Systemy telekomunikacji optycznej dr inż. Małgorzata Jędrzejewska-Szczerska Katedra Optoelektroniki i Systemów Elektronicznych Politechnika Gdańska

Optyczne metody zwielokrotnienia w systemach transmisji światłowodowej Zwielokrotnienie długości fali Zwielokrotnienie częstotliwości Zwielokrotnienie z podziałem czasowym Zwielokrotnianie kodowe

Zwielokrotnienie częstotliwości FDM (ang.frequency division multiplexing) Odstęp międzykanałowy – kilka÷kilkanaście GHz Wykorzystanie techniki koherentnej Niezależne modulowanie kilku źródeł światła + możliwość niezależnej transmisji sygnałów o różnych formatach

System koherentny Przeniesienie sygnału z dziedziny optycznej do elektrycznej Bardzo stabilne źródła o małych różnicach l rys: http://wazniak.mimuw.edu.pl/

Zwielokrotnienie długości fali WDM (ang. wavelength division multiplexing) Odstępy międzykanałowe 1 nm Multi-/demultipleksacja – filtry interferencyjne, rezonatory Fabry-Perot + możliwość niezależnej transmisji sygnałów o różnych formatach

Systemy WDM Oryginalny WDM to 1310/1550 nm EDFA Oryginalny WDM to 1310/1550 nm We włóknie od 2 do 4 długości fal aby otrzymać mały poziom przesłuchów (-30 dB) odstępy między kanałami powinny wielokrotnie przekraczać szerokość linii widmowej źródła MLD Dl = 3÷6 nm

FDM a WDM Odstęp międzykanałowy rys: http://wazniak.mimuw.edu.pl/

FDM a WDM WDM FDM Źródło: R.Romaniuk „Petabitowy Internet Fotoniczny?”

PORÓWNANIE z „tradycyjnym systemem” 40 Gbit/s, dystans 360 km tradycyjny system: światłowody: 16x2,5 Gbit/s regeneratory co 60 km (80) system WDM: nadajnik 16x2,5 Gbit/s wzmacniacz co 120 km

WDM - zalety Redukcja liczby światłowodów Redukcja liczby regeneratorów Możliwość szybkiej i elastycznej zmiany przepływności

WDM - wady Nie zawsze poprawna współpraca ze sprzętem SDH Brak regeneracji, szum ASE, narastanie dyspersji – brak regeneracji Dużo większa niż w systemach tradycyjnych całkowita moc optyczna w światłowodzie, stąd wpływ zjawisk nieliniowych

Zwielokrotnienie z podziałem czasowym TDM (ang. Time division multiplexing) - ograniczenie szybkości pracy układów elektronicznych rys: http://wazniak.mimuw.edu.pl/

OTDM (ang.optical time division multiplexing) 1 Przetwornik E/O 1 Przetwornik E/O Multi plekser optyczny OTDM Demulti plekser optyczny OTDM 2 Przetwornik E/O Przetwornik E/O 2 …. …. N Przetwornik E/O Przetwornik E/O N

OTDM Impulsy znacznie krótsze od szczeliny czasowe (zwykle czas trwania sygnału = 1/3 T) krótki impuls oraz b. szybka transmisja (powyżej 10 Gbit/s) - ograniczeniem jest dyspersja światłowodu Kompensacja dyspersji chromatycznej – wielkości i nachylenia Kompensacja dyspersji polaryzacyjnej (monitorowanie stanu sygnału na wyjściu – użycie przetworników piezo- i magnetooptycznych)

Zwielokrotnienie kodowe CDM/OCDM (ang. code division multiplexing) Wszystkie kanały wykorzystują to samo pasmo Każda para N-O ma swój kod

OCDM …. …. 1 1 Sprzęgacz gwiazdowy Sprzęgacz gwiazdowy N N Optyczny koder OCDM Optyczny dekoder OCDM Sprzęgacz gwiazdowy Sprzęgacz gwiazdowy …. …. N Optyczny koder OCDM N Optyczny dekoder OCDM

OCDM równy dostęp do pasma Elastyczność: nowy użytkownik to nowy kod Łatwe zarządzanie – każdy odbiornik może pracować asynchronicznie, nie potrzebny jest globalny sygnał zegarowy Możliwość zróżnicowania sygnału użytkowników (inne wymagania transmisyjne i jakościowe – B, BER) Bezpieczeństwo Sieci metropolitalne i dostępowe

