Технології WDM
а сьогодні оптичні комутатори існують двох типів: О/Е/О та фотонних О/О/О (тобто повністю оптичних), кожний з яких має свою сферу застосування. Комутатори О/Е/О типу є "інтелектуальними" порівняно з фотонними О/О/О комутаторами. Повністю оптичні фотонні комутатори О/О/О типу дають змогу перейти до повністю оптичних мереж. Повністю оптичні комутатори О/О/О типу здійснюють комутацію без перетворення оптичного сигналу в електричний. Прикладом такого типу комутаторів може бути комутатор із 3D MEMS (трьохмірною електромеханічною системою). Така система використовує механізми нахилу та керування MEMS дзеркальною матрицею у трьохмірному просторі для комутації потоків. Недоліком такого класу оптичних комутаторів є повільність переключення (порядку мілісекунд). Електрооптичні комутатори на відміну від повністю оптичних комутаторів окрім комутації потоків (крос-комутації) можуть виконувати: функцію 3R регенерації. комутацію за довжинами хвиль - л-комутація (за допомогою дисперсійних елементів). комутацію за кодовою комбінацією (на основі таких мережних концепцій як GMPLS (базується на відомій в технології АТМ та ІР класичній концепцій MPLS) - мітки вводяться для різноманітних оптичних компонентів: оптичних волокон; довжин хвиль (л-комутація) та групи довжин хвиль; оптичних вузлів комутації. 2.3.7. Хвильові розгалужувачіХвильові розгалужувачі у системах WDM використовують, коли потрібно розділити окремі інформаційні канали за заданою довжиною хвилі. Хвильові розгалужувачі є пасивними оптичними компонентами. Важливими їхніми параметрами є: Високе значення перехідного загасанняВнесені втрати2.3.8. Пристрої компенсації дисперсіїПристрої компенсації дисперсії (ПКД) - надають сигналу дисперсію, рівну за величиною та протилежну за знаком дисперсії, набутій ним в лінійному волокні, та відновлюють первинну форму імпульсів. У модуля компенсації дисперсії є недолік, котрий полягає у великих значеннях вносимих втрат. Компенсатори дисперсії є необов'язковими елементами WDM систем. Наприклад, можна використовувати послідовно з'єднані пари лінійних волокон з взаємно-оберненою дисперсією. Важливими параметрами ПКД є: Вносимі втратиРобоча смуга частотКоефіцієнт компенсації дисперсіїЗнак компенсуючої дисперсіїКомпенсатори дисперсії зазвичай використовується спільно з оптичним підсилювачем, що дає можливість виконати 1R регенерацію. 2.3.9. Оптичні підсилювачіОптичні підсилювачі забезпечують безпосереднє підсилення всіх оптичних каналів, що передані WDM мультиплексором, без їх перетворення у електричні сигнали та знову у оптичні. Оптичні підсилювачі використовують різні активні оптичні середовища та нелінійні ефекти і лазери накачування та підсилюють сигнал, котрий проходить через них. Вони не виконують 3R регенерацію, на відміну від регенераторів. На практиці в лінії між регенераторами може застосовуватись до 10 оптичних підсилювачів (на кількість оптичних підсилювачів впливає вносимий підсилювачем шум). Оптичні підсилювачі обов'язково використовується після WDM мультиплексора і перед WDM демультиплексором для компенсації енергетичних втрат. Параметри оптичних підсилювачів наступні: Коефіцієнт підсилення каналуРівномірність коефіцієнта підсиленняПоляризаційна залежність коефіцієнта підсиленняПрофіль підсиленняПідсилене спонтанне випромінюванняШум-факторТипи оптичних підсилювачів|
| Типи підсилювачів | Сфера застосування | | 1 | Підсилювач на волокні, що використовує розсіювання Мандельштама-Брілюена | Підсилення одного каналу (однієї довжини хвилі) | | 2 | Підсилювач на волокні, що використовує Раманівське розсіювання | Підсилення кількох каналів одночасно | | 3 | Параметричні оптичні підсилювачі | Підсилення кількох каналів одночасно | | 4 | Напівпровідникові лазерні підсилювачі | Підсилення великої кількості каналів в широкій області діапазону хвиль одночасно | | 5 | Підсилювачі на волокні з домішками | Підсилення великої кількості каналів в широкій області діапазону хвиль одночасно | | |
