1. UVOD................................................................................................................................2

2. PROBLEM POVEANJA PROPUSNOG OPSEGA OPTIKOG LINKA ........................3 2.1 DWDMDense Wavelenght Division Multiplexing .....................................................5 2.2 Evolucija DWDM-a.....................................................................................................7 2.3 Struktura DWDM sistema............................................................................................8

3. KOMPONENTE DWDM SISTEMA ..............................................................................10 3.1 Optiki mreni prolaziOptical Gateways...................................................................10 3.2 Predajnici...................................................................................................................11 3.3 Prijemnici ..................................................................................................................15 3.4 Terminalni de/multiplekseri .......................................................................................18

3.4.1 Tehnika de/multipleksiranja na bazi prizme .........................................................20 3.4.2 Difrakciona (Bragova) reetka ............................................................................21 3.4.3 AWG filtri (AWG Arrayed Waveguide Grating).................................................23 3.4.4 Vieslojni tanki filmfiltri....................................................................................24 3.4.5 Mach-Zender Interferometar...............................................................................25

3.5 Optiki ADD/DROP multiplekser (OADM )..............................................................26 3.5.1 Transponder........................................................................................................29

3.6 Optiki pojaavai .....................................................................................................31 3.6.1 Ramanovi pojaavai ..........................................................................................31 3.6.2 Pojaava sa vlaknima dopiranim erbijumom (EDFA)........................................31

3.7 Faktori degradacije prenosa optikih mrea ...............................................................28 3.7.1 Disperziona ogranienja fibera...........................................................................28 3.7.2 Ogranienja usled nelinearnosi optikog fibera ...................................................29 3.7.3 Parametri projektovanja sistema........................................................................360

4. ZAKLJUAK .................................................................................................................39

5. LITERATURA..................................................................Error! Bookmark not defined.

1. UVOD Veoma brz razvoj mrenih informacionih tehnologija, stvorio je veliki broj

korisnika ovakvih servisa, koji, sa druge strane, poveanom potrebom dotoka informacija, diktiraju obavezu stalnog poboljanja kvaliteta i kvantiteta prenosa podataka. Smatra se da samo IP saobraaj (Internet saobraaj) raste 300 % do 400 % godinje u proseku. Porast IP saobraaja predstavlja znaajan problem sa kojim je sukobljena veina telekomunikacionih kompanija, jer je potrebno poveati ukupni propusni opseg svoje infrastukture uz to manje troskove.

Jedno od reenja za poboljanje kvaliteta prenosa podataka na fizikom nivou, nalazi se u primeni sistema koji eksploatiu nain prenosa zasnovan na DWDM tehnologiji.

U prvom delu ovog rada analiziran je pristup nainima poboljanja kvaliteta i kvantiteta prenosa optikih signala uopte, a kao jedno od reenja posebno je obraena primena DWDM tehnologije kao pretpostavljenog nosioca arhitekture fizikog nivoa prenosa signala u optikim sistemima. Pokazani su razvoj i struktura DWDM sistema koji su na dananjem nivou eksploatacije ove tehnologije.

U drugom delu rada, analilizirani su naini realizacije sistema prenosa signala zasnovani na DWDM tehnologiji u praktinom smislu. Obraene su najvanije komponente DWDM sistema, ija je funkcija prenos signala na fizikom nivou. Analiziran je nain rada, kao i mogua ogranienja u radu svih vanih komponenti DWDM sistema. Navedeni su principi prorauna i ocene vanih parametara u projektovanju optikih prenosnih sistema, ije vrednosti mogu bitno uticati na mogunost realizacije kompletne arhitekture fizikog nivoa prenosa signala, zasnovanog na primeni DWDM tehnologije.

Sve komponente DWDM sistema ine glavne elemente arhitekture fizikog nivoa prenosa signala u optikim sistemima, koje je stalno potrebno unapreivati usled sve veih potreba korisnika za dotokom informacija.

2. PROBLEM POVEANJA PROPUSNOG OPSEGA OPTIKOG LINKA

Sve vea potreba korisnika za poveanjem dotoka informacija, diktira obavezu proirenja propusnog opsega, to je glavni problem koji danas optereuje provajdere telekomunikacionih servisa. Dok govorni saobraaj belei stabilan rast od oko 13 % godinje, prenos podataka se znaajno bre poveava. Smatra se da samo IP saobraaj (Internet saobraaj) raste 300 % do 400 % godinje u proseku. Porast IP saobraaja predstavlja znaajan problem sa kojim je sukobljena veina telekomunikacionih kompanija, jer je potrebno poveati ukupni propusni opseg svoje infrastukture uz to manje trokove. U dananje vreme su na raspolaganju tri mogua reenja:

1. Polaganje novog vlakna; 2. Investicija u SDH opremu veeg bitskog protoka; 3. Postavljanje DWDM sistema.

Polaganje (aktiviranje) novog vlakna Due vreme je osnovni nain proirenja telekomunikacione infrastrukture, bio polaganje novih vlakana ili aktiviranje postojeih neiskorienih vlakana, uz odgovarajuu opremu na njihovim krajevima. Za svako novo vlakno, kompanije su dobijale 2,5 Gb/s (u novije vreme 10 Gb/s) dodatnog kapaciteta. Potrebno je naglasiti da pomenuta procedura nije ni jednostavna, niti jeftina, a najee je izuzetno dugotrajna. Proseni trokovi polaganja ovog vlakna, bez odgovarajuih sistema na njihovim krajevima, procenjuju se na oko 50 000 $ po kilometru, sa znaajnim poveanjem u gusto naseljenim delovima.

S obzirom na cenu infrastrukturnih radova pri polaganju vlakana, pri takvom postupku je racionalno umesto polaganja potrebnog broja poloiti mnogostruko vie optikih vlakana, ija cena jeste znaajna, ali ne utie mnogo na ukupne trokove. Ova strategija uglavnom je koriena proteklih godina, tako da se uobiajeno polau optiki kablovi koji se sastoje od velikog broja optikih vlakana (esto i preko 100). Stoga je danas na veini glavnih linkova procenat neupotrebljenih vlakana (dark fibers) jo uvek znaajan, to kompanijama prua mogunost za jeftino proirenje kapaciteta.

Investicija u SDH opremu veeg bitskog protoka Dananja SDH oprema rutinski prenosi STM-16 signale protoka 2,488 Gb/s. Sledea stepenica u SDH hijerarhiji je STM-64 signal protoka 9,953 Gb/s. Prelaz na STM-64 linkove predstavlja opciju za proirenje kapaciteta optikog vlakna, ali naalost postoje znaajni problemi koji ograniavaju primenjivost ovog reenja.

