Грубое спектральное мультиплексирование - CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing) - технология, позволяющая одновременно передавать несколько информационных каналов по одному оптическому волокну на разных несущих частотах. Согласно рекомендации ITU-T G.694.2 в системах CWDM кроме широко известных диапазонов С, S, L используются еще два диапазона O (original, основной) 1260-1360 нм и E (extensive, расширенный) 1360-1460 нм. В совокупности все диапазоны охватывают область от 1260 до 1625 нм, в которой располагается 18 каналов с шагом 20 нм.

Рис 1. Распределение каналов CWDM в соответствии с рекомендацией G-694.2

Затухание на длинах волн 1270нм и 1290нм довольно велико - поэтому данный диапазон используют редко в CWDM системах.

В последнее время технология грубого спектрального уплотнения CWDM получает все большее распространение, особенно в сетях городского и регионального масштаба. Наиболее крупные провайдеры телекоммуникационных услуг в городах осуществляют модернизацию сети и в дополнение к давно используемым системам Ethernet/IP начинают использовать системы CWDM. Именно системы CWDM могут решить проблемы нехватки пропускной способности при увеличении экономической эффективности использования сети и минимизации капитальных затрат на ее построение.

Городские и региональные сети представляют собой наиболее динамично развивающиеся сегменты телекоммуникационного рынка и подразумевают широкое использование для передачи данных большого спектра различных протоколов, скоростей и сетевых топологий. Являясь прозрачными для любого типа и скорости передаваемого трафика, устройства CWDM могут стать связующим звеном между магистралью и сетью доступа.

Рис 2. Топология «точка-точка»

Рис 3. Топология «точка-многоточка» (логическая звезда)

Технология CWDM продлевает время «жизни» существующих волоконно-оптических сетей путем использования сетки частот, не используемых традиционными приемопередатчиками. Технология инвариантна к протоколам передачи информации, что позволяет организовать различные телекоммуникационные услуги в одной транспортной среде. Увеличение частотного расстояния между каналами приводит к заметному снижению стоимости активных и пассивных компонентов по сравнению с технологией DWDM - Dense Wavelength Division Multiplexing (плотное спектральное мультиплексирование с расстоянием между каналами 0,8 нм). Кроме того, грубое спектральное мультиплексирование обеспечивает гибкость системы передачи информации и возможность реализации различных топологий

Одно из возможных применений CWDM технологии - это объединение каналов передачи данных и ТВ канала.

Рис 5. Топология»точка-точка«+ канал передачи ТВ сигнала

Рис 6. Топология»точка-многоточка» (логическая звезда) + канал передачи ТВ сигнала (ответвление на каждом OADM)

До недавнего времени (до появления 10G CWDM трансиверов) у технологии CWDM был один недостаток по сравнению с более дорогостоящей DWDM технологией - возможность организации 10Г канала связи. Но решение не заставило себя долго ждать - мы стали использовать и внедрять у наших заказчиков гибридные CWDM+DWDM системы.

Диапазоны DWDM и CWDM пересекаются, поэтому ничего не мешает использовать совпадающие по длинам волн DWDM трансиверы (в частности 10G) в CWDM системах.

Рис 7. Использование 10G DWDM трансиверов для получения 10G канала по 1 волокну с помощью CWDM системы

Получила большое распространение при построении и модернизации волоконно оптических сетей связи. Внедрение таких систем позволяет решать проблемы нехватки пропускной способности и повышения надежности сети при минимальных капитальных затратах на ее построение. В нашем магазине Вы можете купить CWDM оборудование SNR.

Рассмотрение вопроса начнем в выяснения "Как это работает".

