Шпоры по мультиплексорам. шпоры Шарангович1. 1. История развития многоволновых восп и устройств волнового уплотнения wdm. Мировой
 Скачать 1.86 Mb.
|
|
1.История развития многоволновых ВОСП и устройств волнового уплотнения WDM. Мировой уровень развития оптической связи с использованием WDM. Первые волоконно-оптические системы SDH, позволяющие передавать гигабитные потопи по одномодовому оптическому волокну (ООВ), появились в начале 90-х годов прошлого века. Сейчас по оптическим сетям связи передаются уже терабитные фотонные цифровые потоки. Классификация систем волнового мультиплексирования Первое поколение - системы передачи, образующие два оптических тракта на длинах волн 1310 нм и 1550 нм. Системы первого поколения эксплуатируются и сейчас. Второе поколение -системы передачи, образующие 4, 8 и 16 оптических трактов в диапазоне длин волн 1530—1560 нм. Используются сейчас Третье поколение - системы передачи DWDM, образующие 32, 40, 64 и 80 оптических трактов в диапазоне длин волн 1530— 1560 нм. Первые образцы этих систем передачи были изготовлены в 1998 году. Четвертое поколение - системы передачи UWDM, образующие 128, 160, 192 и более оптических трактов с пропускной способностью 10 или 40 Гбит/с, т.е. обеспечивающие пропускную способность одного ООВ свыше 1 Тбит/с. Системы с пропускной способностью 1,6 Тбит/с работают в диапазоне длин волн от 1528,77 до 1612,65 нм. рост потребителей в перeдаче информации За последние десять лет многократно выросли потребности людей в обмене информацией. Во много раз увеличилась скорость сетей передачи данных и их географический охват. Оптическое волокно- среда передачи, которая может обеспечить передачу большого потока информации. Сначала применялось временное мультиплексирование TDM. Но рост сложности оборудования для модуляции и мультиплексирования при увеличении скоростей передачи данных ограничил применения TDM. Далее стало использоваться волновое мультиплексирование WDM WDM. Системы WDM основаны на способности оптического волокна одновременно передавать свет различных длин волн без взаимной интерференции. Каждая длина волны представляет отдельный оптический канал в волокне. Технология WDM позволяет передавать по одному волокну каналы с разницей длин волн между соседними каналами всего 1 нм- плотное волновое мультиплексированием DWDM. Также технологии WDM позволяет создавать сети, в которых передача сигналов осуществляется в обоих направлениях в одном и том же оптическом волокне. В технология DWDM применяются усилители на оптическом волокне, легированном эрбием EDFA. В этих устройствах за счет энергии лазера накачки происходит усиление всех поступающих на вход каналов, длины волн которых лежат в диапазоне 1530-1565 нм. В EDFA оптические сигналы усиливаются без преобразования в электрические и обратно, что дает возможность создавать сети передачи данных высокой протяженности при значительной экономии электронных компонентов или вообще без них. Технология WDM позволяет увеличить пропускную способность линии связи, не меняя существующее электронное оборудование. Новые каналы добавляются в линию связи на новых длинах волн. Каналы могут иметь различные протоколы и скорости передачи и, их не требуется синхронизировать между собой. Первые устройства WDM позволяли передавать по одному волокну от 4 до 16 каналов, со скоростью 2,5 Гбит/с. Сегодня производители оборудования DWDM разрабатывают системы емкостью в несколько десятков каналов. 2. Методы уплотнения информационных потоков - Метод временного уплотнения (TDM). Области использования, перспективы Суть: процесс передачи разбивается на ряд временных циклов, каждый из которых в свою очередь разбивается на N субциклов, где N — число уплотняемых потоков. Каждый субцикл подразделяется на временные интервалы, в течение которых передается часть информации одного из цифровых мультиплексируемых потоков. Несколько позиций для служебной связи. TDM-подразделяется на 2 вида: асинхронное или плезиохронное, (PDH) и синхронное временное мультиплексирование (SDH). Скорость передачи группового сигнала 40 Гбит/с (STM-256). Научные исследования в этой области продолжаются с целью дальнейшего увеличения скорости передачи 3. Методы уплотнения информационных потоков. Модовое уплотнение (MDM). Области использования, перспективы. В многомодовых оптических волокнах применяется модовое уплотнение. Суть: если на входной торец многомодового волокна под углом φ 1 < φ кр падает оптический луч, то, войдя через этот торец в волокно и распространяясь вдоль этого ОВ по строго определенной для него траектории, он выходит из выходного торца под таким же углом φ 1 . Это справедливо и для всех лучей, вводимых в ОВ каждый под своим углом φ кр Применяя модовые селекторы на входе и выходе волокна, можно осуществлять передачу независимых информационных потоков на соответствующих модах. Модовое уплотнение может работать только в случае отсутствия перемешивания или взаимного преобразования мод. Это условие может быть выполнено для таких многомодовых ОВ, в которых полностью исключается наличие локальных неоднородностей, в том числе изгибов. Обычно метод модового уплотнения применяется в некоторых системах автоматики, в которых информация передается на небольшие расстояния порядка десятков метров. 4. Методы уплотнения информационных потоков – Многоволновое уплотнение оптических несущих (WDM). Области использования, перспективы. Многоводного уплотнения оптических несущих – WDM. Суть: m информационных цифровых потоков, переносятся каждый на своей длине волны λнес и разносятся в пространстве, с помощью оптических мультиплексоров. Оптические параметры систем WDM регламентируются рек. G.692. Согласно рек. G.692 многоволновые системы передачи работают в 3-м окне прозрачности ОВ, ( диапазон длин волн 1530... 1565 нм). Для этого установлен стандарт длин волн, представляющий собой сетку оптических частот, в которой расписаны регламентированные значения оптических частот от 196,1 до 192,1 ТГц с интервалами 100 ГГц, и длины волн от 1528,77 до 1560,61 нм с интервалом 0,8 нм. Стандарт состоит из 41 длины волны. Но на практике используется 39 каналов так как два крайних не используются потому что находятся на склонах частотной характеристики оптических усилителей, применяемых в системах WDM. Сейчас уменьшают частотный интервал между спектральными каналами до 50 ГГц и даже до 25 ГГц, что приводит к более плотному расположению спектральных каналов- плотное волновое уплотнение DWDM. Оптические интерфейсы аппаратуры WDM и DWDM должны быть совместимыми с аппаратурой SDH - STM-16 и STM-64. Согласно рекомендациям МСЭ G.957 для систем SDH допустимые значения спектральных параметров на выходных оптических стыках (интерфейсах) имеют следующие значения: ширина спектральной линии ±0,5 нм (для STM-16), для STM-64 – 0,1 нм, а центральная оптическая длина волны может иметь любое значение в пределах диапазона 1530...1565 нм. Очевидно, что если на оптические входы мультиплексоров подать сигналы с выходов оптических передатчиков мультиплексируемых каналов SDH, то такая система работать не будет. Поэтому на входы оптического мультиплексора должны поступать оптические сигналы, параметры которых должны строго соответствовать стандартам, определенным рек. G.692. Такое соответствие достигается благодаря применению в аппаратуре DWDM специального устройства - транспондера. Это устройство имеет количество оптических входов и выходов, равное числу уплотняемых оптических сигналов. Но если на любой вход транспондера может быть подан оптический сигнал, параметры которого определены рек. G.957, то выходные его сигналы должны по параметрам соответствовать рек. G.692. 5. 5.Стандарты На международном уровне и стандарты устанавливаются организациями IEC и ITU. Международный телекоммуникационный союз ITU в основном занимается стандартами на применении технологии и оборудования. ITU- Т связан с волоконно- оптическими сетями. В нем разрабатываются стандарты на техническое обеспечение, организацию работы и установление тарифов на глобальные телекоммуникации. Стандарты ITU не являются обязательными, но поддерживаются, так как облегчают взаимодействие между сетями связи и позволяют провайдерам предоставлять услуги по всему миру. Частотный план ITU-T Оптические параметры систем WDM регламентируются рекомендациями G.692, в которых определены длины волн и оптические частоты для каждого канала. Согласно этим рекомендациям, многоволновые системы передачи работают в 3-м окне прозрачности ОВ( диапазон длин волн 1530…1565 нм). Для этого установлен стандарт длин волн, представляющий собой сетку оптических частот, в которой расписаны регламентированные значения оптических частот 196,1 ТГц до 192,1 ТГц с интервалами 100 ГГц и длины волн от 1528,77 до 1560,61 нм с интервалом 0,8 нм. В последнее время установилась четкая тенденция уменьшения частотного интервала между