora, nos centraremos en la introducción de la tecnología Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM) en WDM.

DWDM combina portadores ópticos en una sola fibra para la transmisión, lo que aumenta la capacidad de transmisión de cada fibra. DWDM puede transportar servicios SDH, servicios IP y servicios ATM.

El estándar de la Unión Internacional de Telecomunicaciones de la UIT para longitudes de onda DWDM es 1528.77nm-1563.86nm, principalmente en la banda C con baja atenuación y dispersión. El espaciado de longitud de onda de 100 GHz (0.8 nm) puede tener 40 canales, el espaciado de longitud de onda de 50 GHz (0.4 nm) puede tener 80 canales.

La Estructura de la Unidad DWDM

La multiplexación por división de longitud de onda densa (DWDM) es una tecnología de comunicación de fibra óptica relativamente avanzada en la actualidad. Con el desarrollo de la economía y la tecnología, la demanda de velocidad de transmisión de datos por parte de las personas también ha aumentado a un nivel relativamente alto, lo que da como resultado una perspectiva brillante de la tecnología DWDM.

• Transpondedor óptico: Convierte señales de luz de longitud de onda;
• Multiplexor y divisor óptico: combina y divide señales de luz de longitud de onda fija;
• Amplificador óptico (OLA): ubicado en el medio de la sección de transmisión óptica, el OLA amplifica la señal óptica;
• Canal de supervisión óptico: se utiliza para llevar la gestión y el control del sistema DWDM, de modo que el sistema de gestión de red pueda gestionar eficazmente el sistema DWDM.

El principio de funcionamiento del sistema DWDM

Transmisión unidireccional de doble fibra

Un sistema WDM unidireccional utiliza dos fibras ópticas. Una fibra solo completa la transmisión de señales ópticas en una dirección, y la otra fibra completa la transmisión de señales ópticas inversas.

Ventajas: Cada señal es transportada por una longitud de onda diferente, lo que garantiza que no haya interferencias y que la misma longitud de onda se pueda reutilizar en ambas direcciones.

Desventajas: Baja utilización de recursos de fibra y dispositivos ópticos.

Transmisión bidireccional de fibra única

Un sistema de multiplexación por división de longitud de onda bidireccional (WDM) utiliza una sola fibra para transmitir señales en ambas direcciones, con diferentes longitudes de onda transportando las señales en cada dirección, logrando una comunicación full-duplex.

Ventajas: puede reducir el número de fibras y amplificadores de línea utilizados, ahorrando costes.

Desventajas: altos requisitos, necesidad de resolver la interferencia multicanal, la distancia de transmisión extendida requiere amplificación óptica.

Clasificación de los sistemas DWDM

Sistema DWDM abierto

Al final de la transmisión, la OTU se utiliza para convertir longitudes de onda no estándar en longitudes de onda estándar. La función principal de este dispositivo es convertir longitudes de onda no estándar en longitudes de onda estándar especificadas por ITU-T para cumplir con la compatibilidad de longitud de onda del sistema.

Sistema DWDM integrado

La señal de servicio en sí ya cumple con la longitud de onda estándar y no se necesita OTU en el transceptor y el transmisor.

Componentes clave de DWDM

Fuente de luz:

La función de la fuente de luz es generar láser o fluorescencia, que es un dispositivo importante en los sistemas de comunicación de fibra óptica.

La fuente de luz del sistema DWDM tiene una tolerancia de dispersión relativamente grande y una longitud de onda estándar y estable.

Hay dos métodos de modulación para láseres: modulación directa y modulación indirecta.

Fotodetector:

El papel del fotodetector es convertir la señal óptica recibida en una señal eléctrica correspondiente.

Como la señal óptica transmitida a través de la fibra es generalmente muy débil, el fotodetector tiene grandes requisitos.

Amplificador óptico:

El amplificador óptico se utiliza para mejorar la señal óptica e incluye principalmente un amplificador de fibra dopada con erbio (EDFA) y un amplificador de fibra Raman.

