Wprowadzenie

Transkrypt

Wprowadzenie

Wprowadzenie do światłowodowych
systemów WDM
WDM Wavelength Division Multiplexing
CWDM Coarse Wavelength Division Multiplexing
DWDM Dense Wavelength Division Multiplexing
Współczesny światłowodowy system transmisyjny
(klasyczny)
Wzmacniacz
optyczny
Sprzęgacz
Kabel
światłowodowy
Detektor
Filtr
wyrównawczy
Linia
opóźniająca
Dekoder
Zasilacz i
sterownik
lasera
Multiplekser
Detektor
kontrolny
Separator linii
Modulator
Koder
Laser
pp
Sygnał synchronizacji
Sygnał
elektryczny
© Sergiusz Patela 1999-2004
Sygnał
optyczny
Systemy WDM
2
Standardowy cyfrowy światłowodowy
system transmisyjny - parametry
• Modulacja natężenia - detekcja bezpośrednia
• Źródła 1,31µm lub 1,55µm. FP-LD/DFB-LD, VCSEL
• Maksymalna szybkość 2,4GB/s (TDM)
• Odległość między regeneratorami 40km
• Wzmacniacze O/E (opto-elektroniczne)
Dla dużych szybkości (10GB/s lub więcej) koszt urządzeń
elektronicznych staje się bardzo wysoki.
Systemy WDM
3
Zwielokrotnianie czasowe - ograniczenia
Tłumienie [dB/km]
• Typowa magistrala dzisiaj: zwielokrotnianie czasowe na jednej
długości fali. W łączu docelowym częstotliwości węzłów (1Gb/s)
sumują się
1Gb/s
1
2
3
1Mb/s1Mb/s1Mb/s
1000
1Mb/s
25 THz
0,2 dB/km
1,5 Długość fali [µm]
1Tb/s
1
2
3
1Gb/s1Gb/s1Gb/s
Tłumienie [dB/km]
•Zwiększanie szybkości w poszczególnych kanałach wymaga
zastosowania łącza o bardzo wysokiej częstotliwości.
?
1000
1Gb/s
25 THz
0,2 dB/km
Systemy WDM
4
1Tb/s
1
2
3
1Gb/s1Gb/s1Gb/s
Tłumienie [dB/km]
WDM - rozwiązanie problemów zwielokrotniania
czasowego
?
1000
1Gb/s
25 THz
0,2 dB/km
Systemy WDM
5
Transmisja Światłowodowa - straty w
światłowodzie i dostępne długości fal
TŁUMIENIE WŁÓKNA ZE SZKŁA KWARCOWEGO
W FUNKCJI DLUGOŚCI FALI ŚWIATŁA
[dB/km]
25 THz
50
Tłumienie
II okno
I okno
10
5
III okno
30
3
1
0.5
0.3
0.1
Kanały WDM
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
[µm]
Długość fali
Systemy WDM
6
Współczesny system światłowodowy typu WDM
Optyczne zwielokrotnianie kanałów zwiększa pojemność łącza.
XMTR
λ1
O
λ2
M
XMTR
U
λ
XMTR n X
OA
OA
OA
O λ1
D λ2
M
U λ
n
X
Det
Det
Det
System wielofalowy WDM:
Zalety
•Przezroczysty dla różnych przepływności i rodzajów modulacji
• Jeden wzmacniacz na włóknie dla wielu kanałów
• Odległość między regeneratorami 80-140km
Wady
• Akumulacja zniekształceń i szumów (dyspersja)
Systemy WDM
7
Światłowodowe systemy przyszłości (WDM)
Zwielokrotnienie niezależnie
modulowanych kanałów
(2,4 do 10 Gb/s)
Add/Drop
multiplekser
λ1
λ2
λ3
λ4
Drop
λ2
O
M
U
X
Add
λ2
filtr
λ2, λ3, λ4, λ5 ... λn
wzmacniacz
EDFA
λn
Drop
λ1
Add
λ1
Add/Drop
multiplekser
Transmisja wielu niezależnie modulowanych i odczytywanych kanałów
Systemy WDM
8
Proste łącze WDM
Jeden kabel (dwa światłowody) pozwala połączyć cztery
komputery.
System WDM pozwolił dwukrotnie zwiększyć pojemność
łącza.
Systemy WDM
9
Długości fal dla DWDM
• Siatka ITU-T oparta na częstotliwości 193,10 THz
(linia emisyjna kryptonu, w próżni odpowiada długości fali
1552,52nm).
Obecne (komercyjne) systemy WDM i DWDM:
odstępy międzykanałowe