спектральными каналами до 50 и даже 25 ГГц, что приводит к более плотному расположению спектральных- плотное волновое уплотнение (DWDM) Грубое спектральное уплотнение (CWDM) характеризуется тем, что расстояние между соседними каналами равно 20 нм (в некоторых случаях 25 нм). Сравнительная характеристика технологий спектрального уплотнения: 6. Классификация эталонных точек оптических интерфейсов. На рисунке приведена конфигурация системы WDM в соответствии состандартом.S 1 …S n -эталонные точки на ОВ у выходных оптических разъемов передатчиков для канало 1…n. R M1 …R Mn -эталонные точки на ОВ перед входным оптическим разъемом блока оптического мультиплексирования или уселителя по мощности для каналов 1…n. MPI-S- эталонная точка на ОВ сразу за выходным оптическим разъемом блока OMUX или уселителя. S / - эталонная точка сразу за выходным оптическим разъемом линейного оптического уселителя. R / - эталонная точка перед входным оптическим разъемом линейного уселителя. MPI-R-эталонная точка на ОВ перед входным оптическим разъемом блока предварительного оптического усиления или оптического демультиплексирования. S D1... S Dn - эталонные точки у входных оптических разъемов блока предварительного оптического усиления или оптического демультиплексирования для каналов 1…n. R 1… R n -эталонные точки у входных оптических разъемов приемников для каналов 1…n.Когда для реализации оптического передатчика Т X , соответствующего G.692 используется комбинация передатчика Т X , соответствующего G.957 и следующего за ним оптического транспондера. То эталонные точки S 1 …S n располагаются сразу за выходными разъемами транспондера. 7.Общая структура и параметры оптических систем волнового уплотнения. Критерии обеспечения требуемых характеристик Оценка энергетического бюджета. Структура систем волнового уплотнения Самая простейшая система WDM уплотнения может быть представлена в виде параллельного соединения оптических каналов, отличающихся длиной световой волны и характеризующихся единым способом передачи. Оптические характеристики пассивных компонентов сети (вносимые потери, обратное отражение, поляризация) должны быть измерены как функции длины волны по всей ширине используемого спектра. Необходимо учитывать характеристики мультиплексоров и демультиплексоров (устройства которые объединяют отдельные оптические каналы в единую оптоволоконную сеть и затем разделяют их на принимающей стороне), дифракционных решеток, оптических фильтров и оптических усилителей. Характеристики отдельных компонентов при их объединении в систему могут оказать взаимное непредвиденное влияние, в результате услуги сети, соответствующие рекомендациям, могут быть гарантиро- ваны только в случае, когда вся система в целом будет удовлетворять нужным характеристикам. Международный стандарт определяет сейчас канальные интервалы, кратные 100 ГГц (около 0.8 нм). Он определяет допустимый предел для всего оборудования системы передачи. Смещение и спектр излучения лазеров, могут плохо влиять на уровень принимаемого сигнала. Поэтому стабильность источника и чистота спектра излучения лазеров имеют огромное значение. Полосы пропускания каналов должны точно соответствовать выбранным длинам волн, чтобы не создавать перекрестные помехи. должно быть исключено влияние соседних каналов и боковых лепестков. Оптические усилители (EDFA) обеспечивают экономичную эксплуатацию сетей с WDM уплотнением за счет усиления всех каналов. Для функционирования сетей с WDM уплотнением важными являются характеристики самого оптического волокна: хроматическая дисперсия, поляризационно модовая дисперсии. Переход от систем с одной длиной волны к системе с несколькими длинами волн приводит к появлению проблем измерений 1. обеспечения очень широкого динамического диапазона измеритель- ных приборов из-за наличия перекрестных помех между каналами; 2.увеличения точности контроля старения лазера, потому что точность менее 0.01 нм при разрешающей способности 0.001 нм, для измерения длины волны лазеров WDM систем недостаточна; 3.