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Padtec S/A Todos os direitos reservados 1

TreinamentoTecnologia DWDM

Padtec S/A Todos os direitos reservados Capítulo 2 - Capítulo 2 - 22

Tópicos

Princípios de Transmissão WDM Evolução de Sistemas Monocanal para Sistemas DWDM

Amplificados

Tecnologias que Viabilizaram Sistemas DWDM Fibras Ópticas Lasers Amplificadores Ópticos

Limitações de Sistemas DWDM com Amplificação Óptica Dispersão Cromática Polarization Mode Dispersion (PMD) Efeitos Não-Lineares

Optical Transport Network


Tópicos


Amplificados





Site 1

Evolução da Transmissão Óptica

Site 2

2,5 Gb/s sobre 1 fibra de ~ 90 km

-2 dBm -28 dBm

Evolução para WDM

TX RX

AOAO-28 dBm12 dBm

Enlace com 1 Amplificador Óptico (AO) Booster

Enlace Ponto a Ponto

2,5 Gb/s sobre 1 fibra of ~ 160 km

Exemplo: SDH STM-16 (L.16-2)


Evolução da Transmissão Óptica

AOAOAOAO

Enlace com 1 AO Booster + 1 AO Pré


2,5 Gb/s sobre 1 fibra de ~ 200 km

12 dBm -38 dBm

Site 1 Site 2TX RX

AOAO

Enlace com 1 AO Booster + 1 AO Pré + até 4 AOs de Linha


2,5 Gb/s sobre 1 fibra de ~ 500- 600 km

AOAOAOAO


Enlace DWDM: Dense Wavelength Division Multiplexing

Enlace Ponto a Ponto com a possibilidade de diversos sistemas de

2,5 Gb/s sobre 1 fibra de ~ 500- 600 km sem regeneração (3R)

Evolução da Transmissão Óptica: WDM

MU

X

DE

MU

X

AOAO AOAO AOAO

transponder

Site 1 Site 2TX RX


Resultado

De 2.5 Gbps por fibra, 90 km ...

… Para 1,6 Tbps por fibra, 500 km


Aumento de Capacidade de Transmissão em Sistemas Ópticos

Duas alternativas:

• TDM: Time Division Multiplexing

• WDM: Wavelength Division Multiplexing


• Combina tráfego de múltiplas entradas em uma única saída de alta capacidade de transmissão

• Permite alta flexibilidade no gerenciamento de tráfego• Requer funcionalidade de mutiplexação elétrica• Atualmente limitado a 40 Gbit/s (STM-256)• Maiores taxas de bit são muito suscetíveis a problemas de dispersão

Time Division Multiplexing (SDH)

• Transmissão de bytes entrelaçados em um único comprimento de onda


• Integra tráfego óptico sobre uma única fibra óptica

• Permite alta flexibilidade em expansão de largura de banda

• Reduz funções custosas de multiplexação e demultiplexação elétrica

Independênciade taxas de bite formatos

Wavelength Division Multiplexing (WDM)

DWDM = Dense WDM e CWDM = Coarse WDMDWDM = Dense WDM e CWDM = Coarse WDM

• Uma forma de multiplexação por divisão de freqüência (FDM)• Usa múltiplos comprimentos de onda sobre uma única fibra óptica


Comparação: Solução TDM para 600 km

SDH SDH

SDH SDH

SDH SDH

SDH SDH

SDH SDH

SDH SDH

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

32 Clientes => 64 Fibras + 224 Regeneradores SDH (3R)


Comparação: Solução WDM Para 600 km

SDH SDH

SDH SDH

SDH SDH

SDH SDH

SDH SDH

SDH SDH

MO /

AO

AO /

DO

AO AO AO

32 Clientes => 2 Fibras + Amplificadores Ópticos


Tópicos

Princípios de Transmissão WDM Evolução de Sistemas Monocanal para Sistemas DWDM Amplificados





Fibras Ópticas Monomodo

Standard Single Mode Fiber (SMF) Dispersão zero em 1310 nm ITU-T G.652

Dispersion-Shifted Fiber (DSF) Curva de dispersão deslocada para comprimentos de onda superiores para

ter dispersão zero em 1550 nm Sistemas ópticos com um lambda em 1550 nm ITU-T G.653

Non-Zero Dispersion Shifted Fiber (NZDSF) Uma pequena dispersão é introduzida na janela de 1550 nm para evitar o

principal efeito não linear: Four Wave Mixing Sistemas DWDM de longo alcance e com altas taxas de bit ITU-T G.655

Zero Water Peak Fiber Eliminação do pico de água (OH), abrindo a janela toda a janela óptica de

1300 a 1600 nm Ideal para sistemas metropolitanos CWDM ITU-T G.652C


Tipos de Fibra Monomodo

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

Ate

nu

ação (

dB

/km

)

1600 1700140013001200 15001100

Lambda (nm)

EDFA

Atenuação(todas as fibras)

