
- •Часть I. Виды услуг связи, протоколы, методы передачи информации 9
- •Глава 1. Методы и основные виды протоколов передачи информационных потоков ..9
- •Глава 2. Аппаратура цифровой иерархии одноволновых восп 29
- •Глава 3. Повышение пропускной способности линий связи 49
- •Глава 4. Оптические сети доступа 73
- •Глава 5. Тестирование и мониторинг восп 88
- •Часть 2. Элементная база восп. Пассивные оптические элементы 99
- •Глава 6. Современные оптические волокна 100
- •Часть I. Виды услуг связи, протоколы, методы передачи информации
- •Глава 1. Методы и основные виды протоколов передачи информационных потоков
- •1.3. Плезиохронный метод цифровой передачи.
- •1.4. Линейные коды в системах волс пци
- •1.6. Параметры и конфигурации одноволновых восп-сци
- •Глава 2. Аппаратура цифровой иерархии одноволновых восп
- •2.1. Аппаратура восп плезиохронной цифровой иерархии
- •2.2. Аппаратура сци (sdh)
- •Глава 2. Аппаратура цифровой иерархии одноволновых восп
- •Глава 3. Повышение пропускной
- •3.1. Метод временного уплотнения (tdm)
- •3.2. Метод частотного уплотнения (fdm)
- •3.3. Модовое уплотнение (mdm)
- •3.4. Уплотнение по поляризации (pdm)
- •3.5. Методы уплотнения каналов по полярности
- •3.6. Многоволновое уплотнение оптических несущих (wdm)
- •3.7. Оптическое временное уплотнение (otdm)
- •Глава 4. Оптические сети доступа
- •4.1. Документальная основа оптических сетей доступа (осд), определения, основные характеристики
- •4.2. Пассивная оптическая сеть доступа (пос)
- •4.4. Элементная база осд
- •4.5. Волоконно-оптические системы кабельного
- •Глава 5. Тестирование и мониторинг восп
- •5.1. Тестирование и мониторинг одноволновых однопролетных восп
- •5.2. Тестирование и мониторинг многопролетных восп-ср
- •5.2.1. Особенности восп-ср
- •5.2.2. Измерение спектральных параметров
- •5.2.3. Измерение и контроль средней оптической мощности в восп-ср
- •5.3. Измерение системного параметра восп-ср — q-фактора
- •5.4. Метод непрерывного контроля многопролетных восп-ср
- •Часть 2. Элементная база восп.
- •Глава 6. Современные оптические волокна
- •6.1. Физические принципы работы оптического волокна
- •6.5. Поляризационная модовая дисперсия (pmd)
- •6.6. Нелинейные оптические явления в одномодовых волокнах
- •6.7. Фазовая самомодуляция (фсм) и перекрестная фазовая модуляция (фкм)
- •6.8. Четырехволновое смешение (чвс)
- •6.9. Рассеяние Мандельштама—Бриллюэна (рмб или sbs)
- •6.10. Одномодовые волокна новых типов производства компаний lucent technologies и corning
- •Глава 7. Оптические кабели
- •Глава 8. Пассивные оптические элементы
- •8.1. Волоконно-оптические ответвители и разветвители
- •8.2. Волоконно-оптические переключатели
- •8.13. Микроэлектромеханический оптический коммутатор
- •8.4. Волоконно-оптические циркуляторы
- •8.5. Оптические мультиплексоры/демультиплексоры
- •8.6. Электрооптические модуляторы
- •Часть 3. Элементная база восп.
- •Глава 9. Оптические усилители
- •9.1. Волоконно-оптические усилители на основе активных волокон
- •Глава 9. Оптические усилители
- •9.2. Полупроводниковые оптические усилители (поу)
- •Глава 10. Полупроводниковые квантовые генераторы когерентного оптического излучения (пкг)
- •10.1. Принципы работы пкг или пл
- •Глава 11. Оптоэлектронные устройства на основе непрямозонных полупроводниковых структур
- •11.1. Зонные структуры полупроводников
- •11.2. Фотоприемники
- •11.3. Чувствительность систем восп-ср
- •11.4 Фотодетекторы, селективные по длине волны
- •Глава 12. Пути создания оптической глобальной сети связи
- •12.3. Светоуправляемые оптические переключатели
- •12.4. Светоуправляемые бистабилыные оптические устройства
- •12.5. Формирователи оптических цифровых потоков информации без использования электроники
4.2. Пассивная оптическая сеть доступа (пос)
Как следует из названия документа Рек. G.983. 1 [53]: «Broadband optical access systems based on Passive Optical Networks (PON)», основой ОСД являются пассивные оптические сети (ПОС) (или PON). Название «пассивные» говорит о том, что в своей структуре ПОС не содержит активных электронных и квантово-оптических устройств и элементов: излучателей (лазеров и светодиодов), оптических усилителей, электронных усилителей, фотодетекторов, регенераторов и других элементов, требующих подведения электрического питания (автономного или сетевого). Кроме оптических кабелей, в состав ПОС входят: оптические разветвители и ответвители, оптические мультиплексоры/демультиплексоры, оптические фиксированные аттенюаторы, оптические фильтры, изоляторы и циркуляторы, соединители и распределители. Все перечисленные устройства и элементы имеют коэффициент передачи меньше единицы.
