Прибор
Центральная
волна
Полоса
усиления по
уровню
−3дБ
Выходной
уровень
мощности
Усиление при
входном сиг-
нале
−20 дБм
Фигура
шума
SOA1117S
SOA1117P
1550 нм
85 нм
9 дБм
20 дБ
9 дБ
BOA1007C
BOA1007H
1550 нм
85 нм
18 дБм
30 дБ
6 дБ
BOA1004S
BOA1004P
1550 нм
85 нм
15 дБм
27 дБ
7,5 дБ
SOA1013S
1500 нм
85 нм
14 дБм
13 дБ
8 дБ
В заключении гл. 6 приводится схема оптической системы передачи со спектральным мультиплексированием DWDM (рис. 6.39), на котором отмечены участки применения оптических усилителей. Также в табл. 6.4 приведены для сравнения основные усредненные характеристики оптических усилителей раз- личного типа.
Рис. 6.39. Применение оптических усилителей в системах DWDM
Табл. 6.4. Характеристики различных типов оптических усилителей
Характеристика
EDFA
RFA
SOA/BOA
Усиление, дБ
>40
>25
>30
Диапазон рабочих волн, нм
1530–1560 1280–1650 1280–1650
Полоса усиления по уровню −3дБ, нм
30–60
Зависит от накачки
40–90
Максимальный уровень мощно- сти по выходу, дБм
22 0,75 × накачка
18
Чувствительность к поляризации нет нет да
Фигура шума, дБ
5–6 4–5 6–9
Постоянная времени, секунды
10
-2
10
-15
2 × 10
-9
250
Продолжение табл. 6.4
Характеристика
EDFA
RFA
SOA/BOA
Исполнение конструкции
Отдельный или встраива- емый блок
Встраиваемый блок
Компактное размещение в блоке
Возможность использования для коммутации нет нет да
Стоимостной фактор средний высокий низкий
Мощность/ток накачки
25,0 дБм
>30 дБм
<400 мА
Контрольные вопросы
1. С какой целью в когерентных системах применяются оптические усили- тели (ОУ)?
2. Какие виды ОУ применяются в когерентных системах?
3. Чем отличаются виды ОУ?
4. Какие принципиальные преимущества рамановских ОУ перед другими видами усилителей для использования в составе когерентных систем?
5. Почему ограничивается величина усиления ОУ?
6. Почему ОА с редкоземельными материалами получили широкое приме- нение?
7. Чем обусловлен выбор редкоземельного материала Er для ОУ?
8. С какой целью применяется накачка волокна с редкоземельным матери- алом?
9. Какие волны накачки используют в EDFA?
10. Какова природа шума оптического усилителя EDFA?
11. Чем отличаются характеристики EDFA на волнах накачки 980 нм и
1480 нм?
12. Чем определяется коэффициент шума усилителя EDFA?
13. От чего зависит коэффициент усиления EDFA?
14. Что называют насыщением усилителя EDFA?
15. Какие частотные свойства имеет усилитель EDFA?
16. Как выравнивается АЧХ EDFA?
17. Что такое прямая и встречная накачка EDFA?
18. Какие компоненты входят в схему ОУ EDFA?
19. Какие уровни мощности оптического сигнала можно подавать на вход
EDFA?
20. Какие мощности неискаженных оптических сигналов можно получить на выходе EDFA?
21. В чем смысл рамановкого усиления оптических сигналов?
22. В каких материалах происходит рамановское усиление?
23. Чем определяется коэффициент усиления Рамана?
24. Чем определяется коэффициент шума рамановского усилителя?
25. Чем достигается расширение полосы частот усиления FRA?
26. Какие виды накачки FRA используются?
251 27. В чем преимущества рамановского усиления?
28. Что входит в состав полупроводникового оптического усилителя
(ППОУ)?
29. Как происходит увеличение мощности оптического сигнала в ППОУ?
30. Чем определяется величина усиления ППОУ?