20

10

0

-10

-20

Dis

pers

ão (

ps/n

m×

km

)

NZDF

Zero-OH FiberElimina o pico de água em

1385 nm

Dispersion-Shifted Fiber

Standard Single-Mode Fiber


Emissores Ópticos: LasersLaser: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation

Evolução de Lasers Semicondutores

Alta potência de transmissãoDistribuição espectral estreita (alguns MHz)Alta confiabilidadeModulação direta ou externa Disponível para aplicações com altas taxas de bitDistributed Feedback (DFB) – utilizado nos sistemas DWDM da Padtec


Lasers: Modulação Direta e Externa

Modulação Direta (chirping) Modulação Externa

ModuladorÓptico

Laser

Pulsosópticos

Driver

Laser

Pulsosópticos

Drive

r

Tolerâncias para taxa de bit STM-16 Laser com Modulação Direta:

• 1.800 ps/nm (~100 km para SMF) Laser com Modulação Externa:

• 10.000 ps/nm (~600 km para SMF)

Tolerâncias para taxa de bit STM-64 Laser com Modulação Externa:

• 2.000 ps/nm (~120 km para SMF)


Amplificadores Ópticos

AOs a fibra mudaram as regras de projeto de sistemas ópticos

Regiões Típicas de Operação: Banda C: 1530 nm a 1560 nm Banda L: 1575 nm a 1605 nm

AO necessita de laser(s) de bombeio: 980 nm e 1480 nm são os mais comuns

Érbio é utilizado como componente dopante em amplificadores ópticos a fibra (EDFA = Erbium Doped Fiber Amplifier)

Amplified Spontaneous Emission (ASE) é um ruído faixa larga gerado pelo AO

Potência por canal óptico em sistemas com N canais:PCANAL = PTOTAL – 3 x log

2N


AOs: Janela de Atuação

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

Ate

nu

ação (

dB

/km

)

1600 1700140013001200 15001100

Lambda (nm)

Transmissão em 1550 nm:Região de perda mínima na fibra e de atuação de EDFAs

Banda EDFA (C e

L)

Limite teórico


AO: Degradação de OSNR

Amplificadores Ópticos degradam a OSNR devido à geração de ASE Figura de Ruído = (OSNR)entrada / (OSNR)saída

Portanto para uma determinada OSNR deve-se ter um número limitado de AOs cascateados (spans)

Alternativa: uso de AOs de multi-estágios otimizados Primeiro estágio otimizado para baixa figura de ruído Segundo estágio otimizado para alta potência de saída


Amplificadores Ópticos: Arquitetura Multi-Estágios

Bombeio

Sinal deEntrada

Sinal deSaída

Fibra dopada com Er3+

IsoladorÓptico

IsoladorÓptico

IsoladorÓptico

Primeiro estágio(baixa figura de ruído)

Segundo estágio(alta potência)

Bombeio

Fibra dopada com Er3+


Amplificadores Ópticos: ASE


Tópicos


Amplificados





Sistemas Ópticos de Transmissão: Causas de Degradação

Atenuação

AOAO AOAO AOAO

MU

X


EmissãoEspontânea Ruído

Sistemas Ópticos de Transmissão

AOAO AOAO AOAO

MU

X


DispersãoDistorção


AOAO AOAO AOAO

MU

X



AOAO AOAO AOAO

MU

X

EfeitosNão Lineares

EspalhamentoDistorçãoCrosstalk


Dispersão Cromática (DC)

1) Efeitos e conseqüênciasO índice de refração tem um fator dependente do comprimento de onda, portanto as

diferentes componentes de freqüência dos pulsos ópticos se propagam em velocidades distintas (as freqüências mais altas propagam-se mais rapidamente que as freqüências mais baixas)

O efeito resultante é um alargamento dos pulsos ópticos e uma conseqüente interferência entre estes pulsos

t

t

t

t

2) AlternativaCompensação de DC, uso de fibras DS ou NZD ou uma combinação destas duas

técnicas

Fibra Óptica


Variação Índice de Refração x Lambda


Dispersão Cromática: Paradigma

Alta dispersão cromática resulta em alargamento temporal do pulso óptico, resultando em interferência inter-simbólica e aumento na taxa de erro de bit (BER)

Pouca dispersão resulta em altos efeitos não-lineares na fibra, o que também pode degradar severamente a BER

1

tempo

1 0Sinal original

tempo

Saída do Transmissor

tempo

Entrada do Receptor

tempo

111Sinal regenerado


Compensação de Dispersão

Dis

per

são

(p

s/n

m)

Span (km)0 80 160 240 320 400 480

1600

1200

800

400

0

SS

MF

DC

M

NZDF

SSMF = 17 ps/nm-kmNZDF = 4,4 ps/nm-km

• Módulos Compensadores de Dispersão (MCD) podem ser usados para resolver o limite por dispersão

• Os MCD atuam sobre todos os lambdas de um sistema DWDM

• Entretanto, adicionam custo e alta perda de inserção no sistema óptico

• MCD são muito mais custosos para SSMF


MCD: Módulo Compensador de Dispersão

MCD: MCD: Posicionado entre os 2 estágios de amplificação do amplificador de linha.Posicionado entre os 2 estágios de amplificação do amplificador de linha.

