| Apie | Žurnalas | Archyvas | Mokslo įdomybės | Paieška |

2000 m. Ruduo
turinys

Optinis ryšys
· Lazeriai ir netiesinė optika tampa inžinerijos dalimi
· WDM sistemų pradžiamokslis
· Žinutės

Telekomų veikla
· Bevielės abonentinės prieigos sistemų analizė ir perspektyvos Lietuvoje
· Telekomunikacijos Sidnėjaus olimpiadoje
· Naujosios linijų grandinės leis sutaupyti pinigų
· Kas naujo ADSL fronte?
· Pangea skverbiasi į Šiaurę, kad aplenktų savo konkurentus
· Žinutės
· Tinklų procesoriai tampa vis svarbesni

Sauga
· Korinio ryšio sauga: geresnė, bet skylių dar užtektinai
· Keista logika
· Atgailaujantis hakeris

Mobilusis ryšys
· Radijo sprogimas
· Trečiosios kartos mobiliojo ryšio radijo prieigų technologijos pagrindai
· Dirbtiniai Žemės palydovai ir jų ateitis
· Žinutės
· Begalinis skrydis

Internetas
· Internetinė telefonija: neregėta pažanga
· Internetinė telefonija taupo dažnių juostos plotį
· Ubagoterba.com
· Žinutės

Elektronika
· Naujieji maharadžos
· Stebukladariai iš Drezdeno
· Naujas Tektronix oscilografas
· Žinutės
· Magnetinė trauka
· Kokie bus vaizdo grotuvai?
· Puslaidininkių rinkos atspindys
· Chameleonas

· Kryptingos energijos ginklas - lazeris

WDM sistemų pradžiamokslis

Kruopštus įvairių optinių signalų, siunčiamų ta pačia skaidula, atskyrimas leidžia imtuve užregistruoti atskirus bangos ilgius.

   Sutankinimas yra technikos būdas, leidžiantis ta pačia ryšio terpe vienu metu perduoti daugelį signalų. Šviesolaidinėse optinėse ryšio sistemose yra naudojami du svarbiausieji sutankinimo būdai. Laikiniame sutankinime keli skaitmeniniai signalai yra suliejami į vieną didesnės spartos bitų srautą, kuriame kiekvieno signalo bitams yra skiriami atskiri laiko tarpsniai. Bangos ilgių sutankinime (WDM - Wavelength Division Multiplexing) dviejų arba daugiau bangos ilgių signalai vienu metu yra perduodami ta pačia skaidula; šis sutankinimo būdas gali būti naudojamas ir laisvoje erdvėje. Ta pačia skaidula sklindantys WDM signalai yra imtuvo atskiriami panašiai, kaip ir radijo imtuvai atskiria atmosfera sklindančius skirtingų radijo stočių signalus.

   Bangos ilgių sutankinimas yra patrauklus tuo, kad šitaip galima kiekvienos skaidulos pralaidą padidinti tiek kartų, kiek skirtingų optinių kanalų pavyksta perduoti. Kanalų skaičius pirmiausia priklauso nuo to, kiek pinigų jūs esate pasiryžę tam išleisti. Jeigu jūsų biudžetas yra pakankamai didelis ir galite susipirkti visus reikalingus lazerius ir kitą optinę įrangą, tolimojo ryšio skaidulon su erbiu legiruotais skaiduliniais stiprintuvais jūs galėsite sutalpinti kelis tuzinus skirtingų bangos ilgių. Nedidelio nuotolio sistemose, kurioms nereikalingi stiprintuvai, kanalų skaičius bus dar didesnis. Tai leidžia išvengti naujų kabelių instaliavimo veikiančiose sistemose, naudoti mažiau skaidulų naujose sistemose, o dažniausiai ­ suteikia ateities plėtrai būtiną dažnių juostos resursą.