Multiplexor óptico y demultiplexor óptico:

Los componentes principales del sistema WDM son el multiplexor por división de longitud de onda, es decir, el multiplexor óptico y el demultiplexor óptico, que en realidad son filtros ópticos. Sus características determinan en gran medida el rendimiento de todo el sistema, y ​​los requisitos son un número suficiente de canales de multiplexación, una pequeña pérdida de inserción, un amplio rango de banda de paso, etc.

Hay muchos tipos de multiplexores de división de longitud de onda óptica, que se pueden dividir aproximadamente en cuatro categorías: tipo de filtro de interferencia, tipo de acoplador de fibra, tipo de rejilla y tipo de rejilla de guía de onda de matriz.

tipos de red

Red punto a punto

Red de malla

Red de anillo

Ventajas de la tecnología DWDM

• Capacidad ultragrande: debido a que la tecnología DWDM hace un uso completo de los recursos de ancho de banda de fibra, multiplexando docenas o incluso cientos de canales en una sola fibra, la capacidad de una sola fibra mejora considerablemente.
• Transmisión de datos "transparente": el sistema DWDM es transparente a los "datos" y es independiente de la velocidad de la señal y del método de modulación eléctrica. Por lo tanto, se pueden transmitir simultáneamente múltiples señales comerciales con velocidades, formatos y características completamente diferentes.
• Actualización y expansión del sistema conveniente y flexible: se pueden introducir nuevos servicios agregando longitudes de onda sin interrumpir los servicios existentes, lo que maximiza la protección de las inversiones existentes.
• Conexión en red económica y fiable: la nueva red de comunicación construida con DWDM La tecnología es mucho más simple que la red compuesta por la tecnología tradicional de multiplexación eléctrica por división de tiempo, y la jerarquía de la red es clara. Debido a la estructura de red simplificada, la jerarquía clara y la programación comercial conveniente, la economía y la confiabilidad de la red son obvias.
• Forme una red totalmente óptica: la tecnología DWDM será una de las tecnologías clave para lograr una red totalmente óptica, y los sistemas DWDM pueden ser compatibles con futuras redes totalmente ópticas. En el futuro, puede ser posible lograr una red totalmente óptica transparente y de alta capacidad de supervivencia basada en la red DWDM ya construida.

La tecnología DWDM y CWDM son dos productos diferentes de la tecnología de multiplexación por división de longitud de onda, y cada uno tiene ventajas en diferentes capas de red.

Debido a su estructura simple y de bajo costo, la tecnología CWDM tiene buenas perspectivas de aplicación en la capa de acceso de las redes de área metropolitana con sus funciones multiservicio. La tecnología DWDM, por otro lado, se prefiere para redes troncales, redes de área metropolitana centrales y equipos de transmisión troncales de redes locales debido a su alta capacidad y características de transmisión de larga distancia.

Al elegir la solución CWDM/DWDM, se debe seleccionar la mejor solución teniendo en cuenta los requisitos y el presupuesto del proyecto y también combinando sus características y diferencias.

Debate sobre la tecnología DWDM

DWDM pertenece a la tecnología de multiplexación por división de longitud de onda (WDM), que es una tecnología madura que se ha utilizado ampliamente en el campo de la transmisión de comunicaciones por fibra óptica. WDM utiliza las características de transmisión de las ondas de luz para juntar ondas de luz de diferentes longitudes de onda y frecuencias a través de un sistema de multiplexación óptica para que los datos puedan transmitirse a través de una sola fibra óptica. El diagrama esquemático de la estructura de su sistema se muestra en la figura.