31. Какой коэффициент шума может иметь ППОУ?
32. Какой может быть полоса усиления ППОУ?
33. Чем отличаются ППОУ типа SOA и BOA?
34. Где в составе когерентных систем применяются EDFA, FRA (DRA),
EDRA SOA/BOA?
35. От чего зависит число каскадно-включаемых оптических усилителей в системе передачи?
252 7. ОПТИЧЕСКИЕ ТРАНСИВЕРЫ, ТРАНСПОНДЕРЫ И МУКСПОНДЕРЫ
Оптические конверторы имеют ряд форматов реализации: трансиверы (от англ.
transmitter –передатчик и
receiver – приемник); транспондеры (от англ.
transmitter-responder – передатчик – ответчик); мукспондер (от англ.
muxponder –
транспондер, но с дополнительной функцией объединения и разделения).
Оптические трансиверы, как правило, представляют собой простые устрой- ства для соединения между собой по волоконно-оптическим линиям связи сете- вых устройств: абонентских терминалов; коммутаторов-маршрутизаторов; циф- ровых мультиплексоров различных технологий (PDH, SDH, Ethernet и др.).
Трансиверы преобразуют электрические сигналы аппаратуры в оптические сигна- лы волоконных линий связи на передаче и выполняют обратные
функции преоб- разования сигналов на приеме, т. е. оптические сигналы приема становятся элек- трическими сигналами для обработки в аппаратуре. Исполнение таких функций оптическими конверторами обусловило другое название этим изделиям – оптиче- ские интерфейсные модули или просто оптические интерфейсы, т. е. опреде- ленные международными стандартами (например, ITU-T или IEEE) границы взаимодействия. Трансиверы применяются на однопролетных и малопролетных линиях (не более 4) местных сетей связи.
Оптические транспондеры, в отличии от трансиверов, представляют более сложные технические реализации по передаче и приему оптических сигналов со сложными алгоритмами упаковки информационных потоков на передаче и распаковкой этих данных на приеме с анализом качества передачи на ошибки и их последующим устранением. Транспондеры предназначены для завершения протяженных оптических каналов с высокими скоростями передачи (обычно свыше 10 Гбит/с на расстояния 2–4 тыс. км). Транспондеры также являются предметом стандартизации оптических интерфейсов. Особенностями когерент- ных транспондеров (англ. –
coherent transponder) являюся следующие показате- ли: узкого спектра излучения передатчика, совпадающего со спектром излуче- ния оптического гетеродина на приемной стороне; минимальные фазовые сдви- ги между частотами передачи и гетеродина; многократное (до 10 раз) превыше- ние оптической мощности гетеродина мощности принимаемого оптического информационного сигнала на приеме.
Транспондеры с мультиплексированием, как правило, поддерживают ряд протокольных функций по объединению и разделению цифровых данных раз- личных технологий, например, технологий нулевого и первого уровней
OTN/OTH и технологии второго уровня 100GEthernet, или мультиплексирова- ния потоков 10GEternet в поток 40/100 GEthernet с последующей упаковкой в
OTU4 и т. д. Мукспондеры часто обозначают как многоскоростные (
multi-rate) и многопротокольные (
multiprotocol) сетевые устройства оптических каналов.
253
7.1. Оптические трансиверы SFP, SFP+, XFP, CFP Оптические
трансиверы имеют различное модульное построение, различ- ные скорости передачи цифровых данных, различные форматы линейного ко- дирования и модуляции, различные мощности передатчиков и чувствитель- ность приемников, одноволоконную и двухволоконные схемы организации пе- редачи, поддерживают различные сетки частот WDM (CWDM, DWDM) и раз- личные дистанции передачи в одномодовых и многомодовых волокнах. Тран- сиверы (SFP, XFP, CFP) применяются как самостоятельные устройства в составе различных мультиплексоров и коммутаторов, так и в виде клиентских интерфей- сов в составе транспондеров и мукспондеров.