liczba kanałów
• 200GHz (1,6nm);
8 kanałów
• 100GHz (0,8nm);
16 kanałów
• 50GHz (0,4nm);
32 kanały
Systemy WDM
10
Wyciąg z projektu ETSI, propozycje
długości fal dla WDM (ITU-grid)
Częstotliwość (THz)
193,700
193,500
193,300
193,100
192,900
192,700
192,500
192,300
Długość fali (nm)
1547,72
1549,32
1550,92
1552,52
1554,13
1555,75
1557,36
1558,98
Częstotliwości pracy 8 kanałowego systemu WDM, łączność punkt-punkt
Systemy WDM
11
Zależność częstotliwości i długości fali optycznej
Ponieważ odstępy między kanałami są bardzo małe, wygodnie jest
charakteryzować falę poprzez jej częstotliwość, a nie długość fali szczególnie dla DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing)
c=f*λ
∆f = f2-f1 = c/λ2-c/λ1 = c * (λ1-λ2)/λ1*λ2
Ponieważ λ1 ≈ λ2 to λ1*λ2 ≈ λ2
∆f ≈ -c*∆λ/λ2
∆λ ≈ -∆f*λ2/c
Systemy WDM
12
Pomiary dla WDM
• Warstwa optyczna
- Długość fali /Poziom mocy w kanałach
- Stosunek sygnału do szumu
- Nieliniowe mieszanie fal
• Podzespoły
- Filtry (pasmo, selektywność, straty)
- Sprzęgacze, dzielniki mocy (straty, pasmo)
- EDFA (wzmocnienie, szumowy, moc wyjściowa)
- Światłowody (straty, PMD)
• Warstwa SDH
- Pomiar stopy błędu
- Jitter
Systemy WDM
13
Pomiary systemów WDM
Długość
fali, moc,
SNR
T
T
T
Liczba szumowa,
wzmocnienie,
moc wyjściowa
Selektywność,
pasmo, straty
λ1
λ1
λ2
λ2
λ3
λ3
BFP
R
BFP
R
BFP
R
BFP
R
PMD
T
λn
λn
Parametry
podzespołów
Systemy WDM
14
Wzmacniacz EDFA
Wejście
Sprzęgacz
optyczne
1480 lub
980 nm
dioda
pompy
Wyjście
Włókno
domieszk. Er3+
optyczne
25 dB
40 nm
Wzm.
1.55
Dł. fali [µm]
Systemy WDM
15
Parametry wzmacniaczy EDFA
• Szerokie pasmo - 40 nm (5000 GHz)
• Wysokie wzmocnienie - 30 do 40 dB
• Wysoka moc wyjściowa - do +20dBm (100 mW)
• Niskie szumy - 4 dB Liczba Szumowa (NF)
• Długość fali pompy - 980 lub 1480 nm
• Wada: Brak kompensacji efektów dyspersji
Systemy WDM
16
Zastosowania wzmacniaczy EDFA
• Przedwzmacniacz (pre-amplifier)
• Wzmacniacz typu booster (booster amplifier)
• Wzmacniacz pośredni (intermediary apmplifier)
• Wzmacniacze kaskadowe (cascaded amplifiers)
Systemy WDM
17
Zasada działania wzmacniacza EDFA
Dla osiągnięcia wzmocnienia konieczne jest wzbudzenie jonów erbu
do wyższego poziomu energetycznego (stan metastabilny), przez laser
pompujący.
Powracając (po ok. 10 ms) do poziomu podstawowego wzbudzone
jony powodują emisję spontaniczną lub emisję stymulowaną.
W trakcie emisji stymulowanej przy spotkaniu światła podlegającego
wzmocnieniu z pobudzonymi jonami erbu powstają dodatkowe fotony.
Te dodatkowe fotony nie różnią się od fotonów wejściowych -->
następuje wzmocnienie sygnału.
1480 nm
Stan metastabilny
1550 nm
Stan podstawowy
Systemy WDM
18
EDFA - teoria (zasada pracy laserów)
Emisja wymuszona
jeden foton
dwa foton
Energia
Poziomy energetyczne elektronów
stan wzbudzony
stan podstawowy
czas
Systemy WDM
19
Szumy wzmacniaczy EDFA
Część jonów erbu, która nie bierze udziału w emisji wymuszonej,
powracając na podstawowy poziom energetyczny powoduje emisję
spontaniczną. Są to szumy własne wzmacniacza, które podlegają dalszemu
