мультиплексор оптический что это такое
2.5 Мультиплексор. Внутреннее строение и принцип работы
Как некоторые из Вас уже догадались, сейчас речь пойдет про мультиплексоры, а для тех, кто не знает, что это такое, дадим определение:
оптический мультиплексор – устройство, объединяющее оптические каналы в групповой оптический сигнал или разделяющее групповой оптический сигнал на спектральные составляющие (последнее устройство называется демультиплексор). Иногда (в последнее время всё чаще) оптический мультиплексор выполняет сразу обе эти функции.
Внутри обычного CWDM мультиплексора находится массив сваренных между собой CWDM фильтров на разные длины волн. Фильтры сварены по принципу «транзитный выход первого является входом для второго» (другими словами, «хвостом» COM к «хвосту» REF).
Все пигтейлы PASS выведены из корпуса мультиплексора и напрямую подключаются к трансиверам (обычно эти выводы дополнительно «упаковывают» во вторичный защитный буфер диаметром 2мм или 3мм).
Самый первый пигтейл COM(который, кстати, тоже упакован во вторичный защитный буфер) подключается в линию связи.
Последний пигтейл REF или спрятан внутри корпуса, или может быть выведен из него для каскадирования мультиплексоров (опять же, в буфере).
Рисунок 11 – Внутреннее строение стандартного мультиплексора на основе CWDM фильтров.
Однако, не стоит забывать про потери мощности на каждом фильтре в каскаде. Когда групповой сигнал входит в мультиплексор, то первый отфильтрованный оптический канал теряет 0,3дБ мощности, второй – 0,6дБ, третий – 0,9дБ и так далее. У стандартного мультиплексора на 8 длин волн (1х8) затухание на последнем фильтре примерно равно 2,4дБ, что уже не мало, а у такого же мультиплексора на 16 длин волн (1х16) потери на последнем канале составят около 5дБ!
А теперь представьте, что такие мультиплексоры установлены с двух сторон линии связи – потери получаются ужасающе высокими! Поэтому для многоканальных мультиплексоров существуют несколько другие способы внутренней компоновки.
Как раз для многоканальных мультиплексоров и были разработаны широкополосные FWDM фильтры, о которых упоминалось ранее.
Такие фильтры устанавливаются на входе в мультиплексор и формируют не один внутренний каскад CWDM фильтров, а сразу два, значительно уменьшая суммарные потери на крайних каналах каждого каскада.
Рисунок 12 – Внутреннее строение мультиплексора на основе CWDM фильтров с использованием широкополосного FWDM фильтра.
Для компенсации паразитных потерь на каскаде CWDM фильтров, мультиплексоры обычно выпускают «в парах». Отличаются парные мультиплексоры друг от друга последовательностью сварки фильтров внутри.
Как уже было отмечено ранее, при работе CWDM системы в одном волокне каждый из мультиплексоров занимается мультиплексированием части каналов и демультиплексированием оставшихся каналов одновременно.
Работает такая пара мультиплексоров по принципу «если с одной стороны длина волны входит в волокно, значит с другой она обязательно должна выйти в приёмник трансивера».
Рисунок 13 – Работа CWDM системы по одному волокну.
Однако, в последнее время всё чаще инженеры задействуют сразу два волокна для размещения в них CWDM системы уплотнения. Логика проста: в два раза больше волокон – в два раза больше пропускная способность системы. При этом, реализовать такую систему можно по-разному.
Мультиплексоры и демультиплексоры
Мультиплексоры и демультиплексоры – это комбинационные устройства, предназначенные для коммутации сигналов и потоков данных в линиях связи по заданным адресам и маршрутам. Основное назначение оптических мультиплексоров заключается в передаче сигналов из нескольких входов на один выход, причем выбор выхода может осуществляется при помощи сочетания определенных управляющих сигналов.
