Πολύπλεξη μήκους κύματος Wavelength Division Multiplexing

Transcript

1 Πολύπλεξη μήκους κύματος Wavelength Division Multiplexing

2 Η πολυπλεξία μήκους κύματος (WDM) επιτρέπει την παράλληλη μετάδοση πολλών υψίρυθμων ψηφιακών σημάτων (TDM) δια μέσου του ίδιου ζεύγους οπτικών ινών. Κάθε υψίρυθμο ψηφιακό σήμα διαμορφώνει ένα ξεχωριστό οπτικό φέρον μιάς ιδιαίτερης περιοχής μήκους κύματος (κανάλι). Πρίν την εμφάνιση της WDM, οι ινοοπτικές ζεύξεις βρίσκονταν σε σημείο καμπής. Το όριο των 10 Gbps (STM-64) ήταν δύσκολο να υλοποιηθεί αν και ο τερματικός εξοπλισμός το επέτρεπε. Το πρόβλημα ήταν το μέγιστο μήκος των ζεύξεων που σε αυτούς τους ρυθμούς μετάδοσης περιορίζονταν λόγω της χρωματικής διασποράς και της διασποράς τρόπου πόλωσης. Μεγάλη ώθηση στην WDM τεχνική έδωσαν οι οπτικοί ενισχυτές ίνας ερβίου. Χωρίς αυτούς θα έπρεπε να χρησιμοποιούνται πολλαπλοί ηλεκτροοπτικοί αναγεννητές, ένας για κάθε πολυπλεγμένο σήμα. Βασικό πλεονέκτημα της WDM είναι η εγκατάσταση που απαιτεί αλλαγές μόνο στον τερματικό εξοπλισμό.

3 Βασική διάρθρωση ζεύξης WDM T : Αναμεταδότης R : Δέκτης

4 Αναμεταδότες Ο σκοπός των αναμεταδοτών είναι να δημιουργήσουν οπτικά σήματα κατάλληλα προς πολύπλεξη WDM. Βασικό χαρακτηριστικό είναι το μήκος κύματος του αναμεταδότη να βρίσκεται στο 3ο παράθυρο λειτουργίας (1550 nm). λ 0 Φωτοδίοδος Ψηφιακό σήμα+θόρυβος m(t)+n(t) Κύκλωμα Αναγνώρισης παλμών Αναγεννημένο ψηφιακό σήμα m(t) DFB laser Κανάλι λ ν

5 Διαμόρφωση εξόδου των αναμεταδοτών Άμεση διαμόρφωση: απλή λειτουργία αλλά περιορίζει το μέγιστο μήκος της ζεύξης λόγω του φαινομένου chirping. Εξωτερική διαμόρφωση: πιο πολύπλοκη αλλα κατάλληλη για μεγάλους ρυθμούς μετάδοσης π.χ. STM-64 m(t) laser

6 Πλέγμα συχνοτήτων κατα την ITU-T (σύσταση G.692)

7 Χαρακτηριστικά αναμεταδότη Το βασικό χαρακτηριστικό του αναμεταδότη είναι η δυνατότητα εκπομπής σε συγκεκριμένο και αυστηρά καθορισμένο μήκος κύματος. Τη δυνατότητα αυτή δίνουν τα DFB laser που εξασφαλίζουν εκπομπή μονοχρωματικής δέσμης με Δλ<1nm.

8 Πολυπλέκτης Ένας πολυπλέκτης είναι ένας παθητικός οπτικός συνδυαστής Ν:1 Χαρακτηριστικά: Απώλεια εισαγωγής Οπτική απώλεια εισαγωγής κατευθυντικότητα Από αναμεταδότη 1 Από αναμεταδότη 2 Από αναμεταδότη 3 Πολυπλέκτης WDM Από αναμεταδότη Ν

9 Οπτικοί ενισχυτές +λ λ Ν α) οπτικός ενισχυτής. Ένας ενισχυτής αρκεί για την ενίσχυση του συνολικού οπτικού σήματος. λ 2 λ Ν mux demux λ 2 λ Ν β) αναγεννητές για ενίσχυση σε ζεύξη WDM. Απαιτείται ένας αναγεννητής για κάθε κανάλι. λ 2 λ Ν mux +λ λ Ν demux λ 2 λ Ν

10 Αποπυλυπλέκτης Ο ρόλος του αποπολυπλέκτη είναι ο διαχωρισμός των καναλιών μέσω των οποίων διαδίδονται τα πολυπλεγμένα σήματα (aggregate signal) Μια τεχνική διαχωρισμού είναι η χρήση ινών φράγματος Braag. Στις ίνες αυτές ο δείκτης διάθλασης μεταβάλλεται περιοδικά με αποτέλεσμα την ανάκλαση ενός συγκεκριμένου καναλιού. Αποπολυπλέκτης WDM +λ 2 +..λ 8 +λ 2 +λ 3 +λ 4 +λ 2 +λ 4 λ 2 λ 8 λ 3

