Moderní měřicí technika v optických komunikacích, aneb vše, co jste chtěli vědět o měření optiky, ale dosud jste se nezeptali Ing. Miroslav Švrček Ing. Martin Hájek Košice Bratislava
21. 4. 2009 23. 4. 2009
Trendy v oblasti systémů DWDM a CWDM • DWDM – jádro transportních sítí • • • • • •
pronikání i do nižších úrovní sítě (metropolitní) zvyšování počtu kanálů (typicky 32, resp. 40) snižování rozestupu mezi kanály: 100; 50; 25; 12,5 GHz běžná přenosová rychlost 10 Gbit/s (STM-64, 10 GE) časté použití OADM a kompenzace CD na dlouhých trasách vznikají sítě OTN (s FEC atd.) • menší nároky na OSNR • větší překlenutelná vzdálenost • snížení počtu aktivních prvků
• velcí operátoři plánují nasazení: • 40 Gbit/s (STM-256) • použití ROADM Zdroj: CESNET
Trendy v oblasti systémů DWDM a CWDM • CWDM – metropolitní sítě • typické užívání pásma 1470-1610 nm • i zde se začíná užívat rychlost 10 Gbit/s • nové trasy se „suchými“ vlákny (LWP/ZWP resp. G.652.D) • stále častější užívání celého pásma 1260-1610 nm
• integrace DWDM a CWDM • přenos např. 8 kanálů DWDM na místě CWDM kanálu 1550 nm DWDM
CWDM
Trendy v oblasti systémů DWDM a CWDM měrný útlum (dB/km)
5
Spektrální závislost měrného útlumu
4 mezní vlnová délka jednovidových vláken
3 OH
2
~ 50 THz
OH O
E
okna S
C LU
OH
1
0 0,7
Spektrální pásma (ITU)
• • • • • •
O-pásmo: E-pásmo: S-pásmo: C-pásmo: L-pásmo: U-pásmo:
0,8
0,9
1,0
1,1
1,2 1,3 1,4 1,5 vlnová délka λ [µm]
1,6
1260 - 1360 nm (O = original) 1360 - 1460 nm (E = extended) 1460 - 1530 nm (S = short) 1530 - 1565 nm (C = conventional) 1565 - 1625 nm (L = long) 1625 - 1675 nm (U = ultra long)
1,7
Měření při nasazování systémů DWDM • Co je třeba měřit a znát před nasazením DWDM systému • útlum trasy: • celkový • jednotlivých úseků • chromatickou disperzi trasy (CD) • polarizační vidovou disperzi (PMD)? • Ano, pokud nasazujeme systém s přenosovou rychlostí > 2,5 Gbit/s
Měření při nasazování systémů xWDM
Mon Tx
OA
Mon Tx
OSA
Channel Checker
OADM
OA
Mon Tx
OA
Mon Tx
...
Mux
OA
OTU
...
Terminal
OADM
Demux
OTU
Terminal
Měření při nasazování systémů xWDM transpondery
transpondery
λ1
měřicí bod MPI-S
λ2 λn
Klientská strana (client end)
měřicí bod MPI-R
MUX
DEMUX
strana xWDM
λ1 λ2 λn
Klientská strana (client end)
Příklad souboru měření signálu na xWDM přenosovém spoji • měření v bodě MPI-S – celkový výkon – maximální rozdíl výkonů kanálů – pro každý kanál – výkon, (λ)
• měření v bodě MPI-R – celkový výkon – maximální rozdíl výkonů kanálů – pro každý kanál - výkon, OSNR, (λ) – vybavení: – spektrální analyzátor (OSA) – měřidlo výkonu (PM)
Problematika měření OSNR • OSNR – klíčový parametr, který má vliv na BER • Zvyšování přenosové rychlosti → přísnější požadavky na OSNR • Dnes již časté použití OADM v síti • Reálné nasazení ROADM v síti • velcí operátoři ROADM sítě plánují • Řada provozovatelů již ROADM síť provozuje (např. CesNet)
Zdroj: CESNET
WDM sítě evoluce…
Fixed WDM Point-to-Point structure
Fixed WDM Mesh structure
A
A
B
B
OADM
C
ROADM-based network Mesh structure
ROADM / OXC DWDM Optical Network
Tx2
Rx2
Tx3 Txn
Power
OSNR (Tx-site)
OFA
OFA
DEMUX
Rx1 MUX
Tx1
Rx3 Rxn
OSNR (Rx-site) Signal Noise
Optický signál, stejně jako šum z vysílače jsou při průchodu optickým vláknem stejnoměrně tlumeny optickým vláknem. Optické zesilovače zesilují užitečný signál, ale také šum. Navíc však jsou EDFA zesilovače zdrojem vlastního šumu, tzv. ASE (Amplified Spontaneous Emission noise), což vede ke snižování OSNR na jejich výstupu.
Vztah mezi OSNR a BER je znázorněn na obrázku.