Підсилювач на волокні, що використовує розсіювання Мандельштама-Брілюена. Стимульоване розсіювання Мандельштама-Брілюена - нелінійне явище, за якого енергія оптичної хвилі (на частоті f1) переходить у енергію нової хвилі (на частоті f2) Якщо накачування відбувається на частоті f1, то такий підсилювач здатен підсилювати корисний сигнал на частоті f2. Явище розсіювання Мандельштама-Брілюена виникає за потужності накачування порядку 10 мВт. Рівень стимульованого розсіювання Мандельштама-Брілюена є вищим за більшої ширини лінії лазера накачування та за більшої ефективної площі волоконного світловоду. Це розсіювання не виникає за довжин волокна, менших від 10 км. Підсилювач на волокні, що використовує комбінаційне розсіювання Рамана. Такі підсилювачі використовують нелінійне явище, пов'язане із стимульованим Раманівським розсіюванням. Раманівським, розсіювання назване на честь індійського фізика С.В. Рамана, котрий відкрив цей ефект у 1928 р. Принцип дії підсилювача полягає в тому, що фотон з частотою f1 при розсіюванні на молекулі речовини переходить на частоту f2. Якщо на частоті f2 передавати корисний сигнал, а потужність накачування на частоті f1 зробити достатньо високою, то Раманівське розсіювання стає стимульованим, а фотони - когерентними і волокно стає розподіленим підсилювачем, з коефіцієнтом підсилення, пропорційним накачуванню. Таким чином, принцип дії Раманівських підсилювачів тотожній підсилювачам з розсіюванням Мандельштама-Брілюена, однак зсув між частотою корисного сигналу, що підсилюється, та частотою хвилі накачування є більшим. Діапазон підсилення також є більшим, що дозволяє підсилення одразу кількох каналів WDM системи. Явище розсіювання Рамана виникає при потужності накачування порядку 1 Вт. Рманівські оптичні підсилювачі поділяють на: Співнаправлені (в котрих енергія накачування здійснюється в напрямку розповсюдження корисного сигналу) Зворотньонаправлені (в котрих енергія накачування здійснюється в напрямку, протилежному напрямку розповсюдження корисного сигналу) Двонаправлені (в котрих енергія накачування здійснюється в обох напрямках) Параметричні оптичні підсилювачі Оптичні підсилювачі, що викокористовують ефект чотирихвильового змішування. Такі підсилювачі потребують великої потужності накачування (порядку ЗО ч 70 Вт), мають значний коефіцієнт підсилення (до 50 дБ), але їх реалізація потребує значної складності, що стримує їхнє практичне використання. Напівпровідникові оптичні підсилювачі Ніваппровідниковий оптичний підсилювач - підсилювач, активною речовиною якого є напівпровідниковий матеріал, а система накачування - електрична. Напівпровідникові оптичні підсилювачі використовують збуджену емісію, що виникає завдяки взаємодії фотонів випромінювання накачування з електронами в зоні провідності у збуджуваному рівні. Підсилювачі на волокні з домішками. Оптичні підсилювачі, що використовують як активний матеріал рідкоземельні елентієм (або лантаніди - елементи з 57 по 71 в періодичній таблиці Менделєєва). Як правило, це Неодим (Nd) та Празеодим (Рr) для підсилення у вікні 1300 нм, Ербій (Er) та застосований з ним Ітербій (Yb) для підсилення у вікні 1550 нм. З огляду на те, що у сучасних WDM системах використовуються С та L діапазони, найчастіше застосовують підсилювачі, виготовлені на волокні, легованому ербієм, EDFA. В залежності від застосування оптичні підсилювачі класифікують на: Попередній підсилювач (ПоП) (має низький рівень шуму, його вмикають перед оптичним приймачем для покращення його чутливості) Лінійний підсилювач (ЛП) (має низький