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

Systemy transmisji światłowodowej z detekcją bezpośrednią

Światłowodowy system transmisji cyfrowej filtr odbiorczy n(t) dane dane s(t) y(t) koder ukl. decyzyjny detektor fotodetektor Nadajnik i filtr nadawczy Układ synchronizacji

Specyfika transmisji Współczynnik ekstynkcji EX= 10log(P1/P0) [dB] Zwykle wykorzystywany jest simplex Światłowód nie może przenosić sygnałów o polazaryzacjach ujemnych „O” – mała moc P0 „1” – moc P1 PAM OOK Współczynnik ekstynkcji EX= 10log(P1/P0) [dB]

Interferencja międzysymbolowa ISI (intersymbol interference) sygnał na wyjściu filtru w odbiorniku: symbol informacyjny szum addytywny ISI

Interferencja międzysymbolowa Warunek na brak ISI: Kryterium Nyquista

Warunek Nyquista spełnia: Jeżeli jesteśmy ograniczeni przez pasmo B (f<B), to max szybkość transmisji bez ISI to 1/T=2B Warunek Nyquista spełnia: sin(t)/t, widmo prostokątne od -T/2 do T/2 Filtr odbiorczy to korektor aby x(t) na wejściu układu decyzyjnego spełniały kryterium Nequista

Wpływ szumu na detekcję sygnału Szum cieplny Szum śrutowy Inne źródła błędów - Szum modowy - Szum wzmacniacza - Szum laserowa - Szum prądowy - Szum tła Bezszumowy wzmacniacz jest kompensowany zwiększeniem temperatury rezystancji obciążenia detektora. Równoważna temperatura szumu: Te = FT T-temperatura systemu, F – współczynnik szumu (to stosunek mocy szumu cieplnego na wyjściu do mocy szumu cieplnego na wejściu pomnożonej przez wzmocnienie wzmacniacz) Źródłem szumu cieplnego w odbiorniku systemu światłowodowego jest rezystancja obciążenia fotodetektora. Szum laserowy to przypadkowe fluktuacje mocy optycznej diody laserowej, zachodzące pomimo stałości prądu Pierwotną przyczyną szumu śrutowego jest kwantowy, ziarnisty charakter elektronów. Szum prądowy to wolno fluktuujący prąd wytwarzany przez przyrządy półprzewodnikowe. Szum modowy polega na przypadkowych wahaniach mocy optycznej charakterystycznych dla propagacji światła w światłowodach wielomodowych.

Stosunek sygnału do szumu ρ – czułość detektora, P – moc optyczna docierająca do detektora, e –ładunek elektryczny, B – szerokość pasma odbiornika, k – stała Boltzmanna, T – temperatura [K], R – rezystancja obciążenia szum śrutowy szum termiczny

Stosunek sygnału do szumu Fotodioda lawinowa Mn-2 – współczynnik szumu nadmiarowego, M – współczynnik powielania, n – od 2 do 3

Stopa błędu Stopa błędu to względna ilość błędów detekcji (BER) Jeżeli: BER = 0,01 to prawdopodobieństwo błędu 0,01 czyli na każde 100 podjętych w układzie detekcji decyzji 1 jest błędna Liczba błędów w ciągu sekundy wynosi średnio: V·BER V - szybkości transmisji [b/s]

Stopa błędu BER (bit error rate) ISI=0, warunkowe gęstości prawdopodobieństwa: f(yk/bk=0) i f(yk/bk=0) BER = liczba bitów błędnie odebranych/ całkowita liczba nadanych bitów

BER Elementowa stopa błędu: Poziom progowy ma wpływ na BER VTopt=m/2, gdzie m- wartość oczekiwana

Stopa błędu pe=10-10 dla SNRmax = 22dB J: EX jest skończony to:

