Optotelekomunikacja 1

Optotelekomunikacja 1

Zwielokrotnienie optyczne zwielokrotnienie falowe WDM Wave Division Multiplexing zwielokrotnienie czasowe OTDM Optical Time Division Multiplexing 2

WDM multiplekser demultiplekser Pλ 1 Pλ 1 Pλ 2 Pλ 2 Pλ 3 Pλ 1 + Pλ 2 +...+Pλ N Pλ 3 Pλ N Pλ N 3

Komponenty systemu WDM Nadajniki - wykorzystują lasery DFB i zewnętrzne modulatory (preferowana dla przepływności powyżej 2,5 Gb/s) o odpowiednim widmie oraz stabilności pracy spełniające standardowe wymagania (ITU G.692). Odbiorniki przetwarzają sygnał optyczny na postać elektryczną i muszą być, z punktu widzenia długości fali i schematu modulacji, kompatybilne z nadajnikami. Odebrany sygnał elektryczny poddawany jest filtracji i demodulacji. Multipleksery i demultipleksery. Częstotliwości nośne oddzielnych nadajników po multipleksji wprowadzane są do włókna. Podobne urządzenie wykorzystywane jest do wyselekcjonowania kanałów optycznych i doprowadzenia do odpowiednich odbiorników. Proces multipleksji zakłada wąskopasmową filtrację realizowaną w technologii cienkich warstw interferencyjnych, światłowodowych elementów Bragga lub struktur fazowych. Dostępne multipleksery mogą pracować w systemach z odstępem kanałowym wynoszącym 100 GHz, 50GHz i 25 GHz. 4

Komponenty systemu WDM Selektory długości fal (Add-Dropp Multiplexer-ADM) pozwalają na wprowadzenie lub wyprowadzenie sygnałów optycznych o określonych długościach fal. Są to całkowicie optyczne elementy. Wzmacniacze optyczne umożliwiają bezpośrednie wzmocnienie wszystkich nośnych sygnałów optycznych systemu WDM o dowolnej przepływności i formacie modulacji. Włókna optyczne to najbardziej krytyczne elementy systemu WDM. Standardowe włókna (G.652) posiadają zero dyspersji w okolicach 1300 nm i dużą dyspersję przy 1550 nm. Duża dyspersja trzeciego okna może być skompensowana przy pomocy włókna kompensującego dyspersję. Włókna z przesuniętą dyspersją (G.653) posiadają zero dyspersji w trzecim oknie światłowodowym, jednakże z powodu trudności kompensacji oraz efektów nieliniowych nie są predysponowane do pracy w systemach WDM. 5

WDM wąskopasmowy multiplekser ADM demultiplekser Pλ 1 Pλ 1 Pλ 2 Pλ 2 Pλ 3 Pλ 3 Pλ N wzmacniacz optyczny Pλ N 6

sprzęgacz szerokopasmowy N wej. x N wyj. WDM szerokopasmowy 1/N(Pλ 1 + Pλ 2 +...+Pλ N ) Pλ Pλ 1 1 N 2 Pλ 2 Pλ 3 1/N(Pλ 1 + Pλ 2 +...+Pλ N ) 1/N(Pλ 1 + Pλ 2 +...+Pλ N ) Pλ 2 N 2 Pλ 3 N 2 Pλ N Pλ N 1/N(Pλ 1 + Pλ 2 +...+Pλ N ) N 2 7

Nieliniowość ośrodka Zależność współczynnika załamania i prędkości światła od intensywności, Naruszenie zasady superpozycji, Możliwość zmiany częstotliwości światła, Możliwość sterowania światła światłem oraz wzajemnego oddziaływania fotonów. 8

Skutki nieliniowości ośrodka Rozpraszanie Brillouina (Brillouin Scattering - SBS) Rozpraszanie Ramana (Raman Scattering - SRS) Samomodulacja fazy (Self Phase Modulation - SPM)) Skrośna modulacja fazy (Cross Phase Modulation - XPM) Mieszanie czterofalowe (Four Wave Mixing - FWM) 9

Mieszanie czterofalowe (FWM) Światłowodowe zniekształcenie intermodulacyjne generujące prążki boczne z propagujących się fal pierwotnych Produkty FWM propagują w tym samym kierunku co fale pierwotne, a ich moc rośnie kosztem mocy fal pierwotnych. Wydajność produktów FWM jest funkcją odstępu częstotliwości między falami pierwotnymi oraz wielkości dyspersji światłowodu. Liczba produktów FWM n liczba fal pierwotnych N = n 2 ( n 1) 2 n 2 3 N 4 9 4 8 24 224 10

