Короткохвильовий

Дидактичний матеріал до лекції 4 дисципліни ПП ТТМ-10 сем.
“ПРИНЦИПИ ПОБУДОВИ ФОТОННИХ ЛІНІЙНИХ ТЕРМІНАЛІВ”
1. Принцип побудови термінального устаткування PTSs технології WDM.
2. Особливості побудови термінального устаткування високошвидкісних технологій
PTS ВМ - фотонная транспортная система технологии волнового
мультиплексирования
OLS (Optical Line System) - оптическая линейная система
PLP - фотонный линейный тракт
Визначення 1. Фотонна транспортна система (PTS)
Фотонная транспортная система (PTS) технологии WDM (ВМ–волнового
представляет собой оптическую линейную систему OLS (Optical
Line System), т. е. это совокупность устройств и оборудования, которая позволяет
построить PLP–фотонный линейный тракт
мультиплексирования)
Табл. 1. PTSs различных технологий ВМ компании Lucent
Клас PTS Тип PTS Кількість ОТр. Рознос ОТр. з λ, нм Рознос ОТр. з f, ГГц
WDM
OLS-40G
8
OLS-80G
16
DWDM
OLS-400G
40
HDWDM OLS-1.6T
160
Додати необхідне самостійно
Пример 1. Оборудование Siemens с аббревиатурой WLS (Wave Line System)
– Волновая линейная система, например, WLS-16, WLS-32
– В новом оборудовании PTS Siemens это обозначение трансформировалось – в
многоволновую транспортную систему MTS (MultiWave Transport System),
например, TransXpress Infinity MTS-2
Визначення 2. Найменування кінцевого або термінального устаткування
лінійного тракту (ООЛТ) PTSs
−
−
−
−
−
−
оптический терминальный мультиплексор ОТМ (Optical Terminal Multiplexer);
оптический линейный терминал OLT (Optical Line Terminal);
волновой линейный терминал WLT (Wave Line Terminal);
оптический транспортный терминал OTT (Optical Transport Terminal)
“Optical Line Terminal WLT-16” (PTS DWDM – TransXpress WL-16 Siemens)
ОТТ – оптический транспортный терминал (PTS TransXpress Infinity MTS-2 и типа
SURPASS hiT 7500 Siemens)
ООЛТ – оконечное
тракта
или
терминальное
оборудование
линейного
ООВ – одномодовое оптическое волокно
Визначення 3. Скорочення ООЛТ PTSs – PLT
При рассмотрении PLP PTS–фотонной транспортной
целесообразнее называть фотонный линейный терминал – PLT
системы
ООЛТ
OMX – оптический мультиплексор
λ1, λ2, λ3,…λN – оптические сигналы
ОТр. – оптические тракты
Дидактичні матеріали до лекції 4 / ПП ТТМ –10 cем. “Принципи побудови фотонних лінійних терміналів”
2
GbЕ, IP, SDH и т. д – технологии TDM
λ1+2+3+N – мультиплексный (линейный) сигнал
ODMX – оптический демультиплексор
СП SDH - транспортная система технологии SDH уровня, например
STM-64 (10 Гбит/с)
ТЕТ и RET – транспондеры передачи и приема
ПД – пункт доступа
ПД1
ПД2
1
1
λ1
λ1
2
2
OOB
λ2
OMX
ODMX
λ2
3
3
λ3 .
.
.
8
...
λ1 + 2 + … + 8
λ3 .
.
.