Funkcja błędu erf źródło: www.mathworld.com

Stopa błędu Założenie, że szumy mają jednakowe rozkłady prawdopodobieństwa niezależnie od wartości bitu nadanego nie zawsze jest prawdziwe. W przypadku fotodiody lawinowej rozkłady dla symboli 0 i 1 różnią się. „0” - szum termiczny „1” - szum termiczny i śrutowy (wariancja szumu jest większa, rozkład prawdopodobieństwa może odbiegać od gaussowskiego)

Stopa błędu przy ograniczeniu szumem śrutowym Szum śrutowy związany jest z sygnałem i pojawia się tylko wówczas gdy pojawia się sygnał (nadanie „1” ). Prawdopodobieństwo popełnienia błędu oznacza odbiór zerowej ilości elektronów pomimo tego, że w czasie T wysłano średnio Ne elektronów.

Stopa błędu przy ograniczeniu szumem termicznym W systemach, w których stosunek sygnału do szumu jest uwarunkowany termicznie podejmowanie decyzji w odbiorniku polega na porównaniu odebranego sygnału z poziomem odniesienia erf – funkcja błędu

Zależność stopy błędu od stosunku sygnału do szumu szum śrutowy szum termiczny BER = 10-9 S/N = 20 (13 dB) S/N = 144 (21,6 dB)

Kodowanie sygnału w systemach cyfrowych telekomunikacja systemy komputerowe możliwość odtworzenia częstotliwości zegarowej i zapewnienia synchronizacji nawet wtedy gdy występuje przerwa w transmisji sygnału możliwość przenoszenia bez zniekształcenia kodu przez odbiornik możliwość wprowadzenia redundancji ułatwiającej korekcję błędu

Kodowanie sygnału w systemach cyfrowych Zasada Pasmo 90% mocy Zegar T T Sygnał 1 0 NRZ 0,86/T RZ 1,72/T

Kody transmisyjne źródło http://wazniak.mimuw.edu.pl/

Kody transmisyjne źródło http://wazniak.mimuw.edu.pl/

Kody transmisyjne Poszczególne kody sygnałowe różnią się pod względem właściwości widmowych. W praktyce kody sygnałowe dobiera się tak, aby widma zakodowanych sygnałów były dopasowane do charakterystyki częstotliwościowej kanału transmisyjnego, a w szczególności, aby nie zawierały niekorzystnych składowych niskoczęstotliwościowych. Pod tym względem najkorzystniejszy jest kod Manchester (rys. f) i kod ternarny bipolarny (rys. h). Sygnały zakodowane tymi kodami nie zawierają składowej stałej, a ich gęstość widmowa dla małych częstotliwości jest niewielka.

Kodowanie nadmiarowe (scrambling)

Kodowanie sygnału w systemach analogowych systemy dystrybucji kanałów telewizyjnych (CTV) systemy zagęszczające siatkę łączności komórkowej (mikrocele) sygnał użyteczny składa się z pewnej liczby kanałów skupionych wokół częstotliwości nośnych i zawierających dowolną modulację CTV – modulacja AM wizji i FM fonii

Kodowanie sygnału w systemach analogowych Modulacja amplitudowa pojedynczym sygnałem sinusoidalnym: ωm – częstotliwość sygnału modulującego, m – głębokość modulacji, ωsc – częstotliwość fali nośnej Modulacja intesywności promieniowania świetlnego (IM): P0 – średnia moc transmitowanego światła

Projektowanie światłowodowego systemu transmisyjnego odległość transmisji możliwość rozwoju systemu rodzaj transmitowanego sygnału - sygnał analogowy: rodzaj modulacji zajmowane pasmo stosunek sygnału do szumu - sygnał cyfrowy: szybkość transmisji stopa błędu czułość odbiornika

Projektowanie światłowodowego systemu transmisyjnego Wybór: źródła światłowodu detektora Transmisja sygnału w systemie jest ograniczona przez: dyspersję tłumienie

Projektowanie światłowodowego systemu transmisyjnego Minimalizacja kosztów Stopa błędu Stosunek sygnału do szumu

Projektowanie światłowodowego systemu transmisyjnego zdefiniowanie wymagań eksploatacyjnych systemu (parametry transmisyjne, mechaniczne, fizyczne) bilans mocy sygnału optyczne określenia pasma transmisji (większe pasmo pozwali na przejście z transmisji analogowej na cyfrową)