Типы мультиплексоров
В телекоммуникациях существует несколько типов мультиплексоров и демультиплексоров:
Типы WDM мультиплексоров
Оптический WDM мультиплексор – это пассивное, протоколонезависимое устройство, предназначенное для объединения или разделения нескольких оптических сигналов для передачи по оптическому волокну. С их помощью можно организовать передачу нескольких каналов связи в рамках одного или нескольких волокон.
Мультиплексоры WDM по типу спектрального уплотнения
Технология уплотнения DWDM получила большое распространение и в городских сетях (MAN) с канальной скоростью передачи от 10 Гбит/с (10GigabitEthernet), и в магистральных сетях (Long-haul).
Своим распространением в MAN-сетях DWDM обязан с одной стороны относительной экономичностью – в последнее время стоимость организации 10GE канала в рамках города на DWDM значительно ниже, чем аналогичное решение на CWDM. Так же популярность можно объяснить большей емкостью и как следствие гибкой масштабируемостью, которую предоставляют системы уплотнения DWDM.
В long-haul сетях популярность DWDM можно объяснить одним словом – усиление. Как уже упоминалось выше, С-диапазон позволяет использовать, как относительно бюджетные EDFA-усилители для построения трасс протяженностью 100-200 км, так и дорогую связку эрбиевых усилителей с рамановскими, которые позволяют организовывать линии передачи протяженностью до 350 км.
Мультиплексоры WDM по технологии производства
Принцип работы мультиплексоров
Принцип работы мультиплексоров на основе тонкопленочных фильтров
Оптические мультиплексоры на основе тонкопленочных фильтров представляют собой группу тонкопленочных фильтров соединенных друг с другом особым образом. Тонкоплёночный фильтр – это пассивное оптическое устройство, представляющее собой трехполюсник (имеет три вывода) и состоящее из нескольких элементов:
Оптический фильтр имеет три порта:
Принцип действия оптического фильтра достаточно прост:
Можно сказать, что оптический фильтр имеет устойчивые двунаправленные соединения между портами COM-PASS и COM-REFL.
Диапазон «пропускаемых» в порт PASS длин волн может быть различен и зависит от установленного оптического фильтра, например, для стандартных CWDM–фильтров диапазон пропускания составляет λн±6,5 нм, где λн – несущая длина волны.
Затухания, вносимые оптическим фильтром, в зависимости от направления распространения разные — для связи COM-PASS ≈ 0.4-0.7 дБ, а для связи COM-REFL ≈ 0.25-0.4 дБ.
Как уже упоминалось ранее мультиплексоры на основе TFF представляет собой каскад соединенных между собой оптических фильтров. Данный вид мультиплексоров изготавливается путем последовательного соединения оптических фильтров портами REFL и COM.
В данном случае порт «COM (λ1)» — линейный порт всего мультиплексора, то есть будет подключаться к линии передачи, а порт «REFL (λ3)» — порт расширения «EXP», через который можно будет подключить к той же линии еще один мультиплексор.
Принцип работы мультиплексоров на основе массива волноводов
Оптические мультиплексоры на основе AWG имеют принципиально другое устройство в сравнении с TFF, смешение или разделение различных длин волн происходит в рамках одного кристалла.
Мультиплексор на основе AWG представляет собой кристалл, состоящий из массива волноводов (условно можно сказать, что это множество различных ОВ). Свет на определенной длине волны, попадая на этот кристалл, распространяется по своей «дорожке» и наоборот.
WDM мультиплексор на основе AWG состоит:
За счет того, что свет на любой длине волны проходит примерно один и тот же путь, вносимые затухания для мультиплексоров на основе AWG для любой длины волны всегда примерно одинаковы и составляют 4-7 дБ в зависимости от типа кристалла.
Данная особенность очень выгодна при проектировании и построении высокоплотных систем (более 20 каналов передачи данных), так как расчет оптического бюджета заметно упрощается и, таким образом, значительно проще предсказать возможные отклонения от расчетных значений.
Для чего же нужен мультиплексор?
Спектральное мультиплексирование (уплотнение) необходимо для передачи большего объёма информации по оптическому волокну. Мультиплексоры нужен для частотного (спектрального) уплотнения оптических сигналов на физическом уровне, важно помнить, что мультиплексирование сигналов происходит независимо от протокола.
