Устройство мультиплексоров/демультиплексоров CWDM, их разновидности

Тонкопленочные фильтры

Оптические мультиплексоры/демультиплексоры (MUX/DEMUX) предназначены для объединения (уплотнения) отдельных каналов CWDM (DWDM) в групповой сигнал для одновременной их передачи по одному оптическому волокну на передающей стороне, а также для их разделения (демультиплексирования) на приемной стороне. Основными их составляющими являются устройства (далее одноканальные фильтры CWDM), сделанные с использованием многослойных тонкопленочных фильтров Thin Film Filter (Рис. 1).

Рисунок 1

Основные составляющие части: 1 – тонкопленочный фильтр, 2 – G линза, 3 – двухволоконный пигтейл, 4 - C линза, 5 одноволоконный пигтейл, 6 – стеклянная трубка, 7 – кварцевая трубка, 8 – стальная или пластиковая трубка, 9 – защитный наконечник.

Каждый фильтр работает следующим образом: оптический сигнал на частоте, соответствующей одной из длин волн частотной сетки CWDM может передаваться между портами фильтра Pass и Com (рисунок 2). Величина вносимого затухания между данными портами составляет от 0,3 dBm до 0,8 dBm**. Остальные длинны волн диапазона CWDM между данными портами не передаются, т.е. фильтруются и передаются между портами Reflection и Com. Вносимое затухание оптического сигнала между этими портами составляет также от 0,3 dBm до 0,8 dBm*. Порты Pass и Reflection изолированы относительно друг друга, оптический сигнал между ними не передается.

При выборе фильтров CWDM, отдельное внимание следует уделить следующей характеристике – частотному диапазону или полосе пропускания (рисунок 3) между портами Pass и Com, на который настроен фильтр.

Рисунок 3

Ширина спектра передаваемого сигнала у трансиверов CWDM составляет 1 нм, лазеры, используемые в таких трансиверах не стабилизированы по температурному режиму, поэтому частота несущей у них может меняться. У качественных трансиверов длина волны может меняться в диапазоне от -6 до +7,5 нм от центральной частоты несущей**, однако, существуют образцы трансиверов, где этот диапазон существенно шире. При несоответствии частоты лазера рабочему диапазону фильтра может возникнуть ситуация (например при нагреве лазера), когда передаваемый оптический сигнал, при прохождении через фильтр, будет существенно ослаблен или полностью подавлен фильтром. Поэтому, при создании и проектировании систем CWDM необходимо сопоставлять характеристики используемых оптических трансиверов и фильтров.

Традиционная схема мультиплексора CWDM

Рассмотрим принципиальную схему оптического мультиплексора/демультиплексора CWDM, собранного на основе тонкопленочных фильтров. Наиболее распространена схема с последовательным соединением фильтров CWDM (Рис. 4). В данном случае это mux/demux на 16 длин волн или 8 каналов CWDM.

Фильтры, настроенные каждый на свою длину волны диапазона CWDM, соединяются друг с другом таким образом Com предыдущего с Ref последующего. Порт Ref первого фильтра в цепи, маркируется как Upgrade, порт Com последнего часто маркируется как Line, он включается в линию. Вносимое затухание на всем мультиплексоре для каждого канала N можно посчитать по формуле:

IL=IL_Pass-Com+(IL_Ref-Com*(N-1))

Где, IL_Pass-Com – вносимое затухание на участке Pass-Com фильтра N, IL_Ref-Com – усредненное*** значение вносимого затухания на участке Ref-Com одного фильтра. 

Данное устройство позволяет использовать для приема и передачи любые комбинации длин волн, в большинстве случаев они определяются исходя из характеристик трансиверов CWDM. 

В связи с тем, что величина вносимого затухания в оптическом волокне зависит от длины волны, например, для 1550 нм оно составляет приблизительно 0,2 дБм на километр, а для 1310 нм приблизительно 0,4 дБм на километр, предпочтительнее располагать фильтры таким образом, чтобы фильтры для “нижних” длин волн (1290, 1310, 1330…) располагались ближе к порту Com мультиплексора, в этом случае общее вносимое затухание для каналов, работающих на этих частотах, будет меньше, чем для ”верхних” длин волн. Указываемое в технических характеристиках устройства (мультиплексора) значение максимального вносимого затухания рассчитывается исходя из величины затухания для самого удаленного от порта Com устройства фильтра, в данном случае оно составляет <6 дБм.