Diagrama de propagación de la tecnología WDM

El multiplexor de ondas ópticas y el demultiplexor de ondas ópticas son el núcleo de todo el sistema WDM. En la actualidad, las dos funciones de multiplexor de onda y demultiplexor se pueden integrar en una máquina, que se considera un sistema de multiplexación óptica, similar al módem que puede realizar funciones de modulación y demodulación en el sistema de transmisión de cobre primitivo. Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología, se ha mejorado la sensibilidad de las máquinas relacionadas con el sistema de multiplexación óptica y ha sido capaz de realizar operaciones de multiplexación y demultiplexación en señales ópticas con longitudes de onda y frecuencias muy similares, lo que sienta una base sólida para el amplia aplicación de la tecnología DWDM.

Channel	Frecuencia central (THz)	Longitud de onda (nm)	Channel	Frecuencia central (THz)	Longitud de onda (nm)	Channel	Frecuencia central (THz)	Longitud de onda (nm)	Channel	Frecuencia central (THz)	Longitud de onda (nm)
C21	192.1	1560.61	C31	193.1	1552.52	C41	194.1	1544.53	C51	195.1	1536.61
C22	192.2	1559.79	C32	193.2	1551.72	C42	194.2	1543.73	C52	195.2	1535.82
C23	192.3	1558.98	C33	193.3	1550.92	C43	194.3	1542.94	C53	195.3	1535.04
C24	192.4	1558.17	C34	193.4	1550.12	C44	194.4	1542.14	C54	195.4	1534.25
C25	192.5	1557.36	C35	193.5	1549.32	C45	194.5	1541.35	C55	195.5	1533.47
C26	192.6	1556.55	C36	193.6	1548.51	C46	194.6	1540.56	C56	195.6	1532.68
C27	192.7	1555.75	C37	193.7	1547.72	C47	194.7	1539.77	C57	195.7	1531.9
C28	192.8	1554.94	C38	193.8	1546.92	C48	194.8	1538.98	C58	195.8	1531.12
C29	192.9	1554.13	C39	193.9	1546.12	C49	194.9	1538.19	C59	195.9	1530.33
C30	193	1553.33	C40	194	1545.32	C50	195	1537.4	C60	196	1529.56

Longitud de onda DWDM: asignación de longitud de onda de 40 ondas DWDM 100G

En un sistema DWDM, un solo cable óptico puede transmitir múltiples ondas de luz de diferentes longitudes de onda y frecuencias, y estas ondas de luz se propagan a lo largo de diferentes canales ópticos divididos en la fibra óptica, lo que hace que la velocidad de los datos que originalmente era de 2.5 GB/s en un cable óptico aumentar muchas veces. En la actualidad, el tráfico de datos máximo que puede transmitir una sola fibra ha alcanzado los 400 Gb/s. El sistema DWDM tiene ventajas incomparables en la aplicación.

Primero, se combinan múltiples señales ópticas en un canal para la transmisión, lo que mejora efectivamente la eficiencia de transmisión de datos. En segundo lugar, esta tecnología puede reducir los costos de manera efectiva, especialmente en el proceso de transmisión de datos a larga distancia que utiliza fibras ópticas como portadores de transmisión. La tecnología de multiplexación óptica, especialmente la tecnología DWDM, puede ahorrar mucho en fibras ópticas y equipos de regeneración de señales ópticas y, al mismo tiempo, la tecnología EDFA, la modulación externa, la electroabsorción y otras tecnologías involucradas en la transmisión hacen que la pérdida y la dispersión permitidas de los saltos de todo el sistema de transmisión más grande, extendiendo efectivamente la distancia de transmisión.

Al mismo tiempo, el sistema DWDM es equivalente a virtualizar múltiples canales de fibra óptica en una fibra óptica, por lo que tiene una buena compatibilidad para la transmisión de varios datos, mejorando efectivamente la capacidad de supervivencia de todo el sistema de transmisión de fibra óptica, y también es muy conveniente para operaciones de expansión.

diagrama de sistema teórico de la tecnología DWDM

Análisis de red de DWDM

Las propias características de la fibra óptica determinan que sea difícil de corregir una vez finalizado el tendido de la red de fibra óptica. La red DWDM involucra varias tecnologías, por lo que debe tratarse con más precaución en el proceso de diseño.