Дело в том, что в одном одномодовом волокне могут распространяться световые волны с разной длиной волны (частотой). Это физическое свойство позволяет передавать множество сигналов в одном волокне. Мультиплексор способен объединять разные длины волн в одно волокно, для передачи. Для «разбора» группового сигнала на приёмной стороне используется демультиплексор, который разделяет групповой сигнал на составляющие.
Чем различаются мультиплексоры и демультиплексоры?
В случае если разговор идет об устройствах на основе AWG, то разницы нет, в связи с равномерностью вносимых затуханий для всех длин волн. Но в случае если рассматривать устройства на основе TFF: мультиплексор отличается от демультиплексора порядком расположения фильтров.
В мультиплексоре фильтры расположены по возрастанию, от 1270 до 1610 нм, в демультиплексоре фильтры собирают в обратном порядке – от 1610 до 1270 нм. Это делается для того чтобы, «выровнять» затухания для каждой длины волны.
Рассмотрим принцип «выравнивания» на примере четырёхканального мультиплексора. Он состоит из восьми фильтров 1470-1610, т.к. фильтр 1470 стоит первым, вносимое затухание на этой длине волны будет минимальным. А максимальным затухание будет на длине волны 1610, т.к. этот фильтр стоит последним. Это значит, что волне 1610 необходимо будет пройти через восемь фильтров, каждый из которых внесет некоторое затухание.
Если на каждой стороне линии установить по мультиплексору, получится, что для волны 1470 нм будет минимальное затухание, а на 1610 нм максимальное. Такая схема может привести к нежелательным последствиям. Например, канал работающий на последней длине волны будет работать на пороге чувствительности, что со временем приведет к возникновению ошибок и простою всей трассы.
Для выравнивания вносимого затухания по всем длинам волн с одной стороны устанавливают мультиплексор, а с другой демультиплексор собранный в обратном порядке, то есть в нашем случае от 1610 до 1470 нм. Таким образом, на каждой длине волны будет примерно одинаковое затухание, без сильных перекосов.
Как протестировать мультиплексор?
Иногда бывает необходимо протестировать новый или уже работающий мультиплексор с целью проверить уровень вносимых им затуханий.
Для проведения тестирования потребуются:
В начале, необходимо снять эталонную мощность с трансивера, для этого необходимо подключить выход трансивера «TX» к измерителю мощности, настроив последний на необходимый диапазон если это требуется. После получения эталонного сигнала нужно подключить порт трансивера «TX» к соответствующему порту длины волны мультиплексора (зачастую порты маркируются длинной волны, например, «1310»), а измерительный прибор к порту мультиплексора «COM» и измерить уровень сигнала. Вычитая из эталонного значение, измеренное с «COM» порта, получаем вносимое мультиплексором затухание на конкретной длине волны.
Таким способом нужно промерить все порты «PASS» мультиплексора. В комплекте с каждым устройством должен идти отчёт о тестировании (паспорт устройства), в котором указаны вносимые затухания для каждой длины волны.
Полученные значения должны совпадать с указанными в паспорте. Если измеренное значение значительно отличается от паспортного, значит мультиплексор неисправен. Причиной может быть загрязнение порта, неисправность адаптера или одного из фильтров.
В случае загрязнения порта его можно починить на месте при помощи специального клиннера не снимая мультиплексор с трассы. Если очистка порта не дала результатов и значение вносимых мультиплексором затуханий, то необходимо или смена адаптера, или замена неисправного фильтра. В этом случае мультиплексор для ремонта нужно вернуть Поставщику, так как самостоятельный ремонт может снять устройство с гарантии.
Что такое мультиплексор и демультиплексор
Что такое оптические мультиплексоры (MUX) и демультиплексоры (DEMUX)?
