Однією із причин низької ефективності волоконно-оптичних ліній зв’язку являється те, що одиничний перетворювач електричних сигналів в оптичні може використовувати дуже незначну частину оптичного спектру, в зв’язку з чим реально допустима пропускна здатність обмежується приблизно 2,5 Гбіт/с. Крім того, широко застосовуване сьогодні, при передачі інформації по оптичних кабелях, часове мультиплексування не дозволяє вести одночасну передачу з різними швидкостями, типами фреймів або протоколами. Щоб уникнути обмежень, які накладаються мережевими апаратними засобами на швидкість передачі, використовують WDM-системи. Ці системи здатні одночасно обробляти декілька видів світлових сигналів, що відповідають різним довжинам хвиль. Кожен канал можна використовувати для передачі даних зі швидкістю декілька Гбіт/с, яку забезпечує сучасна електроніка, і таким чином вдається побудувати мережі з надзвичайно високою продуктивністю. Використовуючи методи WDM, можна в одному світловоді діаметром 250 мкм досягнути пропускної здатності від 10 Гбіт/с до 1.2 Тбіт/с, при чому звичайний кабель діаметром 18 мм містить до 200 таких світловодів. Перші системи WDM з’явились на початку 90-х років. В основному це були широкозонні двоканальні системи з довжинами хвиль 1310 нм і 1550 нм. Згодом по мірі ширшого освоєння вікна 1550 нм з’являються прецизійні вузькозонні WDM (DWDM) системи з мультиплексуючими довжинами хвиль, які повністю лежать у вікні 1550 нм. Це дозволяє будувати протяжні магістралі з великою кількістю каналів на волокно. В даний час системи з частотним інтервалом між каналами 100 ГГц (~ 0,8 нм) і менше називають системами щільного хвильового мультиплексування DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing). Теоретично можлива передача в будь-якому діапазоні довжин хвиль, але практичні обмеження залишають для використання в системах WDM вузький діапазон в області довжини хвилі 1550 нм. Але навіть цей діапазон надає величезні можливості для передачі даних. 2.1. Структура систем DWDM. В загальному випадку система DWDM складається з декількох оптичних передавачів, оптичного мультиплексора, одного або декількох ОП (зазвичай це ОП на основі волокна, легованого іонами ербію - EDFA - Erbium Doped Fiber Amplifier), апаратури ЦСП СЦІ/SDH, волоконної лінії зв’язку, оптичного демультиплексора і відповідного числа фотоприймачів, а також відповідного електронного обладнання і системи управління мережею. В системах DWDM в якості джерел випромінювання застосовують високостабільні одномодові напівпроводникові лазери із надвузькою спектральною лінією генерації із внутрішньою чи зовнішньою модуляцією оптичної несучої частоти. Система DWDM включає наступні основні блоки: оптичні транспондери (прийомопередавачі зі стабільними по частоті джерелами оптичного випромінювання для перетворення оптичного сигналу ЦСП в сигнал оптичного каналу системи DWDM), оптичні мультиплексори/демультиплексори, ОП потужності (ОПП) або оптичні препідсилювачі (ОПУ) у складі апаратури DWDM, лінійні ОП (ОПЛ), що встановлюються в лінії зв’язку. Така система разом з волоконними ОП EDFA забезпечує дальність передачі понад 200 км. Оптичні мультиплексори систем DWDM розраховані на роботу з великим числом N оптичних каналів (N ? 32) із строго визначеними довжинами хвиль і забезпечують можливість мультиплексування (демультиплексування) одночасно як всіх оптичних каналів, так і вводу/виводу одного або декількох із загального оптичного потоку з великим числом каналів. Рис. 2.1 Схеми DWDM мультиплексорів: з відбиваючим елементом; DWDM мультиплексори, являючись суто пасивними пристроями, вносять велике загасання в сигнал. Наприклад, втрати для пристрою (рис.2.1), що працює в режимі демультиплексування, складають 10 - 12 дБ за дальніх перехідних завад < -20 дБ і на півширини спектра сигналу 1 нм (за матеріалами Oki Electric Industry). Через великі втрати часто виникає необхідність встановлення оптичного підсилювача перед і/або після DWDM мультиплексора. б) із двома хвилеводами-пластинками.