La estructura general de la sistema DWDM con multiplexación de longitud de onda N incluye principalmente lo siguiente:

• unidad de transpondedor óptico (OTU);
• Multiplexor por división de longitud de onda: Demultiplexor/multiplexor óptico (ODU/OMU);
• Amplificador óptico (BA/LA/PA);

La estructura general del sistema DWDM con multiplexación de longitud de onda N

La clasificación de las redes DWDM es complicada con varios criterios de clasificación, incluida la forma de transportar los servicios, si se puede convertir la longitud de onda, si hay conversión fotoeléctrica en el proceso de transmisión, etc. La estructura topológica de la red se debe considerar durante su construcción y diseño.

Al igual que la red de transmisión de datos tradicional, la red DWDM también se divide en redes de malla, anillo, estrella y bus en la estructura topológica. En el entorno de aplicación actual, los métodos de red en malla y en anillo son más comunes. Al determinar el modo de red, los principales factores que deben tenerse en cuenta incluyen el costo y el rendimiento de la red. Específicamente, debe incluir el volumen máximo de datos punto a punto que la red puede transmitir, las capacidades de enrutamiento de la red, la seguridad de la red, la resiliencia autónoma de la red, etc.

Sobre la base de la consideración general de los problemas anteriores, la forma final y los parámetros relacionados de la red se determinan de acuerdo con las características de las diferentes estructuras topológicas. En general, se recomienda adoptar un esquema de diseño unificado para evitar dividir todo el proceso de diseño en varias etapas, lo que puede mantener de manera efectiva la consistencia de toda la planificación del sitio web y mejorar la capacidad de comunicación integral de la red.

Tomando como ejemplo la red de fibra en malla, los diseñadores deben prestar especial atención a las necesidades ambientales y tener en cuenta los cambios en todo el entorno de demanda en el proceso de desarrollo futuro, y luego estimar los parámetros correspondientes de acuerdo con las necesidades, incluido el tamaño. del OXC ubicado en diferentes nodos, el número de fibras y los requisitos de longitud de onda entre los nodos. Debido a la débil capacidad de autorreparación de la topología de malla, los problemas que deben determinarse en el proceso de diseño se concentran básicamente en la capacidad de la red, especialmente cuando falla el camino asociado o el nodo de la red, el problema del portador de transferencia. relacionados con los requisitos de datos es el punto principal a considerar.

Por el contrario, la capacidad de autorreparación de la red en anillo es ligeramente mejor, por lo que se presta más atención al diseño del nivel de la red. También se debe prestar especial atención al problema de segmentar y ubicar la estructura y función de la red en anillo en función del enrutamiento dentro del anillo y la asignación de longitudes de onda. A diferencia de la red de fibra en malla, la red en anillo no necesita considerar la asignación de capacidad de red inactiva, porque la capacidad inactiva en sí misma está integrada en la red en anillo. Después del proceso de diseño de la red, también se deben considerar los problemas de optimización para las redes DWDM. Esto requiere optimizar la configuración de cada enlace de acuerdo a los parámetros reales en la red, y el proceso se ha llevado a cabo hasta que se tiende toda la red.

En un entorno con una tasa de transmisión de más de 10Gb / s, problemas como la distorsión de la señal tienen un gran impacto en la calidad de transmisión, por lo que la optimización de la red es crucial. En este proceso, el trabajo incluye la determinación de la configuración básica durante la licitación del proyecto, la medición de los parámetros reales durante la ejecución del proyecto, el ajuste del módulo DCM y la tarjeta de la bomba, y la configuración de los parámetros reales de cada segmento específico de acuerdo con los resultados de la medición. , y el ajuste del preénfasis de la señal, y muchos otros aspectos. Solo implementando cuidadosamente cada enlace podemos obtener servicios de transmisión de señal de alta calidad.

El módulo óptico DWDM logra una expansión de bajo costo de la capacidad de fibra

En los modos de transmisión tradicionales, una sola fibra solo puede transmitir señales portadoras ópticas que transportan un tipo de información.