SFP-трансиверы – это компактные оптические устройства, соответствую- щие промышленному стандарту модулей SFP (Small Form-factor Pluggable — компактный сменный форм-фактор). Модификации SFP-модулей обеспечивают передачу данных, как по
медной витой паре, так и по одномодовому или мно- гомодовому оптическому волокну по одному или двум волокнам. SFP-модули можно использовать для работы на стандартных длинах волн 850/1310/1550 нм и в сетях с системами спектрального уплотнения WDM, CWDM и
DWDM. Упрощенная электрическая схема SFP представлена на рис. 7.1.
Рис. 7.1. Электрическая схема модуля SFP
254
В качестве оптических передатчиков в модулях применяются светодиоды
(СИД), многомодовые полупроводниковые лазеры Фабри–Перо (ППЛ-FP), одно- модовые лазеры с распределенной обратной связью DFB, распределенная обратная связь или DBR и лазеры вертикального излучения VCSEL. Одномодовые лазеры могут перестраиваться по длине волны излучения и иметь управляемую мощность излучения, что необходимо при построении систем передачи CWDM и DWDM.
В качестве оптических приемников чаще всего используются простые фо- тодиоды конструкций p-i-n и лавинные фотодиоды ЛФД (APD) для протяжен- ных линий, совмещаемых с электрическими трансимпедансными усилителями
(TIA). Для обеспечения более эффективного функционирования оптических си- стем передачи в приемники модулей SFP могут помещать фотодетекторы с функциями селекции оптических волн и предварительным оптическим усиле- нием, что может быть необходимо для сверхпротяженных участков передачи с
DWDM (до 120 и 180 км).
Для поддержки функций мониторинга SFP применяется память EEPROM
(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory, электрически стираемое перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство, ПЗУ), в которой записываются идентификационные признаки модуля, и которые могут считы- ваться через схему поддержки. Это получило в документах название монито- ринга цифровой диагностики DDM (Digital Diagnostic Monitoring). При этом цифровая диагностика не обязательно ограничивается только идентификацией, она нацелена на контроль исправности передатчика и приемника. Также воз- можна реализация схем управления длиной волны и мощностью излучения. По
спецификации для мониторинга, на SFP и XFP модулях, установлен EEPROM объемом 128 байт. Первые 96 байт специфицированы, оставшиеся – отводятся производителю. В схеме поддержки используются программируемые модули
PECL (PHP Extension Community Library), которые согласуют передачу и прием линейных сигналов с кодированием и декодированием, представлением данных на передачу и восстановлением на приеме по стандартным алгоритмам процес- сора гипертекстов PHP (Hypertext Preprocessor). Конструктивное исполнение модуля SFP представлено на рис. 7.2.
Рис. 7.2. Конструкция модуля SFP без корпуса
255
Одноволоконные (WDM) SFP-модули используются для формирования опти- ческих сигналов в оптических линиях связи с технологией спектрального уплотнения WDM. WDM SFP применяются для двунаправленной передачи данных по одному оптическому волокну. Для образования дуплексного канала передачи данных в системе WDM модули SFP используются «попарно», при этом излучатели и приемники WDM SFP модулей имеют различное значение длины волны, например, 850/1310 нм или 1310/1550 нм.
В таких модулях используется оптическая сборка на метало-пластиковой ос- нове типа BOSA (Bidirectional Optical Sub. Assembly), которая сочетает в себе при- емник (PIN-TIA) и передатчик (Laser diod) (рис. 7.3). Она позволяет осуществлять передачу и прием данных через один оптический коннектор (pigtail
fiber). Разделение волн передачи и приема происходит в тонкопленочном опти- ческом фильтре (WDM-filter). В приемной части модулей используется инте- грированный InGaAs детектор с предусилителем или детектор высокой чув- ствительности APD.