1 .Это устройство - минимальный элемент CWDM мультиплексора. Оно не имеет точного названия "CWDM add/drop", "CWDM device", "CWDM mini", "CWDM Cell", "CWDM колбочка", "CWDM TFF (CWDM Thin Film Filter)"
Последнее наиболее точно отражает суть вопроса CWDM Thin Film Filter - Тонкопленочный фильтр CWDM. На самом деле этот фильтр - пленка, которая наклеивается внутри колбочки.
Устройства поступают в продажу, их можно купить отдельно, стоимость около 50usd.
2. Устройство представляет собой стеклянную или металлическую запаянную трубочку с тремя пигтейлами, как правило, ничем не оконцованными. Устройство имеет 3 порта (пигтейла)
- COMM - вход оптического потока
- PASS - все то, что пропустил фильтр (в этом примере излучение на длине волны 1310)
- REFLECTION - все, что отразилось, весь свет, который не прошел в фильтр, отражается на выход устройства
(в примере 1270-1290 и 1330-1610, то есть абсолютно все кроме полосы 1310 ушло в REFLECTION)
3. Из рисунка видно, что
- свет из COMM попадает с PASS (отфильтрованый именно тот, что нужен) и в REFLECTION (все остальное)
- система работает в двух направлениях - и туда и обратно
- свет из порта PASS нужной длины волны проходит фильтр, и попадает в COMM (в линию)
- свет ненужной длины волны (прим. не 1310) не пройдет через фильтр из PASS в COMM
- свет из PASS не попадает в REFLECTION
- любой прочий свет (прим. не 1310) свободно проходит из COMM в REFLECTION
- свет данной длины волны (прим. 1310) не пройдет из REFLECTION в PASS

4. На рисунке видно что входящий поток последовательно "разбирается" фильтрами на составляющие, 1470,1490,1510.... 1610, и наоборот, если в эти порты поступает излучение "правильной" длины волны, соответствующей типу фильтра, то это излучение подмешивается к потоку, и выходит в линию.
Таким образом, вы можете самостоятельно выбрать какой из пигтейлов использовать на передачу, а какой на прием. То есть подключить модули в любой комбинации TX и RX. Выглядит просто отлично!

5. Получается, что из "волшебных фильтров" можно собрать практически любой фантастический
мультиплексор, любой требуемой конфигурации. У потребителя есть выбор - или купить мультик в магазине, или даже собрать его своими руками. Для чего это может быть нужно, чуточку позже.

6. Стандартные модели мультиплексоров следующие - 1х4 ,1х8 , 1х16
- 1х4 (1510, 1530, 1550,1570)
- 1х8 (1470, 1490, 1510, 1530, 1550, 1570, 1590, 1610)
- 1х16 (1310, 1330, 1350, 1370, 1390, 1410, 1430, 1450, 1470, 1490, 1510, 1530, 1550, 1570, 1590, 1610)

7. Глядя на схему включения не сразу становится понятно, как это включить. Почему именно эти TX и RX выбраны? Почему именно этот модуль именно с этим модулем в паре работает?
Ответ шокирует - это делается исключительно по вашему выбору. Абсолютно произвольно.
Методика включения выглядит следующим образом:
- вы не можете включить два модуля с одинаковой длиной волны.
- вы выбираете пару на ваше усмотрение (предположим 1510 и 1610, любую пару)
- в один мультик в пункте А вы включаете модуль 1510 портом TX в мультиплексор, а в пункте В модуль 1610 портом TX в другой мультиплексор
- RX включаете "крест-накрест" Модулю 1510 RX - 1610 в пункте А, модулю 1610 RX-1510 в пункте В
8. При подборе пары нужно принимать во внимание один момент. Так как затухание на волокне на разных длинах волн может отличаться в 2 раза (см. рисунок), то на длинных трассах это может приводить к очень большой разнице.
Например:
Трасса 100км, длина волны 1550 - 22dB затухания(0,22dB/km), а длина волны 1310 - 36dB (0,36dB/km) затухания. Разница солидная, модуль может пробить 100км на 1550, 1510, 1610, но на 1310 скорее всего не потянет. Поэтому, если вы включите пару 1310-1550 в этих условиях, скорее всего работать не будет. Имеет смысл взять соседние каналы.

9. Вторая проблема, с которой приходится столкнуться, это затухания на самом мультиплексоре. С одной стороны растет количество каналов, но за все нужно платить. На каждой колбочке мы получаем затухание по 0,3-0,8dB. 4 канала - 1,2dB, 8 каналов - 2,4dB, 16 каналов - 4,8dB!!! И это еще без учета коннекторов. Притом получается, что на первой колбочке у нас почти нет затухания, а на последней почти 5dB!

10. Получается очень неприятная ситуация. Предположим, взяли таких два мукса.
И включили. На длине волны 1610, у нас будет 10dB затухания! Прочтите статью про децибелы (читай ниже подробную статью про децибелы), 10 db затухания - это сигнал упадет в 10раз, или это эквивалентно расстоянию по волокну 27км (на 1310), или 45км (на 1550).
Получается анекдот про трансформатор "На входе 220, на выходе 5, а на остальное гудит...)))".

