2 Оптические интерфейсы

Оптические интерфейсы транспортных сетей характеризуются разнообразием. Это обусловлено развитием новых технологий передачи и внедрением новых компонентов: перестраиваемых лазеров; оптических усилителей; компактных компенсаторов дисперсии; процессоров FEC и т.д. В качестве стандартов на оптические интерфейсы применяются рекомендации ITU-T и IEEE 802.3. В соответствии с этими стандартами оптические интерфейсы можно разделить на три группы (рис.6.1):

- одноканальные, т.е. обеспечивающие передачу только на одной оптической частоте (G.955, G.957, G.691, G.693, IEEE 802.3 u,z);

- многоканальные, т.е. обеспечивающие передачу на двух и более оптических частотах одновременно (G.692, G.694.1, G.694.2, G.695, G.696.1, G.696.2, G.698.1, G.698.2, G.959.1, G.959.2);

- оптические интерфейсы пассивных оптических сетей (PON), которые поддерживают передачу оптических сигналов на 1, 2, 3 и более оптических частотах (G.983, G.984, G.985, IEEE 802.3ah).

Рисунок 1. Общая классификация оптических интерфейсов

Ниже приводится краткая характеристика указанных оптических интерфейсов и возможностей их применения.

2.1 Одноканальные оптические интерфейсы

Одноканальные оптические интерфейсы стандарта G.955 предназначены для аппаратуры плезиохронных систем передачи PDH со скоростными режимами: 2048кбит/с; 8448кбит/с; 34368кбит/с; 136264кбит/с. Эти интерфейсы поддерживают соединение типа “точка-точка” по одному или двум волокнам оптического кабеля на относительно небольшие расстояния. Оптические характеристики интерфейсов представлены в таблице 4.

Уровень мощности передачи и чувствительность приёмника используются для расчёта энергетического потенциала интерфейса, что, в свою очередь, позволяет оценить максимальную дальность передачи в линии с ОМВ и ММВ. Характеристика динамического диапазона приемника позволяет оценить возможную максимальную мощность передатчика.

Эти интерфейсы не получили широкого применения в оптических транспортных сетях. Они используются на соединительных линиях между терминалами и оборудованием транспортной сети (компонентными блоками). На предельных расстояниях, с точки зрения энергетического потенциала, рекомендуется производить расчёт полосы пропускания оптического тракта и её сравнение с требуемой полосой частот для линейного сигнала. Это необходимо для учета дисперсионные искажения в волоконных световодах, особенно в ММВ.

Таблица 4 - Примеры характеристик оптических интерфейсов PDH

Характеристика	Тип волокна	Иерархические скорости
Скорость, Мбит/с		2,048	8,448	34,368	139,264
Минимальный уровень мощности передачи СИД и ППЛ, дБм
Волна СИД: 0,85 мкм	ММВ	–17,0	–17,0	–17,0	–
Волна СИД: 1,31 мкм	ММВ	–21,0	–21,0	–21,0	–
Волна СИД: 1,31 мкм	ОМВ	–30,0	–30,0	–30,0	–
Волна ППЛ: 1,31 мкм	ММВ	–1,0	–1,0	–1,0	–1,0
Волна ППЛ: 1,31 мкм	ОМВ	–4,0	–4,0	–4,0	–4,0
Волна ППЛ: 1,3 мкм	ОМВ	–14,0	–14,0	–14,0	–14,0
Волна ППЛ: 1,55 мкм	ОМВ	–	–	–7,0	–7,0
Чувствительность приёмника при вероятности ошибки 10–9 , дБм
Волна 0,85 мкм	ММВ	–51	–46	–40	–
Волна 1,31 мкм	ОМВ, ММВ	–52	–47	–42	–35
Волна 1,31 и 1,55 мкм	ОМВ	–	–	–	–38
Динамический диапазон приемника, дБ
Волна 0,85 мкм	ММВ	> 40	> 34	> 26	–
Волна 1,31 и 1,55 мкм	ОМВ, ММВ	> 53	> 48	> 40	> 35
Обозначения: СИД – светоизлучающий диод; ППЛ – полупроводниковый лазер; MMВ – многомодовое волокно стандарта G.651; ОMВ – одномодовое волокно стандарта G.652

Оптические одноканальные интерфейсы стандартов G.957 и G.691 предназначены для аппаратуры синхронной цифровой иерархии SDH со скоростными режимами передачи от 155520 кбит/с до 39813120 кбит/с. Интерфейсы поддерживают соединение типа “точка-точка” по паре одномодовых волоконных световодов, соответствующих стандартам ITU-T G.652, G.653, G.654, G.655, G.656. Допускается возможность использования на коротких линиях только одного волокна в кабеле и направленных разветвителей для организации двухсторонней связи на различных волнах (1310 нм и 1550 нм).

Оптические интерфейсы SDH имеют три обширных категории применения:

- внутристанционные связи, соответствующие расстояниям присоединения от нескольких метров (перемычки) до 2 км;

- межстанционные связи малой дальности, соответствующие расстояниям присоединения до 15 км;

- межстанционные связи большой дальности, соответствующие расстояниям присоединения до 40км на волне передачи 1310 нм и около 80 км на волне передачи 1550 нм.

В рамках каждой из трёх категорий рассматривается использование различных источников излучения (по типу излучателя, по длине волны, по спектру излучения, по виду модуляции и т.д.), приёмников излучения (ЛФД, р-i-n), типу волоконных световодов (SMF, DSF, NZDSF) и т.д. В таблице 5 представлена классификация интерфейсов SDH.

Таблица 5 Классификация оптических интерфейсов SDH по применению

Применение   Параметры		Внутри узла	Межузловое применение
			Короткая линия		Длинная линия
Длина волны источника, нм		1310	1310	1550	1310	1550
Тип волокна		G.652	G.652	G.652	G.652	G.652, 654, 655		G.653, G.655
Расстояние, км		2	~15	~15	~40	~80		~80
Уровень STM-N, скорость Мбит/с	STM-1 155,52	I-1	S-1.1	S-1.2	L-1.1	L-1.2		L-1.3
	STM-4 622,08	I-4	S-4.1	S-4.2	L-4.1	L-4.2	U-4.2	L-4.3	U-4.3
	STM-16 2488,32	I-16	S-16.1	S-16.2	L-16.1	L-16.2	U-16.2 V-16.2	L-16.3	U-16.3 V-16.3
	STM-64 9953,28	I-64	S-64.1	S-64.2	L-64.1	L-64.2	V-64.2	L-64.3	U-64.3 V-64.3
	STM-256 39813,12	I-256.2	-	S-256.2	-	L-256.2	-	L-256.3	-

Оптические интерфейсы SDH имеют систему обозначений, в которой отражены особенности интерфейсов по применению:

- I, обозначает линию малой длины внутри предприятия, т.е. intra-office;

- S, обозначает короткую линию, т.е. short-haul;

- L, обозначает длинную линию, т.е. long-haul;

- V, обозначает очень длинную линию, т.е. very long-haul;

- U, обозначает сверх длинную линию, т.е. ultra long-haul;

- VSR, обозначает очень короткое расстояние (в перемычке), т.е. very short reach (в таблице 5 не обозначено).

При обозначении V и U следует понимать включение в состав линейного интерфейса оптического усилителя (OA, Optical Amplifier) мощности на передаче (обозначается B – booster, B-OA) и предусилителя оптического сигнала на приеме (обозначается ВР – booster pre-amplifier, BP-OA).

После буквенных индексов в обозначениях интерфейсов следуют цифры:

- первая (-ые) цифра (-ы) указывают на иерархический уровень STM-N (N=1, 4, 16, 64, 256);

-вторая цифра или пробел указывает на номинал длины волны излучения источника и типы волокон (1 или пробел - источник излучения длины волны 1310 нм на волокне G.652; 2 – источник излучения длины волны 1550 нм на волокне G.652 для применения на малой дальности, либо на волокнах G.654 и G.655 для приложений большой дальности; 3 - источник излучения длины волны 1550 нм на волокнах G.653 и G.655 для приложений большой дальности).

На рисунке 1 представлена схема подключения интерфейса G.957 к волоконно-оптической линии. В схеме показаны две оконечные станции и промежуточная станция регенерации. Все участки этого соединения определяются стандартами МСЭ-T. Интерфейсные стыки участков находятся в точках S и R, что соответствует подключению передатчика (S – send) и приёмника (R – receive). Эти точки ассоциируются с местом стыка волокон линейного и станционного оптических кабелей на линейном оптическом кроссе. Как правило, длина станционного оптического кабеля между линейным кроссом и аппаратурой не превышает нескольких метров. Поэтому характеристики оптических интерфейсов при соответствующей погрешности могут оцениваться непосредственно в аппаратуре. Для определения параметров оптических интерфейсов SDH предложены следующие характеристики:

- диапазон рабочих длин волн;

- тип источника излучения;

- спектральные характеристики излучения;

- средняя вводимая мощность в точке S;

- коэффициент гашения (логарифм отношения мощности при передаче логической “1” и логического “0”);

- маска глаз-диаграммы;

- оптический тракт (величины максимального затухания и дисперсии между точками S и R, максимальная величина отражения оптического сигнала на неоднородностях);

- чувствительность приёмника;

- перегрузка приемника;

- отражательная способность приёмника;

- штраф по мощности оптического тракта (отражения, межсимвольные помехи, шум распределения мод, изменение длины волны излучателя).

Рисунок 1 - Схема подключения интерфейса G.957 к волоконно-оптической линии

На рисунке 1 обозначены стандартные функциональные блоки аппаратуры SDH, определенные в рекомендации МСЭ-Т G.783: SPI, SDH Physical Interface – физический интерфейс SDH с подключением к линии или оптическому усилителю (OA); RST, Regenerator Section Termination – окончание секции регенерации (функции доступа к заголовку RSOH).

Взаимосвязь некоторых оптических параметров представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 - Взаимосвязь оптических параметров

Необходимо обратить внимание на то, что одноканальные интерфейсы STM-64 имеют особенности применения, которые необходимо учитывать при проектировании:

- в результате введения в тракт оптических усилителей могут быть достигнуты достаточно большие мощности (около 50мВт), оказывающие значительные влияния на оптические нелинейности;

- специальные методы адаптации к дисперсии (компенсация дисперсии - Dispersion Compensated, DC), связанные с тем, что стандартные волокна (G.652) имеют дисперсионный предел для этих интерфейсов около 60км, необходимо использовать для увеличения дальности передачи путём включения пассивных компенсаторов в виде интегрированных дифракционных решеток и волоконных световодов, активной компенсации на основе фазовой автомодуляции (ФАМ) (нелинейный эффект в стекловолокне) и предварительной линейной частотной модуляции (ПЛЧМ);

- применение в составе интерфейсов для очень длинных линий процессоров упреждающей коррекции ошибок (FEC), которые повышают энергетический потенциал на 3-8 дБм.

Возможна комбинация методов компенсации дисперсии. В настоящее время определена только одна комбинация методов: ФАМ совместно с пассивной компенсацией дисперсии в интерфейсе V-64.2. ФАМ применяется для компенсации на первых 80 км, а дополнительно 40 км компенсируется пассивным методом.

Примеры использования пассивных компенсаторов показаны на рисунке 3. Для интерфейсов типа S-64 участки длиной до 40 км проектируются без компенсации дисперсии. Для каждого более длинного участка с применением интерфейсов L-64.2, V-64.2 прибавляется по одному компенсатору на 40 км.

Рисунок 3 - Схема пассивной компенсации дисперсии в интерфейсах STM-64

Ещё одной особенностью оптических интерфейсов STM-64 является использование другого обозначения точек, где нормируются параметры передатчика и приёмника, т.е. вместо обозначения S и R применяется MPI-S и MPI-R (Main Path Interfaces).