Для каких целей на жд транспорте используются цифровые коммутаторы мультиплексоры демультиплексоры

Обновлено: 06.07.2024

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:

Активные, которые мультиплексируют или демультиплексируют потоки данных в зависимости от управляющих сигналов, к такому типу мультиплексоров можно отнести мультиплексирующие оборудование PDH/SDH сетей и TDM сумматоры, а также ROADM;
Пассивные, которые работают с физическими сигналами, подаваемыми на них, к этому типу относятся все WDM мультиплексоры и демультиплексоры, о них и поговорим далее.

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

Coarse Wavelength Division Multiplexing (CWDM) – грубое спектральное уплотнение. Данный вид уплотнения был стандартизирован Международным Союзом Электро Cвязи в 2002 году рекомендацией ITU-T G.694.2.В системах уплотнения CWDM для организации каналов связи используется 18 длин волн, в диапазоне 1270-1610 нм, что позволяет передавать 9 дуплексных каналов по одному волокну. Данная технология получила большое распространение в городских сетях (MAN) с канальной скоростью передачи 1,25 Гбит/с (GigabitEthernet) в связи со своей простотой и недорогими компонентами необходимыми для построения системы передачи данных. Основным минусом этого типа спектрального уплотнения является невозможность усиления передаваемых оптических сигналов, из чего следует, что протяженность или разветвленность системы уплотнения зависит от оптического бюджета приемо-передатчиков (трансиверов).
Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM) – плотное спектральное уплотнение. В данном типе спектрального уплотнения для передачи используется диапазон длин волн 1530-1625 нм (C-band), реже используется L-band (1568 – 1610 нм). Выбор С-диапазона связан с тем что он приходится на третье окно прозрачности кварцевого волокна, и как следствие обладает наименьшим затуханием дБ/км – примерно 0,25дБ/км, а также волны из этого диапазона можно усиливать при помощи эрбиевых (EDFA) и рамановских усилителей. В настоящее время существует две частотные сетки DWDM описанные в рекомендации МСЭ-С G.694:
- Частотная сетка 100 ГГц, в которой несущие волны отстоят друг от друга на 0,8нм, то есть в диапазоне 1530-1625 нм доступно 48 длин волн, что позволяет организовать до 24 дуплексных каналов по одному волокну.
- Частотной сетки 50ГГц, в которой несущие волны отстоят друг от друга на расстояние 0,4нм, в рамках, которой доступно 96 длин волн для организации каналов передачи – 48 штук при использовании одного оптического волокна.

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

На основетонкопленочных фильтров – TFF (Thin Film Filter);
На основе массива волноводов – AWG (Arrayed Waveguide Grating).

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 — стеклянная площадка с напыленными на нее отражающими слоями;
Фокусирующая С-линза — специальная линза с вклеенным в нее оптическим выводом, фокусирует свет, который проходит по ОВ на фильтр или приходит из фильтра в ОВ;
Фокусирующая G-линза — специальная линза с вклеенными в нее двумя ОВ. Принцип действия у нее точно такой же, как и у С-линзы за исключением того, что она фокусирует свет на два ОВ;
Стеклянная трубка, служит в качестве корпуса для всей конструкции.

Оптический фильтр имеет три порта:

COM — сокращенно от Common, входной или линейный оптический порт, через него свет проходит на порты PASS и REFL;
PASS — порт ввода/вывода, через него проходит свет с заданной длинной волны;
REFL — транзитный порт или порт отражения, в этот порт поступает весь отраженной от фильтра свет.

Принцип действия оптического фильтра достаточно прост:

Свет на длине волны, которая задана фильтру для пропускания, поступает на порт «СОМ», далее он проходит тонкопленочный фильтр и выходит из порта «PASS».
Свет на длине волны, которая задана фильтру для пропускания, поступает на порт «PASS», далее он проходит тонкопленочный фильтр и выходит из порта «СОМ».
Свет на длине волны, которая задана фильтру для отражения, поступает на порт «COM», далее он отражается от тонкопленочного фильтра и выходит из порта «REFL».
Свет на длине волны, которая задана фильтру для отражения, поступает на порт «REFL», далее он отражается от тонкопленочного фильтра и выходит из порта «COM».