Veinu danas poloene optike infrastrukture ini monomodno SMF (Single-Mode Fiber) vlakno izraeno po G.652 ISO standardu koje je optimizovano za prenos na talasnoj duini 1310nm (gde se nalazi taka nulte disperzije ovog vlakna). S obzirom da se u poslednje vreme, zbog manjeg slabljenja, uglavnom koristi prenos na talasnoj duini od 1550nm, na G.652 vlaknu dolazi do pojave znaajne hromatske disperzije, koja ometa prenos veim bitskim protocima. Tanije, efekat hromatske disperzije na STM-64 signal je esnaest puta vei u odnosu na STM-16 signal (kvadratna zavisnost od protoka). Zato upotreba STM-64 opreme u veini sluajeva zahteva ili opremu za kompenzaciju disperzije, ili polaganje pogodnijih vlakana. Od pogodnijih vlakana za prenos u 1550nm prozoru u upotrebi je DSF G.653 (Dispersion Shifted Fiber) vlakno, kojem je taka nulte disperzije podeena na talasnu duinu od 1550nm. Pomenuta vlakna su oko 50 % skuplja od G.652 vlakana, uz velike trokove njihovog polaganja, koji su ve opisani. Pored pomenutih problema, prenos na veim bitskim protocima podrazumeva veu snagu predajnog lasera, koja nepovoljno utie na prenos poveanjem nelinearnih optikih efekata.

Jedan od efekata koji veoma utie na domet optikog prenosa pri velikim bitskim protocima je polarizaciona disperzija ili PMD (Polarization Mode Disperzion). Ovaj problem uoen je nedavno, jer ranije nije ometao prenos na niim bitskim protocima. Sa porastom bitskog protoka uticaj PMD eksponencijalno raste. PMD ograniava pouzdan prenos STM-64 signala na maksimalno rastojanje od oko 70 km, na veini poloenih vlakana.

Postavljanje DWDM sistema DWDM sistemi danas omoguavaju istovremeni prenos od 16, pa do 160 informacionih signala razliitih protokola i bitskih protoka na razliitim talasnim duinama kroz optiko vlakno. Eksperimentie se sa sistemima koji bi prenosili nekoliko stotina, pa i do hiljadu talasnih duina istovremeno. Sa porastom potranje ovakve opreme, a samim tim i omasovljenjem proizvodnje, cena ove opreme ubrzo bi trebalo da uini ovaj nain proirenja propusnog opsega vlakna dominantnim u odnosu na prethodna dva, i to po svim parametrima.

2.1 DWDMDense Wavelenght Division Multiplexing U cilju ispunjenja zahteva za veim propusnim opsegom, kao reenje problema sve

vie se nametala tzv. DWDM tehnologija. DWDM je jedan u nizu xDM (x = T, C, F ili W) tehologija, tj. Division Multiplexing tehnologija koja vri multipleksiranje optikih signala po parametru talasne duine. Drugim reima, vie razliitih optikih (svetlosnih) signala razliitih talasnih duina istovremeno se prenose kroz jedno opiko vlakno. S obzirom da razliite talasne duine optikih signala u sutini znae razliite uestanosti (frekvencije) optikih signala, WDM tehnika multiplesiranja nije nita drugo do FDM (Frequency Division Multiplexing) multipleksiranje, koje je poznato ve dugi niz godina. Jedinu, ali veoma znaajnu razliku donose specifinosti, koje ovoj tehnici daju optiki (ne elektrini) signali, i optika vlakna (ne koaksijalni kablovi). Slovo D (Dense- gusto) sa poetka skraenice DWDM ukazuje na veliki broj optikih signala, koje je danas mogue multipleksirati po jednom vlaknu, za razliku od prvobitnog WDM sistema.

Upotrebom DWDM tehnologije danas su komercijalno dostupni sistemi koji su u stanju da prenesu 32, 64 i do 160 talasnih duina po jednom optikom vlaknu. Svaki

optiki signal dobijen je elektro-optikom konverzijom elektrinog signala. Stoga, ako situaciju sagledamo iz dananjeg stanja, mogue je npr. formirati 128 kanalni DWDM link protoka svakog kanala od 10 Gb/s, to ukupno daje 1,28 Tb/s digitalnog protoka kroz jedno vlakno, to predstavlja znaajan, ako ne i revolucionaran porast iskorienja kapaciteta optikog vlakna.

Pored znaajnog proirenja propusnog opsega najznaajnije prednosti DWDM tehnologije su:

Transparentnost DWDM predstavlja tehnologiju prenosa na fizikom nivou, te je svejedno u kakvom formatu e podaci biti prenoeni na pojedinim talasnim duinama. To mogu biti TDM digitalni podaci upakovani u SDH ramove, formati za prenos podataka kao npr. ATM elije, Frame Relay, Ethernet frejmovi, Fibre Channel, itd. to je izuzetno znaajno za upotrebu u Metro mreama gde je raznolikost protokola velika.

Mogunost proirenja DWDM u poetnoj fazi moe da iskoristi postojee rezerve neupotrebljenih vlakana, naroito u Metro mreama, gde je njihovo polaganje oteano. Takoe, moe da iskoristi postojee prenosne kapacitete korporacijskih mrea.

Dinamika dodela servisa predstavlja dodatnu prednost svake tehnologije pa i DWDM-a. Izgradnja svake mree budunosti podrazumeva da e zahtev korisnika za servisom (dodatnim propusnim opsegom) biti ispunjen u periodu vremena koje je reda veliine manje od

jednog sata, do najvie jednog dana. DWDM mree podrazumevaju kapacitete koji e operatorima omoguiti da uvek raunaju na dodatne talasne duine, koje je korisnicima mogue dodeliti na zahtev u vrlo kratkom vremenu.

Kod DWDM sistema tei se izbegavanju upotrebe regeneratora, da bi se izbegla O-E-O konverzija. Za pojaanje signala koriste se optiki pojaavai koji nemaju potpunu 3R (Retime, Reshape, Reamplifay) funkcionalnost kao regeneratorioni vre iskljuivo ampitudsko pojaanje optikog signala. Stoga je optike signale potrebno regenerisati, ali su rastojanja izmeu regeneratora u DWDM transportu uobiajeno izmeu 600 i 1000 km. Glavna prednost optikih pojaavaa jeste istovremeno pojaanje svih talasnih duina, tj. svih informacionih signala koji se prostiru kroz vlakno, bez prethodng demultipleksiranja, ili individualnog procesiranja bilo koje od talasnih duina. Danas se optiki pojaavai upotrebljavaju iskljuivo na WAN linkovima (Long-Haul), dok se u MAN (Metro) tei eliminaciji njihove upotrebe zbog kraih rastojanja i cene kompletnog sistema.