Мультиплексоры и демультиплексоры – это оптические устройства, выполняющие функции объединения и коммутации нескольких информационных каналов в сетях и волоконно-оптических трактах. На входные порты мультиплексора поступают потоки данных, которые объединяются в общий трафик и передаются через выходной порт по оптоволоконной линии связи. На приемной стороне происходит обратный процесс, позволяющий выделить исходные сигналы и отправить их по назначению.
На сегодняшний день используются две категории мультиплексоров и демультиплексоров:
Пассивные WDM мультиплексоры
Отличия мультиплексоров и демультиплексоров WDM
Мультиплексоры WDM выполняют объединение каналов с различными длинами волн и передают групповой трафик на приемную сторону. Демультиплексоры производят обратные действия с выделением отдельных частотных каналов. Конструкция оборудования, изготовленного на основе пассивных фильтров, полностью идентична, а входы/выходы работают в прямом и обратном направлении.
Единственное отличие существует в мультиплексном оборудовании CWDM, отличающемся реализацией функций мультиплексирования/демультиплексирования посредством каскада последовательно соединенных одноканальных фильтров. В мультиплексоре фильтры выстраиваются по принципу возрастания длины волны, а в демультиплексоре – по принципу убывания с целью выравнивания затухания в каждом канале.
Выгода применения WDM мультиплексоров/демультиплексоров
В обычных системах передачи цифрового трафика по оптоволокну, таких как SDH, существует возможность передачи только одного канала данных по паре оптических волокон. Установка мультиплексоров/демультиплексоров позволяет организовать передачу до 96 каналов по тем же двум волокнам. Огромный прирост производительности способствует популярности этого оборудования у операторов связи, интернет-провайдеров, владельцев мультисервисных сетей.
Применение систем WDM-мультиплексирования исключает необходимость постоянного наращивания емкости волоконно-оптических кабелей и затрат на их приобретение и прокладку. Преимущества решения особенно ярко проявляются на протяженных ВОЛС, проложенных в малодоступной местности. При росте объема передаваемого трафика достаточно установить WDM-мультиплексоры, чтобы увеличить пропускную способность в десятки раз.
Виды WDM мультиплексоров
DWDM-мультиплексоры производятся на базе фильтров AWG, представляющих собой массив волноводов из диоксида кремния. В состав фильтра входят несколько функциональных элементов, обеспечивающих передачу и прием оптических сигналов по оптоволокну:
Дорожки волноводов размещаются в определенных местах вдоль плоскости кристалла, позволяя осуществить пространственное разделение каналов.
Как происходит мультиплексирование?
Рассмотрим процесс мультиплексирования нескольких каналов с разной длиной волны. Оптические сигналы поступают на фокусирующую пластину, на которой происходит их фокусировка и интерференция. На выходе образуется мультиплексный сигнал, распространяющийся одновременно по всем дорожкам массива волноводов. С-линза фокусирует этот сигнал в оптическое волокно для последующей передачи по волоконно-оптической линии связи. На приемной стороне выполняется обратный процесс демультиплексирования.
Световое излучение на всех длинах волн проходит одинаковый путь по массиву волноводов. Поэтому, вносимое затухание для мультиплексоров AWG на любой длине волны одинаково и составляет 5 – 7 дБ.
Почему стоит выбрать нас?
Обращайтесь к нам при необходимости срочного повышения производительности оптоволоконной сети или магистральной ВОЛС любого масштаба и протяженности. Наши менеджеры помогут выбрать оборудование, полностью соответствующее специфике проекта и особенностям топологии сети.
Устройство мультиплексоров
Тонкопленочные фильтры
Оптические мультиплексоры/демультиплексоры (MUX/DEMUX) предназначены для объединения (уплотнения, мультиплексирования) отдельных каналов CWDM 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 одноканальные фильтры CWDM, сделанные с использованием многослойных тонкопленочных фильтров Thin Film Filter (Рис.1).
Рисунок 1. Фильтр CWDM
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 (Рис.2). Величина вносимого затухания между данными портами составляет от 0,3 дБ до 0,8 дБ*. Остальные длины волн диапазона CWDM между данными портами не передаются, то есть фильтруются и передаются между портами Reflection и Com. Вносимое затухание оптического сигнала между этими портами составляет также от 0,3 дБ до 0,8 дБ*. Порты Pass и Reflection изолированы относительно друг друга, оптический сигнал между ними не передается.