WDM sistemų elementai

   Paprastoje dvitaškėje (point-to-point) WDM sistemoje šviesos šaltiniai generuoja skirtingų bangos ilgių moduliuotus signalus (žr. 1 pav.). Apskritai paėmus, tie šaltiniai gali būti visiškai atskiri, bet jei būtų vienas plačiajuostis spinduliuotės šaltinis ir atitinkami optiniai komponentai, jis galėtų pateikti visus reikalingus bangos ilgius. Kiekvienas optinis kanalas yra moduliuojamas atskirai ­ moduliuojant to kanalo šaltinį arba pasitelkus išorinį moduliatorių.

1 pav. WDM leidžia įvairių bangos ilgių signalus siųsti ta pačia skaidula. Tam paprastai reikalingos sudėtingos sutankinimo ir išretinimo įrenginių (multipleksorių ir demultipleksorių) optinės sitemos.

   Įvairių bangos ilgių signalai yra sudedami į vieną visumą optiniame prietaise, vadinamajame multipleksoriuje ("muksas" - optinio ryšio inžinierių žargonas), iš kurio jie patenka į ryšio linijos skaidulą. Kartais tam pakanka tik sumaišyti visus signalus į krūvą, bet dažniausiai multipleksoriuose yra speciali bangos ilgiui selektyvi optika, leidžianti tinkamai izoliuoti įvesties signalus vieną nuo kito.

   Skaidulą paliekančius signalus reikia atskirti, nes standartiniai ryšių sistemų fotodetektoriai to padaryti nesugeba. Ta užduotis yra patikima optiniam demultipleksoriui ("demuksui"), kurio bangos ilgiui selektyvūs optiniai komponentai nukreipia kiekvieno bangos ilgio signalus į atskirus detektorius. Skirtingo bangos ilgio kanalus reikia atskirti labai gerai, nes kitaip viską sugadins kryžminė kanalų sąveika (crosstalk). Optiniai reikalavimai yra labai griežti ir juos sugeba patenkinti tik keletas technologijų.

Optiniai tinklai

   Bet daugelis šviesolaidinių optinių ryšio sistemų yra žymiai sudėtingesnės negu paprastoji dvitaškė. Tolimojo ryšio sistemose yra būtinas signalų stiprinimas ir regeneravimas. Pirmosiose šviesolaidinėse sistemose būdavo naudojami kartotuvai, kurie optinius signalus versdavo į elektroninius, o vėliau vėl sukurdavo naują optinį signalą. Bangos ilgių sutankinimui šis būdas yra labai nepraktiškas, nes kiekvienam bangos ilgiui prireiktų atskiro regeneratoriaus. WDM sistemoms kur kas labiau tinka optiniai stiprintuvai, nes jie sustiprina visus į jų stiprinamą spektro ruožą patenkančius bangos ilgius. Pavyzdžiui, standartiniais C juostos erbiu legiruotais skaiduliniais stiprintuvais galima stiprinti signalus, kurių bangos ilgiai yra nuo 1525 iki 1570 nm.

   Šiuolaikiniuose optiniuose tinkluose taip pat reikia atskirus bangos ilgius sugebėti nukreipti skirtingomis kryptimis. Optiniai pridėjimo ir atmetimo multiplekseriai (Optical add/drop multiplexers) iš viso WDM signalo atskiria vieną arba daugiau bangos ilgių ir paprastai į jų vietą prideda vieną ar daugiau kitų. Perjungikliai ir optinės kryžminės jungtys atskiria ir paskirsto tarp daugelio galimų išvesčių individualius bangos ilgius (žr. 2 pav.). Optiniai arba bangos ilgių maršrutizatoriai atlieka panašias funkcijas. Visų šių prietaisų technologija labai sparčiai vystosi, todėl nei terminija, nei komutatorių funkcijos dar nėra standartizuotos.

2 pav. Optinis tinklas paskirsto signalus įvairiais adresais pagal jų bangos ilgį.

