Sisteme de transmitere a datelor prin fibra optica

Sisteme de transmitere a datelor prin fibra optica 

Fibrele optice sunt de doua feluri:

-fibre simple- folosite sa transmitem un semnal pe fibra (folosite la tefoane si cablu TV);

-fibre multiple - folosite sa transmitem mai multe semnale pe aceeasi fibra (folosite la retelele de calculatoare).

Fibrele simple au miezul foarte subtire (cam 9 microni in diametru) si transmit lumina laser infrarosu.

Fibrele multiple au miezul mai mare (cam 62,5 microni in diametru) si transmit lumina infrarosie de la o dioda luminoasa (LED). Unele fibre optice sunt facute din plastic acestea au un miez mai mare ( 1 mm diametrul)

Un sistem de transmisie prin fibra optica, figura 5, este compus din:

-transmitator- produce si codeaza semnalele luminoase;

-fibra optica- conduce semnalele luminoase (pe distante lungi);

-regeneratorul optic- poate fi necesar pentru amplificarea semnalului;

-receptorul optic- primeste si decodeaza semnalele luminoase.

Figura 5.

 

Introducere

Multiplixarea optica cu despartirea pe lungimea de unda WDM acesta fiind noua tehnologie optic indesita care afost descoperita intre anii 1970-1980. in present WDM joaca un rol important pentru sistemele optice , ca si pentru multiplexarea cu frecventa diferita FDM pentru sistemele de comunicatii analogice .Din aceata cauza sistemele WDM des sun t numite sisteme de multiplexare optica cu despartire a fregventelor OFDM.dar dupa felul lor aceste tehnologii FDM SI OFDM CONSIDERABIL difera una de alta . diferenta lor nu se contine doar in folsirea semnalului optic sau electric.La FDM se foloseste mecaismul modulatiei in amplitudine cu o banda laterala si sitema alesa pentru aducerea aceluiasi semnal modulat asa cum este prezentat de asamblul de canaale standart TC.La OFDM mecanismul modulatiei , necesar in FDM pentru miscarea purtatorilor , care indeopste nu se foloseste in acest system, purtatori se generiza cu alte izvoare de purtatori,semnalele carora pur si simplu se imperchiza intr-un cu alte izvoare de purtatori,semnalele carora pur si simplu se imperchiza intr-un multiplexor cu mai multe unde de fregventa Fiecare componenta a lui in principiu poate sa transmita un ansamblu dde semnale digitale , format dupa legile diferitortehnologii sincrone .Un exemplu : un purtator poate sa transmita traficul ATM, altul SDH, al treilea PDH e.t.c. pentru acesta purtatorii se moduleza in semnal digital , in corespundere cu actualul trafficIn prezent sistemele de comunicatii stau la baza dezvoltarii societatii . Cerintele fata de serviciile de comunicatii , de la linia telefonica obisnuita pina la accesul la internet creste . Aceasta inainteaza noi cerinte fata de retelele de comunicatii moderne , capacitatea lor de transmitere , siguranta . Acum este recunoscut faptul , ca pentru a satisface cerintele societatii in transmisiunea informatiei se poate numai prin retele de fibre optice .Cresterea cerintelor fata de banda de trecere are un caracter nedeterminat . Tehnologia ATM , IP , SDH in timpul apropiat pot sa nu se descurce cu cresterea volumului de informatie transmisa . Aceasta impune cautarea solutiilor , care au rezerva mare in capacitatea de transmisiune . Tehnologia care permite de a crea retele optice flexibile ramificate cu posibilitati nelimitate de crestere a benzii de frecventa , este tehnologia de multiplexare a lungimilor de unda WDM ( Wavelength Division Multiplexing ) . Esenta tehnologiei WDM consta in faptul , ca pe o fibra optica concomitent se transmit citeva canale de informatie la diferite lugimi de unda , ce permite de a utliza maxim efectiv fibra optica . Tehnologia WDM permite de a mari de multe ori capacitatea de transmisiune a fibrelor optice fara a instala cabluri noi si fara instalarea dispozitivelor noi .

Primele sisteme WDM avea doua canale in ferestrele 1330 si 1550 nm . Apoi au aparut sisteme cu 4 canale , cu distanta dintre canale 8-10 nm in ferastra 1550 nm . Mai apoi a aparut tehnologia de multiplexare densa a lungimilor de unda DWDM ce a adus la aparitia sistemelor cu 8 , 16 , 32 , 64 de canale . In prezent distanta standard intre canale se considera 0,8 nm .

