Charakteryzacja telekomunikacyjnego łącza światłowodowego
Szybkości transmisji współczesnych łączy światłowodowych STM 4 622 Mbps STM 16 2 488 Mbps STM 64 9 953 Mbps Rekomendacje w stadium opracowania STM 256 40 Gbps Wszystkie systemy zakładają jedno włókno dla jednego kierunku transmisji.
Światłowody i ich specyfikacja ITU-T G.652, Standardowy światłowód jednomodowy. ITU-T G.653, Światłowód jednomodowy z przesuniętą dyspersją. ITU-T G.655, Światłowód jednomodowy z niezerową dyspersją.
Główna i pomocnicza ścieżka optyczna (main and auxiliary optical path) S R ścieżka pomocnicza ścieżka główna ścieżka pomocnicza S i R interfejsy modułów nadawczego i odbiorczego Główna ścieżka optyczna światłowodowa instalacja kablowa pomiędzy punktem S i R. Wzmacniacz mocy i przedwzmacniacz nie wchodzą w skład głównej ścieżki optycznej. Rozważania odnośnie jakości transmisji, jej zasięgu i kompensacji dyspersji odnoszą się do ścieżki głównej
Kody aplikacji Kod aplikacji (application codes) charakteryzuje binarną przepływność systemu, jego zasięg i okno transmisji. Kod ma postać: Zasięg Poziom STM. przyrostek Zasięg: VSR- (Very Short Reach), I- (Intra-office), S (Short-haul), L- (Long-haul), V- (Very long-haul), and U- (Ultra long-haul). Poziom STM: np. 4, 16, 64, 256 Przyrostek: 1. 1310 nm, standardowe włókno G.652; 2. 1550 nm, światłowód G.652; 3. 1550 nm, światłowód G.653 (DSF); 5. 1550 nm, G.655 (NZDSF) r - reduced target distance Przykład: VSR 64.1 system krótkiego zasięgu, STM64, 1310 nm
Przykłady systemów klasy VSR, I, S i L λ nm 1310 1310 1550 1310 1550 1550 1550 typ światł. G.652 G.652 G.652 G.652 G.652 G.652 G.653 zasięg km badania 2 25 20 40 80 80 STM 64 VSR-64.1 I-64.1 I-64.2 S-64.1 S-64.2 L-64.2 L-64.3 zasięg km badania 40 80 80 STM 256 badania badania I-256.2 badania S-256.2 L-256.2 L-256.3
Przykłady systemów klasy V i U λ nm 1310 1550 1550 1550 1550 światłow. G.652 G.652 G.653 G.652 G.653 zasięg 60 120 120 160 160 STM 4 V-4.1 V-4.2 V-4.3 U-4.2 U-4.3 STM 16 V-16.2 V-16.3 U-16.2 U-16.3 zasięg 60 120 120 STM 64 V-64.2 V-64.3 STM 256 badania badania badania
Jakość transmisji Wszystkie parametry systemu zakładają utrzymanie jakości transmisji BER 10-12 Kodowanie dla systemów do STM 64 NRZ Kodowanie dla STM 256 w stanie badań
Nadajnik szerokość spektralna linii Dwa rodzaje diod laserowych: SLM (Single-Longitudinal Mode) i MLM (Multi-Longitudinal Mode ) Szerokość spektralna linii określona na poziomie 20dB względem maksymalnej mocy w piku Lasery MLM stosowane wyłącznie w systemach 1310nm Bezpośrednia modulacja prądowa lasera wprowadza migotanie linii. Modulacja bezpośrednia jest zalecana dla systemów o małej dyspersji: STM 4 dla 1310 nm, lub systemów na włóknie G.653 Systemy STM 16 na włóknie G.652 oraz systemy STM 64 i STM 256 powinny stosować lasery SLM z modulacją zewnętrzną (modulatory MZ lub elektroabsorpcyjne zewnętrzne lub zintegrowane)
Nadajnik parametr migotania W szybkich systemach transmisyjnych ograniczonych dyspersyjnie przydatność lasera określa parametr migotanie (chirp parameter) α dϕ α() t = dt 1 dp 2P dt gdzie: φ faza sygnału optycznego, P moc Dodatni parametr migotania oznacza zwiększenie częstotliwości (blueshift) na narastającym zboczu impulsu i zmniejszenie częstotliwości (redshift) na zboczu opadającym. Dla lasera z modulatorem zewnętrznym parametr α zawiera się w granicach 1 do 1 rad. Dla lasera z modulacją prądową migotanie zawiera się w przedziale 10 do 100 rad.