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 λ_н±6,5 нм, где λ_н – 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:

Фокусирующая С-линза — специальная линза с вклеенным в нее оптическим выводом, которая фокусирует проходящий по ОВ свет на массив волноводов или фокусирует свет, приходящий из массива волноводов в ОВ;
Массив волноводов — кристалл, состоящий из множества отдельных дорожек, каждая из которых соответствует своей длине волны;
Выходная фокусирующая пластина — специальная структура, состоящая во многом из ленточного волокна, которая прецизионно вклеена в массив волноводов таким образом, чтобы отдельное ОВ стыковалось со своей дорожкой.

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:

непосредственно мультиплексор;
трансивер/трансиверы в качестве источника излучения;
измеритель оптической мощности, работающий в диапазоне 1310-1610 нм.

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.

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:

временного характера;
пространственного типа;
кодовым;

Как правило, если каналы являются проводными, то в применении актуальны первые два метода, а для беспроводных каналов применяются все четыре варианта. Обычно, если речь идет о мультиплексоре, то подразумевается проводное устройство.

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

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:

Терминальные. Их размещают на концах связных линий.
Ввода и вывода. Такие устройства встраивают в разрыв связных линий, чтобы из сплошного потока выводить определенные сигналы. При их помощи можно обойтись без дорогостоящих мультиплексоров терминального типа.

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.

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.

Особым отличием данного типа устройства от мультиплексоров считается то, что есть возможность обледенить определенное количество входов в один, не применяя при этом дополнительных схем. Но для того, чтобы увеличить нагрузку микросхемы, на выходе устройства для увеличения входного канала рекомендуется установить специальный инвертор.

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?

Какие камеры используются – черно-белые, цветные?
Общее количество камер, которое возможно подключить к устройству.
Тип мультиплексора.
Разрешение устройства.
Наличие детектора, определяющего движение.
Можно ли подключить второй экран монитора?

При выборе мультиплексора или демультиплексора необходимо учитывать все нюансы и технические характеристики устройства.

Что такое мультиплексор?

Схематически мультиплексор можно изобразить в виде коммутатора, обеспечивающего подключение одного из нескольких входов (их называют информационными) к одному выходу устройства. Кроме информационных входов в мультиплексоре имеются адресные входы и, как правило, разрешающие (стробирующие).

Сигналы на адресных входах определяют, какой конкретно информационный канал подключен к выходу. Если между числом информационных входов n и числом адресных входов m действует соотношение n = 2 m , то такой мультиплексор называют полным. Если n< 2 m , то мультиплексор называют неполным.

Разрешающие входы используют для расширения функциональных возможностей мультиплексора. Они используются для наращивания разрядности мультиплексора, синхронизации его работы с работой других узлов. Сигналы на разрешающих входах могут разрешать, а могут и запрещать подключение определенного входа к выходу, т. е. могут блокировать действие всего устройства.

Функционирование двухвходового мультиплексора

Рассмотрим функционирование двухвходового мультиплексора (2 →1), который условно изображен в виде коммутатора, а состояние его входов Х₁Х₂ и выхода Y приведено в таблице (рис. 3.41).

Исходя из таблицы, можно записать следующее уравнение:

На рис. 3.42 показаны реализация такого устройства и его условное графическое обозначение.

Основой данной схемы являются две схемы совпадения на элементах И, которые при логическом уровне «1» на одном из своих входов повторяют на выходе то, что есть на другом входе.

Если необходимо расширить число входов, то используют каскадное включение мультиплексоров. В качестве примера рассмотрим мультиплексор с четырьмя входами (4 → 1), построенный на основе мультиплексоров (2 → 1).

Схема и таблица состояний такого мультиплексора приведены на рис.3.43.

Мультиплексоры являются универсальными логическими устройствами, на основе которых создают различные комбинационные и последовательностные схемы. Мультиплексоры могут использоваться в делителях частоты, триггерных устройствах, сдвигающих устройствах и др.

Мультиплексоры часто используют для преобразования параллельного двоичного кода в последовательный. Для такого преобразования достаточно подать на информационные входы мультиплексора параллельный двоичный код, а сигналы на адресные входы подавать в такой последовательности, чтобы к выходу поочередно подключались входы, начиная с первого и кончая последним.

Мультиплексор как устройство сдвига

Рассмотрим пример использования мультиплексоров для реализации так называемого комбинационного устройства сдвига, обеспечивающего сдвиг двоичного, числа по разрядам. Принцип функционирования данного устройства понятен из схемы устройства и таблицы состояний его входов и выходов (рис. 3.44).

В обозначении мультиплексоров используют две русские буквы КП, например, промышленностью выпускаются такие мультиплексоры, как К155КП1, К531КШ8, К561КПЗ, К555КП17 и др.