Schema bloc a sistemelor WDM.Schema de baza a sistemelor de comunicatii prin WDM( 4 CANALE ) este reprezentata in fig urmatoare:

1.1 Cresterea cerintelor in tansmisiunea informatiei

In ultimii zece ani cerintele oamenilor in schimbul de informatie a crescut . Cu mult a crescut viteza retelelor de transmitere a informatiei . Transmiterea rapida si sigura a semnalelor video , sunetului si datelor a capatat o importanta deosebita in dezvoltarea societatii .La sfirsitul anilor 1990 volumul de transmitere a informatiei prin retele internationale de comunicatii a crescut multiplu pe baza fenomenului numit Internet . Cind a aparut reteaua globala World Wide Web si a aparut posibilitatea de acces la resurse nalimitate de informatie in Internet , capacitatea lui de a cuprinde orice banda libera accesibila a devenit evidenta . Cresterea capacitatii de transmisiune a canalelor de comunicatii cu mult a depasit cele mai mari prognoze ( fig. 1.1 ) .

Fig. 1.1 Cresterea vitezei de transmisiune in retele in ultimii zece ani ( se observa , ca perioada

de timp intre elaborarea noilor tehnologii si introducerea lor in utilizare se micsoreazaFibrele optice a devenit anume acel mijloc de transmisiune , care a putut sa tina fata acestor fluxuri mari de informatie . La inceput pentru divizarea benzii de transmisiune a unei fibre in canalele de comlunicatii se utiliza multiplexarea in timp TDM ( Time Division Multiplexing ) . Dar din cauza ca dispozitivele de modulare si multiplexare deveneau mai complicate , cu cresterea vitezei de transmisiune a datelor , utilizarea acestei tehnologii a fost limitata . Cresterea benzii de transmisiune in continuare a impus necesitatea de utilizare a unei metode alternative - multiplexarea prin divizarea lungimii de unda ( Wavelength Division Multiplexing- WDM ) .

1.2 Multiplexarea prin divizarea lungimii de unda

Sistemele WDM sint bazate pe capacitatea fibrei optice de a transmite concomitent lumina diferitor lungimi de unda (culori) fara interferenta reciproca . Fiecare lungime de unda prezinta in fibra optica un canal optic aparte . Exista diferite metode optice pentru a uni citeva canale intr-o singura fibra , iar pe urma de a le diviza in anumite puncte ale retelei . In prezent tehnologia WDM permite transmiterea printr-o singura fibra , canale cu diferenta lungimilor de unda de 1 nm, aceasta tehnologie are denumirea de DWDM (Dense WDM ) . Dezvoltarea tehnologiei WDM a permis de a crea retele in care prin fibre optice se transmit peste o suta de canale independente , si chiar retele in care transmisiunea informatiei se efectuiaza in ambele directii , in una si aceiasi fibra optica Aceste succese a tehnologiei WDM au fost atinse datorita amplificatoarelor pe fibra optica EDFA . Amplificatoare pe fibra optica dopate cu erbiu EDFA( Erbium Doped Fiber Amplifier ) . In aceste dispozitive pe baza energiei laserului de injectie se produce amplificarea tuturor canalelor care vin la intrare , lungimile de unda a carora se afla in banda lungimilor de unda 1530-1565 nm - banda de lucru a amplificatorului .

In prezent se elaboreaza sisteme DWDM cu capacitatea de citeva zeci de canale . Exista si sisteme experimentale care pot transmite prin fibra optica sute de canale cu viteza sumara de 1 Tbit /s . In figura de mai jos sint aratate posibilitatile cresterii capacitatii de transmitere a retelei prin utilizarea sistemei WDM .

