Cap.02 Sistemas v10
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Marketing - Treinamentoe-mail: [email protected]
SACe-mail: [email protected] skype: sac.padtectel.: 0800 771 9009
2 – Sistemas Tecnologia DWDM
Padtec S/A © 2012 Todos os Direitos Reservados Cap. 2 - 2
Conteúdo - Módulos
• Apresentação Institucional;• Sistemas DWDM;• Descrição dos produtos da
Plataforma DWDM da Padtec;• Topologia da Rede de
Gerência;• Configuração do Supervisor de
Transponder Pai e do Canal de Supervisão;
• Gerência Local da Padtec;• Controle automático de Ganho
para amplificadores ópticos;
• Configurador de Amplificadores ópticos;
• Cuidados de operação com os amplificadores ópticos;
• Optical Transport Network (OTN) - G.709 ITU-T;
• Gerenciamento de falhas na rede de transmissão da Padtec – simulação de falhas;
• Avaliação do treinamento.
Padtec S/A © 2012 Todos os Direitos Reservados Cap. 2 - 3
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
Padtec S/A © 2012 Todos os Direitos Reservados Cap. 2 - 4
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
Padtec S/A © 2012 Todos os Direitos Reservados Cap. 2 - 5
Transmissão Óptica – Sistemas Monocanais
Site 1
Exemplo: SDH STM-16 (L.16-2)
2,5 Gb/s sobre 1 par fibra de ~ 90 km
-2 dBm -28 dBmTX RX
RX TX
Site 2
2,5 Gb/s sobre 1 par fibra de ~ 150 km
Amplificadores Ópticos para alcançar maiores distâncias de transmissão
12 dBm -28 dBm RX
RX
AO
AO
Booster (EDFA)
Padtec S/A © 2012 Todos os Direitos Reservados Cap. 2 - 6
Transmissão Óptica – Sistemas Monocanais
Site 1
Exemplo: SDH STM-16 (L.16-2)
Site 2
2,5 Gb/s sobre 1 par fibra de ~ 190 km
Booster + Pré EDFA
12 dBm -38 dBm
RX
AO
AO
Pré-amplificador (EDFA)
AO
AO
Booster (EDFA)
Padtec S/A © 2012 Todos os Direitos Reservados Cap. 2 - 7
Transmissão Óptica – Sistemas Monocanais
Site 1
Exemplo: SDH STM-16 (L.16-2)
Site 2
2,5 Gb/s sobre 1 par fibra de ~ 500 km
Booster + Pré + 4 Linhas EDFA
RX
AO
AO
AO
AO
AO
AO
Linha (EDFA)
...
...
Padtec S/A © 2012 Todos os Direitos Reservados Cap. 2 - 8
Como aumentar a capacidade dos Sistemas?
Duas alternativas:
• TDM: Time Division MultiplexingMultiplexação por Divisão de Tempo
• WDM: Wavelength Division MultiplexingMultiplexação por Divisão de Comprimento de Onda
Padtec S/A © 2012 Todos os Direitos Reservados Cap. 2 - 9
Como aumentar a capacidade dos Sistemas?
•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
Transmissão de bytes entrelaçados em um único comprimento de onda
Padtec S/A © 2012 Todos os Direitos Reservados Cap. 2 - 10
Como aumentar a capacidade dos Sistemas?
•Uma forma de multiplexação por divisão de frequência (FDM)•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
Usa múltiplos comprimentos de onda sobre uma única fibra óptica
Independênciade taxas de bite formatos
DWDM = Dense WDM e CWDM = Coarse WDMDWDM = Dense WDM e CWDM = Coarse WDM
Padtec S/A © 2012 Todos os Direitos Reservados Cap. 2 - 11
Sistemas DWDM
Site 1
Exemplo: SDH STM-16 (L.16-2)
Site 2
Booster + Pré + 4 Linhas EDFA
AO
AO
AO
AO
AO
AO ...
...
λ1
λ2
λ3
λN
MU
X Ó
PT
ICO
DE
MU
X Ó
PT
ICO M
UX
ÓP
TIC
O
λ1
λ2
λ3
λN
DE
MU
X Ó
PT
ICO
Padtec S/A © 2012 Todos os Direitos Reservados Cap. 2 - 12
Sistemas DWDM – Alta Capacidade
De 2.5 Gb/s por fibra, 90 km ...