Bilans mocy optycznej analiza mocy optycznej wykonana dla każdego łącza L – długość światłowodu, asw – tłumienie światłowodu, N – liczba spawów, as – tłumienie spawów, M – liczba połączeń rozłączalnych, azł – tłumienie połączeń rozłączalnych, am – tłumienie związane ze starzeniem źródeł światła

Bilans mocy optycznej margines 10% całkowitej tłumienności linii na możliwe uszkodzenia kabla i połączenia zgrzewane dodatkowo am związane ze starzeniem źródeł światła: am = -3.0 dB – LD z elementem Peltier am = -4.0 dB – LD bez termostatu am = -4.5 dB – LED

Bilans mocy optycznej Jeżeli bilans mocy optycznej wykazuje, że transmisja nie jest możliwa: źródło o większej mocy światłowód o niższym tłumieniu fotodetektor o większej czułości regenerator

Bilans mocy optycznej Pźr – moc źródła, Pdet – czułość detektora, PL – całkowite straty mocy w linii, M – margines: od 6 do 10 dB Jako jednostek mocy optycznej używa się dBm 10 mW = 10 dBm 1 mW = 0 dBm 0.1 mW = -10 dBm

Bilans szerokości pasma przenoszenia B – pasmo transmisji, Dt – całkowite rozszerzenie impulsu w linii transmisyjnej Dtśw – rozszerzenie impulsu w światłowodzie, Dtdet – rozszerzenie impulsu w detektorze, Dtźr – rozszerzenie impulsu w źródle

Bilans szerokości pasma przenoszenia Jeżeli bilans szerokości pasma przenoszenia wykazuje, że transmisja nie jest możliwa należy rozważyć użycie: światłowodu o większej wartości f3dB światłowodu jednomodowym źródła o węższej charakterystyce widmowej światłowodu o mniejszej dyspersji światłowodu kompensujący dyspersję

Przykład I - Bilans mocy Tor światłowodowy o długości 15 km składa się z 10 odcinków łączonych co 1 km o tłumieniu 1 dB/km łączonych co 1 km i 5 odcinków łączonych co 1 km o tłumieniu 1,5 dB/km. Jaka powinna być minimalna moc na wejściu światłowodu, aby po stronie odbiorczej uzyskać średnią moc P0=0,3 mW zakładając, że na każdym spawie traci się 15% mocy.

Przykład I - Bilans mocy (ROZWIĄZANIE) Tłumienie 10 odcinków po 1 dB/km 10 ∙ 1,0 dB = 10 dB Tłumienie 5 odcinków po 1,5 dB/km 5 ∙ 1,5 dB = 7,5 dB Tłumienie 1 spawu przy spadku transmisji o 15%: T=(100-15)% = 85%, as = 10 log 0,85= 0,7 dB Tłumienie 14 spawów (przy 15 odcinkach) 14 ∙ 0,7dB = 9,8 dB Łączne tłumienie 27,3 dB Moc na wejściu: Jeżeli a = 27,3 dB to PN\PO = 573,03 PN = PO∙ a = 0,3 ∙ 537,03 = 0,161 PN = 0,161 mW

Przykład II – Obliczenie dyspersji światłowodu Obliczyć poszerzenie impulsu (dyspersję) w różnego typu światłowodach o długości 10 km, współczynniku refrakcji rdzenia n = 1,48 i aperturze numerycznej NA = 0,1. Dyspersja materiałowa światłowodów wynosi D(l)=40 ps/km∙nm, a szerokość widma źródła Dl = 30nm

Przykład II – Obliczenie dyspersji światłowodu (ROZWIĄZANIE) a) światłowód wielomodowy skokowy b) światłowód wielomodowy gradientowy c) światłowód jednomodowy

