Bazele tehnologiei WDM WDM (Wavelength Division Multiplexing)
DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing). 2.1 Multiplexarea
prin divizarea lungimii de und n tehnologia WDM lipsesc multe
limitri i greuti tehnologice, ce snt caracteristice TDM. Pentru a
mri capacitatea de transmisiune, n loc de a mri viteza de
transmisiune ntr-un singur canal, cum este realizat n tehnologia
TDM, n tehnologia WDM se mresc numrul de canale care se utilizeaz n
sistema de transmisiune. Creterea capacitilor de transmitere se
efectueaz n tehnologia WDM fr schimbarea cablului, ce prevede
cheltuieli mari. Utilizarea tehnologiei WDM permite darea n arend
nu numai a cablului sau a fibrelor dar i a lungimilor de und. Pe
unul i acelai canal la diferite lungimi de und se poate de transmis
concomitent informaii diferite: televiziune prin cablu, telefonie,
INTERNET i altele. Ca rezultat o parte din fibre se pot utiliza ca
rezerv. Tehnologia WDM se utilizeaz n prezent n general pe linii de
comunicaii de distan mare, unde se cere o band mare de trecere. n
prezent sistemele cu intervalul de frecven ntre canale 100GHz
(0,8nm) i mai puin se numesc DWDM. Teoretic este posibil
transmiterea n orice diapazon a lungimilor de und dar practic
limitrile las pentru utilizare un diapazon ngust, n sistemele WDM,
n jurul lungimilor de und 1550 nm. ns i acest diapazon asigur
posibiliti enorme de transmisiune a informaiei. Numeroasele
avantaje a sistemelor DWDM se reflect la preul lor. n primul rnd
devin destul de importante multe proprieti a componentelor optice.
n al doilea rnd cerinele ctre arhitectura reelei i alegerea
componentelor sistemalor WDM snt mult mai stricte. 2.2 Descrierea
general a sistemei DWDM Sistema DWDM se aseamn mult cu sistema TDM.
Semnalele a diferitor lungimi de und generate de unul sau cteva
emitoare optice se unesc cu ajutorul multiplexorului ntr-un semnal
optic ce conine multe canale care mai apoi se rspndete prin fibra
optic. Demultiplexorul recepioneaz semnalul de baz, divizeaz din el
canalalele iniiale de diferite lungimi de und i le transmite la
fotoreceptorii corespunztori. La nodurile intermediare pot fi
incluse sau excluse din semnalul de baz cu ajutorul
multiplexoarelor de int/ext i dispozitive de comutare Cross. (fig.
2.1 ).
-1-
Fig. 2.1 Sistema tipic WDM cu posibilitile de adugare/evideniere
i comutaie Cross Principala diferen ntre sistemele DWDM i TDM este
faptul, c n sistemele DWDM transmiterea se efectuiaz prin cteva
lungimi de und. E important de menionat c la fiecare lungime de und
n sistemele DWDM pot fi transmise semnalele multiplexate a
sistemului TDM. Sistema DWDM const din unul sau cteva emitoare
laser, multiplexor, unul sau cteva asmplificatoare EDFA,
multiplexor de int/ext,fibre optice, demultiplexor, numrul
corespunztor de fotoreceptori i inclusiv aparataj electronic care
prelucreaz datele transmise n corespundere cu protocoalele de
legtur utilizate, i sistema de comand a reelei. 2.3 Componentele
sistemei DWDM Cerinele de baz fa de sistemele DWDM constau n
faptul, c ele trebuie s prelucreze la fel toate canalele pe toat
lungimea cii optice a liniilor de comunicatii. Pentru aceasta se
cere alegerea strict a emitoarelor optice, multiplexoarelor,
demultiplexoarelor amplificatoarelor i fibrelor. Toate
caracteristicele optice a componentelor active i pasive a reelei -
pierderi ntroduse, pierderi la reflexie, dispersie, efecte de
polarizaie .a. trebuie s fie msurate ca funcie de lungimea de und,
n tot intervalul lungimilor de und, utilizate pentru transmisiunea
n sistemele DWDM. n sistemele DWDM des se folosesc dispozitive mult
mai complicate, n comparaie cu sistemele cu o singur lungime de und
lucrtoare. n multiplexoare, demultiplexoare, filtre de band ngust a
sistemelor DWDM se folosesc filtre cu pelicule subiri,