11. Дабы избежать такой ситуации, мультиплексоры выпускаются в парах. Как показано на рисунке, каждый мультик идет в двух видах, с увеличением номера канала от входа,
и с убыванием. Например - Мультик 1х8
(1470, 1490, 1510, 1530, 1550, 1570, 1590, 1610) и
(1610, 1590, 1570, 1550, 1530, 1510, 1490, 1470)
Таким образом получается, что на каждой длине волны мы получаем одно маленькое значение затухания, и одно большое, суммарно, итоговое значение затухания получается как максимальное на одном данном мультике.

1х4 - 1,5dB на любом канале
1х8 - 2,9dB на любом канале
1х16 - 5,1db на любом канале
5,1 - это не мало, но все же это меньше чем 10. (прим. В новой версии мультиплексоров эти значения удалось улучшить за счет изменения коструктива. Читайте на эту тему следующую главу)

12. В заключении: о способах введения и выведения каналов. Представьте себе ситуацию - из пункта А в пункт Б идет волокно, в котором у вас уплотнено 8 езернет каналов, все красиво, лампочки мырцают,все гут. Но вот вы решили по дороге вывести один-два потока. Что же делать? Ставить дорогущие мультиплексоры, разворачивать поток, потом опять собирать? Нет, есть простое и элегантное решение. Называется оно - OADM (Optical Add/Drop Multiplexer).

13. Существуют и другие модели OADM самого экзотического свойства, позволяющие вывести
и 1 и и даже 4 езернет каналов. Как правило их производят "под заказ", но кое что у нас есть на складе. OADM2, OADM4, OADM8.

Что делать оператору, когда скорость потока и пропускная способность существующего канала уже не обеспечивают запросы потребителей трафика? Правильно - выделять на магистрали новые волокна. А если такой возможности нет, или реализация слишком дорога? Например нужно проложить новый кабель на несколько десятков километров, или прокладка нового кабеля вызовет такую цепочку согласований и бюрократии, что затраты обойдут весь планируемый прирост прибыли на несколько лет вперед. Выход кроется в уплотнении волокна с использованием . Важной составляющей этих систем являются как раз пассивные устройства - мультиплексоры и демультиплексоры CWDM. Это высокотехнологичесткое устройство призвано "упаковать" разные длины волн с отдельных волокон в одно, а также произвести обратную операцию.

Описание

Споры о различии мультиплексора и демультиплексора CWDM беспочвенны, по физической сути это одно и то же устройство. Названия сложились исторически, в настоящее время привязки к ним стараются не делать. Производятся мультиплексоры/демультиплексоры в различных вариациях, основное отличие: работа по одному волокну или по двум волокнам, а также емкость системы, кторая может быть равна 16 (только для одноволоконных устройств) 8, 4 или 2 каналам. Под каналом имеется ввиду пара частот "прием-передача". Кроме того существуют специфические мультиплексоры с отдельными входами для частот передачи видеосигнала. Могут поставляться в оконцованном или неоконцованном вариантах. Оконцовываются любыми типами оптических разъемов, полировка UPC или APC. Длина входа и выходов мультиплексора – по желанию заказчика. Изготавливаются в различных корпусных исполнениях.

У нас всегда на складе присутствует данная продукция для 4 и 8-ми канальных систем. В случае использования в крупных проектах значительных количеств мультиплексоров, или если заказчику необходимы нестандартные исполнения, мы готовы обеспечить минимальные сроки поставки.

Возможные исполнения:

	Компактное исполнение. Используется волокно в буфере 0,9 мм. Такое исполнение можно использовать как в настенных, так и в стоечных конструктивах. Наиболее удобное за счет малых габаритов применение – использование в муфтах и малых распределительных шкафах.
	Полногабаритное исполнение в пластиковом корпусе. Весь мультиплексор смонтирован в пластиковом корпусе с размерами 140х114х19 мм. Исполнение уникально тем, что такой форм-фактор дает возможность изготовить порты сплиттера в волокне с диаметром наружной оболочки 2 или 3 мм. Такое решение подходит для тяжелых условий эксплуатации и рассчитано в основном на установку в стальные/пластиковые распределительные корпуса, или же могут использоваться как отдельностоящее устройство. На фото – восьми-канальный мультиплексор.
	Полногабаритное исполнение в стальном стоечном корпусе. Это предыдущее исполнение, но только установленное в законченный стальной корпус, предназначенный для можтажа в стойку 19". Устройство может обслуживать до 8 дуплексных каналов по одному волокну, или до 16-ти по двум волокнам. .

