PТSs – ФОТОННИХ ТРАНСПОРТНИХ СИСТЕМАХ”

Дидактичний матеріал до лекції 6 кредитного модулю ФТСМ-1, 10 сем.
“ПРИНЦИП ХВИЛЬОВОГО МУЛЬТИПЛЕКСУВАННЯ В PТSs –
ФОТОННИХ ТРАНСПОРТНИХ СИСТЕМАХ”
1. Спектр частот амплітудно-модульованого випромінювання лазера
2. Принцип хвильового мультиплексування
ООВ – одномодовое оптическое волокно
ОК – оптический кабель
СП SDH – транспортные системы технологии SDH
Табл. 1
Рівні технології SDH
Швидкість передачі,
Гбит/с
Пропускна спроможність одного ООВ
STM-0 STM-1 STM-4 STM-16 STM-64 STM-256
0,051
0,155
2,5
0,622
10
40
≈ 60 000 Гбит/с
TDM  принцип временного мультиплексирования сигналов
МИ / цифровая АМ – модуляция излучения лазера по интенсивности
λ, нм или мкм – длина волны
f, ГГц или ТГц – частота волны
IВХ
a)
1
0
1
1
0
t
0
РВЫХ
б)
t
0
0,5A0
в)
f
f0-5FM
f0-3FM
f0-FM f0
f0+FM
f0+3FM
f0+5FM
Рис. 1. Принцип модуляции излучения лазера по интенсивности
(МИ) – цифровая АМ
Дидактичні матеріали до лекції 6 / ФТСМ «Принцип хвильового мультиплексування в PТSs»
2
ƒ0 – центральная (несущая) частота немодулированного излучения
лазера
Fм – частота модулирующего сигнала
А0 – нормированное значение амплитуды модулированного сигнала,
излучаемого лазером.
Табл. 2. Перетворення довжини хвилі λ = 1500 нм в частоту 200 ТГц
λ = 1500 нм
с ≈ 300 тис. км/с = 2,99792458×108м/с
f = с : λ = (2,99792458×108м/с) : (1500×10-9м) =
(2,99792458×108м/с)/(1,5×10-6м) =1,9986×1014Гц ≈200×1012Гц = 200 ТГц
Табл. 3. Пример 1 для спектра модулирующего сигнала уровня STM-64
(10 Гбит/с)
FМ , ГГц – частота
ƒ0, ТГц – центральная (несущая) λ0, нм – длина волны
модулирующего сигнала
частота излучения лазера
излучения лазера
10
192,3
1558,97
колебание центральной частоты излучения лазера ƒ0 = 192,3 ТГц;
колебание разностной боковой частоты ƒ0 – Fм = 192,3 – 0,01 = 192,29 ТГц;
колебание суммарной боковой частоты ƒ0 + Fм = 192,3 + 0,01 = 192,31 ТГц
Результирующая полоса частот
20 ГГц
Табл. 4. Расчет полосы частот модулированного оптического сигнала
примера 1
Рабочая длина волны лазера (с точностью): λ0 ±∆λ/2 1558,97 ± 0,05 нм
Пределы изменения длины волны лазера вследствие
1558,92 … 1559,02 нм
нестабильности его работы: λ0 −∆λ/2 … λ0 +∆λ/2
Пределы изменения частоты лазера вследствие
От 192 295 до 192 307 ГГц
нестабильности его работы:
Диапазон изменения частоты лазера вследствие
12 ГГц
нестабильности его работы: (∆f)
Нестабильность работы лазера по частоте: ∆f/2
± 6 ГГц
Необходимая полоса частот для передачи спектра
(192300 + 10 +6) = 192316
модулированного сигнала по волокну, с учетом

нестабильности работы лазера:
(192300  10 – 6) = 192284
32 ГГц
(ƒ0 + Fм + ∆f/2) − (ƒ0 – Fм − ∆f/2), ГГц
Табл. 5. Пример 1 для спектра модулирующего сигнала уровня STM-256