Согласно упомянутому документу, в пассивных оптических сетях используются следующие разновидности топологий: шинная или точка-к-точке; древовидная (звездообразная) или точка — много точек; кольцевая, а также различные варианты сочетания перечисленных топологий. Один из таких вариантов описан в работе [55]. На рис. 4.2 представлена конфигурация участка ПОС, в которой использованы все три разновидности топологий таких сетей.
В одном из участков представленной конфигурации ОСД использована топология «точка — много точек». Как видно из этого рисунка, пассивная оптическая сеть — это совокупность оптических соединительных линий между терминалами (окончаниями). В таких терминалах — оптических линейных терминалах (OLT) и оптических сетевых блоках (ONU) содержатся активные элементы, перечисленные выше и не входящие в состав ПОС. Наиболее распространенной в современных ПОС является конфигурация точка — много точек. Согласно Рек. G.983, один сегмент такой конфигурации может использоваться для подключения до 32 абонентских узлов, при этом длина соединительных линий может достигать 20 км, если эти линии выполнены на основе оптических кабелей с одномодовыми волокнами. Основным пассивным элементом в этом сегменте кроме оптического кабеля является звездообразный разветвитель 1 х N, где N — количество абонентов.
Рис. 4.2. Конфигурация ОСД со смешанной архитектурой
Каждый отдельный сетевой блок (ONU) рассчитан на обслуживание сотен абонентов. Иначе говоря, на базе одного сетевого оптического узла можно организовать широкополосный доступ в многоквартирном доме или офисном здании.
В современных ПОС нисходящие и восходящие информационные потоки передаются по разным каналам, организованным на разных длинах волн: нисходящие потоки от оптических центральных узлов (ОЦУ) передаются на длине волны 1550 нм, восходящие — 1310 нм. Скорость передачи нисходящих потоков к сетевым узлам ONT и блокам (ONU) равна 622 Мбит/с, восходящих (в обратном направлении) — 155 Мбит/с. От оптических сетевых узлов (ONU) или терминалов (ONT) к абонентам информация может передаваться как по оптическим кабелям, так и по металлическим. В настоящее время доведение оптического кабеля до индивидуального абонента или до жилого многоквартирного дома используется весьма редко прежде всего по экономическим причинам: достаточно дорого пока еще обходиться производство монтажных работ, высока (относительно) стоимость оконечного оборудования, а также самого оптического кабеля (около 2 тыс. долл. США за 1 км 8-волоконного кабеля). Высокая стоимость абонентского участка — основная причина медленного внедрения волоконно-оптических технологий в городских сетях доступа общего пользования, главный тормоз на пути оптического волокна к индивидуальному абоненту (А). В корпоративном сегменте ОСД ситуация существенно продвинута в сторону внедрения волоконно-оптических технологий. Основными пользователями этого сегмента ОСД являются различные коммерческие предприятия, банковские и торговые структуры, офисы различных компаний и т. д., которые могут позволить себе организацию прокладки оптического кабеля к помещениям, в которых они располагаются, и закупить необходимое оборудование. В настоящее время корпоративный сегмент способствует разезко снижаются требования к параметрам среды передачи, т. е. к параметрам и характеристикам оптического волокна, что весьма важно, преждевсего для абонентских участков;значительно снижаются требования к параметрам дискретных пассивныхоптических элементов, используемых в ПОС, что также снижает стоимостьвсей системы.
