Что такое мультиплексор и демультиплексор

22.12.2020

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:

• активного типа – оборудование потребляет электроэнергию для своего функционирования. Область применения – цифровые системы PDH и SDH;
  
• пассивного типа – оборудование не нуждается во внешнем источнике электропитания. Мультиплексирование/демультиплексирование сигналов осуществляется при помощи специальных фильтров. Сфера использования – системы спектрального уплотнения WDM.
  

Рисунок 1 - Внешний вид оптического мультиплексора

Пассивные WDM мультиплексоры

Оптоволоконные WDM мультиплексоры/демультиплексоры представляют собой пассивные, протоколонезависимые устройства, объединяющие/разделяющие несколько сигналов, поступающих на их входы в оптическом формате. Уплотнение каналов реализуется специальными методами за счет передачи каждого канала на определенной длине волны. Суммарный информационный поток передается по одному или двум волокнам.

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.

Рисунок 2 - Каскад CWDM фильтра

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

Выпускается несколько видов WDM мультиплексоров, отличающихся количеством уплотняемых каналов и частотной сеткой:

• CWDM – система грубого спектрального уплотнения, позволяющая объединять до 18-ти отдельных каналов на длинах волн от 1270 нм до 1610 нм. Шаг частотной сетки составляет 20 нанометров, давая возможность применять недорогие лазерные передатчики с более широким спектром излучения. Таким образом, этот вариант более экономичен по сравнению с другими WDM-системами.

Рисунок 3 - Схема CWDM структуры

Мультиплексоры CWDM объединяют и разделяют сигналы на несущих длинах волн благодаря использованию тонкопленочного фильтра на каждом канале передачи/приема. Фильтры соединяются последовательно, формируя целую цепочку устройств по числу организуемых каналов. В состав тонкопленочного фильтра входят четыре компонента: непосредственно оптический фильтр, фокусирующие С/G-линзы, корпус в виде пластикового бокса.

• DWDM – система с более плотным спектральным уплотнением, реализуемым за счет сокращения межканального интервала до 0,5 – 0,8 нм и применения лазеров с узким спектром излучения. Производители оборудования используют два диапазона длин волн: C – от 1530 до 1625 нм и L – от 1568 до 1610 нм. Применение С-диапазона позволяет применять эрбиевые (EDFA) и рамановские усилители, увеличивающие дальность работы по ВОЛС. DWDM-оборудование работает по одной из частотных сеток: 100 ГГц с межканальным расстоянием 0,8 нм и 48-ю мультиплексируемыми каналами, 50 ГГц с интервалом между каналами 0,4 нм, обеспечивающим мультиплексирование 96 каналов. Единственным недостатком этого решения является более высокая стоимость.

Рисунок 4 - Схема DWDM структуры

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: 

• С-линза – выполняет функцию фокусирования световых лучей из массива волноводов в оптическое волокно на передаче и из оптического волокна в массив волноводов на приеме;
• массив волноводов – кристалл с отдельными дорожками, соответствующими длинам волн;
• фокусирующая пластина – предназназначена для стыковки волноводных дорожек и оптических волокон в соответствии с длинами волн.

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.

Рисунок 5 - Мультиплексирование и демультиплексирование длин волн

Почему стоит выбрать нас?

АО «Компонент» предлагает качественные и надежные CWDM мультиплексоры/демультиплексоры и DWDM мультиплексоры/демультиплексоры. Мы также изготавливаем готовые решения в корпусах 19":

Рисунок 6 - Оптический мультиплексор/демультиплексор в корпусе 19" производства АО «Компонент»

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.