wzmocnieniu. Rezultatem jest ASE - Amplified Spontaneous Emission.
Pwy
Sygnał wzmocniony
ASE
Długość fali
1520 nm
1580 nm
Rzeczywista wartość szumu ASE jest maskowana przez sygnał
Systemy WDM
20
Monitorowanie włókna na żywo - 1.625 µm
Filter 1
TX
1.55 µm
1.55 µm
WDM coupler
Filter 3
1.55/1.625 µm
1.55 µm
1.625 µm
RX
1.55 µm
Filter 2
1.625 µm
OTDR
Systemy WDM
21
Dyspersja polaryzacyjna (PMD)
Dyspersja polaryzacyjna jest to różnica czasu propagacji fali w światłowodzie
zależna od jej polaryzacji.
W szybkich sieciach światłowodowych (np. w systemach DWDM) dyspersja
polaryzacyjna ogranicza maksymalną szybkość transmisji.
PMD powinna być mniejsza niż 1/10 UI (np. dla STM-16 oznacza to 40 ps)
Systemy WDM
22
Wpływ nieliniowości optycznych włókna na
działanie sieci światłowodowych
Nieliniowości optyczne włókna mogą być źródłem:
• zwiększonego tłumienia sygnału w kanale
• zniekształceń
• przesłuchów w kanałach WDM
W sieciach WDM nieliniowości nakładają ograniczenia na:
• odległości międzykanałowe (λ)
• moc świata prowadzoną w kanale
• szybkość transmisji
Systemy WDM
23
Nieliniowe zjawiska optyczne we włóknach
światłowodowych (1)
• Nieliniowe zmiany współczynnika załamania wywołujące modulację
fazy:
współczynnik załamania szkła światłowodu zależy od natężenia
światła;
2
Φ NL = n2k0 L E
SPM: automodulacja fazy (self phase modulation) - wywołane przez
zmiany mocy w impulsie.
XPM - modulacja między kanałowa (cross-phase modulation) - modulacja
fazy wywołana zmianą natężenia światła w sąsiednim kanale
Systemy WDM
24
Nieliniowe zjawiska optyczne we włóknach
światłowodowych (2)
• Wymuszone rozpraszanie Ramana (SRS):
W wyniku oddziaływania światła z cząsteczką pojawia się fala rozproszona o
częstotliwości zmienionej o częstotliwość jej drgań własnych;
• Wymuszone rozpraszanie Brillouina (SBS):
Rozpraszanie na falach akustycznych;
• Mieszanie czterech fal (FWM):
Kanały o częstotliwościach f1 i f2 mogą być źródłem sygnałów 2f1-f2 i 2f2 f1;
sygnały te mogą interferować z falami w innych kanałach.
• Podsumowanie:
Współczesna technologia umożliwia pracę WDM dla 100 kanałów odległych
o 10 GHz, po 0,1 mW/kanał przy λ=1550 nm.
Systemy WDM
25
Wpływ rozpraszania Ramana na jakość transmisji
w systemie DWDM
Optical power spectrum
Optical power spectrum
20
1
5
20
10
10
16
10
0
-10
0
-20
-10
1
-30
10
5
186
188
190
192
16
194
196
-20
186
18.0
1.E-00
17.6
1.E-06
17.2
16.8
ch. 1
16.4
ch. 16
16.0
192
194
196
ch. 16
ch. 1
1.E-12
1.E-18
1.E-24
1.E-30
1.E-36
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
Fiber Length [km]
190
Frequency [THz]
BER
OSNR [dB]
Frequency [THz]
188
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
— channel 1
— channel 16
Systemy WDM
Fiber Length [km]
26

Wprowadzenie

Transkrypt

Podobne dokumenty

Święty kapłan-męczennik Sergiusz (Zacharczuk)

Karta katalogowa sprzęgacze WDM

BEZPRZEWODOWY NADAJNIK+ODBIORNIK RADIOWY RS

Lokalne sieci optyczne

WIDEO-WIZJER DO DRZWI ORNO OR-WIZ

Czujnik ruchu PIR DSC LC-100-PI Specyfikacja techniczna

Sieci WDM