8
λ8
λ8
Одно направление передачи простейшей PTS технологии WDM
Рис. 1. Одно направление передачи простейшей (пассивной) PTS WDM на 8-мь
оптических входов
Табл. 2. Параметры PLT типа WLT-8P (Wave Line Terminal Passive) PTS
технологии WDM типа TransXpress Infinity WL-8 (Siemens)
№
Наименование параметров
Значения параметров
п/п
1
Число образуемых ОТр.-оптических трактов
8
2
Тип используемого в линейном тракте волокна
ООВ типа SF
3
Используемый диапазон длин волн, нм (частот, ТГц) 1548,51…1561,42 (193,6…192,0)
4
Входные сигналы (уровень технологии SDH)
STM-16 (2,5 Гбит/с)
5 Уровень мощности сигналов на входе ОМX, (рПЕР) дБ
1
Минимальный уровень мощности линейного
6
минус 30,5
сигнала на входе ODMX, (рПР.min) дБ
7
Коэффициент затухания волокна (α), дБ/км
0,25
8
Суммарное затухание, вносимое ОМX и ODMX, дБ
10
9
Затухание за счет дисперсии волокна, дБ
2
10 Результирующий бюджет уровня мощности, дБ
19,5
11 Коэффициент цифровых ошибок на приеме не более
10-10
Суммарная пропускная способность такой PTS : 8 ОТр.×2,5 Гбит/с =20 Гбит/с и
максимальная протяженность ее PLP : 19,5 дБ : 0,25 дБ/км = 78 км
, мкм или нм (, ГГЦ или ТГц)  длины волн (частоты) оптических
Дидактичні матеріали до лекції 4 / ПП ТТМ –10 cем. “Принципи побудови фотонних лінійних терміналів”
3
колебаний
рВЫХ. М – уровень выходной мощности оптических сигналов
Визначення 4. Функції ТЕТ PLT PTSs
В каждом ТЕТ сигнал, поступающий на его вход из оптического передатчика сети
доступа, преобразуется в оптический сигнал стабилизированный по λ (f) и по рВЫХ. М
Этот сигнал соответствует требованиям Рек. IТU-Т G.692
С выхода ТЕТ он подается на один из заданных входов ОМХ
PLT
Fiber Channel
1
ТЕТ1
Gigabit Ethernet 2
ТЕТ2
IP-Router
3
Coupling Links
4
FOX
5
STM-64
8
Fiber Channel
1
.
.
.
Gigabit Ethernet 2
3
IP-Router
Coupling Links
4
FOX
5
STM-64
8
.
.
..
ТЕТ3
ТЕТ5
ТЕТ8
RЕТ1
RЕТ2
RЕТ3
RЕТ4
RЕТ5
RЕТ8
λ1
λ1+2+…+8
λ2
λ3
λ 4 ОМХ
ОВ
ООВ
λ5
λ8
λ1
λ2
λ3
λ4
ООВ
ОDМХ
ОР
λ5
λ8
λ1+2+…+8
Рис. 2. PLT c транспондерами и усилителями
PTN – фотонная транспортная сеть
ОВ/Optical Booster – оптический бустер
ОР/Optical Preamplifier – оптический предусилитель
OAS или OTS – усилительная секция или секции передачи
Power Budget – энергетический потенциал или бюджет мощности
Дидактичні матеріали до лекції 4 / ПП ТТМ –10 cем. “Принципи побудови фотонних лінійних терміналів”
4
Визначення 5. Призначення оптического бустера ОВ/Optical Booster PLT PTSs
Оптический усилитель мощности или оптический бустер ОВ/Optical Booster
включается на выходе ОМХ для:
– компенсации вносимого ОМХ затухания
– обеспечения заданного рВЫХ. М мультиплексного сигнала
– согласования других параметров этого сигнала с параметрами заданного
типа ООВ, которое используется для построения PLP.
