Компоненты CWDM систем

2.1 Передающие модули.

В силу того, что протяженность городских и региональных сетей обычно находится в пределах 50–80 км, в CWDM-системах нет необходимости в использовании дорогих мощных лазеров с высокостабильным узким спектром генерируемого излучения. Лазеры с распределенной обратной связью (DFB, Distributed Feedback), в случае использования в CWDM-системах, не требуют термической стабилизации, громоздких и сложных схем управления, являются малогабаритными, экономичными и имеют малую стоимость (рисунок 3). Типичный DFB-лазер имеет температурную стабильность в пределах 0,08–0,12 нм/⁰С, что дает изменение генерируемой длины волны в пределах 6–8 нм в диапазоне температур 0–70⁰С. Данный показатель не приемлем для систем DWDM с шагом между несущими не более 0,8 нм, но для систем CWDM является вполне допустимым. Мощность генерируемого излучения порядка 1 мВт, ширина полосы около 0,2 нм.

Излучаемой мощности достаточно для передачи на расстояние 50–70 км с уровнем BER 10^-15. Мощность, потребляемая передающим модулем с таким лазером, не превышает 1 Вт на канал (для сравнения, передатчики в системах DWDM потребляют не менее 10 Вт на канал).

Рисунок 3 – Лазер с распределенной обратной связью (DFB)

В CWDM-системах могут применяться лазеры с вертикальными резонаторами (VCSEL, Vertical Cavity Surface Emitting Laser).

2.2 Оптические мультиплексоры (OMUX) и демультиплексоры (ODMUX).

Основой любого мультиплексора/демультиплексора является дисперсионный элемент, способный разделить сигналы различных длин волн. В CWDM-системах для разделения оптических несущих применяются, как правило, относительно недорогие устройства на основе тонкопленочных фильтров (TFF, Thin Film Filter).

Потери, вносимые такими устройствами, составляют около 1 дБ на канал (в реальных системах получены величины в пределах 2,5 дБ для 8-канального устройства). Тонкопленочная технология характеризуется высокой развязкой (изоляцией) соседних каналов – порядка 30 дБ, высокой температурной стабильностью – 0,002 нм/°С, что эквивалентно изменению рабочей длины волны на 0,07 нм при изменении температуры на 35°С. Для выделения длин волн с разносом 20 нм требуются фильтры с существенно меньшим числом диэлектрических слоев, чем в случае DWDM-фильтров (примерно 50 и 150 слоев соответственно), это сокращает производственный цикл, уменьшает расход материалов и снижает брак. В результате стоимость производства оптических селективных элементов снижается в 2 – 3 раза по сравнению со стоимостью производства тех же элементов для DWDM-устройств.

2.3 Волоконные световоды

Полоса пропускания оптического волокна определяется из его модуляционной характеристики – зависимость мощности излучения Р на выходе ОВ от частоты модулирующего сигнала F (рисунок 4).

Рисунок 4 – Модуляционная характеристика ОВ

Из рисунка 4 видно, что полоса пропускания волокна ΔF_ОВ определяется на уровне 0,5P_max, которому соответствует предельная полоса частоты пропускания f_З. Если оптический импульс на выходе ОВ имеет форму кривой Гаусса, то справедливо следующее соотношение (формула 1):

(1)

, (2)

где D_ХР (пс/нм*км) – удельная хроматическая дисперсия;

Δλ_0,5 (нм) – ширина спектральной линии лазера на уровне половины его входной мощности;

σ_л (нм) – среднеквадратическая ширина спектральной линии лазера;

L (км) – длина связи;

В – скорость передачи.

Типичная зависимость затухания от длины волны для кварцевых волокон, легированных германием, представлена на рисунке 5.

Рисунок 5 – Зависимость затухания от длины волны

Как видно из рисунка 5, существенное ограничение на число каналов в системах WDM накладывает присутствие пика поглощения на длине волны 1383 нм, обусловленного наличием в волокне гидроксильной группы ОН. В системах CWDM, согласно рекомендации G.694.2, использовались 8 длин волн в диапазоне 1470–1610 нм. В силу более высокого затухания область длин волн 1260–1360 нм не использовалась. Увеличить число каналов до 18 позволили так называемые волокна с нулевым водяным пиком (ZWPF, Zero Water Peak Fiber; LWPF, Low Water Peak Fiber), параметры которых определяет рекомендация ITU-T G.652.