ramificatoare biconice sudate BFT ( Fused Biconic Tapered Coupler )
reele pe baza masivului de fibre AWG ( Array Waveguide Grating ),
reele Bragg i reele de difracie. Este necesar de cercetat aciunea
componentelor active ( n special, a amplificatoarelor optice ) i
interferena canalelor la integritatea semnalului transmis pentru
minimizarea posibilitilor poteniale de aciune negativ.-2-
2.3.1 Emitoare n primele emitoare fibro-optice elementele
electrice i electro-optice reprezentau module aparte. Emitoarele
contemporane au cnstructie hibrid. Laserele i circuitele integrate,
iluminarea modulatoare, snt unite ntr-un modul compact ce permite
de a atinge frecvene nalte de modulare i stabilitate nalt. Aa modul
reprezint un modulator electro-optic n care intensitatea semnalului
de lumin de ieire se moduleaz de ctre un semnal electric digital de
intrare. La viteze mici de transmisiune se moduleaz curentul de
comand ( lasere cu modulare intern ), la viteze nalte - nsi
semnalul optic (lasere cu modulare extern ). Emitorul pentru un
singur canal de obicei reprezint laser cu reacie invers distribuita
DFB ( Distributed Feed Back ), cu puterea de ieire din fibr nu nu
mai mic de 0 dBm, i modulator. La frecvene nalte de modulare
modulatorul este extern.Optica integrat modern permite de a crea
module de transmitere ieftine i comode n exploatare, care unesc
ntr-un cristal laserul, modulatorul i amplificatorul pe baz de
semiconductor. Cteodat dup laser se utilizeaz un atenuator reglabil
care micoreaz lent puterea laserului. Nivelul de slbire a
semnalului laserului se alege din caracteristicele primului
regenerator n liniile de comunicaii. n caz, cnd n acela timp, se
utilizeaz cteva emitoare cu lungimi de und diferite pentru
ndreparea distribuiei spectrale a puterii se cere utilizarea
atenuatoarelor corespunztoare. n sistemele DWDM cel mai des se
utilizeaz lasere DFB cu rezonator FabriPero. n acest caz reeaua de
difracie este ndeplinit la suprafaa laserului, ceea ce permite
alegerea corect a lungimii de und a radiaiei laser pe baza reaciei
optice inverse (fig. 2.2). Cu ajutorul reelei de difracie se asigur
amplificarea numai a unei mode a laserului, n aa mod, toat puterea
semnalului se concentreaz ntr-o regiune ngust a spectrului ( limea
liniei la jumtatea nlimii nu mai puin de 100MHz ). n aa fel modele
marginale se suprim pn la nivelul nu mai mic de 40 dB ( fig. 2.3).
Raportul puterii amplitudinei de baz la puterea celei mai apropiate
mode marginale se numete coeficientul de suprimare a modelor
marginale. Ca i n laser n rezonatorul Fabri -Pero, geometria fibrei
asigur direcionalitate nalt i nivelul nalt de polarizare a radiaiei
laser la ieire.
-3-
Fig. 2.2 Forma simplificat a cristalului laserului DFB radiere a
laserului DFB
Fig. 2.3 Spectrul de
Modulul emitorului optic cu laser DFB poate conine i dispozitiv
termoelectric de rcire, detector de temperatur, izolator optic i
fotodioda de control. Eficacitatea laserelor DFB este destul de
nalt: puterea de ieire de 0 dBm se asigur la curentul de injecie 40
mA. Modularea iluminrii laserului este problematic. La viteze mici
de transmisiune se moduleaz curentul de injecie a laserului. La
viteze mari de transmisiuni se utilizeaz modularea extern a
semnalului laserului, deoarece modularea curentului aduce la
fluctuaii prea mari. Modulaia extern mrete costul i complexitatea
sistemei, ntroduce pierderi optice adugtoare i complic reglarea
polarizaiei la radiere. De obicei pentru modularea extern se
utilizeaz interferometre Mach Zhender sau dispozitive de absorbie
electric. Absorbia electric este bazat pe tehnologia de
reconectare. Pentru asigurarea frecvenelor nalte de reconectare des
se utilizeaz fibre pe baz de monocristale de niobat de litiu (LiNbO
3) sau fosfat de indiu (InP) datorit indicelui mare de refracie.