WDM SFP-трансиверы поддерживают работу всех используемых на раз- личных скоростях передачи данных протоколов: STM-1/SDH/FE – на скорости до 155 Мбит/с; STM -4/SDH – на скорости до 622 Мбит/с; GbE/FC – на скорости до 1,25 Гбит/с; STM-16/SDH/GbE/FC – на скорости до 2,5 Гбит/с; GbE/FC – на скорости до 4,25 Гбит/с.
Рис. 7.3. Конструкция BOSA для применения в составе модуля SFP [97]
Для мониторинга в режиме реального времени (on-line мониторинга) исполь- зуется функция DDM. Функция DDM позволяет в режиме реального времени контролировать такие параметры, как: мощность входящего сигнала (RX), мощность исходящего сигнала (TX), температурные параметры работы модуля.
Изменения данных параметров позволяют судить об износе оптической систе- мы и состоянии трассы в целом.
256
Особенности: скорость передачи данных: до 4,25 Гбит/с; доступны тран-сиверы многоскоростные со скоростью передачи данных 155 Мбит/с 2.67 Гбит/с; дальность передачи: до 180 км; напряжение питания: 3.3 В с ло-гическим интерфейсом TTL; тип разъема: SC, LC; возможность «горячей заме-ны»; рабочая температура: Standard: 0°C + 70°C; Industrial −40°C + 85°C; соответствие стандарту MSA SFP Specification; функция DDM в соответ-ствии с SFF-8472. Двухволоконный модуль SFP используется для двунаправленной передачи данных по двум одномодовым или многомодовым оптическим волокнам.
Обычно в двухволоконных модулях SFP используются передатчики, работаю- щие на волнах длиной 850/1310/1550 нм с различной оптической мощностью.
Особенности: скорость передачи данных: до 4,25 Гбит/с; дальность пе-редачи: до 160 км; функция DDM в соответствии с SFF-8472. Оптические CWDM трансиверы предназначены для формирования сигна- лов на длинах волн CWDM диапазона (с 1270 нм по 1610 нм с шагом 20 нм).
Для образования дуплексных каналов передачи данных в системе CWDM тран- сиверы используются «попарно».
CWDM трансиверы производятся в различных форм-факторах: SFP, SFP+,
GBIC, X2, XFP. Линейка предлагаемых трансиверов позволяет реализовывать гибкие технические решения и обеспечить скорость передачи данных в CWDM системах от 155 Мбит/с до 10 Гбит/с.
CWDM Трансиверы поддерживают работу всех используемых на различ- ных скоростях передачи данных протоколов: STM-1/SDH/FE – на скорости до
155 Мбит/с; STM-4/SDH – на скорости до 622 Мбит/с; GbE/FC – на скорости до
1,25 Гбит/с; STM-16 SDH/GbE/FC – на скорости до 2,5 Гбит/с; GbE/FC – на скорости до 4,25 Гбит/с; 10 GbE/10 FC/STM-64 – на скорости 10 Гбит/с.
В зависимости от скорости передаваемого сигнала в передатчиках модулей устанавливаются лазеры различных типов: EML (Electroabsorptive Modulated
Laser) – электроабсорбционный модулированный лазер для внешней модуляции излучения; DFB (Distributed Feedback) – лазер с распределенной обратной свя- зью для прямой модуляции излучения.
Типовой DFB-лазер
имеет высокую температурную стабильность, что дает изменение генерируемой длины волны в пределах 2–3 нм в диапазоне темпера- тур 0–70°С.
В приемной части модулей используются приемники высокой чувстви- тельности APD либо обычные PIN.
Для мониторинга в режиме реального времени (on-line мониторинга) используется функция DDM. Пример конструкции модуля приведен на рис. 7.4.
257
Рис. 7.4. Конструкция модуля SFP-CWDM
Приемопередающий модуль SNR предназначен для организации высоко- скоростных дуплексных соединений. Он разработан для технологии Coarse
Wavelength Division Multiplexing (CWDM) и работает со скоростью 1.25 Гбит/с.
