Интерфейсы одноволновых систем оптической передачи

Интерфейсы одноволновых систем оптической передачи характеризуются рядом показателей: диапазоном длин волн, диапазоном уровней мощности оптической пе­редачи, минимальной чувствительностью приемника оптического сигнала, порогом перегрузки приемника, видом модуляции излучения, линейным кодом, максималь­ной допустимой дисперсией между передатчиком и приемником, шириной спек­тральной линии излучения передатчика, максимальным перекрываемым затухани­ем между передатчиком и приемником, возможностью использования оптических усилителей мощности на передаче и предусилителей на приеме, возможностью ис­пользования процессора упреждающей коррекции ошибок и т.д. Перечисленные ха­рактеристики интерфейса определяют дальность передачи по волоконной линии и скорость передачи цифрового сигнала при заданной вероятности ошибок передачи.

Одноволновые интерфейсы, соответствующие спецификации G.955, поддержи­вают передачу на скоростях PDH (табл. 6.3): 2,048, 8,448, 34,368, 139,264 Мбит/с при соответствующем линейном кодировании, например, вида CMI (Complemented Mark Inversion — инверсия групп символов), вида «NRZ со скремблированием», блочным mBnB со вставками mBlPIR, где т>\,п>т,Р — бит паритета, R — бит служебной связи.

Одноволновые интерфейсы, соответствующие спецификациям G.957, G.958, G.691, G.693 поддерживают скорости передачи в сети SDH от 155,520 Мбит/с до 39,813 Гбит/с при линейном кодировании вида «NRZ со скремблированием». При­меры характеристик приведены ниже в табл. 6.4 и 6.5.

Стандартами IEEE 802.3 определены возможности физических интерфейсов Ethernet для волоконно-оптических линий с одномодовыми и многомодовыми во­локнами (ОМВ и ММВ).

Одноволновые интерфейсы поддерживают скорости передачи в сети Ethernet: 10, 100, 1000 Мбит/с и 10 Гбит/с при линейном кодировании вида mBnB. Примеры приведены в табл. 6.6.

В приведенных в табл. 6.3 примерах характеристик оптических плезиохронных интерфейсов в явном виде отсутствует учет свойств дисперсии волокна, но можно определить расстояние передачи по энергетическому потенциалу, определяемому разностью уровней мощности передачи и приёма (Р_пер - Г_пр). Для волоконных све­товодов ограничение по дисперсии можно оценить по требуемой полосе частот для линейного сигнала и полосе частот пропускания оптического волокна, как описано в [3,11].

 

Линейные оптические интерфейсы SDH имеют систему обозначений, в которой отражены особенности интерфейсов, касающиеся их применения (табл. 6.4):

-1 — линия малой длины внутри предприятия (intra-office);

- S — короткая линия (short-haul);

- L — длинная линия (long-haul);

- V — очень длинная линия (very long-haul);

- U — сверхдлинная линия (ultra long-haul);

- VSR — очень короткое расстояние (в перемычке) (very short reach) (в табл. 6.4 не обозначено).

При обозначении V и U следует иметь в виду включение в состав линейного ин­терфейса оптического усилителя мощности на передаче (В — booster) и предусили- теля оптического сигнала на приеме (BP — Booster Preamplifier).

Цифровые индексы в обозначениях указывают на уровень STM-N, длину волны излучения и тип волокна, например, L-16.3 — уровень STM-16, длина волны 1550 нм (оптическое волокно G.653 или G.655). Характеристики волокон, соответст­вующие спецификациям G.652...G.655, приведены в [3, 4, 11].

Характеристики интерфейсов I, S, L, U, V должны быть согласованы с характе­ристиками волоконных световодов кабельных линий. Для этого определяются точ­ки согласования, обозначаемые S и R, т.е. точки подключения передатчика и при­емника (рис. 6.2). Возможно обозначение этих точек MPI-S, MPI-R (Main Path Inter­faces — интерфейсы основного тракта на передаче S и приёме R).

 

 

 

В табл. 6.5 использованы обозначения: DFB, Distributed Feedback — лазер с распределенной обратной связью; p-i-n — обозначает конструкцию фотодиода; APD, Avalanche-Photodiode — лавинный фотодиод; BER, Bit Error Rate — коэффи­циент ошибок; OA, Optical Amplifier — оптический усилитель.

На рис. 6.2 обозначены стандартные функциональные блоки аппаратуры SDH, определенные в Рекомендации МСЭ-Т G.783: SPI, SDH Physical Interface — физи­ческий интерфейс SDH с точками подключения к линии или оптическому усилите­лю (OA): S — передачи, R — приема; RST, Regenerator Section Termination — окон­чание секции регенерации (функции доступа к заголовку RSOH).