Начальник службы РЗиА Новгородских электрических сетей

Демультиплексором называют устройство, в котором сигналы с одного информационного входа, поступают в желаемой последовательности по нескольким выходам в зависимости от кода на адресных шинах. Таким образом, демультиплексор в функциональном отношении противоположен мультиплексору. Демультиплексоры обозначают через DMX или DMS.

Если соотношение между числом выходов n и числом адресных входов m определяется равенством n= 2 m , то такой демультиплексор называется полным, при n< 2 m демультиплексор является неполным.

Функционирование демультиплексора с двумя выходами

Рассмотрим функционирование демультиплексора с двумя выходами, который условно изображен в виде коммутатора, а состояние его входов и выходов приведено в таблице (рис. 3.45).

Из этой таблицы следует: Y₁=X·А Y₂ = X·А т. е. реализовать такое устройство можно так, как показано на рис. 3.46.

Для наращивания числа выходов демультиплексора используют каскадное включение демультиплексоров. В качестве примера (рис. 3.47) рассмотрим построение демультиплексоров с 16 выходами (1 → 16) на основе демультиплексоров с 4 выходами (1 → 4).

При наличии на адресных шинах А₀ и А₁ нулей информационный вход X подключен к верхнему выходу DМХ₀ и в зависимости от состояния адресных шин А₂ и А₃ он может быть подключен к одному из выходов DMX₁. Так, при А₂ = А₃ = 0 вход X подключен к Y₀. При А₀ = 1 и А₁ = 0 вход X подключен к DMX₂, в зависимости от состояния А₂ и А₃ вход соединяется с одним из выходов Y₄ − Y₇ и т.д.

Функции демультиплексоров

Функции демультиплексоров сходны с функциями дешифраторов. Дешифратор можно рассматривать как демультиплексор, у которого информационный вход поддерживает напряжение выходов в активном состоянии, а адресные входы выполняют роль входов дешифратора.

Поэтому в обозначении как дешифраторов, так и демультиплексоров используются одинаковые буквы — ИД. Выпускают дешифраторы (демультиплексоры) К155ИДЗ, К531ИД7 и др.

При использовании КМОП-технологии можно построить двунаправленные ключи, которые обладают возможностью пропускать ток в обоих направлениях и передавать не только цифровые, но и аналоговые сигналы. Благодаря этому можно строить мультиплексоры-демультиплек-соры, которые могут использоваться либо как мультиплексоры, либо как демультиплексоры.

Мультиплексоры-демультиплексоры обозначаются через MX. Среди выпускаемых мультиплексоров-демультиплексоров можно выделить такие, как К564КП1, К590КП1. Мультиплексоры-демультиплексоры входят в состав серий К176, К561, К591, К1564.

Что такое оптические мультиплексоры (MUX) и демультиплексоры (DEMUX)?

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

Рисунок 3 - Схема CWDM структуры

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.

Рассмотрим мультиплексор [math]2[/math] -to- [math]1[/math] (это значит, что есть всего два входа [math]x_0[/math] и [math]x_1[/math] , значения которых могут подаваться на вход [math]z[/math] ). Переберём всевозможные варианты значений на входах. Если на [math]s[/math] подавать [math]0[/math] , то на выход [math]z[/math] будет подаваться то же значение, которое подаётся на вход [math]x_0[/math] , т.е. в данном случае значение на входе [math]x_1[/math] нас не интересует. Аналогично, если на вход [math]s[/math] подавать [math]1[/math] , то на выход [math]z[/math] будет подаваться то же значение, которое подаётся на вход [math]x_1[/math] .

[math]s[/math]	[math]x_0[/math]	[math]x_1[/math]	[math]z[/math]
[math]\textbf[/math]	[math]\textbf[/math]	[math]?[/math]	[math]\textbf[/math]
[math]\textbf[/math]	[math]\textbf[/math]	[math]?[/math]	[math]\textbf[/math]
[math]\textbf[/math]	[math]?[/math]	[math]\textbf[/math]	[math]\textbf[/math]
[math]\textbf[/math]	[math]?[/math]	[math]\textbf[/math]	[math]\textbf[/math]

