DWDM: zasady multipleksowania i wzmacniania

Zasady działania DWDM: od multiplexingu po kompensację szumów

DWDM wykorzystuje wiele długości fal (lambda) w oknie przejrzystości włókna światłowodowego do jednoczesnej transmisji sygnałów. Włókno kwarcowe minimalizuje straty w zakresach 1310 nm i 1550 nm (pasma C i L). Gęsta siatka kanałów zgodna ze standardem ITU-T G.694.1 pozwala umieszczać do 40–80 lambda z krokiem 50 lub 100 GHz, zwiększając przepustowość bez wymiany włókna.

Standardy włókien określają ich zastosowanie:

• G.652: standardowe, z korekcją dyspersji w paśmie C.
• G.655: do wysokoprędkościowych kanałów DWDM 10 Gbit/s.
• G.654: minimalne straty dla linii głównej.

Komponenty systemu: MUX, DEMUX i moduły SFP

MUX/DEMUX DWDM – urządzenie pasywne, które łączy/rozdziela sygnały według długości fali niezależnie od prędkości transmisji. Na wejściu MUX wymagany jest kolorowy moduł DWDM SFP generujący sygnał na ustalonej długości fali.

Warianty integracji z urządzeniami klienta:

• Bezpośrednie podłączenie: kolorowy SFP wstawiany do switcha/routera, kabel patch idzie do MUX. Pasuje do sprzętu obsługującego moduły DWDM.
• Przez transponder (OTU): szary SFP (np. 10G-LR na 1310 nm) konwertowany na lambdę DWDM. Transponder regeneruje sygnał, przetwarza go elektrycznie i wyprowadza przez kolorowy SFP.

To zapewnia zgodność sprzętu starszego z siecią DWDM.

Niezależność od prędkości transmisji

Pasywny MUX przepuszcza kanały dowolnej prędkości (10/100/400 Gbit/s) w granicach pasma spektralnego jednej lambda. Kluczowe zalety:

• Elastyczność: kombinacja modułów 10G i 100G w jednym MUX.
• Modernizacja: wymiana SFP na koherentne 100G bez demontażu MUX.

Ograniczenie — szerokość pasma spektralnego: sygnał nie może nakładać się na sąsiednie kanały. Wzór przeliczenia: częstotliwość = c / λ, gdzie c to prędkość światła w włóknie (~200 000 km/s).

Modulacja koherentna dla wysokich prędkości

Systemy koherentne wykorzystują fazę, polaryzację i amplitudę światła, pakując 100 Gbit/s w pasmo 50 GHz (0,4 nm). Chipy DSP kompensują dyspersję chromatyczną i nieliniowości, zapewniając trasę ponad 1500 km bez regeneracji.

Praca mieszana: jeden MUX obsługuje zarówno sygnały NRZ 10G, jak i DP-QPSK 100G.

Wzmocnienie i zarządzanie szumem

Tłumienie włókna wynosi 0,2 dB/km w paśmie C. Wzmacniacze optyczne erbiumowe (EDFA) zwiększają moc wszystkich lambda jednocześnie.

Czynniki zasięgu:

• Akumulacja szumu ASE (spontaniczne wzmocnione promieniowanie).
• OSNR (stosunek sygnału do szumu): próg dla 100G to ~12–14 dB.
• Straty w MUX/DEMUX, spoinach (~1–2 dB na filtrację).

Odległość między wzmacniaczami: 50–170 km w zależności od rodzaju włókna i zapasu OSNR.

Aspekty praktyczne wdrożenia

Rzeczywiste moduły SFP mają szerokość spektralną >0,4 nm; filtry MUX obcinają ogony z utratą 1–2 dB, skracając zasięg. Flex-grid dodaje rezerwy na dryf temperatury i starzenie.

Środki przeciwko błędom:

• Rezerwa mocy 3–6 dB.
• FEC w DSP do korekcji przy niskim OSNR.
• Cyfrowa kompensacja dyspersji.
• Wyrównanie poziomów kanałów.
• Monitorowanie spektrum OSA.
• Używanie parzystych/nieparzystych kanałów jako rezerwy.

Co warto wiedzieć

• DWDM skaluje przepustowość włókna bez prowadzenia nowych linii dzięki gęstej siatce lambda.
• Pasywne MUX/DEMUX są niezależne od prędkości, umożliwiając elastyczną modernizację.
• Moduły koherentne pomieszczają 100+ Gbit/s w standardowej sieci 50 GHz z kompensacją DSP.
• OSNR i ASE ograniczają zasięg; FEC i rezerwy przedłużają trasy do 170 km.
• Transpondery zapewniają integrację szarych SFP z siecią DWDM.

— Editorial Team