… Para 6,4 Tb/s por fibra, 500 km160 canais de 40 Gb/s
Padtec S/A © 2012 Todos os Direitos Reservados Cap. 2 - 13
Sistemas DWDM - Comparação
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)
Solução TDM para 600 km
Padtec S/A © 2012 Todos os Direitos Reservados Cap. 2 - 14
Sistemas DWDM - Comparação
32 Clientes 2 Fibras + Transponders + Amplificadores Ópticos
Solução DWDM para 600 km
Padtec S/A © 2012 Todos os Direitos Reservados Cap. 2 - 15
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
Padtec S/A © 2012 Todos os Direitos Reservados Cap. 2 - 16
Fibras Ópticas
Núcleo
Casca
Capa (plástico)Visão espacial
Seção transversalEstrutura:
125µm (casca)
8-10µm (núcleo)Fibra monomodo:
Padtec S/A © 2012 Todos os Direitos Reservados Cap. 2 - 17
Fibras Ópticas MonomodoStandard 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 toda a janela óptica de 1300
a 1600 nm Ideal para sistemas metropolitanos CWDM ITU-T G.652C
Padtec S/A © 2012 Todos os Direitos Reservados Cap. 2 - 18
Fibras Ópticas Monomodo
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
Ate
nu
ação (
dB
/km
)
1600 1700140013001200 15001100Lambda (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
Padtec S/A © 2012 Todos os Direitos Reservados Cap. 2 - 19
1ª Janela 2ª Janela 3ª Janela
Band
a C
152
0-15
70
Band
a L
157
0-16
20
Fibras Ópticas – Bandas de Transmissão
Ordem cronológica de uso de transmissores comerciais:
1- Para a 1ª janela: 850 nm (aprox. 80 nm de banda)2- Para a 2ª janela: 1310 nm (aprox. 150 nm de banda)3- Para a 3ª janela: 1550 nm (aprox. 160 nm de banda)
Padtec S/A © 2012 Todos os Direitos Reservados Cap. 2 - 20
Laser
Laser: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
• Evolução de Lasers Semicondutores• Alta potência de transmissão• Distribuição espectral estreita (alguns MHz)• Alta confiabilidade• Modulação direta ou externa • Disponível para aplicações com altas taxas de bit• Distributed Feedback (DFB) – utilizado em Sistemas DWDM
Padtec S/A © 2012 Todos os Direitos Reservados Cap. 2 - 21
Laser – Modulação para taxas até 10Gb/s
Em sistemas ópticos, o processo de modulação consiste em transformar sinais elétricos em sinais ópticos capazes de se propagar pela fibra. Através da modulação em amplitude as informações são transformadas em luz. O método de modulação mais simples é a modulação ON-OFF (OOK, On-Off Keying) que pode ser utilizada para sistemas de até 10 Gb/s.
0 1 1 1 10 0 tempo
Pot. Óptico
0 1 0
0 1 1 1 10 0 tempo
Pot. Óptica
0 1 0
Formato NRZnon-return-to-zero
Formato RZ 50%return-to-zero
Padtec S/A © 2012 Todos os Direitos Reservados Cap. 2 - 22
Laser – Modulação
Modulação Direta (chirping) Modulação Externa (ou Integrada)
ModuladorÓptico
Laser
Pulsosópticos
Driver
Laser
Pulsosópticos
Driver
Tolerância àDispersão Cromática Mod. direta Mod. externa
2,5 Gb/s (STM-16) 1.800 ps/nm 10.000 ps/nm
10 Gb/s (STM-64/10 GbE) - 1.600 ps/nm
Padtec S/A © 2012 Todos os Direitos Reservados Cap. 2 - 23
Laser – Modulação para 40 Gb/s
Desafios da transmissão 40G em relação à 10GA figura abaixo ilustra o que acontece com o um canal de 40 Gb/s se modulado utilizado modulação em amplitude (OOK – On Off Keying). Repare que a largura de banda ocupada pelo canal é inviável para sistemas DWDM com espaçamento de 100 ou até 50 GHz.