Przykład III – projektowanie analogowego światłowodowego systemu transmisyjnego System typu punkt-punkt o długości 500 m do transmisji szerokopasmowego sygnału wideo (6MHz). Dla otrzymania dobrej jakości obrazu wymagany jest aby stosunek sygnału do szumu wynosił 50 dB (S/N =105). Modulacja m=100% LED: P=1 mW, l0=0,85 mm, Dl=35 nm, t=12 ns, powierzchnia emisyjna ma średnicę a<50 mm Światłowód wielomodowy o profilu skokowym: NA=0,24, f3dBL= 33MHz, a=5dB/km, 2r=50 mm Fotodioda p-i-n: Cd= 5 pF, r = 0,5 A/W, f3dB=6 MHz RL = (2p Cdf3dB)-1 = [2p (5∙10-12) (6∙10)]-1 = 5035 [W] RL= 5100 W

Przykład III – projektowanie analogowego światłowodowego systemu transmisyjnego Założenie: praca w temperaturze otoczenia T=300K, współczynnik szumów dla przedwzmacniacza F=2, równoważna temperatura szumów: Te= 600 K P = 6 mW, I = rP = 3 mA

Przykład III – projektowanie analogowego światłowodowego systemu transmisyjnego Bilans mocy: źródło: 1 mW 0 dBm odbiornik: 6 mW -22,2 dBm Sprzężenie źródła ze światłowodem h=NA2 = 0,0567 12,4 dB Straty odbiciowe (2) 0,4 dB Straty 2 złączy 2 dB 22,2-12,4-0,4-2=7,4 [dB] 7,4/5 = 1,48 [km] Jeżeli: L=1000m to M=2,4 dB

Przykład III – projektowanie analogowego światłowodowego systemu transmisyjnego Bilans szerokości pasma przenoszenia:

Przykład IV – projektowanie analogowego światłowodowego systemu transmisyjnego System na odległość 100 km, B=400Mbit/s, BER = 10-9, kod NRZ Całkowity czas narastania impulsu po przejściu przez łącze nie może być większe niż 70% czasu trwania impulsu tn=0,7·T=0,7/RNRZ lub tn=0,7 ·(T/2)=0,7/RNRZ tn=0,7/(4∙10)8=1,75 [ns]

Przykład IV – projektowanie analogowego światłowodowego systemu transmisyjnego Dobór światłowodu: 1,75 ns na 100 km (17,5 ps/km) 0,8 mm: MM (skokowy) 15 ns/km MM (gradientowy) 1 ns/km SM 500 ps/km 1,55 mm: Dmat= -20 ps/(nm·km), Dfal= 4,5 ps/(nm·km) D = 15,5 ps/(nm·km) LD (1,55 mm) Dl=0,15 nm Dt = 100 ·(15,5) ·0,15 = 233 [ps]

Przykład IV – projektowanie analogowego światłowodowego systemu transmisyjnego Bilans szerokości pasma Dt2det = 1,752 – 12 - 0,232 = 2 Dtdet = 1,4 ns

Bilans mocy optycznej: Przykład IV – projektowanie analogowego światłowodowego systemu transmisyjnego Bilans mocy optycznej: źródło: 5 dBm straty sprzężenia źródło-światłowód: 3 dB 3 dB złącza (2 szt.): 1 dB 2 dB złącza stałe (50szt.): 0,1 dB 5 dB tłumienia kabla (100 km): 0,25 dB 25 dB Straty całkowite: 35 dB moc docierająca do odbiornika: -30 dBm czułość odbiornika z dioda lawinową: -40 dBm margines: 10 dB czułość odbiornika p-i-n: -32 dBm margines: 2 dB

Optyczne sieci światłowodowe Optyczne sieci transportowe Optyczne sieci lokalne Optyczne sieci dostępowe

Optyczne sieci transportowe – sieci dalekiego zasięgu TDM – (Time Division Muplexing) Przesyłane sygnały dzielone są na części, którym później przypisywane są czasy transmisji tzw. szczeliny czasowe. Najpierw przesyłana jest pierwsza część pierwszego sygnału, potem pierwsza część drugiego sygnału itd. Gdy zostaną przesłane wszystkie pierwsze części, do głosu dochodzą drugie części sygnału. Multipleksowanie tego rodzaju jest odpowiednie zwłaszcza do przesyłania sygnałów cyfrowych. Sygnał telefoniczny – 64 kbit/s

