LOGOWANIE

Skorzystaj z opcji logowania aby uzyskać dostęp do większej bazy materiałów

Zastosowanie pasywnych elementów optycznych w sieciach telekomunikacyjnych

Światłowód stanowi podstawę niemal każdej współczesnej, stacjonarnej sieci komunikacyjnej. Typowe łącze zestawione jest w oparciu o falę o jednej długości (najczęściej 1310 lub 1550 nm) z dwóch włókien optycznych. Po jednym z włókien odbywa się nadawanie, po drugim odbieranie sygnału. Szybkość transmisji w pojedynczym łączu ograniczona jest limitami elektroniki i wynosi standardowo do 40 Gb/s (maksymalnie 100Gb/s).

Rys. 1 Schemat typowego łącza telekomunikacyjnego.

Analizując potrzeby współczesnych sieci telekomunikacyjnych, z jednej strony obserwujemy wzrost zapotrzebowania na pasmo, z drugiej dążenie do minimalizacji kosztów i ilości infrastruktury transportowej. W takich sytuacjach doskonale odnajdują się sieci budowane w oparciu o światłowód, za pomocą którego możemy przesyłać wiele usług o łącznej przepływności rzędu Tb/s. Do efektywniejszego wykorzystania pojedynczych włókien optycznych dziś powszechnie stosujemy multipleksację wielu sygnałów, bądź współdzielenie medium światłowodowego przez wielu użytkowników końcowych.

Multipleksacja w dziedzinie czasu, prowadzona na poziomie sygnału elektrycznego, zbiera kilka sygnałów o mniejszej przepływności w jeden strumień o większej przepływności i tak uporządkowane dane przesyłane są przez pojedyncze łącze. W tym przypadku konieczne jest za-stosowanie aktywnych urządzeń multipleksujących i demultipleksujących.

Alternatywą a zarazem uzupełnieniem multipleksacji czasowej jest multipleksacja na poziomie sygnału optycznego, polegająca na przesyłaniu wielu fal optycznych pojedynczym włóknem. Do podstawowych zalet zwielokrotnień optycznych możemy zaliczyć: wysoką niezawodność osiągniętą poprzez zastosowanie pasywnych filtrów optycznych, brak konieczności zasilania i zerowe koszty związane poborem energii, możliwość bardzo szybkiej realizacji. Minusem tego rozwiązania są natomiast dodatkowe straty wtrąceniowe, wnoszone do łącza na poziomie 1 – 4 dB.
Największe przepustowości w światłowodzie jesteśmy w stanie otrzymać stosując zwielo-krotnienie z podziałem długości fali xWDM (ang. Wawelength Division Multiplexing), gdzie pojedynczym światłowodem przesyłane są fale o różnych długościach, zawierające się w paśmie 1260 – 1675 nm, a w starszych światłowodach 1260- 1675 nm, z wyłączeniem piku wodnego w okolicy 1380 nm.

Rys. 2 Przykład zestawienia dwóch łącz optycznych przy zastosowaniu multiplekserów WDM i dwóch włókien światłowodowych.

Proces multipleksacji dokonywany jest za pomocą pasywnych elementów optycznych takich jak: multipleksery/demultipleksery WDM, CWDM, czy DWDM. Podstawowa różnica pomiędzy poszczególnymi systemami, to ilość i odległość pomiędzy kanałami optycznymi. W najprostszym systemie – WDM, pojedynczym włóknem optycznym przesyłane są dwie fale o różnych długościach, zazwyczaj 1310 i 1550 nm (są to najliczniej stosowane fale w sprzęcie telekomunikacyjnym). Standard CWDM umożliwia przesyłanie do 18 kanałów oddalonych od siebie o 20 nm. Ze względu na duże odległości pomiędzy poszczególnymi kanałami, obie w/w metody zaliczane są do najtańszych sposobów zwiększenia przepływności sieci optycznych. W sieciach DWDM odległości pomiędzy sąsiadującymi ze sobą kanałami są niewielkie i wynoszą 0,8, 0,4 nm. Niesie to za sobą znacznie wyższe koszty optyki, ale daje możliwość osiągnięcia największych przepływności pojedynczego włókna światłowodowego na poziomie Tb/s.

Innym sposobem zwielokrotnienia przepustowości sieci optycznej jest zastosowanie cyrkulatorów optycznych. Umożliwia to przesyłanie dwóch fal optycznych o tej samej długości w pojedynczym światłowodzie w przeciwnych kierunkach.

Rys. 3 Przykład zestawienia dwóch łącz optycznych przy zastosowaniu cyrkulatorów optycznych i dwóch włókien światłowodowych.

Jest to rozwiązanie szczególnie interesujące ze względu na fakt, iż nie wymaga żadnej rekonfiguracji urządzeń aktywnych czy też konwersji długości fali. Po włączeniu dwóch cyrkulatorów na obu stronach toru transmisyjnego w pojedynczym włóknie uzyskujemy dwa kanały transmisyjne. Usługę przesyłaną dotychczas dwoma włóknami optycznymi, możemy przesyłać pojedynczym światłowodem, a w przypadku uzupełnienia systemu o dodatkowe multipleksery WDM pojedynczym światłowodem, możemy przesłać dwie usługi jednocześnie.

Rys. 4 Przykład zestawienia czterech dwukierunkowych łącz optycznych przy zastosowaniu cyrkulatorów i multiplekserów WDM oraz i dwóch włókien światłowodowych.

W niektórych aplikacjach przepływność pojedynczego kanału optycznego znacznie przewyższa obecne zapotrzebowanie i umożliwiłoby sprostanie wymagań wielu użytkowników końcowych. Przykładem takiej sytuacji są optyczne sieci dostępowe, w których dodatkowo bardzo istotnym elementem są koszty związane z budową infrastruktury, ekonomicznie nieuzasadnione byłoby budowanie indywidualnych łączy dwuwłóknowych centrala – klient. W tym przypadku doskonale sprawdza się wielodostęp do medium transmisyjnego. Sygnał światłowodowy doprowadzony jest za pomocą pojedynczego włókna światłowodowego do grupy użytkowników, a następnie podzielony za pomocą pasywnego splittera optycznego na wielu użytkowników końcowych.

Rys. 5 Przykład zastosowania splittera optycznego w sieciach dostępowych.

Splitter optyczny dzieli jedynie moc sygnału optycznego propagującego się w kierunku  od centrali do klienta. Taka sama informacja dociera do wszystkich użytkowników końcowych, a jedynie modem klienta o danym adresie fizycznym odbiera dedykowaną dla niego informację. W przeciwnym kierunku splitter umożliwia wprowadzenie do jednego włókna optycznego sygnałów wychodzących od  poszczególnych klientów końcowych, którym na nadawanie przydzielone są odpowiednie szczeliny czasowe.

Odpowiednio dobrane do danej aplikacji pasywne filtry optyczne nie ingerują w informację niesioną przez falę optyczną, stanowią  atrakcyjną alternatywę dla kosztownych urządzeń aktywnych lub konieczności budowy nowych łączy światłowodowych.

Kontakt do autora:

mgr inż. Przemysław Góźdź
Dział Rozwoju
mail: r&d@optomer.pl
tel.: +48 42 611 01 00 wew. 31