2.2 Evolucija DWDM-a Istraivanja i razvoj u oblasti DWDM tehnologije zapoele su sredinom 80-ih. Po

ustanovljavanju optikih prozora na 850, 1310 i 1550 nm, u karakteristici podunog slabljenja vlakna, javila se ideja istovremenog prenosa razliitih optikih signala u svakom od prozora. Prvi DWDM sistemi, naziva Wideband WDM, bili su u stanju da kombinuju dve talasne duine: 850 i 1310 nm, ili 1310 i 1550 nm.

Tokom ranih 90-ih razvijena je druga generacija WDM sistema pod nazivom Narrowband WDM, koji su kombinovali dve, od osam talasnih duina.

Kod ovih sistema talasne duine postavljene su u 1550 nm prozor, sa rastojanjem od 400 GHz, tj. 3,13 nm izmeu susednih talasnih duina.

Do sredine 90-ih pojavili su se prvi Dense WDM sistemi koji su vrili prenos 16 do 40 talasnih duina na uzastopnom rastojanju od 100 do 200 GHz u frekvencijskom spektru. Do kraja 90-ih, broj paralelno prenoenih kanala dostigao je 64 do 160, jo gue pakovanih na 50 ili 25 GHz meusobnog razmaka u spektru. Prikaz evolucije WDM sistema ilustrovan je na slici 2.1.

Slika 2.1 Evolucija DWDM sistema

2.3 Struktura DWDM sistema

DWDM sadri mali broj vieslojnih funkcija. One su prikazane na sliici 2.2, koja pokazuje emu DWDM-a za etiri kanala. Svaki optiki kanal ima svoju talasnu duinu.

Kasne 1990- te

1996

Rane1990-te

1980-te

64+ kanala 25-50 GHz rastojanje C i L opseg Savremeni DWDM sistemi

16+ kanala 100-200 GHz rastojanje Integrisani sistemi, mreno upravljanje, add-drop funkcionalnosti Dense WDM

2-8 kanala 1550 nm opseg, 400 GHz rastojanje Narrowband ili Coarse WDM

2 kanala 1310 i 1550 nm Wideband WDM

Slika 2.2 Funkcionalna ema DWDM-a

Glavne funkcije koje izvrava sistem su:

1) Generisanje signala izvor, poluprovodniki laser, mora da obezbedi svetlost unutar specifinog uskog opsega, koji nosi digitalne podatke, modulisane kao analogni signal.

2) Kombinovanje signala moderni DWDM sistemi koriste multipleksere da bi kombinovali signale.

Tada postoje i gubici vezani za multipleksiranje i demultipleksiranje, koji zavisi od broja kanala, ali mogu biti umanjeni optikim pojaavaima, koji pojaavaju sve talasne duine istovremeno, bez elektrine konverzije.

3) Emitovanje signala efekat presluavanja, degradacija i gubitak optikog signala se moraju uzeti u obzir prilikom prenosa optikim vlaknom. Ovi efekti se moraju minimizirati kontrolisanjem promenljivih parametara, kao to su razdvajanje kanala, tolerancija talasne duine i nivo snage lasera.

4) Razdvajanje primljenih signala na prijemnom kraju, multipleksirani signali moraju se razdvojiti. Iako ovaj zahtev izgleda jednostavniji od kombinovanja signala, tehniki je u stvari sloeniji (demultipleksiranje).

5) Prijem signala demultipleksirani signal se prima preko fotodetektora.

Kao dodatak ovim funkcijama, DWDM sistem takoe bi trebalo da bude opremljen transponderom, koji pretvara ulazni signal u formu standardnog signala jednomodnog ili multimodnog lasera.

3. KOMPONENTE DWDM SISTEMA

3.1 Optiki mreni prolaziOptical Gateways U cilju korienja efikasnih optikih mrea i poveanja propusnog opsega i

transparencije transporta protokola, optiki mreni prolazi postaju kritian element mree (slika 3.1). Kao raznovrsnost bitskog protoka i signalnih formata, polazei od asinhronih mrea do 10 Gb/s SONET sistema, opta transportna struktura mora pripremiti i snabdeti ulazni saobraaj optikog sloja. Osnovni format za transparentni transport pri velikim brzinama je ATM, i optiki mreni prolazi dozvoljavaju meavinu standardnog SONET-a i ATM servisa.

Slika 3.1 Optiki mreni prolaz

Uspostavljajui vezu izmeu raznovrsnih elektrinih protokola i dozvoljavajui fleksibilnu primenu bilo koje od njih, optiki mreni prolazi obezbeuju velike prednosti optikih mrea. Optiki mreni prolazi bie kljuni element u dozvoljavanju lagane tranzicije ka potpuno-optikim mreama.

3.2 Predajnici Optiki predajnici, kao i prijemnici, vitalni su deo svakog optikog prenosnog

sistema, jer vre pretvaranje elektrinog signala u svetlost. To su ureaji koji slue za slanje govornih i drugih informacija u obliku svetlosnog signala du svetlovoda.

Predajnik ima dvostruku ulogu. U sebi mora da sadri svetlosni izvor, koji e napajati optiko vlakno, i modulator, koji treba da modulie tu svetlost, tako da ona reprezentuje binarni ili analogni ulazni signal. U digitalnim sistemima modulacija se najee vri promenom intenziteta svetlosti, koja se alje na ulaz optikog vlakna. Moe se rei da predajnik predstavlja neku vrstu pretvaraa digitalnog elektronskog signala u svetlosni signal. Predajnik se moe posmatrati kao crna kutija, koja ispunjava odreene zahteve vezane za emitovanu optiku snagu, talasnu duinu emitovane svetlosti, brzinu rada optikog izvora, fokusiranost zraenja, itd.

Predajnici se mogu uporeivati po dva osnova. Jedan je posmatranje karakteristika optikog dela, koji predstavlja izvor svetlosti, a drugi je nain modulacije svetlosnog signala.

