ОПТИЧКО МУЛТИПЛЕКСИРАЊЕ

I Z33T home page I страници на македонски јазик I

Миле Кокотов (2010)

Истовремено пренесување на повеќе оптички сигнали преку едно
оптичко влакно (оптичко мултиплексирање по бранови должини)

Преку едно оптичко  влакно истовремено може да се пренесуваат повеќе независни оптички сигнали со различни фреквенции (бранови должини) при минимални меѓусебни влијанија. Со тоа се зголемува капацитетот за пренос на повеќе различни корисни сигнали. Така, преку едно оптичко влакно истовремено може да се пренесуваат повеќе пакети на видео и аудио сигнали, повеќе пакети на ТВ аналогни и дигитални канали, компјутерски дигитални дата сигнали итн.
Сложениот мултиплексен оптички сигнал е составен од повеќе оптички сигнали со различни фреквенции односно бранови должини (Wavelength Multiplexing).

Оптичкиот фреквенциски спектар е составен од неколку појаси (bands) на бранови должини. Фреквенцискиот појас со бранови должини од 1260 до 1360 nm се нарекува „O-Band“. Фреквенцискиот појас со бранови должини од 1360 до 1460 nm се нарекува „E-Band“. Фреквенцискиот појас со бранови должини од 1460 до 1530 nm се нарекува „S-Band“. Фреквенцискиот појас со бранови должини 1530 до 1565 nm има најмало слабеење и најмногу се користи во густо пакуваниот фреквенциски мултиплекс се нарекува „C-Band“, и на крајот, фреквенцискиот појас со бранови должини од 1565 до 1625 nm се нарекува „L-Band“.

Секогаш кога низ едно оптичко влакно се пуштаат два или повеќе оптички сигнали со различни фреквенции, односно бранови должини, зборуваме за „мултиплексирање по бранови должини“. Постојат неколку различни видови на мултиплексирање на оптички сигнали со различни бранови должини. Тоа се:

• 1310/1550 (dual-wavelength multiplexing) познат како WWDM (Wide Wavelength Division Multiplexing). Тоа е најстар оптички мултиплекс. Се употребуваат само два оптички сигнали со две бранови должини. Едниот сигнал има бранова должина од 1310 нанометарскиот прозор, и вториот сигнал со бранова должина од 1550 нанометарскиот прозор. Според ITU стандардот (ITU=international telecommunication union), секое оптичко мултиплексирање по бранови должини, при кој брановите должини на оптичките сигнали се разликуваат повеќе од 50 nm се нарекува WWDM.

• CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing) – Најнапред се употребувале само осум бранови должини со меѓусебно растојание од 20 nm во 1550 нанометарскиот прозор. Според ITU стандардот, секое оптичко мултиплексирање по бранови должини, при кое брановите должини на оптичките сигнали се разликуваат од 8 до 50 nm се нарекува CWDM. Подоцна овој оптички мултиплекс се проширува на сите бранови должини помеѓу 1270 и 1625 nm со вкупно 18 различни бранови должини на меѓусебно растојание од 20 nm. Се разбира, со употреба на оптички кабли без таканаречениот „Воден пик“.  

• DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) – Најнапред, според ITU стандардот се дефинирале 45 различни бранови должини на растојание од 0,8 nm (100 GHz) во третиот, 1550 нанометарски прозор. Подоцна бројот на фреквенции кои се на располагање се дуплирал при што се добиле 90 различни бранови должини на меѓусебно растојание од само 0,4 nm (50 GHz). Денес, под поимот DWDM се подразбира „густо пакуван“ оптички мултиплекс по бранови должини, со меѓусебно растојание на оптичките сигнали од 50 GHz (0,4 nm), 100 GHz (0,8 nm) или 200 GHz (1,6 nm). Во најново време е развиен и „Ultra DWDM“ пакување на каналите со 320 канали (во „ербиум“ прозорот од 1530 до 1560 nm) со меѓусебно растојание од 12,5  GHz, односно 0,1 nm.