Para 40 Gb/s:•Necessidade de outra técnica de modulação•Menor tolerância à PMD e dispersão cromática
Padtec S/A © 2012 Todos os Direitos Reservados Cap. 2 - 24
Laser – Modulação para 40 Gb/s
Modulação em Fase (PSK)
tempo
Bit 0Bit 1 Bit 1 Bit 1
Inversão de fase Inversão de fase Mantem-se a fase
Padtec S/A © 2012 Todos os Direitos Reservados Cap. 2 - 25
Laser – Modulação para 40 Gb/s
Formatos:
0π 0π
DPSK (Differential Phase Shift Keying)
DQPSK (Differential Quadrature Phase Shift Keying)
Padtec S/A © 2012 Todos os Direitos Reservados Cap. 2 - 26
Laser – Modulação para 40 Gb/s
Formatos:
0π
40 G Coerente (com DSP) DP-QPSK (Dual Polarization - Quadrature Phase Shift Keying)
fase
Polarização LHC
Polarização RHC
LHC – Left Hand CircularRHC – Right Hand Circular
DSP- Digital Signal Processing
Padtec S/A © 2012 Todos os Direitos Reservados Cap. 2 - 27
Amplificadores Ópticos
AOs EDFA 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 necessitam de lasers 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
Padtec S/A © 2012 Todos os Direitos Reservados Cap. 2 - 28
Amplificadores Ópticos
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
Padtec S/A © 2012 Todos os Direitos Reservados Cap. 2 - 29
Amplificadores Ópticos
• Amplificadores Ópticos degradam a OSNR devido à geração de ASE
Figura de Ruído (dB) = (OSNR)entrada (dB) - (OSNR)saída (dB)
• Portanto para uma determinada OSNR deve-se ter um número limitado de AOs cascateados (spans)
• Para amplificadores de linha: uso de AOs de multi-estágios otimizados- Primeiro estágio otimizado para baixa figura de ruído Segundo estágio otimizado para alta potência de saída
AO AO AO AOAOspan span spanspan
Padtec S/A © 2012 Todos os Direitos Reservados Cap. 2 - 30
Amplificadores Ópticos
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+
Padtec S/A © 2012 Todos os Direitos Reservados Cap. 2 - 31
Amplificadores Ópticos
OSNR
Padtec S/A © 2012 Todos os Direitos Reservados Cap. 2 - 32
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
Padtec S/A © 2012 Todos os Direitos Reservados Cap. 2 - 33
Causas da Degradação do Sinal
Atenuação
AO AO
λ
λ
λ
λ
MU
X Ó
PT
ICO
AO AO
Padtec S/A © 2012 Todos os Direitos Reservados Cap. 2 - 34
Causas da Degradação do Sinal
Emissão Espontânea
AO AO
λ
λ
λ
λ
MU
X Ó
PT
ICO
AO AO
Ruído ASE
Padtec S/A © 2012 Todos os Direitos Reservados Cap. 2 - 35
Causas da Degradação do Sinal
Dispersão
AO AO
λ
λ
λ
λ
MU
X Ó
PT
ICO
AO AO
Distorção
t
Padtec S/A © 2012 Todos os Direitos Reservados Cap. 2 - 36
Causas da Degradação do Sinal
Efeitos Não-Lineares
AO AO
λ
λ
λ
λ
MU
X Ó
PT
ICO
AO AO
EspalhamentoDistorçãoCrosstalk
nm
Padtec S/A © 2012 Todos os Direitos Reservados Cap. 2 - 37
1
tempo
1 0Sinal original
tempo
Saída do Transmissor
tempo
Entrada do Receptor
tempo
111Sinal regenerado
Dispersão Cromática (DC)
Efeito e consequências• O índice de refração tem um fator dependente do comprimento de onda, portanto as
diferentes componentes de frequência dos pulsos ópticos se propagam em velocidades distintas (as frequências mais altas propagam-se mais rapidamente que as frequências mais baixas)
• O efeito resultante é um alargamento temporal dos pulsos ópticos e uma consequente interferência entre estes pulsos
• Muita Dispersão Cromática Acumulada pode causar taxa de erro no sinal recebido
Padtec S/A © 2012 Todos os Direitos Reservados Cap. 2 - 38
Dispersão Cromática (DC)
nm
λc
fc = 193,1 THz
ou1552,52 nm
λa λb
Faixa espectral de emissão de um laser
V = velocidade de propagação no meioc = velocidade da luz no vácuon = índice de refração do meio
Padtec S/A © 2012 Todos os Direitos Reservados Cap. 2 - 39
Dispersão Cromática (DC)
nm
λc
fc = 193,1 THz
ou1552,52 nm
λa λb
Faixa espectral de emissão de um laser
Se n varia, a velocidade de propagação de cada comprimento
de onda também varia
Assim, λa trafega mais rapidamente na fibra
que λb (e chega primeiro no receptor)
t
Padtec S/A © 2012 Todos os Direitos Reservados Cap. 2 - 40
Dispersão Cromática (DC)D
ispe
rsão
(ps/
nm)
Span (km)0 80 160 240 320 400 480
1600
1200
800
400
0
SSM
F
DCM
NZDFCoeficientes
SSMF = 17 ps/nm.kmNZDF = 4,4 ps/nm.km
• Módulos Compensadores de Dispersão (DCMs) são usados para estreitar os pulsos ópticos corrigindo a Dispersão Cromática e evitando suas consequências
• Os DCMs atuam sobre todos os lambdas de um sistema DWDM
• Possuem pequena perda de inserção
• Para fibra SSMF é necessário um maior número módulos DCMs
Alternativa
DCMt
DispACUMULADA = CoefDC X LFIBRA
Padtec S/A © 2012 Todos os Direitos Reservados Cap. 2 - 41
Dispersão Cromática (DC)
Alternativa• Uso de DCMs (Módulos Compensadores de Dispersão Cromática)
• DCM: Posicionado entre os 2 estágios de amplificação do amplificador de linha.