Prilikom posmatranja karakteristika vezanih za optiki deo predajnika, treba uzeti u obzir sledee:

Fizike karakteristike treba da su usaglaene sa optikim vlaknom koje se eli koristiti, u smislu da izvor treba da obezbedi emitovanje svetlosti u obliku konusa, prenika poprenih preseka od 8m do 100m, inae optiko vlakno nee biti pobueno svetlosnim izvorom;

Snaga izvora treba da bude dovoljno velika da moe da se postigne eljena vrednost verovatnoe greke (BER);

Neophodno je izvriti fokusiranje svetlosti izvora vrlo efikasno, kako bi se optiko vlakno pobudilo dovoljnom optikom snagom;

Optiki izvor treba da generie signal linearnih karakteristika kako bi se

spreilo generisanje viih harmonika i intermodulacionih izoblienja, poto se oni teko eliminiu;

Neophodna je laka modulacija optikog izvora elektrinim signalom, i da su pri tome, brzine modulacije velike, inae se prednosti koje poseduje optiko vlakno sa svojim irokim opsegom ne mogu iskoristiti;

Na kraju, tu su i zahtevi kao to su: male dimenzije, mala teina, niska cena i visoka pouzdanost.

Postoje dve vrste poluprovodnikih dioda koje zadovoljavaju navedene zahteve i mogu se koristiti kao optiki izvori u predajniku. To su:

1) Nekoherentne svetlee diode, LED (Light Emitting Diode);

2) Koherentne laserske diode, LD.

Uporedni pregled karakteristika LED i LD dioda: Koherenni izvori svetlosnog signala su svi laserski izvori, a posebno tzv.

monomodni laserski izvori, kod kojih je definisana talasna duina izraenog signala i polarizacija elektromagnetnog talasamoda. Ovi izvori, za razliku od nekoherentnih, imaju veoma mali i definisan ugao zraenja u azimutnoj i elevacionoj ravni. Nekoherentni izvori svetlosnog signala nemaju precizno definisanu talasnu duinu, a polarizacija izraenih modovaelektromagnetnih talasa je sluajnastohastika.

LED diode su jednostavnije grae i generiu nekoherentno svetlo manje snage. Laserske diode su mnogo sloenijeg sastava i generiu koherentno svetlo vee snage. LED diode se koriste samo za male protoke (manje od 1 Gb/s), dok laseri mogu da se koriste za mnogo vee protoke. Zahtevi za lasere su: to preciznija talasna duina, to ui spektar, dovoljno velika snaga i kontrola irpa (irppromena frekvencije signala tokom vremena). Na irp se moe uticati nainom modulacije.

Dva najea tipa poluprovodnikih lasera, koji se koriste u telekomunikacijama, su:

1. monolitski Pero-Fabrijevi;

2. laseri sa distribuiranom povratnom spregomDFB laseri.

DFB laseri najvie odgovaraju primenama u DWDM sistemima, jer emituju priblino monohromatsku svetlost, sposobni su za velike brzine, imaju pogodan odnos signal/um i imaju dobru linearnost. DFB laseri, takoe, imaju centralne frekvencije u oblasti oko 1310 nm i od 15201565 nm. Oblast od 1520 do 1565 nm je kompatibilna sa EDFA pojaavaima. DFB laseri rade na precizno odreenim talasnim duinama.

Pored fokusiranosti snopa zraenja, osnovna razlika izmeu svetlosti koju generie LED i laserska dioda, jeste opseg talasnih duina kojima se prenosi optika snaga.

Slika 3.2 Spektralne irine laserske i LED diode

Opseg pri kom optika snaga izvora opadne za 3 dB, naziva se spektralna irina izvora . Spektralna irina izvora , utie na efektivnu irinu opsega prenoenog signala. Vea spektralna irina smanjuje efektivni propusni opseg samog optikog vlakna. Na slici 3.2 skicirane su spektralne karakteristike oba izvora.

Nakon izbora predajnika na osnovu diode u njemu, treba imati u vidu izbor dimenzija predajnika, osetljivost na spoljanje uticaje, uslove hlaenja i pouzdanost. Predajnik koji se koristi pri manjim brzinama i manjim zahtevima za pouzdanost moe da ima plastino kuite, meutim za rad na veim brzinama i pri potrebama za veim stepenom pouzdanosti, neophodno je predajnik postaviti u metalno kuite sa ugraenim otvorima radi ventilacije.

Osnovne prednosti laserske diode u odnosu na LED su:

Vea brzina modulacije;

Vea optika snaga ;

Efikasnije se mogu povezati na optiko vlakno;

Osnovne prednosti LED dioda nad laserskim diodama su:

Vea pouzdanost;

Bolja linearnost;

Nia cena.

3.3 Prijemnici Osnovna funkcija optikog prijemnika je pretvaranje optikog signala u elektrini, i

ona je umnogome sloenija od funkcije predajnika, zbog nastalih izoblienja u prenosnom mediju.

Uloga prijemnika je dvostruka. Primarno, prijemnik mora da detektuje svetlosni signal koji je napustio svetlovod i zatim ga pretvara u elektrini. Nakon opto-elektronske konverzije, vri se demodulacija signala u cilju dobijanja najbolje procene izvorne binarne poruke.

Dominantna grupa detektora u optikim sistemima sa svetlovodima jesu poluprovodnoki detektori, iji se rad zasniva na generisanju slobodnih nosilaca naelektrisanja (elektrona i upljina) kao posledica apsorpcije fotona koji padaju na aktivnu povr detektora. Tri najee komponente koje koriste ovaj mehanizam pretvaranja svetlosti u elektrini signal su:

1) PN dioda;

2) PIN fotodioda (Positive Intrinsic Negative);

3) Lavinska fotodioda (APDAvalanche Photo Diode).

Pri tome, izbor poluprovodnikih materijala diktira opseg talasnih duina u kome fotodetektor ima izraena apsorciona svojstva svetlosti. Optike detektore karakteriemo sa tri vana parametra: odziv, spektralni odziv i vreme uspostavljanja.

Odziv definiemo kao odnos izlazne struje detektora i pobudne optike snage: = i / Po [A/W];

(3-1)

Krivu koja opisuje odzivnost u funkciji talasne duine nazivamo spektralni odziv detektora;

Vreme uspostavljanja definiemo kao vreme potrebno da se izlazna struja detektora promeni sa 10 % na 90 % svoje konane vrednosti, pri skokovitoj promeni ulazne optike snage, i na osnovu toga, ovo vreme definie odgovarajui propusni opseg, odnosno brzinu odziva detektora.

