Kommunikations- und Netztechnik III

11.5.2005Dr. Ralph Leppla, BA-Mannheim,Kommunikations- und Netztechnik III Seite 1

Kommunikations- und Netztechnik III

Ralph Leppla

Das photonische Transportnetz - WDM-Technik! Übertragungstechnik! Netzfunktionen


Netzarchitektur

OXC

OXC

OXC

OXC

OADM

OADM

OADM

Transport: z.B. SDH oder “abgemagertes” SDHz.B. STM16, STM64

Optisches Overlaynetzmit konfigurierbaren OADM und OXC

Glasfasernetz

Optische Transportplattform

Clientnetze: z.B. IP, ATM, ...


Kombination von Multiplexverfahren

BundleBundleFiber nFiber n

Fiber 1Fiber 1

Raummulitplex

Synchrones Zeitmultiplex

Wellenlängen Multiplex

Statistisches Zeitmultiplex


Standard-Singlemode-GlasfaserSMF Primärcoating (250 µm)

- Schutz vor Umwelt-einflüssen

Glasfasermantel (125 µm)- optisch dünneres

Medium (n=1,457)

Glasfaserkern (9 µm)- optisch dichteres

Medium (n=1,471)- Führung der Lichtwelle

(80 % der Leistung im Kern bei der Cut-Off-Wellenlänge)

n1= 1,471n2= 1,457


Faserdämpfung über der Wellenlänge

0,1

1

10

1 1,2 1,4 1,6 1,8

Wellenlänge (µm)

Däm

pfun

g (d

B) Alte Fasern

Standardfaser heuteAllWave

OHpeak


Bänder für optische Übertragung

1250 1300 1350 1400 1450 1500 1550 1600 1650 1700

0,6

0,3

0Däm

pfun

gdB

/km

S+

S C L UO E

Wellenlänge (nm)

OH-armeFaser

"O-Band (Original) 1260 nm to 1360 nm"E-Band (Extended) 1360 nm to 1460 nm"S-Band (Short wavelength) 1460 nm to 1530 nm"C-Band (Conventional) 1530 nm to 1565 nm"L-Band (Long wavelength) 1565 nm to 1625 nm"U-Band (Ultralong wavelength) 1625 nm to 1675 nm

Note 1: It was agreed that this definition of spectral bands is to facilitate discussion and is not for specification. (Auszug aus dem ITU-T Temporary Document TD 26 (PLEN) vom 8.2.2001)


Das Prinzip von WDMWDM (Wavelength Division Multiplexing) bezeichnet ein optisches Übertragungsverfahren, bei dem die die Bandbreite der Glasfaser intensiv genutzt wird.

TP

TP

TP

TP

Opt

. MU

X

OV

λ1= 1547,72 nm

λ2= 1549,32 nm

λ3= 1550,92 nm

λ4= 1552,52 nm

1547,72 nm:

1552,52 nm

OMT

TM : Terminal-Multiplexer (z.B. SDH-MUX) MUX: MultiplexerTP: Transponder (Wellenlängenumsetzer) OV: optischer Verstärker

TMλ1=1310 nm

TMλ2= 1310 nm

TMλ3= 1310 nm

TMλ4= 1310 nm


Kategorisierung von Regeneratoren

1R reamplification nur Verstärkung, z.B. EDFA, bei Kaskadierung Akkumulation von Rauschen und Verzerrungen beachten

2R reshaping nichtlinearen Vorgang, z.B. Schaltvorgang (Schmitt Trigger), Rausch- undJitterakkumulation beachten

3R retiming O-E-O Wandlungclock recovery (Referenztakt) wird benötigt, Kaskadierbarkeit der Regeneratoren ist gegeben

gemäß ITU-T G.872 AnnexA


Vorteile von WDM-NetzenKonventionelles Transportnetz

Erhöhung der Kanalzahl auf einer Glasfaser=> Parallelbetrieb => kosteneffizient

EDFA EDFA

TM TMReg Reg RegReg RegTM TMReg Reg RegReg RegTM TMReg Reg RegReg RegTM TMReg Reg RegReg RegTM TMReg Reg RegReg RegTM TMReg Reg RegReg RegTM TMReg Reg RegReg RegTM TM3R 3R 3R3R 3R

TMTMTMTMTMTMTMTM

TRTRTRTRTRTRTR

TP

Opt

. MU

X

TMTMTMTMTMTMTMTM

TRTRTRTRTRTRTR

TP

Opt. M

UX

40 km 40 km 40 km 40 km 40 km 40 km

80 km 80 km 80 kmTerminal

MultiplexerSende-

TransponderEmpfangs-

Transponder

3R= Re-Shape + Re-Amplify + Re-Time


Dämpfung und Dispersion der Glasfaser (Reichweitenbegrenzung)1) Dämpfung

" führt zur Verringerung der Amplitude des Datensignals" kann durch optische Verstärker kompensiert werden

2) Dispersion" führt zur Impulsverbreiterung

Annahme: Die Faser zeige nur Dämpfung. TT

T TAnnahme: Die Faser zeige nur

Dispersion.