   Bangos ilgių komutavimas ir maršrutizavimas yra svarbios dabar atsirandančių naujųjų visiškai optinių tinklų funkcijos. Tolimesnėje perspektyvoje tikimasi į optikos sritį perkelti dalį signalo apdorojimo funkcijų, o pačius signalus sugrupuoti pagal jų bangos ilgius. Tokie skirtingo bangos ilgio kanalai būtų nepriklausomos sistemos dalys; jie būtų apdorojami atskirai, supakuojami perdavimui, o vėliau vėl išpakuojami ir individualiai maršrutizuojami. Skirtingi bangos ilgiai būtų panaudojami skirtingo formato signalų tvarkymui, todėl ta pačia skaidula vienu bangos ilgiu būtų galima perduoti 2,5 Gb/s SDH telefoninius signalus, kitu bangos ilgiu - gigabitinį Ethernetą, o trečiuoju - Interneto protokolo duomenis. Prireikus vienaip ar kitaip tvarkyti perduodamus srautus, signalus būtų galima iš vieno bangos ilgio perkelti į kitą.

Didžiausias tankis

   Galimų perduoti bangos ilgių kanalų skaičius priklauso nuo trijų svarbiausiųjų faktorių: atstumo tarp kanalų, bendrojo sistemos optinio dažnių juostos pločio ir kiekvieno individualaus moduliuojamojo optinio signalo juostos pločio. Savo ruožtu, keičiant kiekvieną iš šių faktorių, yra veikiami ir kiti du.

   Ankstyvosiose WDM sistemose buvo naudojami gana dideli atstumai tarp kanalų. Kai kuriose iš jų išvis tebuvo tik du bangos ilgiai, kurie buvo taip atskirti vienas nuo kito, kad net patekdavo į skirtingus optinio ryšio spektrinius langus, pavyzdžiui, 850 nm ir 1300 nm arba 1300 nm ir 1550 nm. Greitai kanalų skaičius išaugo ir juos teko supakuoti žymiai tankiau. Specialaus tankaus WDM (DWDM - Dense WDM) apibrėžimo nėra, bet dažniausiai tai reiškia, kad 1550 nm erbiu legiruotos skaidulos stiprinimo lange kanalai yra nutolę vienas nuo kito ne toliau kaip per keletą nanometrų.

   Tarptautinė telekomunikacijų sąjunga (ITU - International Telecommunication Union) nustatė atstumo tarp kanalų standartus. Standartus kūrę inžinieriai buvo ryšininkai, o ne optikai, todėl jie naudojo ne bangos ilgius, o dažnio vienetus. (Nepaisant to, sistema vis tiek vadinama bangos ilgių tankinimu, nes dažnių tankinimo terminas jau yra naudojamas analoginėms radijo dažnių sistemoms žymėti.) Jie apibrėžė pagrindinį bangos ilgį ties 193,1 teraherco ir dažnių tinklelį, kuriame yra standartiniai 100 GHz atstumai tarp kanalų, ties 1550 nm - tai maždaug atitinka 0,8 nm atstumus. Sistemų gamintojai vienu laiku priėmė ITU siūlomas specifikacijas ir įvedė savo pačių modifikacijas. Komercinėse sistemose priimta naudoti atstumus tarp kanalų, kurie yra lygūs 400, 200 ir 100 GHz (3,2, 1,6, ir 0,8 nm), o kai kuriose sistemose yra naudojamas ir 50 GHz atstumas. Laboratorijose šį atstumą yra pavykę sumažinti net iki 25 GHz.

   Bendras turimų kanalų skaičius priklauso nuo to, kokia yra šviesolaidinės optinės ryšio sistemos naudojama dažnių juosta (žr. 3 pav.). Optinės dažnių juostos riba priklauso nuo sistemos tipo. Tolimojo ryšio sistemose ją riboja optinis stiprintuvas. Nestiprinamose sistemose ribos - ne tiek griežtos - yra apsprendžiamos skaidulos slopinimo ir dispersijos; konstruktoriai netgi yra kalbėję apie tai, kad perdavimui galima panaudoti bangos ilgius nuo 1200 iki 1650 nm, nes šioje srityje ir skaidulos nuostoliai, ir jos dispersija dar yra palyginus nedideli.

3 pav. Galimas kanalų skaičius priklauso nuo sistemos dažnių juostos (šiuo atveju nuo stiprintuvo stiprinimo juostos), atstumo tarp kanalų ir kiekvieno kanalo moduliacijos dažnio.