Jedan od vanih parametara prijemnika je i osetljivost, koju definiemo kao minimalna optika snaga koju prijemnik moe da detektuje u funkciji brzine prenosa. Osetljivost diode direktno zavisi od strukture isloja, odnosno od kvantne efikasnosti diode:

(3-2)

Uporedni pregled karakteristika PIN i APD fotodioda:

Za primenu u optikim sistemima sa svetlovodima najpogodnije su PIN fotodiode i lavinske fotodiode (APD). Za PIN diode odziv je oko 0,50,7 [A/W], dok je kod lavinskih fotodioda ovaj parametar nekoliko stotna puta vei. PIN diode su jeftinije, manje osetljive na promene temperature i zahtevaju znaajno manji inverzni napon polarizacije od APD dioda. Brzina rada ova dva poluprovodnika elementa je uporediva, te stoga PIN diode najee imaju prednost pri dizajnu prijemnika. Veliko pojaanje APD detektora moe se iskoristiti u svetlovodima velike duine, kada vea sloenost kola APD diode ima svoje opravdanje. Pretpostavimo da APD prijemnik moe detektovati signal ija je snaga 9 dB ispod snage potrebne za detekciju sa PIN diodom. Tada, ako je slabljenje vlakna 0,25 dB/km, domet vlakna sa APD prijeknikom moe biti 36 km dui.

Pri konstrukciji prijemnika, osnovni problem je kako pojaati i korigovati oslabljen i izoblien signal, a da se pri tome doda to manje uma. Pored osnovnog, kvantnog uma, koji nastaje u procesu detekcije, zbog diskretnosti procesa generisanja elektrona koji obrazuju samu fotostruju detektora, iznosu ukupnog uma doprinosi i termiki um,

na radnom otporniku u kolu fotodiode kao i termiki um pojaavaa. Prijemnik mora da bude dovoljno osetljiv da bi detektovao signale malih amplituda, da ima irok propusni opseg da bi mogao dovoljno brzo da demodulie signale velikih brzina, i da unosi malu snagu uma,da ne bi dodatno uticao na verovatnoi greke (BER).

Sve ovo postavlja niz izazova pred projektanta sistema. Inicijalno, moraju se izabrati komponente koje se meusobno slau (slika 3.3).

Slika 3.3 Glavne komponente optikih sistema

To ukljuuje radnu talasnu duinu, tip izvora (LED ili laserska dioda), materijal od koga je pravljeno vlakno (staklo ili plastika), tip vlakna (gradijentno multimodno, monomodno) i vrstu fotodetektora (APD, PIN). Meutim, to nije sve, poto za neke primene moramo imati i dodatne informacije. Tako npr. da bi doneli odluku da li koristiti APD fotodiodu, moramo poznavati optiku snagu na mestu prijema, to zahteva sumiranje svih gubitaka u sistemu (sprezanje izvora, spojevi, konektori, demultiplekseri), a ne samo poznavanje slabljenja vlakna.

3.4 Terminalni de/multiplekseri Optiki multiplekser prihvata skup optikih signala sa razliitih ulaznih vlakana

razliitih talasnih duina i kombinuje ih u jedinstveni optiki signal. Dobijeni optiki signal se prosleuje na jedinstveno izlazno optiko vlakno. Optiki demultiplekser vri upravo suprotnu funkciju.

Njegov zadatak je da iz prispelog optikog signala, koji se sastoji iz vie komponenti na razliitim uestanostima (talasnim duinama), izdvoji njegove sastavne komponente i prosledi ih na razliita izlazna optika vlakna.

Demultipleksiranje se vri pre nego to snop svetlosti dospe na opto-elektrinu konverziju, jer su fotodetektori, koji vre ovu funkciju, irokopojasni ureaji koji ne mogu selektivno da detektuju signal jedne talasne duine.

Razlikuju se aktivni i pasivni optiki de/multiplekseri. Pasivni, koji su danas veoma popularni, baziraju se na optikim komponentama kao to su prizme, difrakcione reetke, spektralni filtri. Aktivni de/multiplekseri su u osnovu kombinacija pasivnih komponenti i podesivih detektora (tunable detectors), od kojih je svaki detektor podeen na odreene uestanosti.

Primaran izazov u realizaciji de/multipleksera je minizacija presluavanja i maksimalna mogunost izdvajanja kanala. Presluavanje je mera koliko su uspeno meusobni kanali odvojeni, dok je izdvajanje kanala sposobnost razlikovanja i izdvajanja signala pojedinih talasnih duina.

Kljuni parametri (D)WD multipleksera su (slika 3.4):

1) Centralna frekvencija ITU-T nalae dozvoljenu frekvenciju kanala baziranu na 100 GHz, sa razmakom od referentne frekvencije od 193,1 THz ( = c/);

2) Unutranji gubici predstavljaju gubitke snage od ulaza do izlaza multipleksera;

3) X dB propusni opseg je oblast spektra oko centralne frekvencije (talasne duine) multipleksera. Npr. 1dB opseg je irina 1 dB unutanjih gubitaka od maksimuma do minimuma spektralne prenosne funkcije multipleksera. Promena irine XdB opsega utie na mogunost sistema u

smislu tolerancije na pomak talasne duine laserapredajnika.

4) Presluavanjepreklapanje kanala u DWDM sistemima uobiajeno postoje vikovi energije od susednih i nesusednih kanala. Ovakvi energetski suficiti se definiu kao presluavanje (preklapanje).

Ako je funkcija prenosa multipleksera u to veoj meri pravougaonog oblika, bolje se moe otkloniti neeljeno presluavanje.

Slika 3.4 Kljuni parametri DWDM multipleksera

Do danas su razvijene, i u upotrebi su brojne tehnike multipksiranja i demultipleksiranja optikih signala. Najvanije od njih su predstavljene u nastavku rada.

3.4.1. Tehnika de/multipleksiranja na bazi prizme Kada se usmereni (paralelan) snop polihromatske svetlosti prelama na jednoj od

prizminih povri (AB na slici 3.5), komponente na razliim uestanostima se prelamaju (refraktuju) pod razliitim uglovima. Izlazna svetlost, koja se prelama na povri prizme (AC) na suprotnom kraju, sastoji se od snopova svetlosti razliitih uestanosti, meusobno razdvojenih za neki mali ugao. Svaka pojedinana frekvencijska komponenta zatim se prikuplja odgovarajuim soivima i usmerava u izlazna optika vlakna; po jedno vlakno za svaki izlazni snop razliite uestanosti (talasne duine). Na ovaj nain principski se vri demultipleksiraje pojedinanih optikih signala razliitih talasnih duina iz DWDM multipleksiranog signala (slika 3.5) .