Система DWDM досить схожа на традиційну систему TDM. Сигнали різних довжин хвиль, що генеруються одним чи кількома оптичними передавачами, об’єднуються мультиплексором в багатоканальний складовий оптичний сигнал, який потім розповсюджується по оптичному волокну. При великих відстанях передачі на лінії зв’язку встановлюється один або декілька оптичних повторювачів. Демультиплексор приймає складового сигнал, виділяє з нього вихідні канали різних довжин хвиль і направляє їх на відповідні фотоприймачі. На проміжних вузлах деякі канали можуть бути додані чи виділені з складового сигналу рядом мультиплексорів вводу/виводу(ОМВВ/OADM - Optical Add/Drop Multiplexer) або систем крос-комутації(ОСКК/OCCS - Optical Cross-Conect System) оптичних каналів (рис. 2.2).
Рис. 2.2 Типова система WDM с можливостями додавання/виділення і крос-комутації каналів. 2.2. Відмінності між системою DWDM та системами WDM і TDM. Головною відмінністю систем DWDM від систем TDM являється те, що в системі DWDM передача ведеться на декількох довжинах хвиль. Важливо також зазначити, що на кожній довжині хвилі в системі DWDM може передаватися мультиплексований сигнал систем TDM. В технології DWDM, на відміну від WDM, в якій звичайно використовуються друге і третє вікна прозорості ОВ на довжинах хвиль 1310 нм и 1550 нм (O- і C-діапазони відповідно) або додатково ділянка в області довжин хвиль 1650 нм (U-діапазон), наявні дві важливі особливості: Використання лише одного вікна прозорості волокна в межах області довжин хвиль 1530 - 1565 нм (C-діапазон), що відповідає максимальному підсиленню волоконних ОП, легованих іонами ербію; малий інтервал по довжині хвилі між мультиплексуючими оптичними каналами, переважно рівний 3,2 / 1,6 / 0,8 або 0,4 нм. Саме ці особливості систем DWDM із врахуванням застосування спеціально розроблених одномодових ОВ, ОП, пристроїв компенсації дисперсії сучасних ЦСП СЦІ/SDH забезпечують максимально високу смугу пропускання і граничну дальність передачі для систем спектрального ущільнення оптичних каналів у високошвидкісних мережах зв’язку. Пропускну здатність оптичних ліній на основі систем DWDM можна нарощувати поступово, додаючи, по мірі розвитку мережі, нові оптичні канали. Застосування волоконних ОП дозволяє створювати повністю оптичні мережі, в яких обробка сигналу електронними компонентами відбувається лише в початковій і кінцевій точках мережі. Кожний канал електрозв’язку, утворений ЦСП СЦІ/SDH відповідного рівня ієрархії (STM-16/64/256), обробляється в системі WDM/DWDM як окремий канал на окремій довжині хвилі, завдяки чому більша частина існуючого мережевого обладнання мереж СЦІ/SDH може безпосередньо включатися в склад систем DWDM. Це дозволяє зменшити початкові затрати для установки систем DWDM в існуючу мережу мереж СЦІ/SDH. 2.3. Застосування DWDM технології. Технологія DWDM застосовується в основному на магістральних лініях зв’язку великої протяжності, тобто там, де потрібна велика смуга пропускання. Мережі міського і регіонального масштабу, а також системи кабельного телебачення потенційно відкривають широкі можливості для застосування технології DWDM. Останнім часом за кордоном системи DWDM почали використовуватися для побудови міських регіональних оптичних мереж зв’язку. Можливості систем DWDM настільки вражаючі, що дозволяють говорити про досягнення сумарної пропускної здатності в лінії зв’язку в одному ОВ на рівні до 10 Тбіт/с і вище. За оцінками закордонних фахівців, стрімкий ріст потреб в об’ємах інформаційних потоків і нових послуг зв’язку, і насамперед інтернету, потребує в 2006 р. Загальної смуги пропускання близько 300 Тбіт/с. В системах WDM/DWDM застосовують чітко визначені діапазони довжин хвиль оптичного випромінювання в межах стандартизованих Міжнародним союзом електрозв’язку (МСЕ-Т) діапазонів для різних видів стандартних одномодових волокон. Поява технології WDM/DWDM, як і будь-якої нової технології, вирішила одні, але породила інші проблеми. Основною проблемою для сучасних систем WDM/DWDM являється їх надійна і стабільна робота. Дуже важливим є контроль оптичних характеристик і поведінка систем WDM/DWDM, починаючи від виробництва оптичного волокна та інших компонентів і завершуючи етапом системної інтеграції.
