![](/user_photo/1438_p9ksI.png)
- •Волоконно-оптические сети
- •1. Основные сведения о ВОЛС
- •1.1. Общие положения
- •Преимущества ВОЛС
- •Недостатки ВОЛС
- •Типовая схема системы волоконно-оптической связи
- •1.2. Основные компоненты ВОЛС
- •Литература к предисловию и главе 1
- •2. Оптическое волокно
- •2.1. Типы оптических волокон
- •Многомодовые градиентные волокна
- •Одномодовые волокна
- •2.2. Распространение света по волокну
- •Геометрические параметры волокна
- •Типы мод
- •Длина волны отсечки (cutoff wavelength)
- •Затухание
- •Потенциальные ресурсы волокна и волновое уплотнение
- •Дисперсия и полоса пропускания
- •Межмодовая дисперсия
- •Хроматическая дисперсия
- •Поляризационная модовая дисперсия
- •2.3. Характеристики поставляемых волокон
- •Градиентное многомодовое волокно
- •Функциональные свойства одномодовых волокон
- •Литература к главе 2
- •3. Пассивные оптические компоненты
- •3.1. Разъемные соединители
- •Типы конструкций
- •Вносимые потери
- •Надежность, механические, климатические и другие воздействия
- •Стандарты соединителей
- •Оптические шнуры
- •Адаптеры быстрого оконцевания
- •Механический сплайс (МС)
- •Производители и поставщики
- •3.2. Сварное соединение волокон
- •Непрерывное соединение
- •Допускается заводская прединсталляция
- •Количественные оценки качества сварки
- •3.3. Оптические разветвители
- •Древовидный разветвитель (tree coupler)
- •Звездообразный разветвитель (star coupler)
- •Ответвитель (tap)
- •Параметры, характеризующие разветвитель
- •3.4. Устройства волнового уплотнения WDM
- •Основные технические параметры WDM фильтров
- •Широкозонные и узкозонные WDM фильтры
- •3.5. Оптические изоляторы
- •Вращение плоскости поляризации
- •Принцип действия оптического изолятора
- •Технические параметры
- •3.6. Другие специальные пассивные компоненты ВОЛС
- •Аттенюаторы
- •Оптические переключатели
- •Соединительные герметичные муфты
- •Терминирование ВОК
- •Оптический узел
- •Оптические распределительные устройства (ОРУ)
- •Оптические кроссовые устройства (ОКУ)
- •Интерконнект и кросс-коннект
- •Принципы построения оптического кроссового устройства
- •Обслуживание ОКУ
- •Оптические кроссы высокой и сверхвысокой плотности
- •Характеристики
- •Примеры инсталляции кроссового оборудования
- •Литература к главе 3
- •4. Электронные компоненты систем оптической связи
- •4.1. Передающие оптоэлектронные модули
- •Типы и характеристики источников излучения
- •Светоизлучающие диоды
- •Лазерные диоды
- •Другие характеристики
- •Основные элементы ПОМ
- •4.2. Приемные оптоэлектронные модули
- •Основные элементы приемных оптоэлектронных модулей
- •Принципы работы фотоприемника
- •Технические характеристики фотоприемников
- •Лавинный фотодиод
- •Электронные элементы ПРОМ
- •4.3. Повторители и оптические усилители
- •Проблема расстояния
- •Типы ретрансляторов
- •Повторители для цифровых линий связи
- •Конструкция
- •Оптические усилители
- •4.4. Разновидности усилителей EDFA
- •Усилители на кремниевой основе
- •Усилители на фтор-цирконатной основе
- •Литература к главе 4
- •5. Сети передачи данных
- •5.1. Мультиплексирование
- •Частотное мультиплексирование FDM
- •Синхронное временное мультиплексирование
- •Статистическое (асинхронное) временное мультиплексирование
- •Инверсное мультиплексирование
- •5.2. Сети с коммутацией каналов и пакетов
- •Коммутация каналов
- •Коммутация пакетов
- •Коммутация каналов на разных скоростях и сети ISDN
- •Протокол Х.25