– формирования энергетического потенциала бюджета мощности (Power
Budget) прилегающей усилительной секции OAS (секции передачи OTS). Значение
этого бюджета определяет длину такой секции OAS
Визначення 6. Призначення
оптического
Preamplifier PLT PTSs
предусилителя
ОР/Optical
Оптический предварительный усилитель или оптический предусилитель
ОР/Optical Preamplifier включается на входе ODMX для:
– компенсации затухания ООВ прилегающей усилительной секции
– улучшения ООСШ на выходе каждого ОТр. (на входе каждого RET). В
результате совокупность ОР и RET улучшает ООСШ на входе каждого оптического
приемника в сети доступа
Например, замена в указанной PTS TransXpress Infinity WL-8 пассивного PLT
– WLT-8P на PLT – WLT-8 с TET и OB / OP увеличивает длину PLP до 140 км без
применения OLA и до 600 км с использованием OLA
PTSs ВМ технологий DWDM, HDWDM и NWDM – высокоскоростные
(высокоемкостные) PTSs ВМ
Особенности
высокоскоростных PTS
Табл. 2. Особенности высокоскоростных PTSs технологий DWDM,
HDWDM и NWDM
1. Уменьшение полосы частот образуемых ОТр
2. Высокая стабильность параметров оптических сигналов и селективных
оптических компонентов
3. Большое затухание мультиплексоров и демультиплексоров
4. Применение бустеров и усилителей на выходе транспондеров
5. Использование сверхширокополосных оптических усилителей
6. Наличие корректоров и переменных оптических регуляторов
7. Необходимость включения компенсаторов хроматической дисперсии ООВ
Табл. 1.1. Разнос между соседними ОТр. в PTSs ВМ
ВМ по технологии Перспективное
Технологии WDM DWDM HDWDM NWDM
чередования
ВМ
0,8
0,4
0,2
0,1
0,04
0,02
0,008
Разнос λ, нм 1,61
ОТр. f, ГГц 200
100
50
25
12,5
5
2,5
1,0
Пример 2.1. Параметры излучения лазера PLT PTSs
При необходимости передавать по ОТр. с полосой частот 50 ГГц (0,4 нм)
сигналы SDH STM-64 (10 Гбит/с) ширина спектральной линии излучения лазера
оптического передатчика должна быть ≤ 10 ГГц, а стабильность частоты лазера –
не хуже ± 5 ГГц
Пример 2.2. Температурная стабильность OMXs и ODMXs PLTs PTSs ВМ
Величина ухода λ ОМХ от изменения его температуры – 0,011 нм/град. Если
температура ОМХ изменится на 20 … 40ºС, то его λ настройки уйдет на
0,22 … 0,44 нм, т. е. более, чем на ширину полосы частот ОТр., образуемых
PTSs HDWDM и NWDM
Результат: срыв в работе PLTs и в работе PTSs ВМ в целом
Поэтому расстройка OMXs и ODMXs по λ должна быть ≤ 0,05 нм, а
Дидактичні матеріали до лекції 4 / ПП ТТМ –10 cем. “Принципи побудови фотонних лінійних терміналів”
5
температурная стабильность этих компонентов не хуже ± 1,0ºС
Пример 3.1. Потери уровня мощности оптических сигналов в ОМХ и ODMX PTS
В PTS DWDM – TransXpress Infinity WL-16 (Siemens) на 16 ОТр., суммарные
потери, вносимые ОМХ и ODMX в ОТр., составляют 16 дБ
Потери уровня мощности оптических сигналов в ОМХ и ODMX PTS DWDM на
40 ОТр., составляют уже 30 дБ на один ОТр.
Такое большое затухание, вносимое ОМХ и ODMX в ОТр., значительно
снижает энергетический бюджет PTS и сокращает дальность связи между
элементами тракта до 50 … 70 км
ВОУ - волоконно-оптический усилитель
Визначення 4.1. Уровень суммарной мощности оптического
вводимого в линейное волокно PLPs ВМ
потока,
Уровень суммарной мощности оптического потока, вводимого в линейное
волокно, может существенно превысить 20 дБм
При такой величине уровня мощности оптического сигнала становятся
заметными нелинейные оптические явления при распространении по нему
оптического излучения
Уровень
суммарной
оптической
мощности,
вводимой
в
волокно
высокоскоростных PLPs ВМ ограничен Рек. ІТU-Т G.692 величиной 17 дБм (50 мВт).
Это обосновывается двумя причинами: допустимым влиянием нелинейных явлений
и требованиями безопасности персонала
Примечание: величина уровня 17 дБм установлена не окончательно. В
дополнениях к Рек. ІТU-Т G.692 она увеличена до 23 дБм (200 мВт), а затем – до
27 дБм. Эта величина уже превышена в оборудовании некоторых PTSs
СШП ВОУ – сверхширокополосные ВОУ
EDFA–эрбиевые ВОУ
АВХ – амплитудно-волновая характеристика ВОУ
Табл. 5.1. Анализ неравномерности АВХ ВОУ PTSs DWDM и НDWDM
Разнос
Технологии
Диапазон,
ОТр.
АВХ ВОУ (EDFA)
PTSs
нм
λ, нм f, ГГц
DWDM
16
0,8
100 1546…1561
Равномерна
DWDM
32 или 40 0,8
100
Неравномерна (до 10 дБ),
1528…1561 особенно
в 1528…1545 нм
НDWDM 64 или 80 0,4
50
Визначення 5.1. Неравномерность АВХ ВОУ PTSs ВМ
Рек. ІТU-Т G.692 требуют обеспечить стабильный коэффициент усиления
EDFA–эрбиевых ВОУ PTSs DWDM и HDWDM в пределах изменения
неравномерности их АВХ  1 дБ
Для получения такой АВХ в схеме усилителей или последовательно с ними в
ООВ включаются выравниватели (эквалайзеры), или корректоры
Это позволяет получить постоянную АВХ ВОУ с точностью  0,5 дБ во всем
диапазоне его работы: 1530 … 1570 нм, т. е. при  = 40 нм или  = 5,0 ТГц
Пример 5.1. Специальные СШП ВОУ–сверхширокополосные ВОУ PTSs
PTSs HDWDM на 128, 160 или 192 ОТр. с разносом между соседними ОТр.
50 ГГц (0,4 нм), занимают суммарный (C+L)-диапазон : 1528 … 1612 нм, т. е.
 = 84 нм или  = 10,23 ТГц
Использование такой полосы частот требует применения специальных
СШП ВОУ
При создании таких СШП ВОУ общую  разбивают на два поддиапазона:
Дидактичні матеріали до лекції 4 / ПП ТТМ –10 cем. “Принципи побудови фотонних лінійних терміналів”
6
 обычную полосу частот в С-диапазоне -длин волн 1528 … 1564 нм;
 длинноволновую полосу частот в L-диапазоне -длин волн 1570 … 1612 нм
Визначення 5.2. Конструкция и особенности СШП ВОУ–сверхширокополосных
ВОУ PTSs
Первый СШП ВОУ это классический ВОУ EDFA, сердцевина ООВ которого
легирована ионами эрбия (Er3+)
Второй СШП ВОУ это ВОУ на активном ООВ, но с сердцевиной легированой
ионами эрбия и иттербия (Er3+, Yb3+), что обеспечивает его работу в L-диапазоне 
Такие СШП ВОУ используются в PTSs WDM и HDWDM – WaveStar OLS-1.6T
(Lucent), OPTera LH 1600G (Nortel), SURPASS hiT 7500 (Nokia Siemens Networks)
Есть данные о еще более СШП ВОУ для диапазона : 1477…1619 нм, т. е.
∆λ = 142 нм, (для f: 185,1…203,1 ТГц, т. е. ∆f = 18 ТГц). Такая полоса характерна
для суммарного (S+C+L)-диапазона  со следующим распределением ОТр.:
─ в S-диапазоне : 1476,81 … 1508,01 нм образуется 85 ОТр.;
─ в C-диапазоне : 1526,83 … 1563,05 нмобразуется 92 ОТр.;
─ в L-диапазоне : 1570,01 … 1619,06 нм образуется 96 ОТр
Пример 5.3. PTSs ВМ (NЕС) на (85 + 92 + 96) = 273 ОТр.