(40 Гбит/с)
Fм , ГГц – частота
ƒ0, ТГц – центральная (несущая) λ0, нм – длина волны
модулирующего сигнала
частота излучения лазера
излучения лазера
40
192,3
1558,97
колебание центральной частоты излучения лазера ƒ0 = 192,3 ТГц;
колебание разностной боковой частоты ƒ0 – Fм = 192,3 – 0,04 = 192,26 ТГц;
колебание суммарной боковой частоты ƒ0 + Fм = 192,3 + 0,04 = 192,34 ТГц
Результирующая полоса частот
80 ГГц
Дидактичні матеріали до лекції 6 / ФТСМ «Принцип хвильового мультиплексування в PNSs»
3
Табл. 6. Расчет полосы частот модулированного оптического сигнала
примера 2
Рабочая длина волны лазера (с точностью): λ0 ±∆λ/2 1558,97 ± 0,05 нм
Пределы изменения длины волны лазера вследствие
1558,92 … 1559,02 нм
нестабильности его работы: λ0 −∆λ/2 … λ0 +∆λ/2
Пределы изменения частоты лазера вследствие
От 192 295 до 192 307 ГГц
нестабильности его работы:
Диапазон изменения частоты лазера вследствие
12 ГГц
нестабильности его работы: (∆f)
Нестабильность работы лазера по частоте: ∆f/2
± 6 ГГц
Необходимая полоса частот для передачи спектра
(192300 + 40 +6) = 192346
мо дулированного сигнала по волокну, с учетом

нестабильности работы лазера:
(192300  40 – 6) = 192254
92 ГГц
(ƒ0 + Fм + ∆f/2) − (ƒ0 – Fм − ∆f/2)
92 ГГц
а)
f, TГц
192,2
192,3
200 ГГц
192,4
92 ГГц
б)
f, TГц
192,5
200 ГГц
192,6
92 ГГц
в)
f, TГц
200 ГГц
200 ГГц
192,8
192,7
200 ГГц
Рис. 2. Принцип хвильового мультиплексування
192,5 ТГц – частота излучения немодулированного сигнала лазера
второй СП SDH STM-256, соответствует =1557,36 нм,
т. е. меньше чем для первой СП SDH STM-256 на (1558,97 нм –
1557,36 нм) = 1,61 нм, а по частоте на 200 ГГц больше
Модулированный оптический сигнал второй СП SDH при Fм = 40 ГГц также
будет занимать в рабочей полосе частот волокна полосу частот 92 ГГц, но она
будет находиться в диапазоне частот 192454 … 192546 ГГц, т. е. смещена
вправо на 108 ГГц от полосы частот сигнала, занимаемого первой СП SDH
Дидактичні матеріали до лекції 6 / ФТСМ «Принцип хвильового мультиплексування в PNSs»
4
192,7 ТГц – частота излучения немодулированного сигнала лазера
третьей СП SDH STM-256, соответствует =1555,75 нм, т. е.
меньше чем для второй СП SDH STM-256 на (1557,36 нм –
1555,75 нм) = 1,61 нм, а по частоте на 200 ГГц больше
Модулированный оптический сигнал третьей СП SDH при Fм = 40 ГГц
также будет занимать в рабочей полосе частот волокна полосу частот 92 ГГц,
но она будет находиться в диапазоне частот 192654 … 192746 ГГц, т. е. смещена
вправо на 108 ГГц от полосы частот сигнала, занимаемого второй СП SDH
ОТр. – оптические тракты
a)
IВХ
t
IВЫХ
б)
t
в)
480
540
300 420
240 Гц
720
960
780
660
240 Гц0
1020
900
240 Гц
канал ТТ1
канал ТТ2
канал ТТ3
360
600
840
1080
...
...