Moc całkowita i spektralna gęstość mocy źródła Spektralna gęstość mocy źródła jest podawana dla przedziału spektralnego 10MHz. Przekroczenie tego poziomu mocy może spowodować pojawienie się nieliniowych efektów Brillouina. Krytyczna wartość mocy zostanie ustalona w toku badań. Moc średnią źródła podaje się w celu kontroli degradacji systemu i jego elementów.
Współczynnik ekstynkcji Współczynnik ekstynkcji charakteryzuje rzeczywistą głębokość modulacji. EX =10 log10( A B) gdzie A - średnia moc optyczna w stanie logicznym 1, B - średnia moc optyczna w stanie logicznym 0
Charakterystyka impulsów - diagramy oka Diagram oka służy do charakteryzacji i kontroli następujących parametrów: czas narostu czas opadania chwilowe przetężenie (pulse overshoot) pulse undershoot ringing, jitter (czasowe fluktuacje sygnału) Analiza diagramu oka pozwala na automatyzację pomiaru poprzez zastosowanie tzw. maski
Diagram oka (eye diagram) Diagram oka powstaje przez nałożenie wielu sekwencji bitowych. Paraametry oka pozwalają ilościowo scharakteryzować jakość transmisji. 011 001 100 110
Tworzenie diagramu oka (eye diagram) Nakładając na siebie cztery prezentowane sekwencje utworzymy diagram oka
Definicja parametrów diagramu oka 1+y 3 1 y 2 0.5 y 1 0 Mean level of logical "1" Mean level of logical "0" Przykład - STM 4 x 1 /x 4 0,25/0,75 x 2 /x 3 0,40/0,60 x 3 -x 2 - y 1 /y 2 0,20/0,80 y 3 /y 4 0,20/0,20 y 4 x 1 x 2 x 3 x 4 0 1
Tłumienie Dopuszczalne tłumienie systemu jest często charakteryzowane przez maksymalny zasięg łącza Prezentowane wartości dotyczą najgorszego przypadku i uwzględniają straty elementów: złączy spawów tłumików innych elementów pasywnych występujących w systemie Straty (zasięg) powinny brać pod uwagę: modyfikacje struktury kablowej (dodatkowe złącza itp.) zmiany parametrów kabla pod wpływem zmian warunków zewn degradację elementów pasywnych.
Dyspersja Opisując system podajemy najgorszy przypadek : 20 ps/km nm dla światłowodu G.652 3,3 ps/km nm dla G.652/1310nm lub G.653/1550nm Dyspersja minimalna: zaawansowane systemy wykorzystują dyspersję do poprawienia warunków propagacji (aktywna kompensacja dyspersji) lub minimalizacji nieliniowości. W takim przypadku podaje się minimalne wartości dyspersji.
Kompensacja dyspersji Maksymalny zasięg niekompensowanego systemu STM64 to ~60km Zwiększenie zasięgu (lub szybkości) wymaga stosowania technik kompensacji dyspersji. Ang. - Dispersion Accommodation (DA) Techniques Techniki DA stosowane są w systemach STM64 i lepszych i zakładają aktywne wykorzystanie elementów dyspersyjnych w systemie (migotanie lasera, dyspersja światłowodu) Zastosowanie technik DA pozwala przedłużyć zasięg łącza do 160km
Techniki DA kompensacji dyspersji Passive Dispersion Compensation (PDC), Self Phase Modulation (SPM), Prechirp (PCH), Dispersion Supported Transmission (DST). Zastosowanie jednoczesnej modulacji amplitudy i częstotliwości w celu kompensacji efektów dyspersji
Przykład V4.1, U4.3 System V4.1 U4.3 λ nm 1290-1330 1530-1565 Max. moc średnia dbm 4 15 Minimum EX db 10 10 Tłumienie max/min db 33/22 44/33 Dyspersja chrom. ps/nm 200 530 DGD ps 480 480 Czułaść detektora BER 10-12 -34-33 Max. optical path penalty db 1 1
Przykład V-64.2a, V-64.2b, System V-64.2a V-64.2b Technika DA PDC SPM λ nm 1530-1565 1530-1565 Max. moc średnia dbm 13 15 Minimum EX db 10 8,2 Tłumienie max/min db 33/22 33/22 Dyspersja chrom. ps/nm 2400 2400 DGD ps 30 30 Czułość detektora BER 10-12 -25-23 Max. optical path penalty db 2 2