Рассмотрим мультиплексор [math]4[/math] -to- [math]1[/math] (это значит, что есть четыре входа [math]x_0[/math] , [math]x_1[/math] , [math]x_2[/math] и [math]x_3[/math] , значения которых могут подаваться на выход [math]z[/math] ). Также переберём всевозможные варианты значений на входах. Тут уже [math]2[/math] входа [math]s_0[/math] и [math]s_1[/math] , которые определяют, значение какого из входов [math]x_0[/math] , [math]x_1[/math] , [math]x_2[/math] или [math]x_3[/math] будет подаваться на выход [math]z[/math] . Если [math]s_0 = s_1 = 0[/math] , то на выход [math]z[/math] будет подаваться значение входа [math]x_0[/math] , если [math]s_0 = 1[/math] и [math]s_1 = 0[/math] — то значение [math]x_1[/math] , если [math]s_0 = 0[/math] и [math]s_1 = 1[/math] — то значение [math]x_2[/math] , в противном случае — значение [math]x_3[/math] .

[math]s_0[/math]	[math]s_1[/math]	[math]x_0[/math]	[math]x_1[/math]	[math]x_2[/math]	[math]x_3[/math]	[math]z[/math]
[math]\textbf[/math]	[math]\textbf[/math]	[math]\textbf[/math]	[math]?[/math]	[math]?[/math]	[math]?[/math]	[math]\textbf[/math]
[math]\textbf[/math]	[math]\textbf[/math]	[math]\textbf[/math]	[math]?[/math]	[math]?[/math]	[math]?[/math]	[math]\textbf[/math]
[math]\textbf[/math]	[math]\textbf[/math]	[math]?[/math]	[math]\textbf[/math]	[math]?[/math]	[math]?[/math]	[math]\textbf[/math]
[math]\textbf[/math]	[math]\textbf[/math]	[math]?[/math]	[math]\textbf[/math]	[math]?[/math]	[math]?[/math]	[math]\textbf[/math]
[math]\textbf[/math]	[math]\textbf[/math]	[math]?[/math]	[math]?[/math]	[math]\textbf[/math]	[math]?[/math]	[math]\textbf[/math]
[math]\textbf[/math]	[math]\textbf[/math]	[math]?[/math]	[math]?[/math]	[math]\textbf[/math]	[math]?[/math]	[math]\textbf[/math]
[math]\textbf[/math]	[math]\textbf[/math]	[math]?[/math]	[math]?[/math]	[math]?[/math]	[math]\textbf[/math]	[math]\textbf[/math]
[math]\textbf[/math]	[math]\textbf[/math]	[math]?[/math]	[math]?[/math]	[math]?[/math]	[math]\textbf[/math]	[math]\textbf[/math]

Заметим, что дешифратор имеет [math]n[/math] входов и [math]2^n[/math] выходов, причём на все выходы дешифратора подаётся [math]0[/math] кроме выхода [math]z_i[/math] , на который подаётся [math]1[/math] , где [math]i[/math] — число, которое кодируется его входами.

Тогда давайте построим дешифратор [math]n[/math] -to- [math]2^n[/math] (это значит, что у дешифратора имеется [math]n[/math] входов и [math]2^n[/math] выходов), на вход ему подадим значения входов [math]s_0[/math] , [math]s_1[/math] , [math]\ldots[/math] , [math]s_[/math] , а выходы этого дешифратора обозначим как [math]y_0[/math] , [math]y_1[/math] , [math]\ldots[/math] , [math]y_[/math] , а потом с помощью гейта [math]AND[/math] соединим выход [math]y_i[/math] дешифратора с входом [math]x_i[/math] мультиплексора, потом соединим все гейты с выходом [math]z[/math] с помощью гейта [math]OR[/math] , у которого [math]2^n[/math] входов и один выход. Давайте разберёмся, почему эта схема правильная: очевидно, что если входы [math]s_0[/math] , [math]s_1[/math] , [math]\ldots[/math] [math]s_[/math] кодируют вход [math]i[/math] , то это значит, что только [math]y_i[/math] выход дешифратора будет иметь [math]1[/math] , тогда как на остальных выходах будет [math]0[/math] , значит, что значения на входах [math]x_0[/math] , [math]x_1[/math] , [math]\ldots[/math] , [math]x_[/math] , [math]x_[/math] , [math]\ldots[/math] , [math]x_[/math] на ответ никак повлиять не могут. Теперь, если на входе [math]x_i[/math] было [math]0[/math] , то на выходе [math]z[/math] будет [math]0[/math] , если же на входе [math]x_i[/math] был [math]1[/math] , то на выходе [math]z[/math] будет [math]1[/math] .

Читайте также: