Sisteme wdm si dwdm

Cuprins

ntroducere ................................................................................... 4Capitolul 1 . Istoria dezvoltrii comunicaiilor prin fibra optic 1.1 Utilizarea sistemelor DWDM .................................................... 51.2 Viitorul sistemelor WDM .......................................................... 5Capitolul 2 . Bazele tehnologiei WDM2.1 Multiplexarea prin divizarea lungimii de und ..................... 62.2 Descrierea general a sistemei DWDM ................................... 72.3 Componentele sistemei DWDM ............................................... 82.3.1 Emitoare .......................................................................... 82.3.1.1 Lungimile de und de transmisiune standart ....... 112.3.1.2 Sabilizatoare de lungimi de und ......................... 112.3.2 Fotoreceptori ..................................................................... 122.3.3 Atenuatoare ....................................................................... 142.3.4 Comutatoare ..................................................................... 15 2.3.5 Dispozitive optice de comutaie Cross ............................. 152.3.5.1 Dispozitive de adres de ntroducere/ evi- deniere a canalelor ............................................. 162.3.6 Ramificatoare de unde .................................................. 17 2.3.7 Dispozitive de compensare a dispersiei .......................... 172.3.8 Multiplexoare i demultiplexoare .................................. 182.3.9 Multiplexoare optice de int/ie ..................................... 192.3.10 Amplificatoare optice ................................................ 202.4 Compararea TDM i WDM ............................................. 222.4.1 Flexibilitatea structurii liniilor de comunicaii 222.4.2 Viteza de transmisiune .................................... 22

Capitolul 3 Parametrii de baz a sistemei WDM3.1 Problemele de baz .............................................................. 233.2 Multiplexoare i demultiplexoare ...................................... 233.2.1 Banda de transmisiune a canalului ............................ 253.2.1.1 Lungimea de und central ............................. 253.2.1.2 Intervalul ntre canale ...................................... 263.2.1.3 Banda de transmisiune .................................... 263.2.1.4 Izolarea i perturbaii ncruciate .................... 283.2.1.5 Neregularitatea vrfului de putere n spectrul canalului ..................................................................... 303.2.2 Efecte de polarizare ..................................................... 303.2.2.1 Pierderi dependente de polarizare PDL ......... 313.2.2.2 Dispersie modal de polarizare ...................... 323.2.3 Pierderi ntroduse ....................................................... 333.2.4 Directivitatea ............................................................... 343.2.5 Pierderi la reflexie ...................................................... 353.3 Fibra optic ........................................................................ 363.3.1 Dispersia intermodal ................................................ 363.3.2 Dispersia ondulatorie ................................................. 363.3.3 Dispersia material .................................................... 373.3.4 Dispersie modal de polarizare PMD ....................... 373.4 Amplificatoare optice ....................................................... 383.5 Emitoare ......................................................................... 383.5.1 Emitoare optice ....................................................... 393.5.2 Modulatoarele emitorului ....................................... 403.5.3 Stabilizatoare a lungimii de und ............................. 403.6 Receptoare ........................................................................ 403.7 Compensatoare de dispersie ............................................ 413.8 Comutatoare ..................................................................... 423.9 Atenuatoare ....................................................................... 423.10 Izolatoare ........................................................................ 43

Introduceren prezent sistemele de comunicaii stau la baza dezvoltrii societii . Cerinele fa de serviciile de comunicaii , de la linia telefonic obinuit pn la accesul la internet crete . Aceasta nainteaz noi cerine fa de reelele de comunicaii moderne , capacitatea lor de transmitere , siguran . Acum este recunoscut faptul , c pentru a satisface cerinele societii n transmisiunea informaiei se poate numai prin reele de fibre optice .Creterea cerinelor fa de banda de trecere are un caracter nedeterminat . Tehnologia ATM , IP , SDH n timpul apropiat pot s nu se descurce cu creterea volumului de informaie transmis . Aceasta impune cutarea soluiilor , care au rezerv mare n capacitatea de transmisiune . Tehnologia care permite de a crea reele optice flexibile ramificate cu posibiliti nelimitate de cretere a benzii de frecven , este tehnologia de multiplexare a lungimilor de und WDM ( Wavelength Division Multiplexing ) . Esena tehnologiei WDM const n faptul , c pe o fibr optic concomitent se transmit cteva canale de informaie la diferite lugimi de und , ce permite de a utliza maxim efectiv fibra optic . Tehnologia WDM permite de a mri de multe ori capacitatea de transmisiune a fibrelor optice fr a instala cabluri noi i fr instalarea dispozitivelor noi . Primele sisteme WDM avea dou canale n ferestrele 1330 i 1550 nm . Apoi au aprut sisteme cu 4 canale , cu distana dintre canale 8-10 nm n ferastra 1550 nm . Mai apoi a aprut tehnologia de multiplexare dens a lungimilor de und DWDM ce a adus la apariia sistemelor cu 8 , 16 , 32 , 64 de canale . n prezent distana standard ntre canale se consider 0,8 nm .