Optyczne sieci transportowe – sieci dalekiego zasięgu PDH - plezjochroniczna hierarchia cyfrowa (ang. Plesiochronous Digital Hierarchy). Elementy sieci PDH są ze sobą zsynchronizowane, ale nie idealnie gdyż każdy z elementów sieci posiada swój zegar. System PDH oparty jest na modulacji kodowo-impulsowej (PCM). Pojedynczy kanał ma przepływność 64Kb/s (8*8KHz=64Kb/s) co pozwala na przesyłanie jednej nieskompresowanej rozmowy telefonicznej. Systemy PDH przy multipleksacji wykorzystują zwielokrotnienie z podziałem czasu TDM (ang. Time Division Multiplexing). Zwielokrotnienie sygnału następuje w kolejnych poziomach wykorzystując dopełnienie impulsowe. 30 kanałów 64 kbit/s + 2 dodatkowe przenoszące informacje sterujące (sterowanie i synchronizacja) = 2048 kbit/s 8,448 Mbit/s = 4 x 2,048 Mbit/s 34,368 Mbit/s 139 Mbit/s każdy sygnał wyższego poziomu składa się z 4 kanałów niższego poziomu uzupełnionych o informacje sterujące

Optyczne sieci transportowe - PDH Europejski PDH

Optyczne sieci transportowe - PDH konieczność użycia bitów dopełniających projektowane do przesyłania cyfrowych sygnałów telefonicznych w celu uzyskania dostępu do 2Mbit/s w sygnale 140 Mbit/s należy całkowicie ten sygnał zdemultipleksować poprzez pośrednie poziomy. Po zidentyfikowaniu i wyodrębnieniu żądanego kanału należy pozostałe kanały ponownie zwielokrotnić w formacie ramki PDH nie ma wystarczająco dużo miejsca na dane systemu zarządzania brak możliwości kontroli jakości transmisji duża liczba urządzeń – problemy z sterowaniem i zarządzaniem różne standardy (Europa, USA, Japonia)

Optyczne sieci transportowe - PDH MM G.651 (50 mm), SM G.652 BER=10-10 MM – I, II okno SM – II, III okno I okno: 820-910 nm, II okno (1280-1335 nm), dla B większych niż 140 Mbit/s 1285 – 1330 nm III okno nie jest zdefiniowane

Optyczne sieci transportowe - SDH Synchroniczna Hierarchia Systemów Cyfrowych SDH (ang. Synchronous Digital Hierarchy (SDH)). Wszystkie urządzenia działające w sieci SDH są zsynchronizowane zarówno do nadrzędnego zegara jak i do siebie nawzajem. Sieci transportowe – sieci dalekiego zasięgu o dużych przepływnościach

Optyczne sieci transportowe - SDH podstawowa jednostka transportowa STM-N (Synchronous Transport Module - Synchroniczny Moduł Transportowy) w czasie zwielokrotniania ma przepływność, będącą N-tą wielokrotnością STM-1 (155,52 Mbit/s). pozwalają na odwzorowanie wielu typów sygnałów, o niższych przepływnościach, niezsynchronizowanych z SDH, do struktur synchronicznych. sieci SDH charakteryzują się niezawodnością oraz mniejszą podatnością na uszkodzenia wynikającą z budowy m.in. struktur pierścieniowych. Dzięki temu mają możliwość automatycznej rekonfiguracji w czasie krótszym niż 50 ms. Stosuje się następujące wielokrotności: (zawsze x 4) STM-1      (155,52 Mbit/s), STM-4      (622,08 Mbit/s), STM-16    (2488,32 Mbit/s), STM-64    (9953,28 Mbit/s), STM-256  (39813,12 Mbit/s).