Область применения:CWDM системы;городские сети Gigabit Ethernet и Fibre
Channel.
Характеристики:рабочая волна 1590 нм; мощность передатчика (TX): 0... 5 дБм;
чувствительность приемника (RX): менее −32 дБм;напряжение 3,3 В питание;
соответствие спецификациям IEEE 802.3z/Gigabit Ethernet;позволяет органи- зовывать двустороннее соединение на скорости до 1.25 Гбит/с;APD приемник для передачи на расстояние до 120 км;DFB лазер, не требующий допол- нительного охлаждения;дуплексный LC коннектор;металлический экран, сла- бое побочное ЭМИ;рабочая температура 0... 70°C;модуль соответствует тре- бованиям IEC 60825-1 и IEC 60825-2; поддерживает функцию цифровой диа- гностики (DDM).
Оптические DWDM трансиверы предназначены для формирования сигналов на длинах волн C-диапазона из сетки DWDM (с 1528,77 нм по 1565,50 нм с шагом
0,8 нм). Для образования дуплексных каналов передачи данных в системе
DWDM трансиверы используются «попарно».
DWDM трансиверы производятся в различных форм-факторах (модулях):
SFP, SFP+, X2, XFP, XENPAK, что позволяет реализовывать гибкие технические решения и обеспечить скорость передачи от 155 Мбит/с до 10 Гбит/с.
DWDM трансиверы поддерживают работу всех используемых на различ- ных скоростях передачи данных протоколов: STM-1/SDH/FE – на скорости до
155 Мбит/с; STM -4/SDH – на скорости до 622 Мбит/с; GbE/FC – на скорости до
1,25 Гбит/с; STM-16/SDH/GbE/FC – на скорости до 2,5 Гбит/с; GbE/FC – на скорости до 4,25 Гбит/с; 10 GbE/10 FC/STM-64 – на скорости 10 Гбит/с.
В зависимости от скорости передаваемого сигнала в передатчиках модулей устанавливаются лазеры различных типов: EML – электроабсорбционный мо- дулированный лазер с внешней модуляцией излучения; DFB – лазер с распре- деленной обратной связью с прямой модуляцией излучения. Типичный DFB- лазер имеет высокую температурную стабильность, что дает изменение генери- руемой длины волны в пределах 2–3 нм в диапазоне температур 0°–70°С.
В приемной части модулей используются приемники высокой чувстви- тельности APD либо PIN. Для мониторинга в режиме реального времени
(on-line мониторинга) используется функция DDM.
258
Модули SFP+ также представляют собой оптические трансиверы как и
SFP, но с уменьшенными габаритами и повышенной скоростью передачи опти- ческих сигналов по волоконным линиям до 10 Гбит/с. Они также соответствуют промышленному стандарту
SFP и рассчитаны на рабочие волны
850/1310/1550 нм,
используемые на коротких, средних и протяженных дистан- циях. Кроме того, они могут применяться в сетях связи со спектральным муль- типлексированием WDM в вариантах CWDM и DWDM. Модули SFP+ выпус- каются с комплектами физических стыков для одномодовых и многомодовых волоконных световодов. При этом предусмотрены возможности одноволокон- ной и двухволоконной организации связи.
Особенность двухволоконных модулей стандарта SFP+ состоит в использо- вании отдельных миниатюрых оптичеких сборок, которые называют TOSA- передатчик (
transmitter optical sub-assembly) (рис. 7.5) и ROSA-приемник (
reciver optical sub-assembly) (рис. 7.6). Электрические схемы этих устройств приведены на рис. 7.7.
Рис. 7.5. Конструкция TOSA
Рис. 7.6. Конструкции ROSA c различными линзовыми устройствами для одноканального и 4-х канального вариантов
259
Рис. 7.7. Электрические схемы TOSA и ROSA
Одноволоконные WDM SFP 
Скачать 13.92 Mb.