Системы передачи со спектральным уплотнением оптических каналов WDM DWDM

Системы передачи со спектральным уплотнением оптических каналов WDM/DWDM. Контрольно-измерительное оборудование для WDM/DWDM систем передачи

Сигналы в ВОСП • Передаваемые сигналы: голос, данные, ТВ, и др. • Сигнал преобразуется в оптическую форму (E to O conversion) • Сигналы передаются по оптическому волокну Start End

Time Division Multiplexing (TDM) Временное разделение каналов TDM – это скорость передачи цифрового потока данных – Сигналы по-канально мультиплексируются в соответствующие тайм-слоты – Сформированный на передаче цифровой поток выборок от разных входных каналов, демультиплексируется в обратном порядке на приеме – Чем быстрее скорость передачи, тем выше пропускная способность ВОСП MUX TIME

Стандартная иерархия синхронных систем передачи

TDM и DWDM • За счет внедрения DWDM возрастает пропускная способность ВОЛС • TDM является дополняющей технологией к DWDM • DWDM прозрачна по отношению к методам кодирования и формирования TDM сигнала в оптическом канале 10 Гбит/с 40 Гбит/с Иллюстрация наращивания скорости передачи в стандартных системах с временным разделением каналов TDM

Волоконно-оптические сети 1 -го поколения • Передача осуществляется на одной рабочей длине волны • Низкая пропускная способность • Строятся на оптическом волокне типа SMF-28 • Требуется регенерация сигналов (O-E-O преобразование)

Волоконно-оптические сети 2 -го поколения • Передача осуществляется на одной рабочей длине волны • Низкая пропускная способность • Строятся на оптическом волокне типа SMF-28 • Требуется регенерация сигналов (O-E-O преобразование)

DWDM • Dense Wavelength Division Multiplexing – Одновременная передача нескольких оптических каналов на разных длинах волн по одному оптическому волокну – Применение оптических усилителей в линейном тракте – Работают в определенных окнах прозрачности оптического волокна 1 2 3 n 1+ 2+ 3+ n n

Основы DWDM • Выгоды от внедрения – Значительное увеличение пропускной способности ВОЛС – Сокращение общей стоимости – Извлечение прибыли – Обеспечение конкурентоспособного сервиса

Определение DWDM • • По определению: WDM системы передачи обеспечивают передачу до 10 оптических каналов – Оптические каналы могут распределяться по спектру равномерно или неравномерно – В состав линейного сигнала может входить «контрольный» канал – Прозрачность каналов по отношению к скорости передачи DWDM системы передачи обеспечивают передачу более 10 оптических каналов May or may not be spaced evenly – В состав линейного сигнала может входить «контрольный» канал – Прозрачность каналов по отношению к скорости передачи Wavelength

Компоненты DWDM систем передачи • • • Передающие модули Мультиплексоры Усилители ВОК Мультиплексоры ввода/вывода • Демультиплексоры • Приемные модули

Передающий модуль • Лазер – Имеет определенную выходная мощность (примерно 0 д. Бм) – Имеет рабочую длину волны • Большинство лазеров - DFB (Distributed Feed Back) – Имеют узкую спектральную полосу – Для обеспечения стабильности имеют модуляцию внешнюю – Нестабильность в основном определяется температурными флуктуациями – Чувствительны к обратному отражению

ITU план частот Freq. (THz) (nm) 194. 300 1542. 939 193. 400 1550. 119 194. 200 1543. 733 193. 300 1550. 921 194. 100 1544. 529 193. 200 1551. 724 194. 000 1545. 325 193. 100 1552. 527 193. 900 1546. 122 193. 000 1553. 332 193. 800 1546. 920 192. 900 1554. 137 193. 700 1547. 718 192. 800 1554. 943 193. 600 1548. 518 192. 700 1555. 750 193. 500 1549. 318 192. 600 1556. 558

Основные термины, относящиеся к DWDM • Канальный интервал (обычно в ГГц) расстояние между центральными длинами волн оптических каналов • 100 ГГЦ = 0. 8 нм

Основные термины, относящиеся к DWDM • • 100 Ггц = 0. 8 нм 50 Ггц = 0. 4 нм 25 Ггц = 0. 2 нм 12, 5 Ггц = 0. 1 нм • S-Band – 1460 нм to 1530 нм – Metro DWDM • C-Band – 1530 нм to 1565 нм – 1 st gen. DWDM • L-Band – 1561 нм to 1625 нм – 2 nd gen. DWDM

Параметры передатчика, влияющие на функционирование DWDM • Стабильность центральной длины волны напрямую зависит от количества оптических каналов • Стабильность выходного уровня напрямую влияет на параметр ошибок • На стабильность выходного уровня сильно влияет обратноотраженный сигнал

Параметры мультиплексора, влияющие на функционирование DWDM • Количество входных портов прямо пропорционально стоимости мультиплексора • Характеристики мультиплексора «чувствительны» к рабочей полосе длин волн • Технические характеристики мультиплексора сильно влияют на качество функционирования DWDM систем передачи • Позволяет производить функцию ввода/вывода в системе