рівень шуму, його вмикають на виході ділянки оптичного волокна для компенсування втрат, що вносяться волокном) Підсилювачі потужності (ПП) (використовують для підвищення потужності оптичного сигналу, встановлюють після оптичного передавача) При застосуванні оптичних підсилювачів важливо визначити число каскадів оптичних підсилювачів, необхідних для кожного оптичного каналу. Число каскадів оптичних підсилювачів, допустиме в оптичному каналі, обмежується сумарним шумом, котрий вносить кожний підсилювач. Кожний підсилювач дещо погіршує відношення сигнал шум (OSNR). З досягненням мінімального відношення OSNR (тобто значення OSNR, нижче котрого на боці приймача будуть з'являтись помилки), стає необхідним оптико-електрично-оптичний вузол регенерації (ОЕО). Окрім цього, у випадку використання оптичних підсилювачів потужності максимальна допустима потужність на канал не повинна перевищувати +10 дБм для каналу 10 Гбіт/с та +15 дБм для каналу 2,5 Гбіт/с та нижчої швидкості. Перевищення може викликати нелінійні ефекти в оптичному волокні. 2.3.10. Хвильові конверториХвильові конвертори призначені для перетворення однієї довжини хвилі в іншу. Так, якщо інформаційний сигнал у підмережі 1 було представлено каналом на довжині хвилі, котра вже задіяна в іншій підмережі - 2, то хвильовий конвертер може перетворити цей сигнал при переході з підмережі 1 в підмережу 2 на іншу вільну в підмережі 2 довжину хвилі, забезпечивши прозорий зв'язок між пристроями в різних підмережах. У хвильових конверторах використовується ефект чотирихвильового змішування. Важливими параметрами є: Внесені втратиПерехресні завадиВтрати на відбиття2.3.11 Оптичне волокноОптичне волокно - фізичне середовище передавання інформації. Оптичне волокно у вигляді циліндра круглого поперечного перерізу з прозорого для оптичного випромінення діелектричного матеріалу забезпечує розповсюдження світла вздовж волокна за рахунок відбивання світлового променя від неоднорідного середовища серцевина-оболонка. При цьому основна частина енергії оптичного випромінення зосереджується в серцевині. Для захисту від зовнішніх впливів та підвищення механічної міцності волокна його оболонку покривають захисним покриттям. Оптичні волокна в залежності від профілю показника заломлення в серцевині поділяють на східчасті, градієнтні та волокна зі складним профілем показника заломлення. Всі оптичні волокна поділяють на дві групи: Одномодові (SMF, Single-Mode Fiber) Багатомодові (ММF, Multi-Моdе Fiber) Одномодові оптичні волокна напрямляють одну моду в робочому диапазоні довжин хвиль. У волоконно-оптичних системах передачі з WDM використовують одномодові оптичні волокна, котрі є середовищем передавання (відповідно фізичним рівнем оптичної транспортної мережі): Волокно без зсунутої дисперсії, так зване стандартне волокно (SF, Standard Fiber) Волокно із зсунутою дисперсією (DSF, Dispersion-shifted Single-mode Fiber) Волокно із зсунутою довжиною хвилі зрізуВолокно з ненульовою та зсунутою дисперсією (NZDSF, Non-zero Dispersion-shifted Single-mode Fiber) Волокно з ненульовою дисперсією для широкосмугового оптичного переносу. Різні типи волокон є достатньо близькими за значенням величини загасання, але суттєво відрізняються за величиною хроматичної дисперсії. Основними параметри та характеристики оптичних волокон є: Погонне загасання у волокні в кабеліХроматична дисперсіяПоляризаційна дисперсія модиВтрати на макровигинахДіаметр поля модиДовжина хвилі зрізу одномодового волокна в кабеліДіаметр оболонкиНеконцентричність серцевиниНекруглість оболонкиСтійкість до розриву2.4 Реалізація WDM системПри проектуванні мереж WDM передбачають такі етапи: Визначення пропускної спроможності окремих оптичних каналівВибір типу волокна для оптичного кабелю ВОЛЗВибір типу оптичних