3120
f, Гц
3060 3180 3400
0 240 Гц
канал ТТ12
3000
3240
Рис. 3. Принцип построении аппаратуры тонального телеграфирования (АТТ)
ПОЯСНЕННЯ до рис.3
Идея разделения полос канала ТЧ (КТЧ) для передачи телеграфных сигналов практически реализована в 60-х гг.
прошлого века при построении аппаратуры тонального телеграфирования. Для передачи двухполюсных импульсов
телеграфного сигнала (рис. 3, а) использовалась частотная манипуляция (рис. 3.3, б). Такая аппаратура путем разделения с
помощью электрических фильтров эффективно-передаваемой полосы частот 300 … 3400 Гц КТЧ на более узкие полосы
частот, например 120, 240 или 480 Гц позволяет получить в нем 24, 12 или 6 каналов тонального телеграфирования (КТТ)
соответственно, которые имеют пропускную способность 50, 100 или 200 Бод соответственно. Для примера на рис. 3, в
показано разделение полосы частот КТЧ по 240 Гц для образования в нем 12 КТТ. Так как передаваемые видеоимпульсы
телеграфных сигналов, поступающие на входы КТТ, являются двухполюсными, то в результате частотной манипуляции в
каждом КТТ формируются колебания двух частот. Они отстоят от средней частоты КТТ на расстоянии, которое
называется девиацией частоты. Например, на рис. 3, в в третьем КТТ нижнее и верхнее боковые колебания имеют значения
900 и 1020 Гц соответственно. В этом случае девиация частоты равна ± 60 Гц, а средняя частота КТТ имеет значение
960 Гц. Но средние частоты в КТТ не формируются и, следовательно, в КТЧ они не передаются.
Дидактичні матеріали до лекції 6 / ФТСМ «Принцип хвильового мультиплексування в PNSs»
5
ПП–переходные помехи
ВЫВОД 1
Таким образом, в ОТр-х., образованных в заданном диапазоне рабочей ∆f
одного ООВ, могут одновременно передаваться модулированные оптические
сигналы различных ЦСП TDM. Эти сигналы передаются в отведенных для них
различных полосах частот волокна с заданными защитными интервалами
между этими полосами частот
92 ГГц 108 ГГц 92 ГГц 108 ГГц 92 ГГц
...
92 ГГц
...
f, ТГц
192,1
192,3
192,5
200 ГГц
200 ГГц
200 ГГц
192,0
1560,60
1558,99
1557,38
1,61 нм
1,61 нм
1,61 нм
1561,42
...
192,6
192,4
192,2
193,5
200 ГГц
193,4
193,6
1549,32
...
1,61 нм
λ, нм
1548,51
1556,58 1550,12
1558,19
1559,81
...
ОТр. 1
ОТр. 8
ОТр. 2
ОТр. 3
Рис. 4. Образование восьми ОТр. в диапазоне : 1561,42 … 1548,51 нм
(диапазон f: 192,0 … 193,6 ГГц) одного ООВ с разносом между
соседними ОТр. по λ–1,61 нм (по f–200 ГГц)
TransXpress Infinity WL-8 (Siemens) – РТS, в каждом ОТр. которой работает
СП SDH STM-64 (10 Гбит/с). В
результате одновременной работы 8-ми СП SDH по одному ООВ пропускная
способность составляет 80 Гбит/с
ВЫВОД 2
Рассмотренный способ повышения эффективности использования
волокна называется мультиплексированием с разделением по λ–длине
волны, или волновым мультиплексированием (ВМ) – WDM
РТSs технологий WDM, DWDM, NWDM и др. – РТSs различных
технологий ВМ
λ1, λ2, …, λN – значения центральных длин волн модулированных
оптических сигналов, которые передаются по различным ОТр.