мониторинга длины волны, мощности канала и отношения сиг- нал/шум для управления сетью, так как в WDM системах простое измерение мощности недостаточно, а необходимы спектральные измерения каждого канала. Оптимальные соотношения между различными параметрами воло- конно-оптической WDM системы. Энергетический потенциал Э для − магистральных линий 40 дБ; − зоновой 36 дБ; − городской 32 дБ; Оптический бюджет мощности Рассчитывается исходя из минимально возможного уровня передачи (Tx Power) и минимальной чувствительности приемника (Rx Power) Затухание/потери на линии (dB), большие чем оптический бюджет (dB) – причина ошибок передачи При проектировании необходимо закладывать запас, например если бюджет 15 dB, рассчитывать лучше на 12. Проектирование сетей всегда надо делать основываясь на бюджете мощности, а не на расстояниях 8.Общие принципы построения, описание и структура цифровых WDM систем. Общее описание и параметры DWDM, HDWDM систем. Определение запаса по мощности. Модель системы На рисунке представлена блок-схема однонаправленной WDM линии связи, которая включает передатчик, состоящий из набора лазеров DFB подключенных к мультиплексору. На выходе передатчика устанавливается усилитель оптической мощности и вдоль волокна — линейные оптические усилители. На приемной стороне сигнал с выхода оптического волокна может быть усилен оптическим предусилителем. Критериями качества передачи, являются запас мощности и коэффициент битовых ошибок (BER должен находиться в пределах от 10 9 до 10 15 , зависит от уровня шума). общее описание систем DWDM Сигналы разных длин волн, генерируемые одним или несколькими оптическими передатчиками, объединяются мультиплексором в составной оптический сигнал, который далее распространяется по оптическому волокну. При больших расстояниях передачи на линии связи устанавливается один или несколько оптических повторителей. Демультиплексор принимает составной сигнал, выделяет из него исходные каналы разных длин волн и направляет их на соответствующие фотоприемники. На каждой длине волны в системе DWDM может передаваться мультиплексированный сигнал систем TDM. высокоплотные WDM (HDWDM) — системы с разносом каналов 50 ГГц и менее, позволяющие мультиплексировать не менее 64 каналов. Определение запаса по мощности Для поддержания требуемой битовой скорости на приемник должен поступать мощный сигнал. Это может быть достигнуто увеличением мощности сигнала (в дБ) или уменьшением отношения сигнал/шум. В общем случае расчет запаса мощности для простого соединения приемника равен запасу для оптими- зированного приемника в двух наиболее важных случаях, когда: • доминирующим шумовым компонентом является термический шум приемника (в PIN приемниках). • имеет место усиление сигнала, при этом в системах с усилением доминирующим шумовым компонентом обычно является спонтанный гетеродинный или дробовой шум. Запас по мощности в обоих определяется по формуле Так же необходимо помнить о влиянии системных искажений, вызванных поляризацией. 9. Характеристики передающих компонент систем волнового уплотнения передачики Полоса пропускания системы DWDM распределяется между каналами с различными длинами волн. Все эти длины волн должны разместиться в рабочей области усилителя EDFA. Каждый канал необходимо контролировать. передатчики Системы DWDM с каналами с малым частотным интервалом можно использовать только при наличии лазера с узкой линией излучения для уменьшения искажения импульсов из-за дисперсии. Необходимо применять узкополосные фильтры на входе перед приемником для улучшения отношения сигнал/шум. Источник излучения должен работать в режиме одной продольной моды, чтобы минимизировать гетеродинный шум. Предельная мощность, длина волны максимума излучения и подверженность чирпированию источника излучения должны оставаться в допустимых пределах при долговременном его использовании. Лазерные источники должны быть защищены от обратных отражений. Основным требованием является долговременная и стабильная работа источника излучения. Передатчик должен оставаться в пределах полосы пропускания канала системы и не менять длину волны излучения со временем. Выходная мощность источника излучения не должна меняться со временем, а боковые моды необходимо подавлять не хуже чем на 40 дБ относительно пиковой мощности. Габаритные размеры передатчика должны соотноситься с размерами используемого оптического кабеля и иметь минимальные размеры, малую массу и быть сверхнадежным. Источник излучения должен выдавать оптический сигнал достаточной мощности, чтобы удовлетворить требованиям по относительному уровню ошибок BER, а модуляция его выходного сигнала должна осуществляться с требуемой скоростью. Преимущества лазерного диода перед светодиодом по мощности и полосе пропускания определяют выбор типа источника излучения в системах WDM. |