Tłumienność (db/km) Włókna pasmo EDFA (35 nm) (1530-1565 nm) Dyspersja (ps/nm km) 0.6 Tłumienie światłowodu +20 0.5 0.4 1310 Dyspersja NZDS-SMF SMF (G.655) +10 0 0.3 II OKNO Dyspersja LS-SMF SMF (G.655) 0.2 Dyspersja SMF (G.652) Dyspersja DS-SMF SMF (G.653) 0.1 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1550 III OKNO -10-20 λ 11(nm)

multiplekser OTDM OTDM demultiplekser OTDR D 1 E/O O/E D 1 D 2 E/O D 2 D 3 E/O D 3 D N E/O D N 12

OTDM multiplekser D 1 Modulator optyczny t D 2 zegar generator impulsów optycznych Rozgałęźnik Modulator optyczny Sprzęgacz (n-1) t D N Modulator optyczny 13

OTDR - demultiplekser x NLE sprzęgacz 2x2 LP AD sprzęgacz 2x2 LP P we wy 14

OTDM jeden kanał OTDM bez WDM WDM - OTDM 40 Gb/s 40Gb/s 640Gb/s 1.6Tb/s 3.2Tb/s 5.1Tb/s 10 Gb/s 10Gb/s 160Gb/s 400Gb/s 800Gb/s 1.6Tb/s 2.5 Gb/s 2.5Gb/s 40Gb/s 100Gb/s 200Gb/s 400Gb/s 800Gb/s WDM 1λ 8λ 16λ 32λ 40λ 80λ 128λ 160λ 240λ 320λ WDM Dense WDM Ultra WDM DWDM UWDM 15

Projektowanie systemu optycznego Parametry systemu wymagania zleceniodawcy, możliwości i ograniczenia realizacji N N Analiza transmisji T Analiza kosztów T analiza budżetu mocy, analiza dynamiki systemu koszty planowane, rzeczywiste koszty realizacji Projekt zoptymalizowany 16

Projektowanie parametry systemu Architektura systemu punkt punkt, gwiazda, drzewo, szyna, parametry złączy, spawów, sprzęgaczy, multiplekserów (tłumienie, odbicia) Zasięg transmisji Kod transmisyjny Schemat modulacji Wymagany SNR lub BER Źródło optyczne moc, długość fali emisyjnej, szerokość spektralna, odpowiedź czasowa Odbiornik czułość, pasmo, szum Typ włókna i parametry tłumienie, dyspersja, NA, średnica rdzenia Wzmacniacze optyczne wzmocnienie, pasmo, szum Metody multipleksji 17

Projektowanie budżet mocy Moc nadajnika - P Tx Odbiornik: typ, czułość: P Rx Tłumienie włókna: α Fib Współczynnik wzmocnienia wzmacniacza: G Złącza: straty α Con Spawy: straty α Sp Straty sprzęgaczy: α Coup Zasięg transmisyjny: L ( P P ) ( Lα + N α + N α + N α ) + N G M Tx Rx Fib Con Con Sp Sp Coup Coup OA = Margines projektowy M (3 20 db) 18

Projektowanie analiza dynamiki Odpowiedź czasowa wszystkich elementów systemu nadajnika ( t Tx ) włókna ( t Fib ) odbiornika ( t Rx ) t Syst = t 2 i = t 2 Tx + t 2 Fib + t 2 Rx Pasmo systemu analogowego B Syst = 0,35 t Syst [] s [ Hz] cyfrowego z kodem NRZ RZ B B Syst Syst = = 0,7 t Syst 0,35 t s Syst [] s [] [ Hz] [ Hz] 19

Projekt Wymagania pasmo transmisji B = 1024 Mb/s S/N lub BER BER=10-9 kod transmisyjny RZ odległość L = 10km topologia szeregowa Wybór elementów źródło LD λ=1310nm; λ=1nm; P Tx =0dBm; t Tx =87ps odbiornik PIN; S=0,4A/W; t TR =87ps; P min =-15dBm(BER=10-9 ) kabel SF; α=0,4db/km; NA=0,121; n=1,465; d=10um; odcinki fabrykacyjne = 1km spawów 11 złączy 2 20

Projekt Budżet mocy ( P P ) ( Lα + N α + N α + N α ) Tx Rx Fib Con Con Sp Sp Coup Coup + N OA G = M ( 0 + 15) ( 10 0,4 + 2 0,5 + 11 0,1) = 8,9dB 21

Projekt Analiza dynamiki systemu nadajnika t Tx =87ps włókna t Fib =8,9ps odbiornika t Rx =87ps 2 2 2 2 tsyst = ti = ttx + t Fib + t Rx = 123,67ps B Syst = 0,35 t Syst [] s = 3558MHz 22