Capitolul 1 Istoria dezvoltrii comunicaiilor prin fibra optic

1.1 Utilizarea sistemelor DWDM

Sistemele DWDM se utilizeaz din anul 1996 n general la linii de comunicatie de distane mari , unde n primul rnd se cerea creterea capacitii de transmisie . n SUA companiile de telecomunicaii locale CLEC ( Competitive Local Exange Carrier ) i unii operatori a reelelor de transmisiune a datelor utilizeaz sistemele DWDM pentru micorarea sarcinii pe poriunile retelei mai activ utilizate .n ultimul timp au aprut sisteme DWDM elaborate n special pentru reele locale i regionale MAN ( Metropolitan Area Networks ) . Reconectarea la canalele de rezerv n caz de necesitate se efectiaz cu mult mai repede ca n reelele SDH/SONET , ce extinde posibilittile de transmisiune a informatiei . Dezvolatarea tehnologiei DWDM permite de a spera , c mai degrab sau mai trziu vor fi create i se vor utiliza reele complet optice AON ( All Optical Network ) , n care semnalele optice nu se vor transforma n electrice n nodurile intermediare .

1.2 Viitorul sistemelor WDM

Necesitatea n creterea capacitii de transmitere a reelelor se dubleaz n fiecare an . nafar de aceea , aceast necesitate , se rspndete geografic . n prezent tehnologia DWDM asigur cea mai mare cretere a benzii de transmisiune .n multe cazuri datorit utilizrii tehnologiei DWDM capacitatea de transmisiune prin fibra optic poate fi mrit de sute de ori . Dup cum se vede tehnologia DWDM nc nu degrab va ajunge la limitele sale n ceea ce privete capacitatea de transmisie . Cum a fost spus mai sus , n sisteme experimentale sa ajuns la transmiterea a cteva sute de canale prin fibra optic . Creterea n continuare a numrului de canale poate fi asigurat pe baza micorrii intervalului spectral ntre ele , folosind amplificatoare EDFA cu o lrgime mai mare a spectrului ( de exemplu conectnd diapazonul L - de la1565 - 1625 nm ) , sau pe baza folosirii fibrelor speciale , care permit de efectuat transmisiunea n diapazonul 1200 nm fr preamplificare adugtoare . Creterea capacitii de transmisie se asigur prin creterea vitezii de transmisiune a datelor n fiecare canal . n sistemele digitale contemporane de transmisiune aceast vitez este de 2,5 Gbit/s sau 10 Gbit/s . Cerinele la transmisiunea prin Internet a semnalelor audio i video n timp real , va duce la utilizarea larg a sistemelor DWDM i micorarea costului lor .

Fig.1.3 Evoluia tehnologiei de comunicaii n timpul apropiat va permite de a aduce fibra optic pn la fiecare calculator

Capitolul 2 Bazele tehnologiei WDM

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 efectuiaz 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 acela 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 utilizeaza 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 ) .

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 demenionat 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 .

2.3.1 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 Fabri-Pero . 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 .

Fig. 2.2 Forma simplificat a cristalului laserului DFB Fig. 2.3 Spectrul de radiere a laserului DFB

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 (LiNbO3) 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 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 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 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 . nafar de aceasta , n multe cazuri utilizarea fotoreceptorilor cu fotodiod n avalan nu cere utilizarea preamplificatorului optic , necesar n fotoreceptor cu fotodiod p-i-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

Fig. 2.6 a Slbirea aleas a diferitor Fig. 2.6 b Slbirea semnalului n lungimi de und dependen de puterea lui (P1