Slika 3.5 Demultipleksiranje prelamanjem kroz prizmu

Kod veine pasivnih komponenti isti sistem moe posluiti i kao multiplekser i kao demultiplekser. Za sluaj optikog multipleksera na principu prizme vai isto. Prikaz multipleksiranja vie optikih signala razliitih talasnih duina u DWDM multipleksirani signal dat je na slici 3.6.

Slika 3.6 Multipleksiranje prelamanjem kroz prizmu

3.4.2. Difrakciona (Bragova) reetka Ova komponenta je jedna od najrasprostranjenijih elemenata koji se koriste za

izradu DWDM de/multipleksera.

Kada se snop polihromatske svetlosti usmeri na otvore difrakcione reetke, dolazi do pojave difrakcije svetlosti, pri kojoj se komponente razliitih talasnih duina razdvajaju i usmeravaju u razliitim smerovima u prostoru.

Poetak optikog vlakna smeta se u fokosirajuu taku svake od talasnih duina, pri emu se snopovi razliitih talasnih duina sakupljaju ili sistemom soiva ili odgovarajuim konkavnim dizajnom difrakcione reetke. Kao rezultat dobijaju se optiki demultiplekser i multiplekser, koji su prikazani na slikama 3.7 i 3.8, respektivno.

Slika 3.7 Demultipleksiranje pomou difrakcione reetke

Slika 3.8 Multipleksiranje pomou difrakcione reetke

3.4.3 AWG filtri (AWG Arrayed Waveguide Grating) AWG filtri se takoe zasnivaju na principu difrakcije. AWG filtar, koji se esto

naziva optiki AWG ruter, sastoji se iz niza zakrivljenih kanala, tj. talasovoda kod kojih postoji konstantna razlika u duini optike putanje izmeu susedna dva kanala (kao na slici 3.9). Zakrivljeni talasovodi su na oba kraja, ulaznom i izlaznom, povezani sa dva sprenika (S1 i S2) odgovarajuih poluprenika.

Princip rada se sastoji u sledeem:

Sve talasne duine koje postoje na ulaznim prikljucima spregnute su u matricu talasovoda kroz ulazni zvezdasti sprenik;

Talasovodi reetke su, svaki sa svakim, upareni u izlaznom zvezdastom

spreniku;

Razlika u duini optikih puteva (talasovodi w1, w2 , ... wn) u matrici, rezultira faznom razlikom svetlosnih signala, koji se pojavljuju na razliitim prikljucima izlaznog zvezdastog sprenika;

Linearna razlika u duini i poloaju dva sprenika je tako postavljena da se na jednom izlaznom prikljuku moe pojaviti samo odreena talasna duina (usled konstruktivne interferencije);

Na taj nain se signali sa vie ulaznih talasnih duina multipleksiraju.

Slika 3.9 AWG filtar

Od osobina AWG filtera vano je napomenuti sledee:

AWG su polarizaciono zavisni, ali postoje mehanizmi u izradi ovih filtara koji gotovo da eliminiu ovu zavisnost;

AWG filtri su temperaturno osetljivi. Za eliminaciju ove zavisnosti u upotrebi su termo-elektrini hladnjaci kao SiO2 AWG filtri (Si je negativnog termikog koeficijenta);

AWG se moe upotrebljavati u irokom temperaturnom opsegu od 0 do 85C;

Odlinih je karakteristika; uskog je i ravnog spektralnog odziva;

Ulazni gubici (Insertion Loss) su reda manji od 3 dB, a nivo presluavanja kanala manji od 35 dB;

AWG filtri su veoma pogodni za integraciju sa fotodekektorima, itd.

AWG predstavlja najatraktivnije reenje za DWDM primene zbog velike kompaktnosti, dobrih perfomansi, mogunosti rada sa velikim brojem kanala, najboljeg odnosa cene po kanalu, itd. U poreenju sa drugim tehnologijama, AWG nudi uniformniji proizvod i potencijalno vee proirenje na vei broj kanala. Jedinsvena AWG struktura moe se iskoristiti za razliite nameme, npr. 1 x N mux/demux, N x N komutaciona matrica (switching fabric), itd.

3.4.4 Vieslojni tanki filmfiltri Vieslojni tanki film-filtri (slika 3.10) izrauju se nanoenjem tankih slojeva

(filmova) dielektrika razliitih indeksa prelamanja. Dolazei svetlosni snop prodire kroz filtarsku strukturu, pri emu dolazi do viestrukih refleksija o granine povri izmeu

slojeva s razliitim indeksom prelamanja. Viestruke refleksije uzrok su konstruktivne i destruktivne interferencije. Proputena komponenta svetlosti je talasne duine koja zavisi od debljine filtarskih slojeva i njihovog indeksa prelamanja. Ulazni gubici ovih filtara reda su veliine od 0,2 do 2 dB, dok je potiskivanje u nepropusnom opsegu od 30 do 50 dB. Ove karakeristike svrstavaju tanke film-filtre u grupu najpogodnijih za DWDM primene, ukupno posmatrano tek neto loijih osobina od AWF filtara.

Slika 3.10 Vieslojni tanki film-filtri

3.4.5. Mach-Zender Interferometar Mach-Zender (MZ) interferometar je osnovni interferentni ureaj. On se obino

sastoji iz dva 3dB sprenika koji su meusobno povezani preko dva optika puta razliitih duina kao na slici 3.11. Prvi 3dB sprenik podjednako razdvaja ulazne signale na dva dela, to prouzrokuje pojavu razliitog faznog pomaka prilikom prelaza dva razliita puta. Tada dolazi do interferencije izmeu dva svetlosna snopa koja se kombinuju na drugom 3dB spreniku. Zbog faznog pomaka koji je zavisan od talasne duine, prenosna funkcija je takoe zavisna od talasne duine. U matrinom obliku to se moe jednostavno predstaviti jednainom (3-3):

( )( )

( )( )

=

pipi

/cos/sin

2

2

02

01

Ln

LnTT

(3-3) gde je n indeks prelamanja talasovodnog materijala, a L je razlika preenog puta.