В волокнах данного типа устранен пик поглощения на длине волны 1383 нм и величина затухания на этой длине волны составляет порядка 0,31 дБ/км, что вполне приемлемо для систем CWDM. На рисунке 8 показано распределение длин волн согласно рекомендации ITU-T G.694.2 и кривая затухания для волокна с нулевым водяным пиком.

Рисунок 8 - Распределение длин волн по диапазонам согласно рекомендации ITU - T G.694.2 и кривая затухания волокна типа ZWPF

В основном в выпускаемых системах предлагается не 18, а 16 рабочих длин волн, это обусловлено увеличением затухания в диапазоне волн менее 1310 нм за счет увеличения коэффициента релеевского рассеяния. При скорости передачи одного оптического канала 2,5 Гбит/с по 16 каналам можно обеспечить 40 Гбит/с (16×2,5 Гбит/с). Системы, использующие весь спектр длин волн в диапазоне 1270 – 1610 нм, принято называть Full-spectrum CWDM (FS-CWDM).

Известно, что скорость передачи зависит от формы импульса и типа импульсной последовательности. Обычно предполагают, что импульсная последовательность – это случайный набор следующих друг за другом нулей и единиц. Для такого случайного процесса скорость передачи В и среднеквадратическая длительность импульса σ_и связаны соотношением (формула 3):

(3)

Для многоугольных импульсов связь между оптической полосой пропускания ΔF_ОВ и скоростью передачи находятся из соотношения (формула 4):

(4)

Для Гауссова импульса имеет место соотношение (формула 5):

(5)

2.4 Транспондеры (OTU).

Для передачи по одному волокну нескольких сигналов STM необходимо преобразовать их из “формата” SDH в “формат” CWDM. Эту функцию выполняет транспондер, представленный на рисунке 9, а на рисунке 10 изображены формы восстановления электрического сигнала.

На его вход подается сигнал STM (или ATM, IP), который необходимо преобразовать в “формат” CWDM, т.е. в сигнал со строго фиксированной длиной волны и узким спектром излучения.

Рисунок 9 – Схема транспондера

Оптический STM-сигнал преобразуется в электрическую форму, восстанавливается форма сигнала, и далее выполняется обратное электрооптическое преобразование в «формат» CWDM. Для восстановления формы сигналов используется 3R-преобразование: 1R (re-amplification) - усиление сигнала, 2R - 1R плюс восстановление формы сигналов (reshaping), 3R - 2R плюс ресинхронизация (re-timing). Для передачи сигнала на сравнительно небольшие расстояния, в пределах города или области, достаточно использовать транспондеры с функцией 2R.

Рисунок 10 – Форма восстановления сигнала

Сами транспондеры и элементы пассивной оптики убраны внутрь корпуса, и получить к ним доступ с целью каких-либо манипуляций нет возможности, да и просто не имеет смысла. Практически, все, что доступно пользователю, это установка или замена модулей SFP (Small Form-factor Pluggable), если оборудование укомплектовано соответствующими разъемами. А вот с модульными решениями все гораздо интересней. Здесь есть свобода действий. Например, платы мультиплексора и демультиплексора могу вообще не устанавливаться в полку, так как это пассивная оптика. Система управления и контроля всего-навсего фиксирует наличие этих плат в конкретном слоте полки и не производит над ними никаких действий. А если по каким-то причинам вы решите отказаться от применения платы управления и платы резервирования, то вообще можете заполнить всю полку одними транспондерами и собирать окрашенные каналы на отдельно стоящем оборудовании. Сами транспондеры могут быть оснащены слотами для SFP-модулей, и тогда вам придется применять оптические шнуры с разъемами LC. А могут иметь на лицевой панели, жестко закрепленные разъемы SC или реже FC. А самое главное, в транспондерах не применяет защиту по коду вендора. Это значит, что можно устанавливать в слот SFP-модуль любого производителя.