Рисунок 2. Порты тонкопленочного фильтра
При выборе фильтров CWDM отдельное внимание следует уделить полосе пропускания (Рис.3) между портами Pass и Com.
Рисунок 3. Полоса пропускания тонкопленочного фильтра
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 мультиплексор/демультиплексор на 16 длин волн или 8 каналов CWDM.
Рисунок 4. Схема оптического мультиплексора/демультиплексора CWDM
Фильтры, каждый из которых настроен на свою длину волны диапазона CWDM, соединяются друг с другом таким образом, что порт Com предыдущего совпадает с портом 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 = ILPass-Com + (ILRef-Com * (N-1))
ILPass-Com – вносимое затухание на участке Pass-Com первого фильтра
ILRef-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 характеристиками 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 дБ на километр, а для 1310 нм приблизительно 0,4 дБ на километр, предпочтительнее располагать фильтры таким образом, чтобы фильтры для длин волн из «нижнего диапазона» (1290, 1310, 1330 и т.д.) располагались ближе к порту Com мультиплексора, в этом случае общее вносимое затухание для каналов, работающих на этих частотах, будет меньше, чем для длин волн из «верхнего диапазона».
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
ГРУППА КОМПАНИЙ «ПРОИНТЕХ» © 2006–2021
Вся информация опубликованная на сайте принадлежит ООО «Проинтех».
Любая перепечатка полностью или частично запрещена.
Применение и принцип работы мультиплексора и демультиплексора
На сегодняшний день приобретение дополнительной техники или специальных устройств является достаточно дорогим удовольствием. Для того, чтобы сохранить свои финансовые затраты, довольно часто используют такие устройства, как мультиплексор и демультиплексор, которые являются своеобразными селекторами данных.
В случае с мультиплексором есть возможность через один выход пропустить информацию с нескольких входов. А демультиплексор действует с точностью наоборот – распределяет полученные данные с одного входа на разные выходы.
Мультиплексор представляет собой такое оборудование, которое содержит в себе несколько входов сигнала, один или несколько входов управления и лишь один общий выход. Данное устройство дает возможность передавать определенный канал из одного из имеющихся входов на специальный и единственный выход.
При всем этом выбирается вход с помощью подачи определенной комбинации сигналов управления. Чаще всего мультиплексор необходим там, где нужно обустраивать для передачи сигналов большое количество каналов (сигналов), а денег и технического оснащения для этого нет.
Работоспособность данного типа устройства основана на том, что сигнал связи, даже в случае, если он один, очень часто не применяется на всю мощность. По этой причине имеется лишнее место для запуска других потоков информации по одной линии.
Разумеется, что если все эти потоки пускаются в изначальном виде и в одно и то же время, то на выходе получится обычная мешанина информационных данных, которую будет практически нереально расшифровать. Из-за этого мультиплексор производится при помощи разделения потоков информации разнообразными методами.
Разделение по частотным полосам – это когда все потоки данных идет в одно и то же время, но с разной частотой. При этом не происходит смешивание потоков. Кроме этого, есть возможность пустить потоки в различных временных линиях. Также особо популярным является способ кодирования. В этом случае все потоки обозначаются специальными знаками, кодируются и одновременно отправляются.
Мультиплексоры классифицируют по нескольким критериям: по месту использования или по своим целевым задачам и так далее.
Линия связи мультиплексора и демультиплексора
Основным различием мультиплексоров считается то, каким образом происходит уплотнение сигналов в один сплошной поток.
Мультиплексирование бывает таких видов:
По этой причине стоит более подробно ознакомиться с частотным и временным методами:
Методы мультиплексирования
Частотное мультиплексирование и демультиплексирование
Чтобы исполнить частотное мультиплексирование необходимо для всех потоков определить определенный частотный период. Перед самим процессом нужно переместить спектра всех каналов, что входят в период иной частоты, что не будет никак пересекаться с иными сигналами. Кроме того, для обеспечения надежности, меж частотами делают определенные интервалы для дополнительной защиты. Данный метод применяют и в электрических, и в оптических связных линиях.