В принципе, оборудование DWDM для магистральных ВОСП-СР может быть напрямую использовано и в оптических сетях доступа. Однако такое использование упомянутого оборудования было бы крайне неэффективным, поскольку, во-первых, стоимость такого оборудования весьма высока (более 1 млн долл. США) а, во-вторых, достигнутая в магистральных ВОСП-СР пропускная способность в современных ОСД по крайней мере сегодня и в ближайшие 5 лет не нужна. Разработанное для магистральных ВОСП-СР плотное спектральное мультиплексирование — DWDM, с параметрами, регламентированными нормами Рек. G.692 и сверхплотное — UDWDM, Рек. G.694.1 [57] в современных ОСД не востребованы. Для этих сетей комитетом МСЭ-Т был разработан альтернативный метод повышения пропускной способности — метод разреженного спектрального уплотнения — CWDM (Coarce WDM). Сетка частот и другие параметры технологии CWDM регламентированы нормами документа Рек. G.694.2 [58]. Системы с разрешенным уплотнением предназначены для работы в диапазоне 1270—1610 нм. В этом диапазоне размещается 16 спектральных каналов с частотным интервалом 20 нм. Большие межканальные интервалы позволяют снизить требования к стабильности оптической частоты, допускают использование излучателей с большой шириной линии излучения (АХ); снижаются также требования к спектральным параметрам оптических мультиплексоров/демультиплексоров и к параметрам оптических волокон. В конечном счете перечисленные преимущества технологии CWDM по сравнению с DWDM дают возможность значительно уменьшить стоимость как элементной базы ОСД и ПОС, так и расходы на строительство и обслуживание этих сетей. В настоящее время начато производство оборудования для категории ПОС — E-PON, в которых используется технология CWDM и широкое внедрение этого оборудования в указанной категории пассивных оптических сетей. В,производство этого оборудования включились не только широко известные компании, такие как Nortel Networks (Канада), ALCATEL (Германия), Lucent Technologies (США), NEC (Япония), но и менее известные, например, японская фирма HITACHI. Эта фирма производит большую номенклатуру оборудования для корпоративных оптических сетей доступа. Фирма производит следующие виды аппаратуры для оптических корпоративных сетей доступа и E-PON: оптические коммутаторы Гигабит Ethernet (типы OSW-4624MX SS/SC-TTC и OSW-4624MX SS-L/SC-TTC), оптические преобразователи видов услуг — Optical Media Coverter OMC-3401FX/SSM-1310, мультиплексоры Гигабит Ethernet- с передатчиком CWDM — GMX-1104CW [59]. На рис. 4.4а показан общий вид оптического мультиплексора Gigabit Ethernet с CWDM-передатчиком.
На рис. 4.46 — общий вид преобразователя Gigabit Ethernet Media Converter Внедрение технологий спектрального уплотнения в оптические сети доступа происходит с нарастающими темпами. Между тем единой идеологии в части использования упомянутых технологий CWDM или DWDM пока не существует. Несмотря на принятие комитетом МСЭ-Т рекомендаций G.983.1 — G.983.7, утвердивших использование CWDM в оптических сетях доступа, исследователи и разработчики продолжают прикладывать усилия, направленные на совместное
Рис. 4.4. Общий вид оптических мультиплексоров
использование в ОСД технологий CWDM и DWDM. Такую тенденцию можно объяснить тем,.что современная сеть доступа переросла границы одного города в связи с территориальным рассредоточением корпоративных абонентов и прогнозируемым значительным ростом пропускной способности корпоративных оптических сетей доступа. Выпускаемые в настоящее время на базе технологий CWDM и DWDM системы могут быть задействованы на соединительных участках длиной до 130 км. В одном из реализованных проектов на соединительном участке оптической сети доступа длиной 130 км использовалось сочетание CWDM и DWDM [60]. Для компенсации потерь в диапазоне 1480—1610 нм применен полупроводниковый оптический усилитель нового типа с полосой усиления 140 нм. В этой системе каналы DWDM размещены в одном из каналов CWDM. На рис. 4.5 представлена конфигурация ОСД с DWDM и CWDM.
Использование технологий DWDM и CWDM в оптических сетях доступа равносильно прокладке виртуальных оптических волокон, количество которых равно числу уплотненных спектральных каналов. Эти виртуальные волокна тем не менее образуют реальные оптические каналы. Благодаря этому многократно увеличивается количество действующих маршрутов. Такая оптическая сеть доступа становится многослойной. Таким образом, преимущества внедрения технологий спектрального уплотнения не исчерпываются увеличением пропускной способности. Наличие маршрутов на разных длинах волн позволяет существенно повысить гибкость и оперативность управления сетью, динамично изменять конфигурацию участков сети, оптимизировать маршрутизацию информационных потоков, сводя к минимуму время и средства, затрачиваемые на предоставление услуг абонентам.
Для решения задач интеллектуального управления оптическими сетями доступа разработаны полностью оптические многопротокольные волновые коммутаторы MPXS, волновые маршрутизаторы и конверторы, полностью оптические MEM и другие элементы, позволяющие выполнять интеллектуальное управление ОСД на оптическом уровне.