Недостающие компоненты:

Как известно, системы CWDM - это не только пассивные устройства мультиплексирования. Во многом характеристики и качество таких систем зависит от активного оборудования использованного в них. Это так назывемые , которые мы так же всегда (как и мультиплексоры) стараемся держать на складе. Надо признать, что технология CWDM на нова, но и не собирается сдавать свои позиции, поэтому наряду со старыми форматами модулей GBIC, X2, XENPAK (тоже поставляем их CWDM варианты), по CWDM - технологии изготавливается также многие новые по стандарту модули, такие как: SFP+, XFP. Все это вы всегда можете у нас запросить или приобрести. Я работаю в малой, по меркам нашего города, Интернет-компании. В последние 5 лет наша оптическая сеть разрасталась семимильными шагами. Изначально топология сети была выбрана неверно, а именно шинная топология. В следствии чего, если на промежуточном узле связи случался сбой (длительное отключение электроэнергии, зависание оборудования и т.д.), то он влиял на все узлы связи, расположенные дальше. Очевидным решением данной проблемы было, перестроить сеть в соответствии с топологией логическая звезда. Для этого требовалось подключить каждый узел связи отдельным волокном. Но тут всплыла другая проблема, количество свободных волокон было катастрофически мало. Прокладка новых ВОЛС от основных узлов связи финансово затратно. Выходом из сложившейся ситуации стало внедрение CWDM.

CWDM

CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing) - мультиплексирование с разреженным спектральным разделением. Другими словами, это технология, позволяющая одновременно передавать несколько информационных каналов по одному оптическому волокну на разных несущих частотах. Сетка длин волн CWDM заключается в диапазоне от 1271 нм до 1611 нм с шагом в 20 нм.
Принцип работы CWDM прост. Каждый приемопередающий модуль генерирует сигнал на определенной частоте. Перед тем, как попасть в оптическое волокно, сигнал с модулей объединяется мультиплексором и передается в волокно. На приемном конце, сигнал разделяется демультиплексором. Для того, чтобы оптическая сеть из топологии шина, преобразовалась в топологию звезда, демультиплексор должен не только принимать сигнал на заданной длине, а также дальше пропускать сигнал не изменяя его. Для этого мы использовали OADM.

OADM

OADM (Optical Add Drop Multiplexor) - это мультиплексор оптического ввода-вывода CWDM системы, который извлекает из оптической линии сигнал на заданной длине волны, а все остальное излучение пропускает без изменений.
OADM модуль имеет четыре интерфейса:
Com – получает сигнал со стороны мультиплексора
Express – пропускает сигнал дальше
Add – входящая линия на определенной длине волны
Drop – исходящая линия на определенной длине волны

SFP

Трансиверы SFP (Small Form Factor Pluggable ) - промышленный стандарт модульных компактных приемопередатчиков, используемых для передачи данных. Каждый SFP CWDM трансивер работает по двум волокнам, на двух разных длинах волн – приемник на одной длине волны и передатчик по другой.

Практическая реализация

На практике мы использовали мультиплексор (MUX) с 8 каналами, приемопередающие трансиверы SFP, и OADM модули. Используемые длины волн представлены в таблице.

Ниже представлена реализованная схема.

Заключение

Проблемы

При внедрении CWDM мы столкнулись с некоторыми проблемами. На каждом узле связи оптические кроссы оконечены SC разъемами. У SFP-модулей разъемы LC. При заказе OADM модулей, была сделана ошибка, OADM модули были заказаны с LC разъемами. При внедрении CWDM приходилось использовать кучу патчкордов, LC и SC розеток, которые давали неслабые затухания в оптическую линию связи, в следствии чего, SFP-модули на отдаленных узлах отказывались работать. Плюс OADM модули вносят затухание от 0,8 до 1,2 дБ. Решением было, отказ от переходных патчкородов, и розеток. Оптические кроссы были переварены на LC разъемы.

Преимущества

• Система CWDM независима от питания. Питание необходимо только для активного оборудования. Что в нашем случае мы и хотели добиться. При падении узла связи остальные узлы работают
• Увеличение объема передаваемого трафика до 8 раз на одно волокно
• Возможность монтажа OADM-модулей в различных местах (в кроссах, муфтах и т.д.)
• Внедрение системы CWDM дешевле прокладки новых оптических линий на длинные расстояния