Сите горенаведени видови на оптички мултиплекс по бранови должини имаат неколку општи заеднички карактеристики:

• Колку се помали растојанијата помеѓу оптичките сигнали во оптичкиот мултиплекс, толку потешко и поскапо е меѓусебното раздвојување во демултиплексерите. Потешко се постигнува потребната меѓусебна изолација, а слабеењето на сигналите е поголемо.

• Колку се помали растојанијата помеѓу оптичките сигнали во оптичкиот мултиплекс по бранови должини, толку е потребна поголема фреквенциска стабилност на оптичкиот предавател.

• Колку повеќе оптички сигнали се употребуваат истовремено преку едно оптичко влакно, толку помала моќност треба да има секој од сигналите за даден степен на меѓусебно влијание и попречување поради нелинеарните карактеристики на оптичкото влакно.

Поодделните фреквенциски појаси (band-ови) CWDM-канали и  DWDM-канали, графички се прикажани на селднава слика:

Таканаречениот „C-Band“ има најмало слабеење на оптичките сигнали. Овој банд се нарекува и „Erbium Wndow“ бидејќи во тој појас на бранови должини работат оптичките засилувачи базирани на оптичко влакно збогатено со атоми на ербиум (EDFA-erbium doped fiber amplifier). Токму овие бранови должини најчесто се употребуваат при DWDM мултиплексирањето.

Во кабелските дистрибутивни системи се применува линеарна DWDM технологија и најчесто се употребува растојание од 200 GHz (1,6 nm) помеѓу каналите.
Во следнава табела се наведени 20 најчесто употребувани DWDM канали:

Во зависност од потребите и бројот на канали при оптичкото мултиплексирање по бранови должини, различни производители нудат опрема за различни комбинации на канали.

Уреди за оптичкото мултиплексирање по бранови должини
При користење на оптичко мултиплексирање по бранови должини, неопходни се некои уреди, кои инаку, не се потребни при оптички линкови со само еден оптички сигнал на само една бранова должина. Такви уреди се оптичкиот мултиплексер и оптичкиот демултиплексер

Оптички мултиплексери (mux)
Оптичкиот мултиплексер е уред кој ги комбинира влезните (два или повеќе) оптички сигнали со различна бранова должина во еден излезен мултиплексен сигнал.
Возможно е да се користат широкопојасни оптички сплитери поврзани во улога на комбајнери. Лошата страна на ваквото решение е тоа што има релативно големо слабеење. Еден оптички сплитер/комбајнер со два влезa и еден излез има теоретско слабеење од минимум 3dB додека во пракса тоа слабеење е околу 4 dB. Од друга страна, оптичкиот мултиплексер за две бранови должини има слабеење помало од 2dB додека оптички мултиплексер за 20 бранови должини има слабеење од само 4dB.
Што се однесува до цената, оптичките сплитери/комбајнери се многу поевтини од оптичкиот мултиплексер. Кое решение ќе се одбере зависи од моќноста на оптичките предаватели кои се на располагање. Да не заборавиме дека цената на помоќните оптички предаватели е многукратно поскапа.

Оптички демултиплексери (demux)
Оптичкиот демултиплексер е уред со спротивна функција од мултиплексерот. Тој го раздвојува влезниот сложен мултиплексен сигнал на два или повеќе излезни оптички сигнали со различна бранова должина.
Како оптички демултиплексер не може да се употреби никакво  (алтернативно) едноставно решение, за разлика од мултиплексерот, кој алтернативно можеше да се замени со едноставен и евтин оптички сплитер.

Практична примена на оптички мултиплекс во КДС
Наједноставен пример на оптички мултиплекс во кабелските дистрибутивни системи е преносот на downstream и  upstream сигналите преку едно оптичко влакно. Притоа во едната насока се користи оптички сигнал со бранова должина од 1310 nm, а во другата насока се користи оптички сигнал со бранова должина од 1550 nm.
Исто така, преносот на појдовниот и дојдовниот интернет сообраќај помеѓу два медија конвертори може да се одвива преку едно влакно со 1310 nm и 1550 nm.
Со помош на мултиплексирање на сигналите, преку едно оптичко влакно можат да се испраќаат повеќе сигнали со различни програмски пакети во различни градови или реони.

I Z33T home page I страници на македонски јазик I