Costul nalt al dispozitivelor de optic integral limiteaz utilizarea
acesor modulatoare, dar performanele procesului de producie i
creterea cerinelor la ele trebuie s schimbe aceast situaie .
Utilizarea amplificatoarelor pe baz de fibre optice EDFA i
amplificatoarelor pe baz de semiconductor SOA (Semiconductor
Optical Amplifier) a permis de a mri considerabil puterea, ntrodus
n fibr dup modulare ( pn la nivelul + 17 dBm ). Deoarece valoarea
puterii mai mult de +17 dBm nu corespunde clasei de siguran | | |
b, se urmrete ntroducerea clasei de siguran 1M pentru lasere cu
puterea de radiere, ntrodus n fibr, + 20 dBm i mai mult. Laserele
DFB au cteva neajunsuri. Din cauza c limea liniei de generare este
ngust, ele snt sensibile la semnalul reflectat n linie, ce nimerete
napoi pe regiunea activ de amplificare a laserului. Dac n linie se
creaz suprafee paralele reflectante parial n limitele lungimii de
coeren a laserului, aceasta duce la apariia semnalului reflectat,
coerent cu iluminarea laserului. Nimerind n rezonatorul laserului,
aa semnal interfereaz cu semnalul util i ncalc stabilitatea-4-
generrii laserului. Intensitatea semnalului reflectat poate avea
maximul la anumite temperaturi. 2.3.1.1 Lungimile de und de
transmisiune standart Pentru ca componentele sistemei WDM s fie
interschimbabile i s poat interaciona ntre ele, n sistemele WDM
este necesar de utilizat um set de frecvene de generare a
laserului. Cu toate ntrebrile legate de standardizarea sistemelor
WDM se ocup organul internaional de standardizare - sectorul de
standardizare n telecomulnicaii a uniunii internaionale de
electrocomunicaii ITU - T ( International Telecomunication Union )
a grupei de cercetare SG15 pe reele de transport, sisteme i
dispozitive. Specificarea ITU-T G.692 pe interfee optice pentru
sisteme multicanal cu amplificatoare optice determin setul standard
de frecvene - planul de frecvene a sistemei WDM. Planul de frecven
ITU - este setul de frecvene standard pe baza frecvenei de baz
193100 GHz. Frecvenele standard se situiaz mai sus i mai jos de
aceast frecven cu intervalul de 50 GHz. n tabela 1 intervalul de
frecven este de 100 GHz. Pentru fiecare frecven este dat lungimea
de und corespunztoare . Tabela 1 Planul de frecven ITU
2.3.1.2 Sabilizatoare de lungimi de und Lucrul reuit a
sistemelor WDM i DWDM n mare parte depind de stabilitatea sursei de
alimentare. De aceea,pentru ca receptoarele, filtrele,
atenuatoarele i ramificatoarele optice s ndeplineasc funciile sale
corect, frecvena semnalului-5-
trebuie s se menin cu o foarte mare exactitate. Aceasta se
asigur de ctre stabilizatoarele lungimilor de und (fig. 1 )
Fig. 2.4 Schema simplificat a lucrului stabilizatorului lungimii
de und Lungimea de und fix de iluminare a laserului se determina pe
baza schimbrii temperaturii sau cu ajutorul injectrii lui cu curent
electric. n acela timp stabilizatorul lungimilor de und d un semnal
de comand pentru reglarea lungimii de und de iluminare a laserului.