Impulsverbreiterung durch Chromatische Dispersion (CD)

" die einzelnen spektralen Komponenten des optischen Datensignals breiten sich im Übertragungsmedium Glas unterschiedlich schnell aus

" das führt zu einer Impulsverbreiterung, die im schlimmsten Fall zu einer Fehlinterpretation des Datensignals führen kann

" die CD ist deterministisch und kann z.B. durch den Einsatz von dispersionskompensierender Faser (DCF) beseitigt werden

EmpfängerSender EDFA

DCF

EDFA EDFA

Faser-strecke


Dispersion von Fasern20

15

10

5

0

-5

-10

-15

-100

Dis

pers

ion

[ps/

(nm

. km)]

Wellenlänge [nm]

1250 1300 1350 1400 1450 1500 1550 1600

Cband

Lband

NZDSF+DSF

NZDSF-

17 ps/nm.km

SSMF

DCF


Bitfehlerrate (BER)

BitsgemesseneBitsneentschiedefalschBER

Bits ∞→= lim

−= 20

0

00 2

exp2

1σµµ

σp

−= 21

1

11 2

exp2

1σµµ

σp

( ) ∫∞

=Is

dIpP 00/1

( ) ∫∞−

=Is

dIpP 01/0

Is


Erbium-dotierter Faserverstärker EDFA

Pump-Laser

Er+-Faser

Isolator Isolator Filter

ohne Filter

mit Filter30 dB Verstärkung15 mW... 1 W (!) optische Ausgangsleistung1540..1560 nm Verstärkungsband


Erbium-dotierter Faserverstärker EDFA

•Durch pumpen wird Er3+-Ion auf E3 gehoben•Schnelles zurückfallen auf E2•Gelegentlich spontane Emission (Rauschen)•Stimulierte Emission führt zur Verstärkung


EDFA Innenansicht


Reichweitenbegrenzende physikalische Effekte" Lineare Effekte

" Dämpfung" Rauschakkumulation durch Faserverstärker (ASE) " Chromatische Dispersion (deterministisch) " Polarisationsmodendispersion (statistisch)" Filterverzerrungen

"Nichtlineare Effekte" TDM

• Selbst-Phasenmodulation (SPM)• Brillouin-Streuung (SBS)

" WDM• Kreuz-Phasenmodulation (XPM)• Vierwellenmischung (FWM)• Raman-Streuung (SRS)


Das photonische Transportnetz - WDM-Technik! Übertragungstechnik! Netzfunktionen


Photonisches TransportnetzNetzfunktionen

1. Bausteine für optische Transportnetze" Multiplexer, Verstärker, De-multiplexer" Optische Add-Drop-Multiplexer OADM" Konfigurierbare OADMs" Optische Cross-Connects

2. „Faultmanagement“ in optischen Transportnetzen


Bausteine der optischen TransportnetzeOADMOptischer Add-Drop-Multiplexer

Opt

. MU

Xλ2= 1549,32 nm

λ3= 1550,92 nm

Opt. D

eMU

X„Tributary out“ „Tributary in“

λ1= 1547,72 nm


OADM - Flexibler Optischer Add-Drop-Multiplexer

Opt

. MU

X

λ1= 1547,72 nm

λ2= 1549,32 nm

λ3= 1550,92 nm

Opt. D

eMU

X„Tributary out“ „Tributary in“

z.B. LiNbO3Baugruppe

λselect

x x x x x x


OXC - Optischer Cross-Connect

Opt

. MU

X

N xNKoppel-matrix

Opt. D

eMU

X

l Konvert„Tributary out“ „Tributary in“


MEMSMicro electro-mechanical systems

(Lucent)


Optischer Cross-Connect mit MEMS

I/O Fibers

Imaging Lenses

Reflector

MEMS 2-axis Tilt Mirrors

(Lucent)

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