- •Ретрансляция кадров Frame Relay
- •Ретрансляция ячеек Cell Relay
- •Эволюция концепций передачи информации с появлением волокна
- •5.3. Эталонная модель OSI
- •Стандарты IEEE 802
- •Литература к главе 5
- •6. Сети FDDI
- •6.1. Принцип действия
- •6.2. Составляющие стандарта FDDI
- •6.3. Типы устройств и портов
- •Топологии сетей FDDI
- •6.4. Оптический обходной переключатель
- •Подключение к сети через OBS
- •Устройство OBS
- •6.5. Кабельная система и уровень PMD
- •Стандарты MMF-PMD, SMF-PMD и TP-PMD
- •Функция регистрации сигнала уровня PMD
- •Оптические соединители
- •Сравнения оптического волокна и витой пары
- •6.6. Уровень PHY
- •Синхронизация часов
- •Кодирование и декодирование данных
- •Особенности кодирования при передаче по витой паре
- •Эластичный буфер
- •Функция сглаживания
- •Фильтр повторений
- •6.7. Уровень MAC
- •Маркеры и кадры
- •Временной анализ процессов передачи маркера и кадров
- •Мониторинг и инициализация кольца
- •6.8. Обзор уровня SMT
- •Управление соединениями СМТ
- •Управление кольцом RMT
- •Управление, основанное на передаче кадров FВМ
- •Когда рекомендуется использовать технологию FDDI
- •Поставляемое оборудование
- •Литература к главе 6
- •7. Сети Ethernet/Fast Ethernet/Gigabit Ethernet
- •7.1. Сети Ethernet
- •Формат кадра Ethernet
- •Основные варианты алгоритмов случайного доступа к среде
- •Протокол CSMA/CD
- •Спецификации физического уровня IEEE 802.3 и типы портов
- •7.2. Основные типы устройств Ethernet
- •AUI интерфейс и трансиверы Ethernet
- •Рабочая станция, сетевая карта
- •Повторитель (концентратор)
- •Коммутатор
- •Расчет параметров коллизионного домена Ethernet (Модель 1)
- •Расчет параметров коллизионного домена Ethernet (Модель 2)
- •7.4. Сети Fast Ethernet
- •Архитектура стандарта Fast Ethernet
- •Физические интерфейсы Fast Ethernet
- •Типы устройств Fast Ethernet
- •Устройство/кабельный сегмент
- •7.6. Дуплексный Ethernet
- •7.7. Сети Gigabit Ethernet (стандарты IEEE 802.3z и 802.3ab)
- •Архитектура стандарта Gigabit Ethernet
- •Уровень MAC
- •Расширение носителя
- •Пакетная перегруженность
- •Типы устройств
- •7.8. Миграция Ethernet к магистральным сетям
- •Литература к главе 7
- •8. Полностью оптические сети
- •8.1. Основные определения и элементы
- •8.2. Плотное волновое мультиплексирование
- •Мультиплексоры DWDM
- •Пространственное разделение каналов и стандартизация DWDM
- •8.3. Применение оптических усилителей EDFA
- •Технические параметры усилителей EDFA
- •Классификация усилителей EDFA по способам применения
- •Расчет числа каскадов линейных усилителей EDFA
- •8.4. Оптимизация WDM/TDM
- •Протяженность линии
- •Трибные интерфейсы
- •Существующие архитектуры SDH
- •Миграция к оптическому уровню
- •8.5. Оптические коммутаторы
- •Разветвитель-коммутатор 2х2 (элемент 2х2)
- •Оптические коммутаторы nхn
- •8.6. Волновые конвертеры
- •8.7. Классификация полностью оптических сетей
- •Простая многоволновая линия связи SMWL
- •Параметры многоволновых мультиплексных линий связи
- •8.8. AON с коммутацией каналов
- •Широковещательная AON
- •AON с пассивной волновой маршрутизацией
- •AON с активной волновой маршрутизацией
- •8.9. AON с коммутацией пакетов
- •Сеть с последовательной битовой коммутацией
- •Сеть с параллельной битовой коммутацией
- •8.10. Архитектура AON
- •8.11. Прототипы и коммерческие реализации AON
- •Литература к главе 8
- •9. Сети абонентского доступа
- •9.1. Концепции развития абонентских сетей