PTSs ВМ (NЕС) на (85 + 92 + 96) = 273 ОТр. передают в каждом ОТр.
цифровые потоки уровня STM-256 (40 Гбит/с) на дальность 117 км и обеспечивают
пропускную способность одного ООВ 273 ОТр.×40 Гбит/с=10,92 Тбит/с
Пример 5.4. Перспективная пропускная способность одного волокна
В перспективе в одном всеволновом ООВ, удовлетворяющем требованиям
Рек. ITU-Т G.655 в рабочем диапазоне : 1260 … 1675 нм (∆λ= 415 нм), будет
образовано 1000 ОТр. с разносом между ними 50 ГГц (0,4 нм)
Если по каждому ОТр. передавать сигналы STM-256 (40 Гбит/с), то суммарная
пропускная способность одного волокна составит 1000 ОТр.×40 Гбит/с=40 Тбит/с
Визначення 6.1. Cпособы и устройства уменьшающие неравномерность
АВХ усиления ВОУ PTSs
Известно несколько способов и устройств уменьшающих неравномерность
АВХ усиления ВОУ до значения, позволяющего использовать их в качестве
СШП ВОУ в РТSs DWDM, HDWDM, NWDM и др. и транспортировать нагрузку этих
систем на сотни и тысячи километров без применения регенераторов
Коррекция АВХ усиления ВОУ может быть:
– основана либо на изменении химического состава линейного ООВ
─ осуществлена с помощью различных физических устройств –
компенсаторов, выравнивателей, корректоров, включаемых последовательно с
отрезком активного волокна ВОУ и/или в межкаскадные цепи СШП ВОУ
Пример 6.1. Интегральный корректор на оптической линии задержки с
отводами
В перестраиваемом интегральном корректоре в качестве отводов
применяются встроенные модуляторы Маха-Цендера. Достоинствами таких
корректоров является:
– возможность их перестройки при изменении АВХ усиления ВОУ
– получения весьма малой 0,1 дБ неравномерности усиления
VOAs/Variable
Optical
Attenuators – переменные
оптические
аттенюаторы
Визначення 6.2. Оптические регуляторы уровня мощности сигналов
Оптические регуляторы уровня мощности сигналов или VOAs/Variable Optical
Attenuators–переменные оптические аттенюаторы включаются:
– на входах ТЕТs–транспондеров передачи и RЕТs–транспондеров приема;
– в межкаскадных цепях СШП ВОУ
Функции VOAs/Variable Optical Attenuators:
Дидактичні матеріали до лекції 4 / ПП ТТМ –10 cем. “Принципи побудови фотонних лінійних терміналів”
7
− в межкаскадных цепях ВОУ – обеспечивают необходимое значение
pM(λ1+2+…+N)–уровня мощности оптического линейного сигнала λ1+2+…+N на выходе
соответствующего ВОУ (ОВ, ОLR, ОР);
− находясь на входах ТЕТs – выравнивают значение pM(λj)–уровня мощности
оптического сигнала на выходах ТЕТs, если по всем ОТр. передается нагрузка
технологии SDH одного уровня, например, STM-64 (10 Гбит/с);
− селективно повышают значение pM(λj)–уровня мощности оптического сигнала
на выходах тех ТЕТs, на входы которых поступают сигналы SDH высокого уровня
иерархии, например, STM-64, при условии, что на входы остальных ТЕТs поступают
сигналы SDH более низкого уровня иерархии, например, STM-16 (2,5 Гбит/с);
─ регуляторы VOAs, включенные на входах RETs, селективно повышают
значение pM(λj) на выходах терминала PLT в тех ОТр., к которым подключаются
оптические приемники клиентов, находящихся на значительном удалении от
терминала PLT. Тогда обеспечивается почти одинаковые значения ООСШ на
входах всех оптических приемников клиентов в сети доступа
DSUs – блоки компенсации дисперсии
Визначення 7.1. Необходимость учета хроматической дисперсии
С созданием тербиевых, эрбиевых иттербиевых ВОУ главной причиной,
ограничивающей производительность (произведение скорости передачи
оптических сигналов на протяженность ООВ) PLPs ВМ, работающих в С-, L-,
(С+L)- и (S+C+L)-диапазонах  : от 1460 до 1625 нм, стало не затухание ООВ, а
хроматическая дисперсия.