   Standartinių erbiu legiruotų skaidulų didžiausias stiprinimas atitinka vadinamąją C juostą, esančią nuo 1525 iki 1570 nm, bet praktiškai stiprintuvai geriausiai veikia tik vidurinėje šios juostos dalyje, maždaug nuo 1530 iki 1560 nm, kurioje gali tilpti atskirtų 100 GHz tarpais 40 optinių kanalų. Ilgesnio bangos ilgio spinduliuotė pralėkusi tam tikrą skaidulos atkarpą yra sustiprinama mažiau, bet naudojant ilgas skaidulas galima pagaminti L juostos (long - ilgas) stiprintuvus (tarp 1570 nm ir 1605 nm) su gana pakankamu stiprinimo koeficientu ir taip sutalpinti dar 40 atskirtų 100 GHz atstumais kanalų.

   Iš dabartiniu metu nagrinėjamų erbiu legiruotų alternatyvių skaidulinių stiprintuvų būtų galima paminėti skaidulas, kurių šerdys yra legiruotos tuliu, arba standartinę skaidulą naudojančius Ramano stiprintuvus. Abu tie stiprintuvai gali ateityje praplėsti WDM sistemų naudojamą optinių dažnių juostą ir padidinti kanalų skaičių.

   Kiek arti skirtingų bangos ilgių kanalai gali būti suspausti vienas prie kito, priklausys nuo parametro, kuris vadinamas moduliuotojo šaltinio dažnių juosta. Kokybiško WDM sistemose naudojamo lazerio spektro plotis tėra vos keli gigahercai, tačiau moduliuojant jo signalą (netgi ir panaudojus išorinį moduliatorių) signale atsiranda papildomi komponentai, o jis pats išplinta platesniame spektro ruože. Kuo didesne sparta yra moduliuojamas signalas, tuo platesnė darosi jo užimama dažnių juosta (žr. 4 pav.). Tame paveikslėlyje parodytame pavyzdyje 2,5 Gb/s sparta moduliuotiems kanalams atskirti pakanka 50 GHz dydžio tarpų, bet 10 Gb/s spartos signalus reikia atskirti ne mažiau kaip 100 GHz tarpais, kitaip pasireikš stipri kryžminė sąveika.

4 pav. Didesnės pralaidos kanalai užima platesnį spektro ruožą.

Kokybės klausimai

   Kai yra pradedama kalbėti apie WDM sistemų darbo kokybę, pirmiausia yra paliečiamas kryžminės sąveikos (crosstalk) klausimas. Vienas kanalas gali būti užteršiamas kitų kanalų signalais dėl prasto jų atskyrimo demultipleksoriuose arba dėl netiesiškos optinės sąveikos pačiose skaidulose. Bangos ilgių kanalų persiklojimas atsiranda dėl to, kad tarp didelės spartos signalų būna palikta per mažai erdvės, o tai sudaro sąlygas nepriimtinai kryžminei sąveikai.

   Idealiame demultipleksoriuje visi įvesties bangos ilgiai yra paskirstomi į seką tarpsnių, į kuriuos nepatenka nei ilgesnio, nei trumpesnio bangos ilgio šviesa. Realiuose demultipleksoriuose to pasiekti nepavyksta, nors jų išskiriamų dažnių juostų ribos ir yra gana stačios, bet, toli gražu, ne vertikalios. Be to, ir WDM šaltinių spinduliuotės spektras nėra sudarytas iš idealių smailių, o jos yra išplitusios pagal Gauso dėsnį. Jei šaltinių ir demultipleksorių spektrinės charakteristikos yra stabilios, praktikai to visiškai pakanka. Bet kai siekiama šio stabilumo, reikia kruopščiai kontroliuoti veikos sąlygas, pavyzdžiui, prietaiso temperatūrą, ir aktyviai stebėti jų parametrus. Iki šiol apie ilgalaikį WDM įrangos ir sistemų stabilumą tėra paskelbta labai nedaug duomenų. Konstruktoriai vis dar stengiasi sukurti demultipleksorius, kurie galėtų labiau apriboti gretimų kanalų signalų kryžminę sąveiką.