Światłowodowe systemy transmisji WDM TAT-8 1988 – pierwsza światłowodowa linia transatlantycka TAT-14 łączy: Blaabjerg ( Denmark ), Norden ( Germany ), Katwijk ( Netherlands ), St. Valéry (France), Bude-Haven (UK), Tuckerton (US) and Manasquan (US). System: duplex ring DWDM 64 x STM-64 Długość: 15,428 km

Systemy DWDM (Dense WDM) Długość fali (zgodnie z siatką ITU): 193,1 THz 1552 nm i – liczba całkowita, Df=12,5;25;50;100 GHz Powyżej 100 GHz muszą być wielokrotnością 100Hz max. dopuszczalne odchylenie częstotliwości środkowej kanału od wartości nominalnej to 5% Dla małych odstępów większe 50GHz to 3GHz

Typowe parametry systemu DWDM liczba kanałów: 4÷80 kanałów (>100) Poziom przeników między kanałami: <-30 …-31 dB Całkowita moc w światłowodzie: < 20 dBm (100 mW) Max moc w kanale 9 dBm (4k); 0 dBm (80k) Min moc w kanale 2 dBm (4k); -9 dBm (80k) OSNR > 20 …27 dB BER 10-12

DWDM

Okna transmisyjne DWDM (ITU-T G.983.3) O (1260 ÷1360 nm) E (1360 ÷ 1460 nm) S (1460 ÷ 1530 nm) C (1530 ÷ 1560 nm) L (1560 ÷ 1625 nm) jeszcze nie określone – dla przyszłych zastosowań

CWDM (Coarse Division Wavelength) Sieci MAN – niewielkie zasięgi transmisyjne i duża liczba węzłów CWDM – modulacja bezpośrednia lasera, źródła bez stabilizacji Duża szerokość widma lasera, duży odstęp między kanałami, poszerzenie szerokości kanałów

System CWDM (Coarse Division Wavelength) Max liczba kanałów: 18 kanałów Odstęp międzykanałowy: 20nm Długości fal: (zgodnie z ITU-T G.694.2) 18 kanałów między 1271 ÷ 1611 nm 1271,1291,1311,1331,1351,1371,1391,1411,1431,1451, 1471,1491,1511,1531,1551,1571,1591,1611

CWDM

Ewolucja architektury sieci optycznych WDM OTN (ang. optical transparent network) Punkt-punkt +EDFA (> 10 Gbit/s) Pojedynczy pierścień (MAN) Architektura kratowa (linie dalekiego zasięgu)

Technika DWDM w sieciach dalekiego zasięgu Punkt-punkt do pierścień Głos – transfer danych Sieci konwencjonalne: 100÷600 km o rozszerzonym zasięgu: 600÷2000 km o ultradużym zasięgu: powyżej 2000 km ELH (51%), CLH ( 45%)

Podmorskie sieci WDM Niezawodność systemu Uszkodzenia (zakopywane 1 m.) tylko 20% ogółu Elastyczność TAT-8: 2 pary światłowodów, PDH, 560 Mbit/s TAT-14: SDH, 640 Gbit/s

Podmorskie sieci WDM Nazwa Liczba włókien w kablu Liczba kanałów WDM we włóknie Przepływność [Gbit/s] Długość [km] SEA-ME-WE 3 2 4 2,5 30 000 FLAG-Pacyfik 8 64 10 22 000 Africa One 35 000 TAT -14 16 15 000 SEA-ME-WE 3: Singapur, Malezja,Chiny, Japonia; FLAG-Pacyfik: Japonia, USA, Kanada

Podmorskie sieci WDM Uszkodzenie: przełączenie, wykorzystanie połączenia satelitarnego Sieci samonaprawiające się o architekturze pierścieniowej (TAT-14) Pierścień, „trunck and branch”

Podwodne sieci WDM trunck and branch pierścień

Sieci lądowe Sieci kratowe, pierścieniowo-kratowe Dążenie do sieci optycznie przeźroczystej - wyspy optycznie przeźroczyste - maksymalna odległość bez konwersji na sygnał elektryczny

Podsumowanie OTDM - 100 Gb/s; droga, barierą są elementy elektroniczne WDM i DWM są już powszechnie stosowane; rozwój – źródła o wąskim paśmie, łatwo przestrajalnych i przez to umożliwiających prostą stabilizację częstotliwości nośnych CO-OFDM - technika przestrajania, kontroli i stabilizacji częstotliwości nie jest opanowana na tyle, aby wyjść poza sferę eksperymentów.