підсилювачів та визначення довжини підсилювальних ділянокВизначення типу топології, архітектури та структури мережіПри проектуванні систем WDM потрібно мати на увазі, що придатність існуючого волокна може бути проблематичною, внаслідок менш досконалої технології, котра застосовувалась за його виготовлення та монтажу. При цьому потрібно надавати суттєву увагу таким параметрам: Втрати в лінійному тракті (втрати у волокні, втрати на з'єднаннях, втрати на вигинах пов'язані з процесом виготовлення волокна та його прокладанням) Хроматична дисперсія (виникає внаслідок різних групових швидкостей розповсюдження спектральних складових імпульсу, що призводить до викривлення форми імпульсу. Хроматична дисперсія впливає на граничну величину максимальної швидкості передавання, оскільки при більший швидкості між імпульсами корисного сигналу стає меншим інтервал і збільшується вірогідність появи помилок в прийомі сигналу внаслідок хроматичної дисперсії) Поляризаційна дисперсія моди (ПДМ) (виникає внаслідок різної швидкості розповсюдження по волокну різних поляризаційних складових напрямлюваної моди, що призводить до зміни форми імпульсу, збільшення його тривалості в часі). Перехресні завади у волокні (з'являються внаслідок нелінійних явищ у волокні, наприклад, чотирихвильового змішування, або внаслідок разбалансування та нестиковки елементів систем WDM. Нелінійні явища (збільшуються зі зростанням оптичної потужності у волокні, виникають внаслідок залежності показника заломлення волокна від оптичної потужності, та внаслідок розсіювання у волокні (Раманівське розсіювання та розсіювання Мандельштама-Брілюена)) Чутливість до відхилення від первісної довжини хвилі (як наслідок, явище інтерференції може призвести до збільшення відбиття на з'єднаннях). 2.5 Характеристики сучасних WDM системНа сучасному етапі випускаються WDM системи, здатні задовольнити сучасні потреби по збільшенню ефективності як міських (зонових) так і магістральних ВОСП. Характеристики деяких з таких систем WDM зведено в таблицю: Характеристики WDM систем|
Найманування та тип системи (DWDM або CWDM) | Компанія вироб. | Число каналів | Діапазон довжин хвиль | Відстань між сусідніми каналами | Лінійна швидкість передачі | | 1626 Light Manager | Alcatel | 96(192) | 1530ч1570 нм | 0,4 нм | 100Мбіт/с-2,5Гбіт/ с, 10 Гбіт/с | | 1696 Metro Span | Alcatel | 32 | 1530ч1560 нм | 0,8 нм | 100Мбіт/с-2.5 Гбіт/с, 10 Гбіт/с | | 1696 Metro Span Compact | Alcatel | 8 | 1530ч1560 нм | 0,8 нм | 100Мбіт/с-2,5 Гбіт/с, 10 Гбіт/с | | 1692 Metro Span Edge | Alcatel | 8 | 1470ч1610 нм | 20 нм | 100Мбіт/с-2,5Гбіт/с, 10Гбіт/с | | XDM (DWDM) | ЕСІ | 80 | 1529ч1561 нм 1570ч1603 нм | 100 ГГц (0,8 нм) | 2,5 Гбіт/с 10Гбіт/с | | XDM (CWDM) | ЕСІ | 16 | 1291ч1611нм | 2500 ГГц (20 нм) | 2,5 Гбіт/с | | Common Photonic Layer (СРІ) | Nortel networks | DWDM-36 DWDM-72 | С - діапазон | 100 ГГц 50 ГГц | 10 Гбіт/с | | OPTera Metro 5200 OPTera Metro 5100 | Nortel networks | DWDM-32 СWDM-8 | 1528,77ч1605,73 нм 1470ч1610 нм | 200 ГГц 20нм | 10 Гбіт/с 2,5 Гбіт/с | | SURPASS 7500 | Siemens | До 160 | 1520ч1610 нм | 100 ГГц і 50 ГГц | 160x10 Гбіт/с | | SURPASS 7540 | Siemens | До 160 | 1528,77ч1607,47 нм | 50 ГГц | 12,5 Гбіт/с | | SURPASS 7540С | Siemens | До 80 | 1537,39ч1563.86 нм | 50 ГГц | 2,5 Гбіт/с | | FSP 3000 Metro DWDM | Siemens | 64/32 | 1530,33ч1602,31 нм | 200 ГГц | 10 Гбіт/с | | SURPASS 7550, DWDM-система | Siemens | 160 x 10Гбіт/с 80 x 40Гбіт/с | 1528,77ч1607,47 нм | 100 ГГц і 50 ГГц | 160 х 10Гбіт/с 80 х 40 Гбіт/с | | Tellabs 7200 Optical Transport System DWDM система | Tellabs | 32 16 | 1535,82ч1560,61 нм 1536,61ч1560,61 нм | 100 ГГц 200 ГГц | 32 (16) каналів х 10 Гбіт/с | | Metropolies VSM DWDM-система CWDM-система | Lncent Technologies | 40 20 8 (CWDM) | 1530,33ч1561,42 нм 1470ч1610нм (CWDM) | 100 ГГц 200 ГГц | 40 (20) каналів х (2,5 Гбіт/с) 10 Гбіт/с 8 каналів х 2,5 Гбіт/с (СМйМ) | | Система "ПУСК" DWDM-система | НТО-ИРЭ-Плюс | 8 x 10Гбіт/с (до 160 довжин хвиль) | 1530ч1605 нм | 200 ГГц (до 50 ГГц) | 8 каналів х 10Гбіт/с (до 160 каналів х 10Гбіт/с) | | Система "ПУСК-М" DWDM-система | НТО-ИРЭ-Плюс | 12 довжин хвиль 10 Гбіт/с | 1548ч1562 нм | 100 ГГц | 12 каналів х 10 Гбіт/с | | |