Zvýšení přenosové rychlosti 4x (10 G 40 G) vyžaduje zvýšení OSNR o 6 dB.
1 0,001
2.5 G
1E-06
10G
1E-09
40G
1E-12 BER
Minimální požadovaná hodnota OSNR pro určitou hodnotu BER je závislá na přenosové rychlosti daného kanálu. Např. pro BER 1e-12 je min. OSNR od 12 dB pro 2.5 Git/s až po 23 dB pro 40 Gbit/s.
BER versus OSNR
1E-15 1E-18 1E-21 1E-24
12 dB
1E-27
23 dB
1E-30 6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
OSNR in dB
Příklad: Service Quality
BER
[email protected]
OSNR@10G
OSNR@40G
Excellent
10-21
14dB
20dB
26dB
Good
10-12
12dB
18dB
23dB
Poor
10-7
9dB
15dB
21dB +6 dB
30
Pokles OSNR se vzhledem k BER projeví výrazněji v systému s FEC, než v systému bez FEC.
1,E+00
1,E-03
Bit Error Rate
Příklad: • 10G systém bez FEC. Pokles OSNR o 3 dB se na BER projeví jen „málo“. • 10G systém s FEC. Pokles OSNR o jen 1 dB se na BER projeví mnohem více.
BER versus OSNR
1,E-06
1,E-09
1,E-12
FEC 1,E-15
1,E-18 4
6
8
10
12
14
16
18
20
OSNR in dB
OSNR je třeba měřit co nejpřesněji. Příklad
BER
OSNR@10G No FEC
OSNR@10G with FEC
Excellent Service
10-15
21dB
13dB
Good Service
10-9
18dB
12.5dB
Service Failed
10-3
14dB
12dB
Service Quality
22
Rx1
Tx2
Rx2
T4n Txn
MUX
Tx3
DEMUX
Tx1
Out-of-band OSNR
Rx3 Rx4 Rxn
Traditční metoda měření OSNR je založena na standardu IEC 61280-2-9, která definuje OSNR jako poměr mezi výkonem signálu a průměrnou hodnotou úrovně šumu zleva a zprava od kanálu. Tzv. interpolační methoda - out-of-band OSNR.
FBG
Vstupní signál se 6 kanály
Výstupní signál
D
M
ROADM
D
M
ROADM
Ve vysokorychlostních optických sítích se pro management chromatické disperze využívají také laditelné kompenzátory založené na Bragově mřížce (FBG), které také ovlivní spektrum na svém výstupu. ROADM i FBG filtry vytvoří na výstupu spektrum dle obrázku. Filtry potlačí úroveň šumu mezi kanály.
Rx1
Tx2
Rx2
Txn
Out-of-band OSNR
M
D
T4n
MUX
Tx3
DEMUX
Tx1
Rx3 Rx4 Rxn
In-band OSNR
Správnou hodnotu OSNR je možné získat pouze měřením, tzv. „in-band OSNR“. Z obrázku je patrný zásadní rozdíl mezi „out-of-band OSNR“ a „in-band OSNR“, který může být 10 dB i více.
Každý optický kanál má jinou polarizaci (SOP), kterou znázorňuje modrá šipka. Šum (ASE) je naopak nepolarizované optické záření. Pomocí integrovaného měniče polarizace je možné změnit polarizaci měřeného signálu např. na vertikální. Polarizační dělič rozdělí vstupní signál na dvě ortogonální složky (SOP-1 a SOP-2). Porovnáním výsledků měření SOP-1 a SOP-2 získáme skutečné OSNR (in-band OSNR). SOP-2 Polarization Controller
Polarization Splitter
Signal Processing
OSA
SOP-1
SOP-2 Noise
Polarization splitter Polarization controller
SOP-1 Signal + Noise Arbitrarily polarized signal + ASE noise
JDSU OSA OSA-180
OSA-320 OSA-300 ROADM
měřicí rozsah (dBm)
-65 až +23
-75 až +23
-70 až +20
spektrální rozsah (nm)
1250 - 1650
1250 - 1650
1250 - 1650
přesnost měření výkonu (dB)
±0,5
±0,4
±0,6
přesnost měřenívlnové délky (pm)
±30
±20
±10
@ 0,4 nm (50 GHz Ch. space)
45
> 45
48
@ 0,2 nm (25 GHz Ch. space)
35
> 40
45
ORR (Optical Rejection Ratio) (dBc):
OCC-56 Channel Checker Měření výkonové úrovně jednotlivých
DWDM kanálů dle ITU-T Rastr 50, 100, 200 GHz Verze pro C a L pásmo OCC-55 – pro CWDM
TLS-55 laditelný laserový zdroj záření Laditelný zdroj záření od 1528.38 nm do 1563.86 nm
(verze TLS-55 C) nastavení vlnových délek dle doporučení ITU-T Verze TLS-55 L pro vlnové délky od 1570.42 nm do
1608.76 nm
Fiber Optics
www.jdsu.com/roadmtest