Módulo óptico ordinario de doble fibra (que transmite a través de fibras de 2 núcleos).

Se puede reemplazar con un módulo óptico BIDI (que transmite a través de una fibra de un solo núcleo) cuando se necesitan servicios adicionales pero los recursos de fibra son limitados.

Cuando la cantidad de servicios continúa aumentando y BIDI ya no es suficiente, se puede usar un módulo óptico WDM (principalmente DWDM), que es lo que presentamos aquí: módulo óptico DWDM SFP y módulo óptico DWDM SFP+.

Acerca de la multiplexación por división de longitud de onda (DWDM)

La multiplexación por división de longitud de onda DWDM es un WDM, que es la multiplexación de señales ópticas de diferentes longitudes de onda en una fibra para la transmisión.

En el modo de transmisión tradicional, una fibra solo puede transportar un tipo de señal portadora óptica de información. En el caso de diferentes servicios, se requieren diferentes fibras para la transmisión. La tecnología de multiplexación por división de longitud de onda DWDM puede proporcionar múltiples canales de fibra virtual en una sola fibra física.

Los canales DWDM están más densamente espaciados y usan ventanas de transmisión de banda C (1525nm-1565nm) y banda L (1570nm-1610nm), que son pequeños segmentos extraídos del rango de longitud de onda CWDM. El espacio entre canales DWDM es de 0.4 nm, 0.8 nm, 1.6 nm, etc. (el espacio entre bandas CWDM es de 20 nm), que es más pequeño y requiere dispositivos de control de longitud de onda adicionales.

Módulo transceptor óptico DWDM

Los módulos ópticos DWDM, también conocidos como módulos ópticos de luz coloreada, son un componente importante en los módulos ópticos para convertir señales optoelectrónicas. Al igual que los módulos ópticos ordinarios, los módulos ópticos DWDM deben usarse con multiplexores de división de longitud de onda DWDM para multiplexar señales ópticas de diferentes longitudes de onda en una sola fibra para la transmisión. En el extremo receptor del enlace, la señal mixta en la fibra se demultiplexa en señales de diferentes longitudes de onda mediante un demultiplexor óptico para lograr una transmisión de comunicación a larga distancia.

Los tipos de paquetes comunes para módulos ópticos DWDM incluyen SFP, SFP +, XFP, SFP28, QSFP + y QSFP28, que tienen las ventajas de alta capacidad de transmisión, tamaño pequeño, bajo consumo de energía, interfaz dúplex LC, DDM (función de diagnóstico digital), etc.

Los módulos ópticos DWDM comunes incluyen 1.25G SFP DWDM, 10G SFP+ DWDM, 10G XFP CWDM, 25G SFP28 DWDM, 40G QSFP+ DWDM y 100G QSFP28 DWDM. La distancia de transmisión común de los módulos ópticos DWDM es de 40 km, y también hay opciones disponibles para 80 km y 120 km (se pueden usar múltiples estaciones repetidoras para extender la distancia de transmisión más allá de los 120 km).

Dos soluciones de aplicación para módulos transceptores ópticos DWDM

Solución de transmisión DWDM unidireccional de doble fibra

Unidireccional de doble fibra se refiere a la transmisión simultánea de todas las rutas ópticas en la misma dirección en una sola fibra. Diferentes longitudes de onda transportan diferentes señales ópticas, que se multiplexan en el extremo transmisor y se transmiten a través de una sola fibra. En el extremo receptor se demultiplexan para completar la transmisión de múltiples señales ópticas, mientras que en sentido contrario se transmite a través de otra fibra. Las dos direcciones de transmisión se completan con dos fibras separadas.

Solución de transmisión DWDM bidireccional de fibra única

Bidireccional de fibra única significa que la señal óptica adopta diferentes longitudes de onda para enviar y recibir en una sola fibra para lograr la transmisión bidireccional de servicios.