 

Особенностью интерфейсов STM-64 и STM-256 может быть использование в их составе не только оптических усилителей, но и компенсаторов дисперсии (волокон­ных и интегральных) для предкоррекции на передаче или посткоррекции на приё­ме. Сочетание оптического усиления и компенсации дисперсии обеспечивает повы­шение дальности передачи по волоконно-оптической линии [3]. Более подробные примеры характеристик одноволновых интерфейсов SDH приведены в [4].

Оптические интерфейсы транспортных сетей Ethernet определены для коротких и протяженных линий. Короткие линии, как правило, не превышаю! длины 2 км и строятся преимущественно с использованием многомодовых волокон (ММВ). Про­тяженные линии могут достигать 40...80 км и строятся с использованием одномо- довых волокон (ОМВ). Наибольшие проблемы по дальности передачи проявляются на скорости 10 Гбит/с. Интерфейсы 10GBASE-E, 10GBASE-EW, 10GBASE-L под­держивают дальность до 40 км. Однако, нормированное значение дисперсии для них (738 пс/нм) существенно меньше аналогичного примера для интерфейсов SDH STM-64 (см. табл. 6.4) (L-64.2, V-64.2) для многоволновой передачи в диапазоне волн 1530... 1625 нм (10GBASE-LX4) и для одноволновой передачи на волнах 1310 нм (10GBASE-L) и 1550 нм (10GBASE-E) в одномодовом волокне. Для выбо­ра и использования интерфейсов необходимо точно произвести расчеты длин уча­стков передачи по энергетическим показателям и по величине дисперсии.

В обозначениях интерфейсов Ethernet определён следующий порядок. Обозна­чение BASE происходит от сокращения слова baseband (baseband signaling — метод передачи данных без модуляции). Цифровое или цифровое и буквенное обозначе­ние перед словом BASE указывают на скорость передачи данных, измеряемую в Мбит/с или Гбит/с. Например, 100BASE-T обозначает скорость передачи 100 Мбит/с по витой паре медных проводов, на что указывает буквенный индекс Т (от англий­ского twisted pair). Другой пример, 10GBASE-E обозначает скорость передачи 10 Гбит/с по одномодовому оптическому волокну на большую дальность, на что указывает буквенный индекс Е (английского extra long). Более подробные сведения по электрическим и оптическим интерфейсам сетей Ethernet можно найти в [11, 68], а примеры приведены в табл. 6.6.

Использование характеристик одноволновых оптических интерфейсов при проек­тировании линейных трактов определено Рекомендацией ITU-T G.655. Длина регене- рационного участка с точки зрения энергетического потенциала находится через соот­ношение:

 

где P_s — уровень мощности передатчика в точке подключения аппаратуры и ли­нии; P_R— уровень мощности приемника в точке подключения аппаратуры и ли­нии; P_D — мощность (дБм) дисперсионных потерь; М_е — энергетический запас на старение оборудования (разность максимального и минимального уровней мощно­сти передачи); N— число строительных длин кабеля; /_ст — потери мощности на не­разъемных стыках кабеля; N_c — число разъемных стыков (2 или 4 стыка на участке секции регенерации); /_стр — потери мощности на разъемных стыках; а, — километ- рическое затухание кабеля на заданной длине волны; а_т — запас на повреждение (дБ/км). Строительная длина кабеля принимается в расчетах от 4 до 6 км.

Пример расчета для интерфейса V-64.2.

Число строительных длин на участке 132 км составит М= 132/6 = 22. С учетом потерь на стыках длина участка передачи составит

Исходные данные:

Таким образом, длина участка составит 126,2 км с учётом допустимых потерь оптической мощности. На длине волны 1550 нм величина дисперсии не должна превышать 2400 пс/нм. Для одномодового волокна в соответствии с G.652 на волне 1550нм значение хроматической дисперсии на 1 км составляет 18 пс/нмхкм, а на длине 126,2 км — D_xp = 18 х 126,2 = 2271,6 пс/нм.

Таким образом, норматив на хроматическую дисперсию выполняется при ши­рине спектральной линии источника излучения (лазер типа DFB) 1 нм. Однако, на скорости передачи 10 Гбит/с необходимо учитывать и поляризационную модовую дисперсию (ПМД):

Таким образом, допустимый норматив 19,1 пс/нмхкм превышает нормирован­ный, что указывает на допустимость использования интерфейса V-64.2 на участке длиной 126,2 км. По величине полученной километрической дисперсии можно вы­брать:

- соответствующий тип волокна;

- длину волны передатчика в диапазоне 1547... 1562 нм;

- ширину спектральной линии передатчика, измеряемую в долях нм, например, 0,2 нм (табл. 6.5);

- соответствующий компенсатор дисперсии при необходимости. Современные оптической интерфейсы, например, U-64.2, 10GBASE-EW, могут

выполняться с функциями упреждающей коррекции ошибок (FEC). Это дополни­тельно повышает энергетический потенциал системы передачи на 3... 8 дБм. Учет FEC при проектировании позволит гибко определить длину участка передачи и раз­местить промежуточные станции в подходящих местах, населенных пунктах.