Optyczne sieci transportowe - SDH Europa SDH USA SONET (Synchronous Optical Network – synchroniczna sieć optyczna) http://www.techfest.com/networking/wan/sonet.htm

Zjawiska nieliniowe w światłowodach Wymuszone rozpraszanie Ramana SRS Wymuszone rozpraszanie Brillouina SBS Samomodulacja fazy SPM Skrośna modulacja fazy XPM Mieszanie czterofalowe FWM

Wymuszone rozpraszanie Ramana Fala Stokesa (-ns) Fala anty-Stokesa (ns) Jeżeli do ośrodka wprowadzone zostaną dwie fale których częstotliwości różnią się częstotliwością Stokesa, to moc fali o niższej częstotliwości (tzw. Fali sondującej) będzie rosła kosztem mocy fali o częstotliwości wyższej (pompy).

Wymuszone rozpraszanie Ramana W systemie jednokanałowym: spontaniczne rozpraszanie Ramana wzmocnienie światła rozproszonego wskutek WRR powoduje zmniejszenie mocy sygnału nawet do 50%, jeżeli moc światła przekracza 1 W dla typowych światłowodów.

Wymuszone rozpraszanie Ramana Każde dwa kanały oddzielone od siebie o mniej niż 15000 GHz (100 nm) będą ze sobą sprzężone przez zjawisko wymuszone rozpraszania Ramana. Kanały o wyższych długościach fal będą wzmacniane kosztem kanałów o niższych długościach fal

Wymuszone rozpraszanie Ramana l1 l2 l1< l2 Wpływ wymuszonego rozpraszania Ramana na transmisję sygnałów binarnych: a) nadawane sekwencje, b) sekwencje zmienione przez WRR

Wymuszone rozpraszanie Ramana Wpływ WRR nie jest symetryczny: kanał 1: zmniejszenie mocy niektórych bitów, zmniejszenie SNR kanał 2: bez zmian

Wymuszone rozpraszanie Ramana W systemie o N kanałach równomiernie rozdzielonych o częstotliwość Df i mających jednakowe moce P, żaden z kanałów nie będzie miał mocy zmniejszonej o więcej niż 1 dB gdy będzie spełniony warunek: maksymalna moc zmniejsza się o 1/N2 Całkowita moc wprowadzona do światłowodu Całkowite pasmo optyczne

Wymuszone rozpraszanie Ramana W III oknie transmisyjnym: P Dl < 4 nm W dla DWDM nie przekraczającym 40 nm daje ograniczenie całkowitej mocy wprowadzanej do światłowodu na poziomie 0,1 W (+20 dB)

Wymuszone rozpraszanie Ramana DYSPERSJA zmniejsza oddziaływanie WRR Dla dużych szybkości i niezerowej dyspersji wpływ WRR jest zmniejszony dwukrotnie.

Wymuszone rozpraszanie Brillouina WRB polega na oddziaływaniu fal świetlnych i dźwiękowych w światłowodzie. Powoduje przemianę częstotliwości i odwrócenie kierunku rozchodzenia się fali świetlnej. Padająca fala świetlna zamieniana jest na falę Stoktesa o większej długości i jednocześnie powoduje wzbudzenie fotonu akustycznego.

Wymuszone rozpraszanie Brillouina Współczynnik wzmocnienia Brillouine'a dla światłowodów jednomodowych jest o ponad dwa rzędy wielkości większy od współczynnika wzmocnienia Ramana. WRB powstaje przy znacznie niższych mocach niż WRR (< 2,4mW dla linii > 20km). WRB zachodzi w światłowodach jednomodowych jedynie w kierunku wstecznym. WRB: - zmniejsza moc fali rozchodzącej się w światłowodzie, ponieważ fala rozproszona wstecz zmniejsza moc fali pierwotnej, - generuje potencjalnie silną falę rozproszoną w kierunku nadajnika.