Jednostruki ulazni prikljuak na MZ interferometru sa odreenom vrednou razlike preenog puta, L moe biti korien kao 12 demultiplekser, i to na sledei nain: Svetlost koja se sastoji od vie snopova razliitih talasnih duina pojavljuje se na ulaznom prikljuku. Kada ulazna talasna duina jednog snopa i zadovoljava uslov nL/i =mi/2 za bilo koji pozitivan neparan broj mi, talasna duina i se pojavljuje na prvom izlaznom portuprikljuku usled konstruktivne interferencije. Slino, talasna duina i koja zadovoljava uslov nL/i =mi/2 za bilo koji pozitivan paran broj mi,, pojavljuje se na drugom izlaznom prikljuku. Funkcija prenosa oba izlazna portaprikljuka ima zakrivljen oblik na vrnom delu. Ako postoje dve talasne duine, tro-portni (jedan ulaz, dva izlaza) MZ interferometar se ponaa kao 12 demultiplekser. Teorijski, kaskada od n-1 MZ interferometara moe da formira jedan 1n demultiplekser.

Slika 3.11 ema Mach-Zender interferometra

3.5 Optiki ADD/DROP multiplekser (OADM) Optiki ADD/DROP multiplekseri vre izdvajanje i umetanje jedne (ili vie)

talasne duine iz DWDM multipleksiranog optikog signala, na nekoj taki optikog

transportnog kanala. Pri tome se ne vri elektro-optika konverzija ulaznog signala, odnosno itav proces odvija se u potpuno optikom domenu. Koriste se dva tipa OADM ureaja. Jedna od OADM konfiguracija prikazana je na slici 3.12.

Slika 3.12 ema jednokanalnog add/drop multipleksera

Viekanalni optiki signal dolazi na ulazni prikljuak. WDM filtar se koristi za odbacivanje (drop) jednog od dolazeih kanala i proputanje ostalih dalje kroz liniju. Drugi WDM filtar se koristi za dohvatanje (add) jednog kanala u jednostavnom obliku iste talasne duine kao prethodno odbaeni, u grupu dolazeih kanala. Svi kanali izlaze kroz izlazni prikljuak. Primena ovakve tehnologije je u mreama tipa taka-taka, i prikazana je na slici 3.13. Viestruki kanali se prenose od lokacije A do lokacije B. Izmeu postoji nekoliko malih mrenih vorova koji imaju odreene zahteve prenosa.

Bez OADM, svi kanali bi morali da se uklone na meuvoritima, ak i prilikom malog obima saobraaja, to rezultuje znatnim poveanjem trokova izrade.

Slika 3.13 Optiki link tipa taka-taka sa OADM

Kaskadni OADM sa arhitekturom kao na slici 3.12, mogu se koristiti kao add/drop vie kanala u jednom meuvoru, ali ovo dolazi sa visokim nivoom unutranjih gubitaka. Kako su talasne duine WDM filtara prethodno odreene, talasne duine koje bivaju dodane ili odbaene na svakom od meuvorita, moraju prethodno biti unapred paljivo odreene. Stoga se ovaj tip OADM naziva fiksni (statiki) OADM (FOADM) .

Drugi tip OADM arhitekture prikazan je na slici 3.14. Tu su demultiplekseri i multiplekseri povezani matricom optikih svieva. Ovaj tip se naziva dinamiki (rekonfigurabilni) OADM. Dinamiki OADM su novija generacija ADM ureaja, koji su sposobni da iz skupa talasnih duina odaberu talasnu duinu koju e izdvojiti ili umetnuti.

Slika 3.14 ema rekonfigurabilnog OADM

Ono to je najvanije, OADM tehnologija uvodi asinhrone transpondere da bi dozvolili elementu optike mree da interaguje direktno sa servisima velikih obima.

Sada je mogue za ATM, prenos okvira (FR), lokalnu raunarsku mreu (LAN), Internet protokol (IP), i druge da se direktno poveu na mreu preko talasnih duina u optikom sloju. Transponder tehnologija takoe produava trajanje svetlosnih sistema prihvatajui njihov propusni opseg direktno u optiki sloj, konvertujui njihovu frekvenciju u dozvoljeni standard i obezbeujui zatitu i obnavljanje signala.

3.5.1. Transponder Potreba za ovim ureajem proistie kada DWDM sistem treba da se povee sa

drugim fiber-optikim sistemom. ITU definie skup optikih frekvencija sa razmakom od 100 GHz u opsegu pojaavaa od 1530 do 1620 nm, za upotrebu u DWDM-u, koji je poznat pod nazivom ITU razmak. Postoje dva tipa transpondera, predajni i prijemni transponder.

Prijemni transponder prima signal iz DWDM linka i prosleuje ga na izlaz u eljenom formatu, kao to je SONET signal kratkog dometa, na 1310 nm.

Kako DWDM sistem prenosi mnotvo talasnih duina kroz fiber, veoma je vano da te talasne duine imaju to je mogue manji drift, odnosno da ne odstupaju od nominalnih vrednosti, i tako dodju u interferenciju sa nekom drugom talasnom duinom iz opsega prenosa. Zbog toga, glavna uloga predajnog transpondera je da generie to preciznije stabilnu talasnu duinu za DWDM sistem. Na 1550 nm, frekventni razmak100 GHz odgovara odstupanju talasne duine od 0,8 nm. Talasna duina poluprovodnike laser diode (LD) menja se sa oko 0,1 nm/oC. Drugim reima, oko 8oC temperaturne razlike laserske diode prouzrokovae pomak talasne duine za jedan ceo razmak od 100 GHz. U proizvodnji DWDM predajnika LD, predstavlja laser na bazi raspodeljene povratne sprege, koja se uspostavlja radi postizanja eljene ITU frekvencije. Petlja termo-elektrinog hladjenja (TEH), se primenjuje zbog dranja temperature laserske diode konstantnom. Kod sistema sa ITU razmakom manjim od 100 GHz, potreban je dodatni stabilizator talasne duine, u kombinaciji sa TEH petljom, da bi se u sistemu odrala talasna duina u okviru ITU razmaka. Najee upotrebljavani stabilizator je zasnovan na staklu ili etalonu Fabri-Perot-a.

Kao to je pokazano na slici 3.15, prva generacija stabilizatora talasne duine, izvodi 1% do 5% laserske izlazne svetlosti, i prosledjuje je do prema fotodiodi A, kroz visoko stabilni etalon, i prema diodi B. Etalon se ponaa kao filtar-propusnik opsega, dozvolivi prolazak samo talasnoj duini u okviru ITU razmaka.