11 Επιμέρους δέκτες Ο ρόλος των επιμέρους δεκτών είναι η λήψη των αποπολυπλεγμένων οπτικών σημάτων και η εξαγωγή των ψηφιακών σημάτων πληροφορίας. Χρησιμοποιούνται φωτοδίοδοι PIN ή APD. Κανάλι λ 0 m(t)+n(t) m(t) Φωτοδίοδος Κύκλωμα Αναγνώρισης παλμών Ψηφιακό σήμα+θόρυβος ψηφιακό σήμα

12 Οπτικοί πολυπλέκτες προσθαφαίρεσης Ο ρόλος των πολυπλεκτών προσθαφαίρεσης είναι η εξαγωγή (dropping) απο το σύνθετο aggregate οπτικό σήμα ή η εισαγωγή (adding) σε αυτό ενός ή περισσοτέρων οπτικών καναλιών. +λ λ Ν +λ λ Ν OADM λ ν λ ν

13 Παράδειγμα Έστω ζεύξη WDM χαρακτηρίζεται απο τις παρακάτω παραμέτρους: Τύπος σημάτων: STM-16 (2,5 Gbit/s) Πλήθος καναλιών: Ν=8 Μήκος ζεύξης: L=200km Mέγιστη επιτρεπόμενη ισχύς στο κεντρικό ζεύγος οπτικών ινών: P max =17dBm Συντελεστής εξασθένησης: Περιθώριο απωλειών: Ενίσχυση πομπού: Ενίσχυση γραμμής: a f =0,25dB/km Π=10dB G t =10dB G l =10dB Προενίσχυση δέκτη: G r =10dB Ευαισθησία δεκτών: P r,min =-27dBm Να υπολογιστούν: α) Ο συνολικός ρυθμός μετάδοσης R tot β) Η ισχύς εκπομπής P t,n των αναμεταδοτών γ)ο απαιτούμενος αριθμός ενισχυτών γραμμής.

14 Λύση α) R tot = 8. 2,5 Gbit/sec = 20 Gbit/sec β) Γνωρίζουμε οτι η μέγιστη επιτρεπόμενη ισχύς στην κεντρική ζεύξη είναι P max =17dBm. Η ισχύς αυτή προέρχεται απο την ενίσχυση του πομπού G t =10dB. Άρα πριν την ενίσχυση έχουμε 17 db-10db = 7 dbm. Αυτή η ισχύς προέρχεται απο 8 ίδιους αναμεταδότες άρα κάθε αναμεταδότης εκπέμπει ισχύ ιση με το 1/8 της ισχύος που αντιστοιχούν στα 7 dbm. Επειδή 10log(1/8) = -9 db η ισχύς κάθε αναμεταδότη σε dbm θα ισούται με 7dBm -9dB = -2 dbm. γ) Γνωρίζουμε οτι σε κάθε δέκτη πρέπει να έχουμε τουλάχιστον P r,min =-27dBm. Άρα στην είσοδο του αποπολυπλέκτη το σύνθετο οπτικό σήμα πρέπει να έχει 8πλάσια ισχύ +9dB (διότι 10log(8) = 9). Άρα P demux = -27dBm +9dB = -18dBm. Γνωρίζουμε επίσης οτι στην αρχή της ζεύξης έχουμε P max =17dBm. Άρα η ανεκτές απώλειες ισούνται με 17dBm-(-18dBm) = 35dB. Η συνολική εξασθένηση ισούται με: Α tot = a f.l + Π+Α con = 0,25dB/km. 200km+8dB +0=58dB. Άρα η διαφορά 58dB 35dB = 23dB πρέπει να καλυφθεί απο τρείς οπτικούς ενισχυτές.

15 Παρόν της WDM Η μετατροπή μήκους κύματος στους αναμεταδότες, η μεταγωγή και η δρομολόγηση στους διασταυρωτήρες γίνεται ηλεκτροοπτικά. Στους περισσότερους οπτικούς πολυπλέκτες προσθαφαίρεσης (OADMs) τα κανάλια εισαγωγής / εξαγωγής προεπιλέγονται.

16 Μέλλον της WDM Οπτικοποίηση λειτουργιών που θα οδηγήσουν σε ένα ολο-οπτικό δίκτυο. π.χ. Οπτικοί αναγεννητές, οπτική μεταγωγή. Ανάπτυξη νέων τεχνολογιών όπως η χρήση σολιτονίων που είναι παλμοί χωρίς διασπορά σε μεγάλες αποστάσεις π.χ km. Ανάπτυξη ρυθμιζόμενων (tunable) lasers. Ανάπτυξη διαρθρώσιμων OADM και οπτικών διασταυροτήρων OXC. Ανάπτυξη ενισχυτών ίνας ερβίου με μεγαλύτερο εύρος μήκους κύματος (80nm απο 40nm που έχουμε σήμερα). Αναβάθμιση συστημάτων που θα περιέχουν σολιτόνια και ενισχυτές έυρους 80nm που θα δίνουν χωρητικότητες των 1-5 Tbps.