Wymuszone rozpraszanie Brillouina moc krytyczna sygnału optycznego, który w systemie jednokanałowym powoduje pogorszenie jakości transmisji 2,4mW (dla typowego światłowodu) w systemach wielokanałowych moc krytyczna nie zależy od liczby kanałów

Wymuszone rozpraszanie Brillouina WRB jest wrażliwe na modulację sygnału – binarna modulacja DL zmniejsza wpływ WRB Wzmocnienie WRB maleje wraz ze wzrostem szybkości modulacji (różnie w zależności od rodzaju modulacji)

Samomodulacja fazy SPM Współczynnik załamania szkła kwarcowego wykazuje, spowodowaną zjawiskiem Kerra, nieliniowa zależność od gęstości mocy rozchodzącego się w nim promieniowania: gdzie: I – natężnie światła, n0 – wartość współczynnika załamania przy natężeniu bliskim zeru, n2 – nieliniowy współczynnik załamania. Opóźnienie fazy światła po propagacji w światłowodzie o długości L: Jakiekolwiek zmiany natężenia światła I wprowadzają modulacje fazy rozchodzącej się w światłowodzie fali.

Samomodulacja fazy SPM Zmiany częstotliwości: Dyspersja chromatyczna powoduje zamianę modulacji fazy spowodowanych SPM na zniekształcenia ISI

Skrośna modulacja fazy XPM Odchylenie standardowe fluktuacji fazy w systemie o N kanałach rośnie w stosunku 2√N Zmiany intensywności odbieranego sygnału Dla wąskich sygnałów (RZ) o stosunkowo dużych energiach następują kolizje impulsów Rozwiązanie: zarządzanie dyspersją toru światłowodowego

Mieszanie czterofalowe FWM (Four Wave Mixing) wynika z nieliniowej zależności współczynnika załamania światła n od długości fali l. Nazwa zjawiska - mieszanie czterofalowe - pochodzi stad, że w przypadku doprowadzenia do światłowodu dwóch sygnałów o różnych długościach fali np. l1 i l2 powstają dwa dodatkowe sygnały powstałe na nieliniowości ośrodka o długościach fali odpowiednio 2 l1 -l2 oraz oraz 2l2 - l1. Liczba produktów mieszania L dla N kanałów:

Mieszanie czterofalowe Jeżeli równe odstępy sygnałów – to nakładanie sygnałów Mieszanie czterofalowe: a) dwóch fal o długościach l1 i l2, b) – trzech fal o długosciach 1551,72 nm, 1552,52 nm i 1553,32 nm

Mieszanie czterofalowe Oddziaływanie tylko w przypadku „1”, co prowadzi do przypadkowych fluktuacji mocy sygnału Warunkiem efektywności mieszania czterofalowego jest zgodność faz – gdy D=0 Rozwiązanie: używanie światłowodów standardowych lub NZDSF

Dyspersja światłowodów jednomodowych D [ps/(km*nm)] 20 - standardowy 10 - o przesuniętej i niezerowej dyspersji o przesuniętej dyspersji 1,3 1,4 1,5 1,6 l [mm]

Systemy WDM (Wavelength Division Multiplexing) Oryginalny WDM to 1310/1550 nm We włóknie od 2 do 4 długości fal

System CWDM (Coarse Division Wavelength) Max liczba kanałów: 18 kanałów Odstęp międzykanałowy: 20nm Długości fal: (zgodnie z ITU-T G.694.2) (1270,1290,1310,1330,1350,1370,1390,1410,1430,1450,1470,1490,1510,1530,1550,1570,1590,1610) lub (1271,1291,1311,1331,1351,1371,1391,1411,1431,1451,1471,1491,1511,1531,1551,1571,1591,1611) Zastosowanie: Sieci Telekomunikacyne Sieci CaTV Sieci LAN, WAN – sieci metropolitalne

CWDM

Systemy DWDM (Dense WDM) Max liczba kanałów: 40 kanałów Odstęp międzykanałowy: 100GHz (0,8nm); 200GHz (0,4nm) Długości fal: (zgodnie z ITU-T G.694.1) Zastosowanie: Sieci Telekomunikacyne Sieci CaTV Sieci LAN, WAN

DWDM