of 28 /28
Bazele tehnologiei WDM WDM (Wavelength Division Multiplexing) DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing). 2.1 Multiplexarea prin divizarea lungimii de undă În tehnologia WDM lipsesc multe limitări şi greut caracteristice TDM. Pentru a mări capacitatea de transmis viteza de transmisiune într-un singur canal, cum este rea în tehnologia WDM se măresc numărul de canale care se uti transmisiune. Creşterea capacităţilor de transmitere se efectuează în schimbarea cablului, ce prevede cheltuieli mari. Ut permite darea în arendă nu numai a cablului sau a fibrelo undă. Pe unul şi acelaşi canal la diferite lungimi de und concomitent informaţii diferite: televiziune prin cablu, altele. Ca rezultat o parte din fibre se pot utiliza ca r Tehnologia WDM se utilizează în prezent în general pe li distanţă mare, unde se cere o bandă mare de trecere. În p intervalul de frecvenţă între canale 100GHz (0,8nm) DWDM. Teoretic este posibilă transmiterea în orice diapaz dar practic limitările lasă pentru utilizare un diapazon în jurul lungimilor de undă 1550 nm. Însă şi acest diapaz enorme de transmisiune a informaţiei. Numeroasele avantaje a sistemelor DWDM se reflectă la p rînd devin destul de importante multe proprietăţi a compo doilea rînd cerinţele către arhitectura reţelei şi aleger WDM sînt mult mai stricte. 2.2 Descrierea generală a sistemei DWDM Sistema DWDM se aseamănă mult cu sistema TDM. Semnalele lungimi de undă generate de unul sau cîteva emiţătoare op multiplexorului într-un semnal optic ce conţine multe can răspîndeşte prin fibra optică. Demultiplexorul recep divizează din el canalalele iniţiale de diferite lungimi de undă şi fotoreceptorii corespunzători. La nodurile intermediare p din semnalul de bază cu ajutorul multiplexoarelor de int/ comutare Cross. (fig. 2.1 ). - 1 -

Bazele tehnologiei WDM

Embed Size (px)

Text of Bazele tehnologiei WDM

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