80km - SMF 80km - SMFAOL AOL

MCD MCD


Modos de Polarização da Luz

O plano de oscilação do campo eletromagnético é uma combinação de dois planos principais de oscilação (x e y), que definem os modos de polarização da luz

Um campo E é a soma vetorial dos componentes

Ex e Ey

x

y

z

EyEx


Polarization Mode Dispersion

Simetria não perfeita da fibra óptica (núcleo da fibra não perfeitamente concêntrico) causa uma diferença entre as velocidades de propagação dos dois modos de polarização na fibra resultando no alargamento do pulso óptico.

Atraso de propagação entre os modos de polarização

x

y

z

Ey

Ex


Polarization Mode Dispersion

Nas fibras comuns, os estados de polarização não se mantêm, isto é, modificam-se de acordo com movimentações e variações na temperatura da fibra

Como não se tem controle destes parâmetros, a medida da PMD torna-se bastante complexa

PMD - Medida estatística da penalidade

Importante para sistemas a partir de 10 Gbit/s.

Tecnologias recente de fabricação produzem fibras de baixo PMD (< 0,5 ps/(km)1/2)

Penalidade apresenta-se como uma flutuação na taxa de erro


Efeitos Não Lineares

Efeitos de Espalhamento Estimulados(associadas ao espalhamento) Stimulated Brillouin Scattering (SBS) limitações na potência de tx Stimulated Raman Scattering (SRS) crosstalk

Efeitos devido à Variação no Índice de Refração(modulação do índice de refração pela variação na intensidade da luz) Self Phase Modulation (SPM) alargamento espectral distorção Cross Phase Modulation (XPM) alargamento espectral, crosstalk Four-Wave Mixing (FWM) crosstalk

Amplificadores ópticos de alta potência podem gerar todos os efeitos não lineares acima, levando à degradação do desempenho do sistema

óptico.

Amplificadores ópticos de alta potência podem gerar todos os efeitos não lineares acima, levando à degradação do desempenho do sistema

óptico.


Tópicos

Princípios de Transmissão WDM Evolução de Sistemas Monocanal para Sistemas DWDM Amplificados





Optical Transport Network (OTN)

Nova camada da rede de transporte

Suporte à crescente demanda por banda Tbit/s por fibra em enlaces DWDM

Suporte a novos serviços de banda larga Serviços a 2,5Gbit/s, 10Gbit/s, 40Gbit/s SDH, Ethernet, ATM, IP (IP OTN Fibra)

Gerenciamento de redes DWDM semelhante ao de redes SDH

Funcionalidades avançadas de OAM para todos os serviços Detecção de falha e degradação Verificação de SLA


Arquitetura de Rede G.872

Interfaces, Taxas de bit, Estruturas G.709

Equipamentos G.798

Funções de Gerência de Equipamentos G.874

Desempenho de Jitter & Wander G.8251

Desempenho de Erro G.8201

Interfaces Físicas G.959.1

Recomendações do ITU-T (Exemplos)



38

25

40

80

Align

1 7 8 14

15

16

17

38

24

1

2

3

4

OPU k PayloadO

PU

k O

H

OPUk - Optical Channel Payload Unit

ODUk

ODUk - Optical Channel Data Unit

Client Signalmapped in

OPUk Payload

Client Signal

OTUkFEC

OTUk OH

OTUk - Optical Channel Transport Unit

k = 1 (2,5G), 2 (10G), 3 (40G)

Estrutura de Quadro da Interface OTUk

Fonte: ITU-T Rec. G.709



R RRT ClienteT

OTU OTU OTU OTU

ODU

OPU – Cliente

T

R

Transponder OTN Terminal

Transponder OTN Regenerador

Mux/Demux DWDM

Amplificador Óptico

Cliente

Aplicação



Rede DWDM Sem Gerência OTN Com Gerência OTN

DEGRADAÇÃO

DetecçãoGerência Cliente detecta

Gerência DWDM não detecta Gerência DWDM detecta

Localização

Podem requerer medições com o tráfego fora de serviço

Gerência DWDM provê medidas on-line (OTU e ODU)

Pode requerer pessoal em campo para realizar medidas nas estações entre os Clientes

O problema de localização fica restrito a uma OTU

FALHA

Detecção e Localização

Gerências Cliente e DWDM detectam e localizam

Retorno à Operação

Desempenho e disponibilidade dos enlaces posteriores ao que falhou param de ser monitorados

Desempenho e disponibilidade dos enlaces posteriores ao que falhou continuam a ser monitorados

Problemas nos enlaces posteriores ao que falhou serão detectados apenas após a correção da falha

Problemas nos enlaces posteriores ao que falhou podem ser detectados continuamente



Obrigado!

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