Оптическое мультиплексирование с разделением по длине волны (Wavelength Division Multiplexing, WDM) - сравнительно новая технология оптического (или спектрального) уплотнения, которая была предложена в 1980 г. Дж. П. Лауде (компания Instruments SA). В настоящее время WDM играет в оптических синхронных системах ту же роль, что и мультиплексирование с частотным разделением (Frequency Division Multiplexing, FDM) в аналоговых системах передачи данных. По этой причине WDM-системы часто называют системами оптического мультиплексирования с частотным разделением (Optical FDM, OFDM), однако по сути своей технологии FDM и OFDM имеют мало общего.

Модель взаимодействия транспортных технологий

Рис. 5. Модель взаимодействия основных транспортных технологий: а - до внедрения технологии WDM, б - после внедрения WDM.

После появления WDM-систем модель приобрела вид, показанный на рис.5, б. Теперь в нее входят три или четыре уровня, не считая среды передачи. Промежуточный уровень WDM, подобно SDH/SONET, обеспечивает физический интерфейс, позволяющий через физический уровень выйти на оптическую среду передачи не только технологиям SDH/SONET, но и технологиям ATM и IP. В последнем случае уже не требуется инкапсулировать ячейки ATM или IP-пакеты в промежуточный транспортный модуль/сигнал, что не только упрощает процедуру обработки и транспортировки ATM- или IP-трафика, но и существенно уменьшает длину заголовков, повышая эффективность передачи в целом. Естественно, ATM- и IP-трафик может быть передан и с использованием технологий SDH/SONET, а SDH/ SONET-трафик - с помощью WDM, что сохраняет преемственность традиционных схем транспортировки и увеличивает гибкость систем WDM-SDH/SONET в целом.

Сегодня подобное деление выглядит не совсем корректным, поскольку на самом деле у "широкополосных" WDM-систем спектр не был сплошным, а состоял из двух изолированных полос. Кроме того, сейчас формируется класс действительно широкополосных DWDM-систем, перекрывающих в смежных окнах прозрачности (третьем и четвертом) полосу 1528-1612 нм. Если ориентироваться на характеристики одной из лучших разработок в этой области - WaveStar AllMetro компании Lucent Technologies, которая использует волокно, устраняющее пик поглощения в пятом окне прозрачности (~ 1400 нм), - то можно ожидать, что в будущем системы данной категории смогут покрыть полосу от 1280 до 1620 нм.

Канальный план и его стандартизация.

Хотя рассчитывать на полную совместимость DWDM-систем разных производителей не приходится, необходимо было стандартизировать номинальный ряд несущих - канальный план, чтобы дать компаниям ориентир на будущее, а также позиционировать уже существующие WDM- и DWDM-системы. Эту задачу в первом приближении решил Международный союз электросвязи (ITU), выпустив стандарт ITU-T Rec. G.692.

В основу стандарта положен канальный план с равномерным расположением несущих частот с минимальным разносом каналов (шагом) 100 ГГц. Выбранная область частот покрывает стандартизированный диапазон шириной 5,1 ТГц и практически соответствует диапазону длин волн амплитудно-волновой характеристики (АВХ) широко используемых оптических усилителей (1528,77-1569,59 нм). При выборе постоянного шага h = 100 ГГц в данном диапазоне можно разместить 51 канал с несущими, указанными в левом столбце табл. 2; при этом шаг по длине волны изменяется от 0,780 до 0,821 нм, в среднем он равен 0,8 нм. При использовании шагов 200, 400 ГГц и больше можно получить производные таблицы. Изготовители используют и меньший шаг (50 ГГц), хотя он еще не стандартизирован.

WDM-системы ведущих производителей (кроме продукции компании Ciena) соответствуют канальному плану ITU-T, так как не используют шага меньше 100 ГГц. Кроме того, оказывается, что стандартизированный диапазон поделен на два поддиапазона. Корпорация Alcatel обозначает их буквами S (Short band, меньшие длины волн) и L (Long band, большие длины волн); компания ECI для тех же поддиапазонов использует обозначения B (Blue, 1529-1545 нм) и R (Red, 1545-1570 нм). Выбор того или иного поддиапазона диктуется достижимой в нем равномерностью АВХ. Анализ АВХ оптических усилителей показывает, что более предпочтителен в этом смысле поддиапазон L, позволяющий получить приемлемую равномерность даже со стандартными оптическими усилителями без специального выравнивания.

Желая увеличить число каналов как в области наиболее плоской АВХ стандартного оптического усилителя, так и во всей стандартизированной области выровненного усиления (1529-1565 нм), производители, видимо, в будущем выйдут за рамки стандартизированного плана (если он не будет в ближайшее время скорректирован). Фирма Ciena, использующая шаг 50 ГГц, уже прибегла к этой возможности.

Оценив число каналов в указанном диапазоне, нетрудно заметить следующее. Во-первых, схема канального плана с числом каналов, кратным двум, которой придерживается ряд производителей, нерациональна с точки зрения использования выровненной полосы оптического усилителя. Во-вторых, канальный план стандарта G.692 допускает формирование не более 51 канала, а этот показатель уже перекрыт рядом компаний, производящих 64- и 80-канальные системы.

Перспективный канальный план

Классификация WDM-систем

В настоящее время принято выделять три типа WDM-мультиплексоров: обычные (WDM), плотные (DWDM), высокоплотные (HDWDM). Хотя точные границы между этими классами пока четко не определены, вслед за специалистами компаний Alcatel и ECI можно предложить вариант классификации, основанный на исторической практике разработки WDM-систем и указанном выше стандарте G.692 с его канальным планом:

• WDM-системы - имеют частотный разнос каналов не менее 200 ГГц, сейчас позволяют мультиплексировать не более восьми каналов;
• DWDM-системы - обеспечивают разнос каналов не менее 100 ГГц и дают возможность мультиплексировать не более 32-40 каналов;
• HDWDM-системы - поддерживают разнос каналов 50 ГГц и менее, в настоящее время позволяют мультиплексировать не менее 40 каналов.

Варианты технической реализации

Первые мультиплексоры класса WDM использовались для мультиплексирования двух несущих из второго и третьего окон прозрачности - 1310 нм и 1550 нм, значительное расстояние между которыми позволяло обойтись без специальных фильтров для их разделения. Дальнейшие усилия, направленные на улучшение селективности (уменьшение разноса каналов) при использовании традиционной технологии оптических фильтров на базе дискретной оптики, привели к следующим результатам: разнос каналов 20-30 нм, переходное затухание между каналами 20 дБ, уровень вносимых потерь 2-4 дБ.

Это позволило с 1987 г. до середины 90-х гг. формировать не более четырех каналов во втором окне. В 1996-1998 гг. произошел существенный прорыв в технологии мультиплексирования, обусловленный, с одной стороны, переходом к интегральным оптическим технологиям, а с другой - миниатюризацией и повышением качества элементов традиционной дискретной оптики.