Fig. 1.2 Cresterea rapida a capacitatii de transmisiune a liniilor de comunicatii cu cresterea

numarului de canale

1.4 Viitorul sistemelor WDM

Necesitatea in cresterea capacitatii de transmitere a retelelor se dubleaza in fiecare an . Inafara de aceea , aceasta necesitate , se raspindeste geografic . In prezent tehnologia DWDM asigura cea mai mare crestere a benzii de transmisiune .In multe cazuri datorita utilizarii tehnologiei DWDM capacitatea de transmisiune prin fibra optica poate fi marita de sute de ori . Dupa cum se vede tehnologia DWDM inca nu degraba va ajunge la limitele sale in ceea ce priveste capacitatea de transmisie . Cum a fost spus mai sus , in sisteme experimentale sa ajuns la transmiterea a citeva sute de canale prin fibra optica . Cresterea in continuare a numarului de canale poate fi asigurata pe baza micsorarii intervalului spectral intre ele , folosind amplificatoare EDFA cu o largime mai mare a spectrului ( de exemplu conectind diapazonul L - de la1565 - 1625 nm ) , sau pe baza folosirii fibrelor speciale , care permit de efectuat transmisiunea in diapazonul 1200 nm fara preamplificare adaugatoare . Cresterea capacitatii de trnsmisie se asigura prin cresterea vitezii de transmisiune a datelor in fiecare canal . In sistemele digitale contemporane de transmisiune aceasta viteza este de 2,5 Gbit/s sau 10 Gbit/s . Cerintele la transmisiunea prin Internet a semnalelor audio si video in timp real , va duce la utilizarea larga a sistemelor DWDM si micsorarea costului lor .

Fig.1.3 Evolutia tehnologiei de comunicatii in timpul apropiat va permite de a aduce fibra optica

pina la fiecare calculator

1.5 Tehnologie noua - noi metode de testare

Se parea ca producatorii de dispozitive sint gata la cresterea cerintelor catre capacitatea de transmisiune a retelelor de comunicatii . Dar introducerea noii tehnologii in practica necesita mari cheltuieli . Mentinerea nivelului existent a capacitatii de lucru a sistemelor DWDM este o sarcina mult mai complicata in comparatie cu retelele fibro - optice de generatia intii . Cind prin fibra se transmite numai un singur canal , starea fibrei se controleaza cu ajutorul oscilografului prin urmarirea semnalelor la nivelul fizic si dispozitivelor optice de testare , spre exemplu , reflectometrului optic OTDR (Optical Time Domain Reflectometer ) urmarind caracteristicele fibrei . Controlul starii retelei TDM , cind citeva canale sint unite , cere dispozitive de masurare complicate . Sistemele DWDM introduc noi schimbari in testare - toti parametrii care actioneaza la eficacitatea si integritatea transmisiunii trebuie sa fie masurate pentru fiecare canal la fiecare lungime de unda . Aceasta este o sarcina complicata in special daca numarul de canale este mare .

Este necesar ca periodic de controlat si testat la toate lungimile de unda atit elementele aparte a sistemei DWDM , cit si sistema in intregime . Alegerea dispozitivelor de testare se efectuiaza in dependenta complexitatea componentelor testate , tipului sitemei de comunicatii si de sarcinile inaintate .

2.3.1.1 Lungimile de unda de transmisiune standart

Pentru ca componentele sistemei WDM sa fie interschimbabile si sa poata interactiona intre ele , in sistemele WDM este necesar de utilizat um set de frecvente de generare a laserului . Cu toate intrebarile legate de standardizarea sistemelor WDM se ocupa organul international de standardizare - sectorul de standardizare in telecomulnicatii a uniunii internationale de electrocomunicatii ITU - T ( International Telecomunication Union ) a grupei de cercetare SG15 pe retele de transport , sisteme si dispozitive . Specificarea ITU-T G.692 pe interfete optice pentru sisteme multicanal cu amplificatoare optice determina setul standard de frecvente - planul de frecvente a sistemei WDM . Planul de frecventa ITU - este setul de frecvente standard ν pe baza frecventei de baza 193100 GHz . Frecventele standard se situiaza mai sus si mai jos de aceasta frecventa cu intervalul de 50 GHz . In tabela 1 intervalul de frecventa este de 100 GHz. Pentru fiecare frecventa este data lungimea de unda corespunzatoare λ .