Опис обладнання. Для забезпечення DWDM зв'язку можна використати обладнання Alcatel 1626 Light Manager яке пропонує компанія Alcatel. Alcatel 1626 Light Manager (LM) - 192-канальна DWDM система для великих магістральних транспортних мереж. Устаткування відноситься до нового покоління DWDM платформ для магістральних додатків, без проміжних підсилювачів. Устаткування 1626 LM - це крок до створення сучасної керованої повністю оптичної мережі (OTN G.709). Така мережа пропонує економічно ефективні рішення при передачі цифрових потоків 2.5 Гбіт/с. і 10 Гбіт/с., при гнучкому доступі до мережевих ресурсів і гарантованій якості надання послуг, у тому числі і по передачі пакетизованих даних. Основні характеристики: Оптичний діапазон: С, L Частотне рознесення каналів: 50 ГГц, 25 ГГц Модуляція сигналу: NRZ або RZ Енергоспоживання: 35 Ватів на 10 Гбит/с Можливість плавного розширення конфігурації системи Можливість використовування для модернізації раніше встановленого на мережі кінцевого обладнання Alcatel Сумісність лінійних трактів термінальних закінчень з іншим обладнанням Alcatel Широкий спектр інтерфейсів 2.5 Гбіт/с, 10 Гбіт/с, 1 GbE, в перспективі - 10 GbE & 40 Гбіт/с Конфігурації термінальних пристроїв, проміжних підсилювачів і перебудовуваних OADM з використанням кодів з виявленням і виправленням помилок Super FEC Повністю прозоре мультиплексування 8 каналів 1GbE в один оптичний канал 4 канали 2.5 Гбит/с в один оптичний канал Дистанційна конфігурація системи Перенастроювані лазери по всій смузі частот Інтегровані функції автоматичної настройки, включаючи функції Plug&Play для модулів, механізм автоматичного підстроювання системи, функції самодіагностики Організація оптичних каналів згідно рекомендації ITU-T G.709 Для організації зв'язку також може використовуватися інше обладнання різних фірм виробників: Alcatel 1696 Metro Span Alcatel 1686WM Nortel networks Common Photonic Layer (СРІ) Nortel networks OPTera Metro 5200 OPTera Metro 5100 Siemens SURPASS 7500 Siemens SURPASS 7540 Siemens SURPASS 7540С Siemens FSP 3000 Metro DWDM Lucent TechnologiesMetropolies VSM Tellabs 7200 Optical Transport System НТО-ИРЭ-Плюс, "ПУСК" НТО-ИРЭ-Плюс, "ПУСК - М" Оптоволоконний кабель повинен також володіти необхідною механічною міцністю та вологозахищеністю. Для прокладки в ґрунт використовують наступні типи кабеля: ДАС - кабель призначений для прокладки в грунтах всіх груп при прокладці у відкриту траншею, груп 1-3 при прокладці ножовим кабелеукладальником (окрім грунтів, схильних до деформацій мерзлоти); у непромерзаючих болотах і неглибоких несудоходних річках, в кабельній каналізації, блоках, по мостах і естакадах при особливо високих вимогах по механічній стійкості, в тунелях і колекторах при загрозі повного або часткового затоплення. Кабель може містити від 2-х до 288 волокон. ДАУ - кабель призначений для прокладки в ґрунтах всіх груп; у болотах, річкових переходах. Кабель може містити від 2-х до 288 волокон. ОА2 - Кабель призначений для прокладки в грунтах всіх груп при прокладці у відкриту траншею, груп 1-3 при прокладці ножовим кабелеукладальником (окрім грунтів, схильних до деформацій мерзлоти). Можлива прокладка через болота, судноплавні і несудоходні річки, водні перешкоди (озера, водосховища). Кабель може містити від 2-х до 24 волокон.
Страницы: 1, 2
|
|