Рисунок 4

Мультиплексор CWDM с уменьшенным вносимым затуханием

Помимо наиболее распространенной ”классической” схемы соединения фильтров, которая представлена на рисунке 4, компания Prointech™ использует альтернативные схемы. Одна из них – решение с уменьшенным вносимым затуханием на мультиплексоре CWDM, представлена на рисунке 5 (Мультиплексор/демультиплексор на 16 длин волн). В данном случае берутся два отдельных устройства, собранные по традиционной последовательной схеме. Первое устройство состоит из восьми CWDM фильтров, настроенных на длины волн от 1610 нм до 1470 нм. Второе устройство аналогично первому, состоит из восьми CWDM фильтров, настроенных на длины волн от 1310 нм до 1450 нм. Порты Com обоих устройств соединяются с полосовым тонкопленочным фильтром. 

Конструкция полосового фильтра по принципу схожа с конструкцией одноканального фильтра (рис. 3), его главная отличительная особенность - диапазон пропускаемых длин волн между портами Pass и Com 1260 нм – 1620 нм, и между портами Ref и Com 1460 нм – 1610 нм. Иными словами, данный фильтр делит диапазон длин волн CWDM пополам. Вносимое затухание полосового фильтра такое же, как и у одноканального фильтра. Значение максимального вносимого затухания нетрудно посчитать по приведенной выше формуле, у данного устройства оно не превышает 3,3 дБм. 

По сравнению с классической схемой сборки оптических мультиплексоров, вносимое затухание в данном случае меньше почти на 3 дБ или в два раза при одинаковых выполняемых функциях. Используя устройства с уменьшенным вносимым затуханием, можно увеличить дальность работы системы CWDM примерно на 7,5 километров для ”нижних” длин волн и на 15 километров для ”верхних” длин волн, не меняя при этом оптические трансиверы. Правда, по сравнению с традиционным CWDM устройством, устройство с уменьшенным вносимым затуханием на такое же количество длин волн будет стоить несколько дороже. Если необходимо увеличить дальность передачи сигнала без расходов на дополнительную регенерацию, данное решение является наиболее актуальным.

Рисунок 5

Мультиплексор CWDM с PLC сплиттером

Еще одна альтернативная схема мультиплексора CWDM на 4 канала или 8 длин волн, собранного с использованием PLC сплиттера, представлена на рисунке 6. 

В данном случае в качестве оптического мультиплексора устройства CWDM используется 1x4 PLC сплиттер. 

Оптический демультиплексор построен по ”классической” схеме – последовательно соединенные одноканальные фильтры CWDM. Сплиттер соединяется с портом Ref оптического демультиплексора и выполняет функцию мультиплексора. Максимальное вносимое затухание у данного комбинированного устройства составляет <9,5 дБм. 

При расчете затухания в системе, состоящей из таких устройств, необходимо учитывать вносимое затухание на обоих мультиплексорах/демультиплексорах (рис. 7), поскольку данные устройства не являются симметричными. Например, для длины волны 1530, суммарное вносимое затухание на устройствах будет состоять из затухания на PLC сплиттере, 4-х одноканальных фильтрах на ближнем демультиплексоре и 4-х одноканальных фильтров на удаленном демультиплексоре. 

Из-за высокого вносимого затухания PLC сплиттерами дальность работы систем передачи CWDM, собранных с использованием таких устройств, уменьшается более чем на 30 километров, для ”верхних” длин волн по сравнению с традиционной схемой (рис. 4). 
По мере увеличения количества портов PLC сплиттера 1xN существенно увеличивается вносимое затухание, по этой причине число длин волн мультиплексора CWDM, собранного на основе PLC не превышает 8. 

Однако, у данной схемы есть преимущество – такое устройство существенно дешевле мультиплексора на 8 длин волн, собранного по традиционной схеме. 

В отличие от предыдущих схем CWDM при инсталляции устройств, собранных с использованием PLC сплиттеров необходимо уделять особое внимание тому, что порты IN (входящие порты) и OUT (исходящие порты) жестко привязаны. Неправильное подключение хотя бы одного порта ведет к неработоспособности всей системы.

Рисунок 6

Рисунок 7

Примечания: 
* - приведены усредненные данные, они зависят от марки и производителя фильтров; 
** - приведены усредненные данные, они зависят от марки и производителя фильтров; 
*** - рассчитано при значении равном 0,3 дБм.

Информация взята с сайта prointech.ru

Все статьи »

Последние статьи: