Оптические средства сопряжения. Практикум

Федеральное агентство связи

Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования «Сибирский государственный университет

телекоммуникаций и информатики» (ФГОБУ ВПО «СибГУТИ»)

В.Г. Фокин

ОПТИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА СОПРЯЖЕНИЯ

Практикум

Новосибирск 2013

УДК 621.316

В.Г. Фокин. Оптические средства сопряжения. Практикум. Новосибирск:

ФГОБУ ВПО «СибГУТИ», 2013. - 55 с.

Практикум предназначен для самостоятельной работы студентов заочной формы обучения, заочной ускоренной формы обучения по сокращённым программам и заочной формы обучения с применением дистанционных технологий по направлению подготовки 210700 – Инфокоммуникационные технологии и системы связи квалификации «бакалавр». Также может использоваться для организации самостоятельной работы студентов очного обучения.

В практикуме представлены: программа дисциплины, контрольные задания, методические указания к решению задач; список учебной литературы и приложения.

Кафедра многоканальной электросвязи и оптических систем

Табл.44, ил. 2, список лит. 8 наименований.

Рецензент: к.т.н. Носкова Н.В.

Утверждено редакционно-издательским советом ФГОБУ ВПО «СибГУТИ» в качестве практикума для студентов заочного обучения.

© ФГОБУ ВПО «Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики», 2013г.

Оглавление

Введение…………………………………………………………......... 4

1 Программа дисциплины……………………………………………. 5

2 Контрольные задания………………………………………………. 6

2.1Физические средства сопряжения……………………………….. 6

2.2Оптические коммутационные платформы с мультиплексорами

OADM/ROADM и коммутаторами PXC…………………………….. 9

2.3Протокольные средства сопряжения оптических систем. Протоколы физического уровня: PDH, SDH, OTN-OTH, FEC,

скремблирования. Протоколы канального и сетевого уровня:

Ethernet, RPR, MPLS, АТМ…………………………………………... 11

2.4Стандартные интерфейсные решения по сопряжению

оптических систем передачи и сетей………………………………... 14

3

Введение

Предлагаемые материалы предназначены для студентов, изучающих дисциплину "Оптические средства сопряжения" по программе подготовки бакалавров. В практикум включены: программа дисциплины; контрольные задания и методические указания по всем разделам дисциплины, список учебной литературы.

Студентам рекомендуется внимательно познакомиться с программой, ответить письменно на контрольные вопросы, используя конспект лекций и указанную литературу, решить задачи по индивидуальным вариантам (цифрам номера студенческого билета или пароля) и обязательно сделать выводы.

Контрольные задания представлены в пяти разделах.

На вопросы, приведенные в разделах, следует отвечать кратко, по существу. При решении контрольных задач следует сопровождать расчеты краткими пояснениями, выводами и оценками. Кроме того, все решения должны четко обозначаться соответствующими единицами измерений. Например, информационная ёмкость – байт, скорость передачи информационных данных – бит/с, частота - Гц, расстояние - м или - км, потери мощности - дБ, уровень мощности - дБм, дисперсия одномодового волокна - пс/(нм×км), дисперсия поляризованной моды - пс/√км, полоса пропускания оптического волокна, нормированная по длине линии - МГц×км, длина волны излучения - мкм или - нм и т.д.

При ответе на вопросы и решении контрольных задач рекомендуется использовать графические пояснения. Рисунки следует оформлять согласно существующим стандартам. Для ответа на вопросы и решения конкретных задач можно использовать конспект лекций и рекомендованные учебные издания. Также рекомендуется использовать периодические научнотехнические издания (журналы "Электросвязь", "Вестник связи", "Технологии и средства связи", «Фотон-Экспресс», «Последняя миля», «Электроника, наука, технологии и бизнес» и другие, в том числе издания INTERNET) и издания, которые могут выйти в печати после опубликования этих учебных материалов.

4

1 Программа дисциплины «Оптические средства сопряжения»

1 Физические средства сопряжения. Простые модули сопряжения SFP, XFP, CFP. Конструкции, схемы, характеристики с различными источниками и приёмниками излучения. Перестраиваемые лазеры и фотоприёмники в составе простых модулей. Модули SFP, XFP для построения систем передачи CWDM, DWDM и WWDM. Транспондеры оптических сетей с модуляцией интенсивности, модуляцией фазы и когерентным приёмом. Модули оптического сопряжения. Смартлинки и устройства интерливинга.

2 Оптические коммутационные платформы с мультиплексорами

OADM/ROADM и коммутаторами PXC. Конструкции и характеристики OADM. Конструкции и характеристики ROADM. Конструкции и характеристики оптических коммутаторов PXC.

3Протокольные средства сопряжения оптических систем. Протоколы физического уровня: PDH, SDH, OTN-OTH, FEC, скремблирования. Протоколы канального и сетевого уровня: Ethernet, RPR, MPLS, АТМ.

4Стандартные интерфейсные решения по сопряжению оптических систем передачи и сетей. Интерфейсы одноканальных и многоканальных (CWDM, DWDM) оптических систем.

5Методики расчёта интерфейсов для различных оптических линий при одноканальной и многоканальной организации связи с одним и парой волокон. Расчёт линий волоконно-оптической связи с одноканальными интерфейсами. Расчёт линий волоконно-оптической связи с интерфейсами CWDM. Расчёт линий волоконно-оптической связи с интерфейсами DWDM.

5

2 Контрольные задания

Изучите конспект лекций и рекомендуемую литературу по теме и составьте письменно краткие ответы на вопросы. Решите задачу с данными по своему варианту, который соответствует номеру студенческого билета или пароля.

2.1 Физические средства сопряжения

Контрольные вопросы к разделу 1

1 Что относят к оптическим физическим средствам сопряжения?

2 Какое назначение имеет модуль SFP?

3 Чем отличаются модули SFP от XFP, CFP?

4 Какие волны оптического спектра генерируются и детектируются в мо-

дулях SFP, XFP, CFP?

5 Какие дистанции оптической передачи могут поддерживать модули SFP, XFP, CFP при использовании одномодовых и многомодовых волокон?

6 Какие типы лазеров и фотодетекторов используют в модулях SFP, XFP, CFP?

7 Чем можно перестроить длину волны излучения лазера?

8 С какой целью в оптических модулях используют селективные фотодетекторы?

9 Какие особенности имеют модули SFP, XFP для систем передачи CWDM

и DWDM?

10 Чем принципиально отличаются транспондеры от модулей SFP, XFP, CFP?

11 Что такое MxPD?

12 Почему в транспондерах при определённых скоростях передачи информационных данных используются фазовые способы модуляции?

13 В чём состоят особенности фазовой модуляции DP-QPSK?

14 Каким должно быть соотношение OSNR в транспондерах на скорости

передачи 126,5Гбит/с для получения цифровых данных с ошибками не более

10-4?

15 Какое назначение имеют смартлинки?

16 Почему смартлинки называют умными устройствами?

17 Что такое оптический интерливинг?

18 Какие приборы обеспечивают спектральный интерливинг?

6

Задача 1

Используя данные реальных модулей SFP/XFP , приведённые в табл.2.1, оценить возможность их применения на волоконно-оптических линиях различной протяженности (табл. 2.2), представляющих собой волокна стандарта G.652 A, B, C, D (SMF). Оценку применимости модулей на соответствующих волокнах подтвердить расчётами энергетических параметров дисперсионных искажений. Значения затухания и дисперсии выбрать по рис. 3.1.

Таблица 2.1 Характеристики модулей SFP/XFP

7

Таблица 2.2 Типы и длины волоконных световодов

Рисунок 2.1 Спектральные характеристики волокна G.652

Методические указания к задаче 1

1 Расчёт энергетических параметров рекомендуется произвести по формуле:

где принять, PS (уровень мощности передатчика), PR (чувствительность приёмника) и PD (штраф за дисперсию) по таблице 2.1, Ме рассчитать, как разность между максимальным и минимальным уровнями мощности передатчика, N – число строительных длин кабеля; lS – потери энергии на стыках строительных длин (дБ); NC – число разъемных соединений между точками S и R; lС – потери энергии на разъемном соединении (дБ); С – коэффициент затухания кабеля (дБ/км) – определяется по рисунку 3.1; m – запас на повреждения кабеля

8

(дБ/км) принять 0,05дБ/км. Полученная в расчёте длина LРУ должна быть больше или равна длине кабельной линии, соответствующей стандарту [5]. В противном случае делается вывод о несовместимости по энергетическому потенциалу модулей и линии.

2 Величина уширения оптического импульса в указанной длине кабеля не должна превышать 10% длительности импульса оптического информационного сигнала в формате NRZ. Например, при скорости передачи 10Гбит/с длительность импульса составит 100пс. На волне передачи 1511нм величина дисперсии составит 15пс/нм×км, что при ширине спектральной линии 1нм уже превысит 10% от допустимой величины дисперсии. Необходимо выбирать модуль с шириной спектральной линии до 0,1нм и применять компенсацию дисперсии стандартными пассивными модулями DCF (10, 20, 30 км и т.д.). При использовании DCF в энергетических расчётах нужно учесть затухание такого модуля.

В предлагаемой задаче нужно только оценить возможность использования предложенного по варианту модуля SFP/XFP вслед за энергетической оценкой произвести оценку дисперсионных искажений и сделать вывод о целесообразности использования заданного модуля или выбора другого.

Привести письменно выводы и оценки по результатам расчетов.

2.2 Оптические коммутационные платформы с мультиплексорами OADM/ROADM и коммутаторами PXC

Контрольные вопросы к разделу 2

1 Чем отличаются мультиплексоры OADM и ROADM?

2 Какое назначение имеют OADM?

3 Какие компоненты входят в OADM?

4 Какие достоинства и недостатки имеют OADM?

5 Что обозначает ROADM?

6 На чём основана конструкция ROADM?

7 Что входит в конструкцию ROADM на волновых блокираторах? 8 Что можно отнести к недостаткам ROADM WB?

9 Что представляют собой MEMS?

11 Какие возможности имеют ROADM на основе MEMS?

12 Что входит в конструкцию ROADM PLC?

13 Что обозначает сокращение PLZT?

14 Какой элемент PLC можно считать базовым для построения коммутатора? 15 Что принципиально нового в конструкциях ROADM третьего поколения? 16 Что обеспечивают WSS?

17 Что может входить в общую структуру узла оптической кроссовой коммутации?

18 Что входит в состав фотонного коммутатора PXC?

19 Какие виды оптических коммутационных матриц могут входить в состав PXC?

9

Задача 2

Определить число оптических каналов на каждой из оптических секций мультиплексирования в цепочке, состоящей из 2-х терминальных WDM мультиплексоров и Х (число по варианту табл. 2.3) промежуточных оптических мультиплексоров типа ROADM. Внутри каждой пары оптических мультиплексоров организовано Y (число по варианту табл. 2.4) оптических каналов.

Таблица 2.3 Число мультиплексоров и типы интерфейсов

Каждому условному номеру соответствует интерфейс (см. приложение 3):

0 – DN100S-1D2(с); 1 – DN100S-1D3(L); 2 - DN100S-1D5(c); 3 - DN100S1D2(с)F; 4 - DN100S-1D3(L)F; 5 - DN100S-1D5(c)F; 6 - DW100S-1D2(c)F; 7 - DW100S-1D3(c)F; 8 - DW100S-1D5(c)F; 9 - DW100L-1D5(c)F.

Таблица 2.4 Число оптических каналов в секциях

Методические указания к задаче 2

1)Графически изобразить заданное число мультиплексоров, т.е. 2 терминальных и Х типа ROADM, включенных в цепочку. Пары мультиплексоров определяются по принципу «каждый с каждым» связаны Y каналами. Например, в цепочке из 2-х терминальных и 2-х промежуточных мультиплексоров будет 6 пар.

2)Графически отобразить в каждой паре мультиплексоров (в том числе и терминальных) требуемое по варианту число оптических каналов.

3)Определить на каждой секции мультиплексирования, т.е. между соседними мультиплексорами общую ёмкость оптических каналов.

Привести письменно выводы и оценки по результатам вычерчивания схемы и расчетов.

10