Усилители EDFA • Оптические усилители, использующие энергию лазера накачки для усиления слабого сигнала • Увеличивают уровень входного сигнала, сокращая количество O-E-O преобразований. • Характеристики зависят от рабочего спектра длин волн • EDFA – Erbium Doped Fiber Amplifier (усилители на легированном эрбием волокне) в основном работают в C-Band • Усиливают все оптические каналы равномерно (при условии правильной установки режима работы) • Выходной уровень зависит от входного • Усиливают не только сигнал но и шум (ASE)

Усилители EDFA Накопление шумов вдоль ВОЛС при использовании усилителей EDFA WDM Transmission Node Optical Amplifier WDM Reception Node

Структурная схема EDFA усилителя

Частотная характеристика коэффициента усиления EDFA

ASE шум оптического усилителя • ASE – Amplified Spontaneous Emission (усиленная спонтанная эмиссия) – Увеличивается с каждым каскадом усиления – Эффект, присущий EDFA – Снижает отношение сигал/шум ASE Noise

Влияние оптического усиления на DWDM СП: • Увеличивают расстояние между точками O-E-O преобразования • Из-за необходимости обеспечения заданного уровня входного сигнала, ограничивают расстояние усилительного участка до 100 км • Характеристики зависят от рабочего спектра длин волн (Cor L-band) • Усиливают шумы (ASE) • Обеспечивают возможность компенсации хроматической дисперсии EDFA WDM Transmission Node WDM Reception Node ~ 100 km

Мультиплексоры ввода/вывода • Обеспечивают ввод/вывод оптических требуемых каналов – Составной элемент оптических сетей нового поколения – Обеспечивают возможности волновой маршрутизации – Обеспечивают требуемую полосу пропускания в заданной точке сети • Характеристики входных/выходных портов мультиплексора зависят от длины волны

Этапы инсталляции DWDM СП • • Шаг 1 – Тестирование кабельно-линейных сооружений – Рефлектометрические измерения – Измерение ПМД и хроматической дисперсии для определения свойств волокон и проектирования модулей компенсации дисперсии Шаг 2 – Измерение бюджета – Использование источников и измерителей уровней оптического излучения для определения бюджета ВОЛС Шаг 3 – Установка оконечного оборудования Шаг 4 – Тестирование выходных сигналов оконечного оборудования – Анализаторы оптического спектра для определения характеристик отдельных оптических каналов

Этапы инсталляции DWDM СП • • Шаг 5 – Проверка функционирования оптических мультиплексоров – OSA для измерения длины волны и уровня сигнала на выходе каждого порта – Использование перестраиваемых аттенюаторов для настройки уровня каждого канала с тем чтобы достичь равномерности частотной характеристики группового сигнала – Установка фиксированных аттенюаторов в требуемых местах – ORL измерения для оценки уровня обратных отражений Шаг 6 – Проверка функционирования усилителей – OSA для измерения входного спектра – Наложение выходного спектра для определения коэффициента усиления и OSNR – Документирование характеристик ASE шума и наклона коэффициента усиления

Этапы инсталляции DWDM СП • • Шаг 7 – Установка регенераторов Шаг 6 – Проверка функционирования усилителей – OSA для измерения входного спектра – Наложение выходного спектра для определения коэффициента усиления и OSNR – Документирование характеристик ASE шума и наклона коэффициента усиления – Измерение ПМД и хроматической дисперсии для определения свойств волокон и проектирования модулей компенсации дисперсии Шаг 9 – Установка терминального оборудования Шаг 10 – Тестирование входного сигала ОА – OSA для измерения входного спектра – Наложение выходного спектра для определения коэффициента усиления и OSNR – Документирование характеристик ASE шума и наклона коэффициента усиления – Измерение ПМД и хроматической дисперсии для определения свойств волокон и проектирования модулей компенсации дисперсии

Этапы инсталляции DWDM СП • • • Шаг 11 – Тестирование выходных сигналов демультиплексорного оборудования – Использование OSA Шаг 12 – Измерение дрейфа характеристик – Использование OSA в режиме измерения дрейфа для определения стабильности работы компонентов СП Шаг 13 – BER тестирование – Использование прибора Trans Expert для BER тестироания

Параметры линейных сигналов, измеряемых с помощью OSA • Количество DWDM оптических каналов • Спектральные характеристики оптических каналов: – Мощность (включая неравномерность и наклон) – Длина волны (сравнение с ITU планом частот) – Отношение сигнал/шум (OSNR) – Дрейф (Длины волны и мощности)

