Charakteryzacja telekomunikacyjnego łšcza œwiat³owodowego

Charakteryzacja
telekomunikacyjnego łącza
światłowodowego
Szybkości transmisji współczesnych łączy
światłowodowych
•
•
•
STM 4
STM 16
STM 64
622 Mbps
2 488 Mbps
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
ścieżka
pomocnicza
R
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
40
80
80
zasięg
km
STM
256
badania
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
V-16.2
V-16.3
U-16.2
U-16.3
120
120
V-64.2
V-64.3
badania
badania
STM 16
zasięg
60
STM 64
STM 256
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
⋅
2 P 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+y3
Mean level
of logical "1"
1
y2
0.5
y1
Mean level
of logical "0"
0
–y4
0
x1
x2
x3
x4
1
Przykład - STM 4
x1/x4
0,25/0,75
x2/x3
0,40/0,60
x3-x2
-
y1/y2
0,20/0,80
y3/y4
0,20/0,20
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