В связи с широким распространением РТSs DWDM, HDWDM, NWDM и др.,
транспортирующие по одному ООВ ОТр. со скоростями передачи сотни
(400, 640, 800 и др.) Гбит/с и единицы (1,28, 1,6, 3,2 и др.) Тбит/с, возникла задача
производства ООВ с минимальными значениями КУД–коэффициента удельной
хроматической дисперсии
Пример 7.1. Сравнение КУД ООВ типов SF и со смещенной хроматической
дисперсией
Еще в конце прошлого века появились ООВ со смещенной хроматической
дисперсией, у которых КУД ≤ 1,7 пс/(нм  км) в окрестности : 1550 нм. У
стандартного ООВ (SF) указанный КУД в окрестности : 1550 нм – 17,5 пс/(нм  км)
Пример 7.2. Причины компенсации хроматической дисперсии
− Проложенные сотни миллионов километров ООВ типа SF пригодны для
построения PLPs ВМ при условии компенсации хроматической дисперсии ООВ
− Накапливающуюся хроматическую дисперсию, при использовании ООВ со
смещенной хроматической дисперсией в высокоскоросных PLPs протяжностью
сотни километров (более 600 км), нужно компенсировать.
Вывод 7. Необходимость компенсации хроматической дисперсии
При строительствe РLР с любым типом ООВ (стандартного или со смещенной
дисперсией), в него необходимо включать компенсаторы хроматической дисперсии
(DSUs–блоки компенсации дисперсии) – это обязательные устройства в схемах
всех высокоскоростных и сверхвысокоскоростных РТSs ВМ
Вывод по вопросу 2 лекции
Существуют и другие особенности построения оборудования
высокоскоростных PТSs ВМ, например,:
─ высокие уровни вводимой в линейные волокна оптической мощности
мульплексных сигналов
─ возникновение ПП–переходных помех между ОТр.
─ использование в структуре РLР РРУ–распределённого рамановского
усиления и т. д.
Дидактичні матеріали до лекції 4 / ПП ТТМ –10 cем. “Принципи побудови фотонних лінійних терміналів”
8
Додаток
Табл. 3. Робочі діапазони довжин хвиль ООВ за Рекомендациями ITU–T
№№
з/п
1
2
3
4
5
6
Найменування
діапазонів
Основній
(Original)
Розширений
(Extended)
Короткохвильовий
(Shortwavelength)
Стандартний
(Conventional)
Довгохвильовий
(Longwavelength)
Позначення
діапазонів
Понаддовгохвильовий
(Ultra-Longwavelength)
Діапазон довжин
Діапазон
хвиль / ∆λ, нм
частот, / ∆f ТГц
Номер вікна
прозорості
O-діапазон
1260…1360 / 100
238…220 / 18
2 ВП
E- діапазон
1360…1460 / 100
220…205 / 15
4 ВП
S- діапазон
1460…1530 / 70
205…196 / 11
5 ВП
C- діапазон
1530…1570 / 40
196…192 / 4
3 ВП
L- діапазон
1570…1625 / 55
192…185 / 7
6 ВП
ULдіапазон
1625…1675 / 50
185…179 / 6
7 ВП
Рис. 3. Диапазоны рабочих длин волн для передачи оптических сигналов
ВОСП технологии ВМ
Дидактичні матеріали до лекції 4 / ПП ТТМ –10 cем. “Принципи побудови фотонних лінійних терміналів”