Временной вариант
Временное мультиплексирование и демультиплексирование
Чтобы передать каждый сигнал в сплошном потоке, что входит, имеется определенное количество времени. В этом случае, перед устройством стоит особая задача – гарантировать доступ циклов к общей среде перенаправления для потоков, которые входят на маленький временной промежуток.
При этом необходимо сделать так, чтобы не возникло нежелательное накладывание каналов друг на друга, которое смешивает информацию. Для этого используют специальные интервалы для защиты, которые ставят меж этими самыми каналами.
Этот способ используют, как правило, для цифровых связных каналов.
Классификация мультиплексоров
Мультиплексоры существуют таких видов:
Также мультиплексоры классифицируются таким способом:
Аналоговые мультиплексоры
Ключи аналогового типа являются специальными аналого-дискретными элементами. Аналоговый ключ может быть представлен в качестве отдельно взятого устройства. Набор такого рода ключей, которые работают на единственный выход с цепями выборки определенного ключа, являются специальным аналоговым мультиплексором. Аналоговое оборудование в каждый период времени выбирает определенный входной канал и направляет его на специальное устройство
Цифровые мультиплексоры
Цифровые оборудования делятся на мультиплексоры второго, первого и иных высоких уровней. Цифровые мультиплексоры дают возможность принимать сигналы цифрового типа из устройств низкого уровня. При этом можно их записать, образовать цифровое течение высокого уровня. Таким образом, входящие потоки синхронизируются. Также можно отметить, что они обладают одинаковыми скоростями.
Области применения
Видеомультиплексоры применяют в телевизионной технике и различных дисплеях, в системах охранного видеонаблюдения. На мультиплексировании базируется GSM-связь и разнообразные входные модемы провайдеров в интернете. Также данные устройства применяют в GPS-приемниках, в волоконно-оптических связных линиях широкополосного типа.
Мультиплексоры используют в различных делителях частоты, специальных триггерных элементах, особых сдвигающихся устройствах и так далее. Их могут применять для того, чтобы преобразовать определенный параллельный двоичный код в последовательный.
Схема применения оптического мультиплексора
Структура мультиплексора
Мультиплексор состоит из специального дешифратора адреса входной линии каналов, разнообразных схем, в том числе и схемы объединения.
Структуру мультиплексора можно рассмотреть на примере его общей схемы. Входные данные логического типа поступают на выходы коммутатора, и далее через него направляются на выход. На вход управления подается слова адресных каналов. Само устройство тоже может обладать специальным входом управления, который дает возможность проходить или не проходить входному каналу на выход.
Существуют типы мультиплексоров, которые обладают выходом с тремя состояниями. Все нюансы работы мультиплексора зависят от его модели.
Демультиплексор
Демультиплексор представляет собой логическое устройство, которое предназначено для того, чтобы свободно переключать сигнал с одного входа информации на один из имеющихся информационных выходов. На деле демультиплексор является противоположностью мультиплексору.
Во время передачи данных по общему сигналу с разделением по временному ходу необходимо как использование мультиплексоров, так и применение демультиплексоров, то есть прибор обратного функционального назначения. Это устройство распределяет информационные данные из одного сигнала между несколькими приемниками данных.
В схеме самого простого такого устройства для определенного выхода применяется двоичный дешифратор. Стоит отметить, что при подробном изучении дешифратора, можно сделать демультиплексор гораздо проще. Для этого необходимо ко всем логическим элементам, которые входят в структуру дешифратора прибавить еще вход. Данную структуру достаточно часто называют дешифратором, который имеет вход разрешения работы.
На что следует обратить внимание при выборе мультиплексора?
При выборе мультиплексора или демультиплексора необходимо учитывать все нюансы и технические характеристики устройства.