SMK WYKŁAD 17 SIECI ŚWIATŁOWODOWE ( Wstęp do wsp. telek. św., J. Siuzdak) 1. Wielodostępne sieci ze zwielokrotnieniem długości fali i częstotliwości (WDM, FDM) a). Szerokopasmowe Przykłady architektur sieci szerokopasmowych WDM: a).gwiazda, b). drzewo. Średnia pojemność sieci (liczba użytkowanych długości fal) w zależności od obciążenia dla sieci o N=250 węzłach); W-liczba dostępnych długości fal 1
b. Sieci selektywne Selektywna sieć WDM o topologii gwiazdy Selektywna sieć WDM o topologii łańcuchowej Selektywna sieć WDM o topologii pierścieniowej 2
Części selektywnych sieci: układy zestawiające połączenie, elementy selektywne falowo, multipleksery add/drop (krotnice transferowe). Te ostatnie pozwalają na odebranie w danym węźle sygnału o danej długości fali (światłowodowa siatka Bragga, cyrkulator) przy jednoczesnym zastąpieniu go sygnałem własnym, który będzie dalej transmitowany w sieci. a) schemat multipleksera add/drop, b) układ zestawiający połączenie między N - węzłami, wykorzystujący światłowody i (de)multipleksery WDM 3
Oprócz elementów pasywnych w sieciach mogą być wykorzystane elementy aktywne zestawiające połączenia: - przez użycie selektywnych falowo przestrzennych układów przełączających Selektywny falowo przestrzenny układ przełączający - przez użycie konwerterów długości fali, które przełączają długość fali transmitowanego sygnału Konwerter długości fali Problemy przy transmisji sieciami światłowodowymi: P1 kaskadowe połączenie elementów selektywnych falowo pasmo zmniejsza się proporcjonalnie do pierwiastka z liczby tych elementów P2 Przesłuchy = przesłuchy liniowe, związane z nachodzeniem widm kanałów na siebie i niedoskonałością ich selekcji; narzucają wymagania na odstęp między kanałami, = przesłuchy nieliniowe związane ze zjawiskami nieliniowymi w światłowodzie (rozpraszanie Ramana, Brillouina, zależność współczynnika załamania szkła od gęstości mocy promieniowania (samomodulacja fazy, modulacja skrośna fazy) lub wzmacniaczu optycznym; ograniczają moc sygnału, więc i liczbę kanałów transmitowanych przez światłowód, P3 stabilizacja długości fal w sieci; stabilizacja transmitancji filtrów optycznych i multiplekserów temperatura, materiał (LiNbO 3 ), P4 konieczność wzmocnienia sygnałów tracących moc na odległościach transmisji szumy wzmacniaczy optycznych 4
c). Przykłady realizacji sieci typu WDMA Szerokopasmowa sieć Lambdanet a) architektura, b) i-ty węzeł Architektura podwójnej gwiazdy pasywnej selektywnej sieci fotonicznej (PPL passive photonic loop) zastosowanie: sieci abonenckie Jako źródła światła w sieciach PPL można wykorzystywać jednomodowe klasery półprzewodnikowe, jak i diody elektroluminescencyjne LED Technika szatkowania widma pochodzącego od diód LED 5
Konfiguracja dwugwiazdowej sieci typu FOX (fast optical cross-connect) do optycznej komutacji (przełączania) pakietów informacyjnych. Jedna sieć do transmisji pakietów, druga do transmisji informacji sterującej d). Sieci z połączeniem na raty (multi-hop) Zasada pracy sieci z połączeniem na raty Przykładem sieci typu multi-hop jest sieć Teranet zrealizowana w Uniwersytecie Columbia. Inną siecią tego typu jest sieć koherentna Starnet zrealizowana na Uniwersytecie w Stanford. 6
Węzeł sieci Teranet 2. Sieci ze zwielokrotnieniem podnośnej (SCM) Sygnały cyfrowe i/lub analogowe modulują wiele podnośnych mikrofalowych, których częstotliwości różnią się od siebie. Zmodulowane podnośne są do siebie dodawane i jako jeden sygnał modulują prąd lasera półprzewodnikowego. Zalety: - możliwość wykorzystania ogromnego pasma przenoszenia światłowodu przy użyciu taniej i dobrze rozwiniętej technologii mikrofalowej, - możliwość współbieżnego rozwoju wraz ze zmianami transmitowanych sygnałów, - brak konieczności bezwzględnej stabilizacji częstotliwości. Sieć wielodostępna ze zwielokrotnieniem podnośnej (SCMA) w topologii gwiazdy 7
Jakość połączenia w tych sieciach określona jest przez szumy (odbiornika lasera) i zniekształcenia nieliniowe. Pojawia się też zakłócenie związane ze zdudnianiem światła pochodzącego z różnych źródeł. Zależność stosunku mocy sygnału do szumu zdudnieniowego SNR w paśmie 5 MHz w zależności od różnicy długości fal a) lasery jednomodowe, b) porównanie 3 źródeł światła Stosunek mocy sygnału do mocy zakłócenia ulega poprawie przy wzroście rozstrojenia źródeł laserowych. Jakość odbioru określana przez SNR jest odwrotnie proporcjonalna do liczby węzłów w sieci. Tak więc szum zdudniania wymusza konieczność wykorzystywania w sieci laserów o istotnie różniących się długościach fal (kilka nanometrów), a to wpływa na liczbę węzłów sieci. Oprócz konfiguracji jednokanałowej, gdzie każdy z nadajników wykorzystuje tylko jedną podnośną, możliwe są sieci, w których każdy z nadajników moduluje wiele podnośnych (kombinacja zwielokrotnienia SCMA/WDMA). Każdy kanał w sieci jest określony jednoznacznie przez parę: częstotliwość mikrofalowa, długość fali optycznej (f i, λ k ) Przykład hybrydowej sieci SCMA/WDMA 8
a) Przykłady realizacji sieci SCMA Zastosowanie w sieciach abonenckich FITL (fiber in the loop) Pasywna optyczna sieć abonencka SCMA 3. Wielodostępne sieci z podziałem czasowym (TDMA). Zastosowanie FITL a). Gwiazdowa komutowana b). podwójna gwiazdowa aktywna c). Podwójna gwiazdowa pasywna Rodzaje światłowodowych sieci abonenckich: a) gwiazdowa komutowana, b). podwójna gwiazdowa aktywna, c). Pasywna 9
a) Przykłady sieci TDMA Architektura drzewa sieci TPON (telephony over passive optical distribution network) Schemat sieci MACNET (multiple access customer network) 4. Sieci ze zwielokrotnieniem kodowym (CDMA) W sieci ze zwielokrotnieniem kodowym CDM wszystkie kanały wykorzystują jednocześnie to samo pasmo częstotliwości. Zwielokrotnienie jest osiągane przez przyporządkowanie każdej parze nadajnik-odbiornik jej indywidualnego kodu. Mamy tu do czynienia z systemem z rozproszonym widmem: niezbędne pasmo transmisyjne jest znacznie większe od pasma informacyjnego. a) sieci z detekcją bezpośrednią, b) sieci koherentne Światłowodowa sieć wielodostępna ze zwielokrotnieniem kodowym (CDMA) i detekcją bezpośrednią 10
11
12
13