Принципы построения OSA Анализатор спектра на основе дифракционной решетки

Принципы построения OSA Анализатор спектра на основе интерферометра Майкельсона

Принципы построения OSA Анализатор спектра на основе фильтра Фабри-Перо

Основы DWDM измерений • Осуществляется измерение линейного сигнала в рабочем спектре длин волн DWDM СП • OSA показывает состав спектра линейного сигнала • Таблица оптических каналов OSA показывает номер канала, его длину волны, мощность, отношение сигнал/шум. Tx 1 Tx 2 l l l Tx N Rx 1 Fiber with DWDM signal DEMUX optical spectrum shows channels Rx 2 l l l Rx N

Анализ оптического спектра • • • Измерение зависимости мощности оптических сигналов от длины волны – Оптические канала отображаются как узкие пики Измерение осуществляется путем сканирования узкополосного фильтра на входе фотодетектора Возможности по измерению спектральных характеристик и точность измерений определяются формой полосы пропускания этого фильтра

Анализ оптического спектра Полоса длин волн разрешения (RBW) - это Full-Width at Half Maximum (FWHM) полосы пропускания фильтра – Влияет на точность определения длины волны – Определяет степень разрешения прибора (например, способность измерять параметры Ultra-DWDM с канальными интервалами 10 -25 ГГц) – Не определяет способность к измерению OSNR

Анализ оптического спектра • Определение способности OSA к измерению OSNR: • Основное определение: ослабление фильтра на заданном расстоянии от максимума сигнала в полосе пропускания. – Указывается под разными именованиями в спецификациях: • “resolution” • “dynamic range” • “optical rejection” • Наиболее точное определение: максимальная ошибка измерения OSNR при определенном реальном значении OSNR

Измерение OSNR • OSNR вычисляется путем измерения прилегающего уровня оптических шумов • Величина интерполируется между уровнем шумов слева и справа от пика

Измерение OSNR многоканального сигнала • По-канальное измерение OSNR усложняется наличием других каналов • Прилегающий уровень шума может быть только аппроксимирован в промежутке между соседними каналами – Эффект “переходных влияний” – Наличие прилегающих каналов может ограничить способность прибора выделить реальный уровень шума

Характеристики OSA • Разрешение: способность выделять близко расположенные оптические сигналы • Точность измерения длины волны: как близко расположены длина волны пика к действительной длине волны? P Одни и те же оптические каналы измеренные при уменьшающемся разрешении

Мониторинг оптических каналов EDFA WDM Transmission Node EDFA WDM Reception Node OSA output attenuation amplification • OSA спектрограмма сравнивается с эталонной в каждой точке установки измерительного оборудования

Поиск неисправного компонента сети Tap OSA Device Under Test Tap OSA • Insertion loss = difference in OSA reading before and after insertion of device under test ® wavelength dependent behavior of components

Снятие характеристик оптического фильтра 1+ 2+ … + N k only • Measure insertion loss as a function of wavelength

Снятие характеристик демультиплексора 1+ 2+ … + N DEMUX input • OSA used to measure DEMUX operation • Stopband loss determines crosstalk 1 2 : : N outputs

Снятие характеристик Мультиплексора ввода/вывода input one channel Ideal Output Actual Output • Monitor performance of A/D MUXs

Мониторинг оптических каналов • Мощность сигнала каждого канала • Центральная длина волны/канальный интервал • OSNR

EDFA характеристика шумов/ коэффициента усиления • OSA used to measure gain curve, noise figure Tx Tx EDFA Tap OSA

Переходные помехи соседних каналов • MUX/DEMUX character affects adjacent channel crosstalk Tx Tx OSA

The CMA Optical Test System 09/02/2018

The CMA 4791 OCA Module • Up to 256 DWDM channels • 1520 -1570 nm Wavelength Range • ± 0. 03 nm Wavelength Accuracy • +20 d. Bm to -60 d. Bm Power Range • ± 0. 5 d. B Power Accuracy • 40 -50 pm Resolution • 10 GHz Channel Recognition • Automatic System Characterization • Rugged, Portable and Battery Operated 09/02/2018

Технические характеристики CMA 4791 NI CMA 4792 Wavelength Range 1520 – 1570 nm 1520 – 1620 nm Wavelength Accuracy ± 20 pm (23° C) +10 to -70 d. Bm per Channel 1 +10 to -70 d. Bm per Channel 40 pm FWHM (typical) Channel Spacing 10 GHz (0. 08 nm) Stability ± 0. 2 d. B per hour ± 0. 5 d. B (23° C) Power Range 2 Resolution Bandwidth Power Accuracy 1: Available in +20 to -60 d. Bm 2: Up to 400 channels

Функционирование CMA 4000 OSA • Graph Mode Select Acquisition Mode Resolution Mode Graph Settings Full Screen View Zoom/Pan Toggle Cursor Locations Spectrum Overview Threshold Value Gain Tilt and Slope

Функционирование CMA 4000 OSA • Table Mode Select Acquisition Mode Resolution Mode Table Settings Cursor Locations Spectrum Overview Threshold Value Gain Tilt and Slope

Функционирование CMA 4000 OSA • Drift Mode Select Acquisition Mode Resolution Mode Drift Settings Cursor Locations Spectrum Overview Threshold Value