80km - SMF 80km - SMFLOA LOA
DCM DCM
80km - SMFPré DCM
• DCM: Posicionado após um pré-amplificador.
Padtec S/A © 2012 Todos os Direitos Reservados Cap. 2 - 42
PMD – Polarization Mode Dispersion
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
Padtec S/A © 2012 Todos os Direitos Reservados Cap. 2 - 43
PMD – 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 (DGD)
x
y
z
Ey
Ex
Padtec S/A © 2012 Todos os Direitos Reservados Cap. 2 - 44
PMD – 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 recentes de fabricação produzem fibras de baixo coeficiente de PMD (< 0,5 ps/(km)1/2)
•Penalidade apresenta-se como uma flutuação na taxa de erro
Padtec S/A © 2012 Todos os Direitos Reservados Cap. 2 - 45
PMD – Polarization Mode Dispersion
Causas
Padtec S/A © 2012 Todos os Direitos Reservados Cap. 2 - 46
Relação DGD e PMD: mais complexa
O valor médio do DGD <Dt> é conhecido como a PMD da fibra
PMD = <Dt>
Deve-se representar a fibra como uma série de seções de birefringênciaconcatenada de fibra (a) separada por sites de acoplamento (b), isto é, locais ondeos eixos de birefringência de uma seção estão “girados” com relação a outra.
Padtec S/A © 2012 Todos os Direitos Reservados Cap. 2 - 47
Distribuição (Maxwelliana) do DGD
PMD = <Dt> = PMDCoef x (L)1/2
Padtec S/A © 2012 Todos os Direitos Reservados Cap. 2 - 48
Penalidade sistêmica
A relação entre o DGDmax e o PMD é referenciada como Fator de Segurança.Por ex., a rec.ITU-T G.691 provê uma tabela de referência com tais fatores.
Se o projetista quiser garantir que a probabilidade do DGD de um enlace de fibra exceder DGDmax seja menor que 4,2x10-5, então:
• Deve projetar o enlace com uma PMD que seja 1/3 do DGDmax e que este, por sua vez, seja somente 30% do período de bit (TB).
PMD < 0,3 x TB/3 = TB/10
DGDmax < 4,2x10-5 (99,9958% abaixo do máximo).
Padtec S/A © 2012 Todos os Direitos Reservados Cap. 2 - 49
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.
Padtec S/A © 2012 Todos os Direitos Reservados Cap. 2 - 50
Retro-espalhamento Brillouin
Espalhamento Raman (SRS)
Fibra
AO
Canais
Provoca desequalização de canais
Alta potênciaParte da potência retorna
AO
Efeitos Não-Lineares
Padtec S/A © 2012 Todos os Direitos Reservados Cap. 2 - 51
Auto modulação de fase (SPM)
Fibra
AO
Canal
Provoca a distorção do canal.Acontece mesmo em sistema monocanal!
nmnm
Efeito de Mistura de Quatro Ondas (Four-Wave-Mixing)
AO
Canais DWDM
Depende da potência e do espaçamento entre canais Canais laterais
Efeitos Não-Lineares