2.5 Оптические усилители

Рамановское усиление в системах CWDM. В технологии CWDM используются более широкий диапазон длин волн и менее дорогие компоненты, чем в DWDM. Из-за малого расстояния между каналами в системах DWDM необходимо применять термоэлектрические охладители для стабилизации лазерного излучения. Более широкий частотный интервал между каналами CWDM позволяет использовать в качестве источников излучения более дешевые лазерные диоды с прямой модуляцией (DML – Directly Modulated Lasers), не требующие охлаждения. Однако из-за ограниченной выходной мощности неохлаждаемых лазеров бюджет мощности CWDM-систем обычно не превышает 30 дБ. Мощность сигнала падает не только вследствие затухания в волокне, но также из-за потерь на мультиплексорах, демультиплексорах и оптических мультиплексорах ввода-вывода, поэтому стандартное расстояние передачи в CWDM-линиях составляет 40 – 80 км. Кроме того, в некоторых случаях затухание в волокне оказывается выше, чем ожидалось, что приводит к уменьшению расстояния передачи или превышению максимального бюджета мощности. Поэтому в CWDM-линиях могут потребоваться оптические усилители. На рисунке 11 показаны полосы усиления различных усилителей, которые можно использовать для CWDM-линий передачи.

Рисунок 11 - Полоса усиления оптических усилителей для CWDМ – систем

Эрбиевые волоконные усилители (EDFA) хорошо зарекомендовали себя в оптических линиях связи, хотя их полоса усиления недостаточно широка. Полупроводниковые оптические усилители (SOA – Semiconductor Optical Amplifiers) усиливают в более широкой области спектра, но обладают серьезным техническим недостатком – неприемлемой величиной перекрестных помех между каналами. В то же время рамановские усилители при широкой полосе усиления обладают малыми перекрестными помехами.

Дискретные рамановские усилители (рисунок 12). Эффективность дискретного рамановского усилителя (LRA – Lumped Raman Amplifier) при использовании в CWDM-системах зависит от того, насколько равномерно усиление разных каналов, что в свою очередь определяется выбором каналов, расстоянием между ними и спектром накачки.

Рисунок 12 – Схема дискретного рамановского усилителя

При использовании лазеров накачки на двух длинах волн разница усиления каналов по сравнению с усилением центрального канала может быть меньше 1,5 дБ. Для получения эффективного рамановского усиления с помощью обычных лазеров в нераспределенных рамановских усилителях применяются волокна с высокой нелинейностью (HNLF – highly nonlinear fibers), обладающие в два раза большим, чем у обычного волокна, коэффициентом рамановского рассеяния (ВКР – вынужденного комбинационного рассеяния). Сравнение характеристик усилителей, которые можно использовать в качестве усилителей мощности (бустеров) в системах CWDM, приведено в таблице 1.

Таблица 1 - Сравнение характеристик усилителей для систем CWDM

Параметры	Эрбиевый	Полупроводниковый	LRA
Ширина полосы усиления, нм	1530 – 1590	1470 – 1610	1470 – 1610
Мощность насыщения, дБм	> 20	~ 13	>18
Полный коэффициент усиления, дБ	>15	>10	>10
Шум – фактор, дБ	< 6	< 8	< 6,5
Поляризационная чувствительность, дБ	0,3	0,5	0,3

2.6 Оптические интерфейсы.

Эталонные точки для многоканального соединения (MPI-SM и MPI-RM) и одноканального соединения (SS и RS) определяются следующим образом:

S_S - является одноканальной эталонной точкой на компонентном входе сетевого элемента CWDM;

R_S - является одноканальной эталонной точкой на компонентном выходе сетевого элемента CWDM;

MPI-S_M - является многоканальной эталонной точкой на агрегатном выходе сетевого элемента CWDM;

MPI-R_M - является многоканальной эталонной точкой на агрегатном входе сетевого элемента CWDM;

RP_S – является эталонной точкой звена на агрегатном выходе сетевого элемента CWDM;

RP_R – является эталонной точкой на агрегатном входе сетевого элемента CWDM.

Дата добавления: 2015-12-17; просмотров: 29; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 6 7 8 9 10 11 12 13 1415

Мы поможем в написании ваших работ!