- •Традиционная информационная абонентская сеть
- •Гибридная волоконно-коаксиальная сеть
- •Концепция "волокно в монтажный шкаф"
- •Концепция "волокно в квартиру"
- •9.2. Сети HFC
- •Спецификации физического уровня стандарта 802.14
- •Частотное распределение потоков
- •Распределение восходящих потоков
- •Распределение нисходящих потоков
- •Физические особенности восходящих и нисходящих потоков
- •Параметры
- •9.3. Платформа доступа Homeworx
- •Предоставляемые услуги
- •Основные элементы архитектуры
- •Структура потоков и транспортные характеристики Homeworx
- •Система спектрального смещения
- •Сценарии развертывания платформы Homeworx
- •9.4. Межстудийный телевизионный обмен и система DV6000
- •Оптические параметры
- •Параметры аналогового видеоканала
- •Дифференциальная фаза, град
- •Параметры звукового канала
- •Литература к главе 9
![](/html/1438/356/html_6es19CS0dt.yOvW/htmlconvd-tovmfk259x1.jpg)
Рис. 8.1. Схемы DWDM мультиплексоров: а) с отражающим элементом [5]); б) с двумя волноводами-пластинами [6]
Пространственное разделение каналов и стандартизация DWDM
Самым важным параметром в технологии плотного волнового мультиплексирования бесспорно является расстояние между соседними каналами. Стандартизация пространственного расположения каналов нужна, уже хотя бы потому, что на ее основе можно будет начинать проведение тестов на взаимную совместимость оборудования разных производителей. Сектор по стандартизации телекоммуникаций ITU-T утвердил частотный план DWDM с расстоянием между соседними каналами 100 ГГц (∆λ≈0,8 нм), (табл. 8.2). В то же время дебаты продолжают идти вокруг принятия частотного плана с еще меньшим расстоянием между каналами 50 ГГц (∆λ≈0,4 нм). Без понимания того, какие ограничения и преимущества имеет каждый частотный план, операторы связи и организации, планирующие наращивание пропускной способности сети, могут столкнуться со значительными трудностями и излишними инвестициями.
Сетка 100 ГГц. В табл. 8.2 показаны сетки частотного плана 100 ГГц с различной степенью разреженности каналов. Все сетки, кроме одной 500/400, имеют равноудаленные каналы. Равномерное распределение каналов позволяет оптимизировать работу волновых конвертеров, перестраиваемых лазеров и других устройств полностью оптической сети, а также позволяет легче ее наращивать. Реализация той или иной сетки частотного плана во многом зависит от трех основных факторов: типа используемых оптических усилителей (кремниевого или фтор-цирконатного); скорости передачи на канал - 2,4 Гбит/с (STM-16) или 10 Гбит/с (STM-64); влияния нелинейных эффектов, причем все эти факторы сильно взаимосвязаны между собой.
Стандартные усилители EDFA на кремниевом волокне имеют один недостаток - большую вариацию коэффициента усиления в области ниже 1540 нм (рис. 4.19, гл. 4), что приводит к более низким значениям соотношения сигнал/шум и нелинейности усиления в этой области. Одинаково нежелательны как сильно низкие, так и сильно высокие значения коэффициента усиления. С
ростом полосы пропускания минимальное допустимое по стандарту соотношение сигнал/шум возрастает - так, для канала STM-64 оно на 4-7 дБ выше, чем для STM-16. Таким образом, нелинейность коэффициента усиления кремниевого усилителя EDFA сильней ограничивает размер зоны для мультиплексных каналов STM-64 (1540-1560 нм), чем для каналов STM-16 и меньшей емкости (где можно использовать практически всю зону усиления кремниевого EDFA, несмотря на нелинейность).
Таблица 8.2. Частотный план ITU-T [7]
Частота, |
Интервал |
Интервал |
Интервал |
Интервал |
Интервал |
Интервал |
Длина |
|
ТГц |
100 ГГц |
200 |
ГГц |
400 ГГц |
500/400 |
600 ГГц |
1000 ГГц |
волны, нм |
|
(8 каналов |
(4 |
канала |
(только 4 |
ГГц |
(только 4 |
(только 4 |
|
|
и более) |
и более) |
канала) |
(только 8 |
канала) |
канала) |
|
|
|
|
|
|
|
каналов) |
|
|
|
196,1 |
* |
* |
|
|
|
|
|
1528,77 |
196,0 |
* |
|
|
|
|
|
|
1529,55 |
195,9 |
* |
* |
|
|
|
|
|
1530,33 |
195,8 |
* |
|
|
|
|
|
|
1531,12 |
195,7 |
* |
* |
|
|
|
|
|
1531,90 |
195,6 |
* |
|
|
|
|
|
|
1532,68 |
195,5 |
* |
* |
|
|
|
* |
* |
1533,47 |
195,4 |
* |
|
|
|
|
|
|
1534,25 |
195,3 |
* |
* |
|
|
* |
|
|
1535,04 |
195,2 |
* |
|
|
|
|
|
|
1535,82 |
195,1 |
* |
* |
|
|
|
|
|
1536,61 |
195,0 |
* |
|
|
|
|
|
|
1537,40 |
194,9 |
* |
* |
|
|
|
* |
|
1538,19 |
194,8 |
* |
|
|
|
* |
|
|
1538,98 |
194,7 |
* |
* |
|
|
|
|
|
1539,77 |
194,6 |
* |
|
|
|
|
|
|
1540,56 |
194,5 |
* |
* |
|
|
|
|
* |
1541,35 |
194,4 |
* |
|
|
|
|
|
|
1542,14 |
194,3 |
* |
* |
|
|
* |
* |
|
1542,94 |
194,2 |
* |
|
|
|
|
|
|
1543,73 |
194,1 |
* |
* |
|
|
|
|
|
1544,53 |
194,0 |
* |
|
|
|
|
|
|
1545,32 |
193,9 |
* |
* |
|
* |
* |
|
|
1546,12 |
193,8 |
* |
|
|
|
|
|
|
1546,92 |
193,7 |
* |
* |
|
* |
|
* |
|
1547,72 |
193,6 |
* |
|
|
|
|
|
|
1548,51 |
193,5 |
* |
* |
|
* |
|
|
* |
1549,32 |
193,4 |
* |
|
|
|
* |
|
|
1550,12 |
193,3 |
* |
* |
|
* |
|
|
|
1550,92 |
193,2 |
* |
|
|
|
|
|
|
1551,72 |
193,1 |
* |
* |
|
* |
|
* |
|
1552,52 |
193,0 |
* |
|
|
|
* |
|
|
1553,33 |
192,9 |
* |
* |
|
* |
|
|
|
1554,13 |
192,8 |
* |
|
|
|
|
|
|
1554,94 |
192,7 |
* |
* |
|
* |
|
|
|
1555,75 |
192,6 |
* |
|
|
|
|
|
|
1556,55 |
192,5 |
* |
* |
|
* |
* |
* |
* |
1557,36 |
![](/html/1438/356/html_6es19CS0dt.yOvW/htmlconvd-tovmfk261x1.jpg)
192,4 |
* |
|
|
|
|
|
1558,17 |
192,3 |
* |
* |
* |
|
|
|
1558,98 |
192,2 |
* |
|
|
|
|
|
1559,79 |
192,1 |
* |
* |
|
* |
|
|
1560,61 |
Сетка 50 ГГц. Более плотный, пока не стандартизированный, частотный план сетки с интервалом 50 ГГц позволяет эффективней использовать зону 15401560 нм, в которой работают стандартные кремниевые EDFA. Наряду с этим преимуществом есть и минусы у этой сетки. Во-первых, с уменьшением межканальных интервалов возрастает влияние эффекта четырехволнового смешивания, что начинает ограничивать максимальную длину межрегенерационной линии (линии на основе только оптических усилителей). Вовторых, малое межканальное расстояние ≈ 0,4 нм может приводить к ограничениям в возможности мультиплексирования каналов STM-64 (рис. 8.2). Как видно из рисунка, мультиплексирование каналов STM-64 с интервалом 50 ГГц не допустимо, поскольку тогда возникает перекрытие спектров соседних каналов [7]. Только если имеет место меньшая скорость передачи в расчете на канал (STM-4 и ниже), перекрытие спектров не возникает. В-третьих, при интервале 50 ГГц требования к перестраиваемым лазерам, мультиплексорам и другим компонентам становятся более жесткими, что снижает число потенциальных производителей оборудования, а также ведет к увеличению его стоимости.
В настоящее время ведутся работы по созданию надежных фторцирконатных усилителей EDFA, обеспечивающих большую линейность (во всей области 1530-1560 нм) коэффициента усиления. С увеличением рабочей области усилителей EDFA становится возможным мультиплексирование 40 каналов STM64 с интервалом 100 ГГц общей емкостью 400 ГГц в расчете на волокно.
Рис. 8.2. Спектральное размещение каналов в волокне
Для справки в табл. 8.3 приведены технические характеристики одной из мощных мультиплексных систем, использующих частотный план 100/50 ГГц, производства фирмы Ciena Corp.
Таблица 8.3. Технические характеристики транспортной системы DWDM -
модели MultiWave Sentry™ 4000 (по материалам Ciena Corp. [8])