Дидактичні матеріали до лекції 6 / ФТСМ «Принцип хвильового мультиплексування в PNSs»
6
Табл. 7. Центральные   длины волн (f  частоты) в С-диапазоне при разносе  (f) между соседними ОТр. в 0,8 нм (100 ГГц) – Рек. IТU-Т G.692
Значення (Рек. IТU-Т G.692 в С-диапазоне)
Параметры
№ п/п
λ, нм
f, ТГц
1
2
3
…
4
37
38
39
40
1528,77 1529,55 1530,33 1531,12 … 1558,17 1558,98 1559,79 1560,61
196,1 196,0 195,9 195,8 … 192,4 192,3 192,2 192,1
192,0…192,2 ТГц; 192,2…192,4 ТГц; 192,4…192,6 ТГц,; 192,6…192,8 ТГц и
т. д. – разные полосы частот, хотя и
равные по величине, которые занимают модулированные оптические
сигналы в рабочей полосе частот используемого для их передачи волокна
ПД1
ПД2
1
1
λ1
λ1
2
2
OOB
λ2
OMX
ODMX
λ2
3
3
...
λ3 .
.
.
8
λ1 + 2 + … + 8
λ3 .
.
.
8
λ8
λ8
Одно направление передачи простейшей PTS технологии WDM
Рис. 5. Принцип построения одного направления передачи PTS
технологии WDM на примере образования 8-ми ОТр.
ПД – пункт доступа
OMX (Optical Multiplexer) – оптический мультиплексор
ODMX (Optical Demultiplexer) – оптический демультиплексор
λ1, λ2, …, λ8 – модулированные сигналы
λ1+2+…+8 – мультиплексный сигнал
PLP (Photon Line Path) – фотонный линейный тракт PTS технологии
ВМ
PLT (Photon Line Terminal) – фотонный линейный терминал
OADMs (Optical Add/Drop Multiplexers) – оптические мультиплексоры
Дидактичні матеріали до лекції 6 / ФТСМ «Принцип хвильового мультиплексування в PNSs»
7
выделения/ввода
ОПФ – оптические полосовые фильтры
1ОВ 2П PTS – одноволоконная двухполосная дуплексная PTS
Примечание
LumiNet-LR (компания) ЕСI – PTS DWDM
– Образует
в
рабочем
диапазоне:
192,05 … 196,15 ТГц
(1562,09 … 1529,44 нм) одного ООВ 16-ть двусторонних ОТр (рис. 6, а)
– Каждый из ОТр. передает оптические сигналы в одном
направлении в полосе 100 ГГц СП SDH STM-16 (2,5 Гбит/с),
– Пропускная способность одного ОВ каждого направления передачи
составляет 40 Гбит/с
ПЧЛТ – план частот линейного тракта PTS
а)
ОТр. 1
SPF LPF
ОТр. 16
ОТр. 2
ОТр. 1
...
192,2
192,1
100 ГГц 100 ГГц
192,05
...
193,6
100 ГГц
Передача λ1+2+…+16
1562,09 нм
194,55
900 ГГц
Полоса
расфильтровки
1549,19 нм
Ввод λ1+2+…+16
Вывод λ25+26+…+40
196,1
100 ГГц
194,6
194,7
100 ГГц 100 ГГц
192,15 192,25 193,55 193,65
1600 ГГц
б)
ОТр. 16
ОТр. 2
SPF, LPF
DWDM
194,65
194,75 196,05
f,
ТГц
196,15
1600 ГГц
Прием λ25+26+…+40
1542,20 нм
Вывод λ1+2+…+16
1529,44 нм
Ввод λ25+26+…+40
Рис. 6. Двусторонняя передача нескольких оптических сигналов по одному
волокну на примере 1ОВ 2П (одноволоконной двухполосной) PTS
DWDM типа LumiNet-LR компании ЕСI
LPF и SPF – направляющие фильтры PTS ВМ
Дидактичні матеріали до лекції 6 / ФТСМ «Принцип хвильового мультиплексування в PNSs»
8
Дидактичні матеріали до лекції 6 / ФТСМ «Принцип хвильового мультиплексування в PNSs»