   Triukšmo slenkstis yra sąlygojamas erbiu legiruotų skaidulinių stiprintuvų savaiminės spinduliuotės. Skaiduliniai stiprintuvai yra analoginiai prietaisai, todėl jie neskiria signalo ir triukšmo; kuo didesnis yra kiekvienos sekcijos stiprinimas, tuo daugiau savaiminės spinduliuotės triukšmo ta sekcija sukuria. Šis triukšmo slenkstis veikia skaitmeninių ryšio sistemų klaidingų bitų dažnį.

   Potencialias problemas gali sukelti ir nevienodas skirtingų kanalų stiprinimas. Kuo ilgesnė bus stiprintuvų seka, tuo labiau pasireikš šis netolygumas. 30 vienas po kito sujungtų stiprintuvų pavers 1 dB skirtumą 30 dB, o tai jau pradės slopinti silpnesnio signalo kanalus. Šį skirtumą galima sumažinti pervedant stiprintuvus į mažo stiprinimo režimą bei įjungiant charakteristiką lyginančius filtrus.

   Daugiausia problemų sukelia kryžinė sąveika, atsirandanti dėl netiesiškų efektų, susikaupiančių signalams sklindant skaidula didelį nuotolį. Keturbangis maišymas atsiranda tada, kai trys optiniai kanalai persipina ir ketvirtu dažniu sukuria harmoninį signalą, kurio dažnis yra lygus dviejų kanalų dažnių sumai, minus trečiojo dažnis:

V4=V1+V2-V3.

Kadangi visų kanalų dažniai yra tolygiai pasiskirstę, šis ketvirtasis dažnis būtinai sutaps su kitu optiniu kanalu ir bus šio kanalo triukšmo šaltinis. Jeigu visi optiniai kanalai yra veikiami nedidelės dispersijos, jų fazės vieno kito atžvilgiu nekis, todėl keturbangis maišymas bus labai stiprus. Šis reiškinys labai apriboja WDM sistemų taikymus spektriniame ruože, artimame nulinės skaidulų dispersijos taškui. Nors dispersija ir nedidelė, tačiau labai sumažina keturbangį maišymą.

   Kai skaidula yra perduodama labai daug optinių kanalų, visa optinė galia darosi didelė ir gali pradėti reikštis kiti netiesiški reiškiniai. Priverstinė Ramano spinduliuotė signalus gali ir stiprinti, ir slopinti, ir sukelti jų kryžminę sąveiką; dėl to kai kuriose naujose sistemose Ramano stiprinimas yra naudojamas skaidulinio stiprintuvo spektro išlyginimui. Jei perdavimo sparta yra labai didelė, pavienius kanalus gali stipriai veikti skirtinga įvairiems bangos ilgiams šviesos dispersija.

WDM taikymai

   Dažniausiai WDM yra panaudojamas, kai reikia labai padidinti magistralinių sistemų pralaidą. Tankaus WDM sistemos, be to, dar yra naudojamos didmiesčių (metropolitan) ryšių sistemose, kuriose linijų ilgiai paprastai tėra kelių dešimčių kilometrų ir jomis reikia sujungti verslo įmones vieną su kita, ir su telekomo operatoriais. Tokių linijų ilgiai nėra dideli, todėl joms nereikia optinių stiprintuvų ir galima pasitelkti daugiau skirtingų bangos ilgių. WDM technologiją taip pat galima naudoti ir pasyviuosiuose optiniuose tinkluose, kuriuose kiekvienam abonentui yra priskiriamas atskiras bangos ilgis.

   WDM sistemos yra bandomos ir nedidelio nuotolio taikymuose. Pavyzdžiu galėtų pasitarnauti 10 gigabitų Etherneto idėja, kai viena skaidula yra perduodami keturi 2,5 Gb/s spartos kanalai, kurie 1300 nm ruože vienas nuo kito atskirti 25 nm pločio tarpais.


El. p.: info@elektronika.lt