Tabela 1 Planul de frecventa ITU

2.3.1.2 Sabilizatoare de lungimi de unda

Lucrul reusit a sistemelor WDM si DWDM in mare parte depind de stabilitatea sursei de alimentare . De aceea ,pentru ca receptoarele , filtrele , atenuatoarele si ramificatoarele optice sa indeplineasca functiile sale corect , frecventa semnalului trebuie sa se mentina cu o foarte mare exactitate . Aceasta se asigura de catre stabilizatoarele lungimilor de unda (fig. 1 )

Fig. 2.4 Schema simplificata a lucrului

stabilizatorului lungimii de unda

Lungimea de unda fixa de iluminare a laserului se determina pe baza schimbarii temperaturii sau cu ajutorul injectarii lui cu curent electric . In acelas timp stabilizatorul lungimilor de unda da un semnal de comanda pentru reglarea lungimii de unda de iluminare a laserului. De obicei stabilizatorul consta din doua filtre dielectrice situate consecutiv . Un filtru este reglat la frecventa , putin mai mare de cea nominala , iar altul la o frecventa cu aceasi valoare dar mai mica de nominala . La trecerea semnalului optic prin aceste filtre se da semnal de comanda electric , care arata , cit de mult , lungimea de unda , a deviat de la valoarea nominala . Filtrele dielectrice au o stabilitate inalta si pot fi reglate pentru transmisiunea unui diapazon ingust a lungimilor de unde exact pozitionat . Sabilizatoare de lungimi de unda , care utilizeaza filtre dielectrice , asigura stabilitate inalta a lungimilor de unda necesare pentru sursele de radiatie a sistemei WDM pe un timp indelungat

Ramificatoare biconice sudate

Cel mai simplu ramificator biconic FBT ( Fused Biconic Tapered ) reprezinta o pereche de fibre optice monomod , pe o anumita portiune sudate intre ele dupa lungime. Moda de baza a fibrei , care se propaga prin miezul fibrei optice , la trecerea prin regiunea sudata se transforma in mode ale invelisului . Cind fibrele se divizeaza din nou , modele invelisului se transforma in modele fibrei , care se propaga prin miezul fiecarei fibre de iesire . In rezultat se obtine un ramificator ,care practic nu introduce pierderi . Semnalele de iesire nu numaidecit trebuie sa aiba putere egala , raportul puterilor se determina de interferenta in regiunea de sudare a fibrelor si depind de lungimea acestei portiuni . Daca doua asa ramificatoare sint situate consecutiv ( fig. 2.16 ) si doua ramuri au drumuri optice diferite intre locurile sudate , atunci aceasta combinatie actioneaza ca un interferometru Mach-Zehnder . Puterea semnalului de iesire se divizeaza intre fibrele de iesire in dependenta de lungimea undei cu o anumita periodicitate . Daca semnalul de baza de iesire contine canale optice a doua unde diferite atunci la o anumita alegere a parametrilor aceste canale, se vor afla la iesire in fibre diferite . A doua fibra de iesire nu se utilizeaza .

Fig. 2.16 Semnalul de intrare se divizeaza intre doua iesiri

Daca la intrare soseste semnalul de baza , care contine o mare cantitate de canale pe diferite frecvente( cu distanta egala intre ele ) , la iesire in fiecare fibra va fi cite o jumatate de canale cu distanta intre frecvente de doua ori mai mare . Folosind consecutiv citeva ramificatoare se poate de adus fiecare canal intro fibra aparte . Masivele acestor dispozitive , unele sectii a carora citeodata sint schimbate cu retele Bragg se utilizeaza pentru evidentierea canalelor de o frecventa anumita din sistemele multicanal WDM si DWDM sau pentru adaugarea canalelor intr-un nod oarecare a retelei optice . Deoarece ele sint dispozitive complet pasive si au pierderi mici , este posibila utilizarea unor seturi destul de mari de aceste dispozitive .

2.3.9 Multiplexoare optice de int/ext

Multiplexoarele si demultiplexoarele cu ajutorul diferitor metode de divizare a undelor unesc citeva semnale optice pentru transmiterea pe o singura fibra si divizarea acestor semnale dupa transmisiune . Dar deseori este necesar de adaugat in semnalele de baza si de evidentiat din el numai un canal , neschimbind toata structura semnalului . Pentru aceasta se utilizeaza multiplexoare de int/ext a canaleor OAPM ( Optical Add/Drop Multiplexer ) care indeplinesc aceasta operatie , ne tranformind semnalele tuturor canalelor in forma electrica iar apoi invers ( fig. 2.17 ).

Fig. 2.17 Multiplexor de int/ext a canalelor