De obicei stabilizatorul const din dou filtre dielectrice situate
consecutiv. Un filtru este reglat la frecvena, puin mai mare de cea
nominal, iar altul la o frecven cu aceai valoare dar mai mic de
nominal. La trecerea semnalului optic prin aceste filtre se d
semnal de comand electric, care arat, ct de mult, lungimea de und,
a deviat de la valoarea nominal. Filtrele dielectrice au o
stabilitate nalt i pot fi reglate pentru transmisiunea unui
diapazon ngust a lungimilor de unde exact poziionat. Sabilizatoare
de lungimi de und, care utilizeaza filtre dielectrice , asigur
stabilitate nalt a lungimilor de und necesare pentru sursele de
radiaie a sistemei WDM pe un timp ndelungat 2.3.2 Fotoreceptori
Fotoreceptorul optic transform semnalele optice de ntrare n
electrice i efectuiaz n aa fel demodularea. Fotoreceptorul trebuie
s fie total acordat cu emitorul att n regiunea spectral a
sensibilitii n limitele lungimilor de und nominale, ct i n
caracteristicele temporare de modulare a radierii. nafar de aceasta
fotoreceptorul trebuie s fie stabil la erori, care pot aprea n
semnal la trecerea prin alte componente optice. Semnalul optic se
transmite la fotoreceptor nemijlocit din fibr. Semnalul electric
primit de la fotoreceptor este necesar de amplificat pn la nivelul
corespunztor, ntroducnd ct mai puin zgomot. Poate fi necesar i
filtrarea electronic, pentru atenuarea frecvenei efective de rspuns
a amplificatorului. Toate aceste operaii de obicei se efectuiaz de
un modul hibrid ( care include i modulul receptorului ) la care
ajunge semnalul optic de intrare din fibr. Modulul formeaz la ieire
semnal electric filtrat, care apoi prin metoda necesar de
demodulat. Complexitatea procesului de demodulare depinde de
tehnologia de-6-
mlodulare utilizat. De exemplu la utilizarea tehnologiei TDM
este necesar de evideniat din semnalul sosit semnale de
sincronizare, pentru aceasta pot fi utilizate diferite circuite de
determinare i corectare a erorilor. De obicei n calitate de
fotoreceptor se utilizeaz dou tipuri de fotodiode: fotodiode p-i-n
i fotodiode n avalan APD ( Avalanche Photodiode ). Fotodiode p-i-n
lucreaz cu surse de alimentare standarde de tensiune joas ( 5 V ),
nsa ele snt mai puin sensibile i au o regiune spectral de
sensibilitate mai ngust n comparaie cu fotodiodele n avalan. Pn la
apariia fotodiodelor cu avalan fotodiodele p-i-n de vitez mare se
utilizau pe linii de comunicaii cu viteze de transmisiuni 10 Gbit /
s i 40 Gbit / s. Fotodiodele n avalan n general se utilizeaza pe
linii de comunicaii de distane mari, unde snt justificate costurile
mari i utilzarea circuitelor mai complicate de nregistrare a
semnalelor optice. n afar de aceasta, n multe cazuri utilizarea
fotoreceptorilor cu fotodiod n avalan nu cere utilizarea
preamplificatorului optic, necesar n fotoreceptor cu fotodiod pi-n.
Caraceristicele cele mai importante la alegerea fotoreceptorului -
este sensibilitatea spectral ( raportul puterii curentului la
puterea semnalului optic A/W n dependen de lungimea de und ),
sensibilitatea de prag ( nivelul semnalului de intrare, la care el
nu se mai deosebete de zgomotele fotoreceptorului ), benzile de
transmisiune spectral i electric, diapazonul dinamic, nivelul
zgomotului. Valoarea admis a fiecrei caracteristici a
fotoreceptorului depinde de utilizarea lui concret. De exemplu
caracteristicele de zgomot devin mai importante, cnd nainte de
fotoreceptor este pus un preamplificator optic de putere mare.
nafar de aceasta, este important de luat n consideraie necesitatea
filtrrii optice - aa ca i n demultiplexor - pentru micorarea
amplificrii emisiei spontane. 2.3.3 Atenuatoare n linii de
comunicaii dup emitorul optic deseori se utilizeaza atenuatoare,
care permit de a micora puterea lor optic pn la nivelul,
corespunztor posibilitilor multiplexoarelor i amplificatoarelor
EDFA situate mai departe. (fig. 2.5 )
Fig. 2.5 Atenuatoare utilizate ntre emitor i multiplexor-7-
Fig. 2.6 a Slbirea aleas a diferitor semnalului n lungimi de und
lui (P1
