Мультиплексирование со спектральным разделением

Мультиплексирование со спектральным разделением (Wavelength Division Multiplexing, WDM) или волновое мультиплексирование используется в оптических каналах связи и является вариантом частотного мультиплексирования. Технология WDM позволяет по одному оптическому волокну одновременно и независимо передавать два и более оптических сигнала, используя разные длины волн. Эта технология также делает возможной двунаправленную передачу сигналов по одному волокну (передача на одной длине волны, прием на другой длине волны).

Сигналы каждого входного канала переносятся в собственном диапазоне частот. Далее они собираются в мультиплексоре и передаются уже по одному волокну, образуя широкополосный канал. Разделение частоты в оптическом волокне выполняется направлением в него лучей света с разными длинами волн: каждый лазерный передатчик излучает свет на заданной частоте (частоте светового диапазона) в один световод. Излучение каждого из них проходит через световод независимо друг от друга. Таким образом, в одном волокне параллельно создается несколько независимых каналов (каждый на своей длине волны), что позволяет повысить пропускную способность системы передачи в целом.

На приемной стороне демультиплексор разделяет частоты сигналов с помощью фильтров.

Рис. 3.19 Мультиплексирование со спектральным разделением

Технология WDM реализуется на физическом уровне модели OSI и поэтому прозрачна для протоколов верхних уровней. Большинство WDM-систем используют для работы одномодовые оптические кабели с диаметром волокна 9/125 мкм.

Самая простая и дешевая реализация технологии WDM использует два канала – один на длине волны 1310 нм, другой на длине волны 1550 нм. Для создания такой WDM-системы могут использоваться оптические трансиверы без жесткого контроля длин волн.

Технология CWDM (Coarse WDM, мультиплексирование с разреженным спектральным разделением) является развитием технологии WDM, которая позволяет использовать до 18 оптических каналов (как определено в ITU-T G.694.2), отстоящих друг от друга на расстоянии 20 нм для передачи оптических сигналов. Оптические каналы лежат в диапазоне от 1271 до 1611 нм. Из-за высокого затухания в диапазоне 1271-1451 нм большинство CWDM-реализаций используют 8 каналов в диапазоне 1471-1611 нм. Данные по каждому каналу могут передаваться со скоростью до 10 Гбит/с.

Для создания CWDM-систем используются оптические трансиверы, мультиплексоры и демультиплексоры с определенными длинами волн, но так как эти длины волн не требуется жестко контролировать, стоимость этого оборудования ниже, чем стоимость оборудования для DWDM-систем.

Технология Dense WDM (DWDM, мультиплексирование с плотным спектральным разделением) также является вариантом технологии WDM и позволяет разместить 40, 80 и даже 160 оптических каналов в узком диапазоне между 1525-1565 нм или 1570-1610 нм (сетка частот DWDM определена в ITU-T G.694.1-2012). Оптические каналы отстоят друг от друга на расстоянии около 0,8 нм, 0,4 нм или 0,2 нм. Данные по каждому каналу передаются со скоростью 10 Гбит/с, при этом возможен дальнейший переход на сервисы 40 Гбит/с и 100 Гбит/с.

Технология DWDM сложнее, чем технология CWDM и требует жесткого контроля длин волн и стабилизации температуры со стороны оборудования – оптических трансиверов, мультиплексоров и демультиплексоров.

Компания D-Link выпускает оптические трансиверы SFP, XFP и SFP+ для создания WDM и CWDM-систем. Обзор оптических трансиверов будет приведен в главе 5.

Технология WDM применяется в основном на линиях связи большой протяженности, где требуется большая полоса пропускания. Использование технологии WDM позволяет исключить дополнительную прокладку оптических кабелей в существующей сети и повысить пропускную способность имеющегося оптического канала за счет увеличения количества логических каналов (длин волн излучаемых лазерными передатчиками). На фоне постоянно увеличивающегося объема трафика это особенно актуально для провайдеров услуг, которые хотят предоставлять клиентам дополнительные сервисы. Новый сервис может быть добавлен поверх существующего оптического кабеля без приостановки предоставления услуг клиентам.

Помимо предоставления сервисов, использование технологии WDM позволяет операторам связи оказывать такую услугу как предоставление в аренду «виртуального волокна», т.е. предоставление в аренду отдельных длин волн.

Частотное (волновое) и временное мультиплексирование может применяться одновременно. В этом случае в физическом канале выделяются частотные полосы. В любой из этих полос каждой системе для передачи данных предоставляются определенные интервалы времени.

Примером комбинации частотного и временного мультиплексирования служит система сотовой связи GSM (Global System for Mobile Communications).