Promene u talasnoj duini lasera izvan ITU razmaka rezultirae u promenama optike snage koje se detektuju fotodiodom A. Izlazni elektrini signal u kolu povratne sprege, generisan je poreenjem signala iz dve fotodiode, i poslat je u TEH lasera zbog podeavanja temperature, to povratno rezultuje podeavanjem odgovarajue talasne duine lasera. Temperaturna stabilnost (

3.6 Optiki pojaavai Zbog slabljenja, signali se prenose na odreenu daljinu. Kljunu ulogu u razvoju

optikih sistema je odigrao razvoj kvalitetnih optikih pojaavaa koji omoguavaju amplitudsko pojaanje optikih signala.

3.6.1 Ramanovi pojaavai Prvi dostupni optiki pojaavai nazivaju se Ramanovi pojaavai (Raman

Amplifiers). Glavna odlika im je ta to koriste Ramanov efekat. Ramanov efekt se deava pri interakciji svetlosti i materijala (kao to je vlakno) i izaziva pomeranje nekih fotona na drugu, obino veu, talasnu duinu. Tako je mogue, upumpavanjem svetlosti, koja se nalazi na manjoj talasnoj duini od signala, pojaati sam signal.

Do pojaanja dolazi kad signal prolazi kroz vlakno na istoj talasnoj duini kao i pomerena Ramanova emisija (usled upumpavanja). Signal stimulie Ramanovu pomernu emisiju koja je na istoj talasnoj duini kao i signal, i tako poveava intenzitet signala. Ramanov pojaava ima slabo pojaanje (potrebna je velika snaga lasera za upumpavanje), ali pojaava bilo koju talasnu duinu (za razliku od EDFA pojaavaa kome erbijum diktira talasnu duinu). Meutim, za svaku talasnu duinu potreban je zaseban Ramanov pojaava sa razliitim parametrima, to ga ini neupotrebljivim u DWDM aplikacijama.

3.6.2. Pojaava sa vlaknima dopiranim erbijumom (EDFA) Za upotrebu u DWDM-u razvijena je specijalna klasa optikih pojaavaa koji se

nazivaju erbijumdopirani optiki pojaavai ili EDFA (Erbijum-doped fiber amplifier), komercijalno dostupni poetkom 90-ih.

Oni uklanjaju problem Ramanovih pojaavaa, jer su u stanju da pojaaju optike signale iz C opsega (1550nm), a u poslednjim izvedbama i L opsega istovremeno. EDFA

pojaavai sastoje se od segmenta vlakna duine 10-50 m dopiranog erbijumom, zatvorenog sa obe strane sprenicima na koje se dovodi signal sa pumpajuih lasera i izolatorima koji spreavaju destrukciju EDFA od strane reflektovanih signala, koji se prostiru u smeru suprotnom od definisanog (slika 3.16).

Sl 3.16 Dizajn EDFA optikog pojaavaa

Erbijum je redak element kod kojeg je energetska razlika izmeu pobuenog i osnovnog stanja perifernih elektrona takva, da, po povratku iz pobuenog u osnovno stanje, on emituje fotone talasne duine iz opsega 1520-1570 nm (unutar treeg prozora). Erbijumovi elektroni pobuuju se energijom fotona iz pumpajueg lasera talasne duine 980nm (prvi, niskoumni stepen pojaanja) i 1480 nm (drugi, izlazni stepen pojaanja).

U sluaju da na ulazu u EDFA pojaava nema korisnog signala, dolazi do spontane emisije. Erbijumovi pobueni elektroni u sluajnim trenucima vremena vraaju se u osnovno stanje sa vremenskom konstantom 1. Nastala svetlost nije niti koherentna, niti polarizovana, a fotoni nastali na ovaj nain stimuliu emisiju fotona dalje du dopiranog vlakna, to dovodi do pojave pojaane spontane emisije ili ASE (Amplified Spontaneous Emission). Kada je na ulazu prisutan koristan signal, dolazi do procesa tzv. stimulisane emisije. Erbijumovi elektroni koji su u pobuenom stanju u trenutku nailaska slabog ulaznog korisnog optikog signala, stimulisani oslobaaju svoju energiju emitujui fotone i prelaze na osnovni nivo. Oslobaena energija predstavlja fotone identine talasne duine i faze sa ulaznim signalom, zbog ega koristan signal jaa kako

se prostire du dopiranog segmenta vlakna. Istovremeno, optika energija se korisno upotrebljava za pojaanje ulaznog signala te je i pojava ASE mnogo slabija.

Kljuni parametri performansi EDFA pojaavaa su pojaanje (reda 30 dB, ili na 1 priblino 1000 emitovanih fotona), ravna karakteristika pojaanja, izlazna snaga (preko 17 dB), nivo uma (NFNoise Figure), itd. Pojaanje mora biti ravno u propusnom opsegu kako bi se signali svih talassnih duina uniformno pojaavali. Uobiajeno, ovo se postie dodavanjem izravnavajuih filtara koji se ugrauju u moderne EDFA pojaavae. Odziv EDFA pojaavaa generalno zavisi od nivoa EDFA zasienja, procenta promene ulazne snage i broja EDFA pojaavaa na nekoj trasi (u lancu).

EDFA pojaavai koriste se za razliite potrebe te mogu biti:

1) Linijski pojaavai (In-Line Amplifiers) za pojaanje korisnog signala du optikog linka, svakih 70120 km. Potrebno je da budu to manjeg nivoa uma (koji se akumulira du trase i pojaava u pojaavau) i srednje izlazne snage;

2) Pojaavai snage (Power Booster) pojaava maksimalne izlazne snage (17dB) na izlazu predajnika ili ulazu u zvezda sprenik;

3) Pred-pojaavai (Pre-amplifiers) niskoumni pojaava na ulazu u predajnik;

4) Udaljeno pumpanje (Remotely pumped) EDFA namenjen je za podvodne primene, nudei optike linkove rastojanja 200 km bez elektronske opreme.

Osnovni nedostatak pojaavaa sa dopiranim erbijumom je velika nelinearnost frekvencijske karakteristike pojaavaa. Zbog toga je razvijena itava familija pojaavaa svetlosnog signala koji rade na ovom principu, samo je dopiranje jezgra monomodnih

svetlovoda u pojaavau izvreno razliitim lantanoidima odnosno aktinoidima. Na taj nain je pokriveno podruje sva tri svetlosna prozora (8001600 nm) .

3.7 Faktori degradacije prenosa optikih mrea 3.7.1 Disperziona ogranienja fibera Optika vlakna pored malih gubitaka treba da imaju i mogunost prenosa signala to veim brzinama, drugim reima, da imaju veliku irinu propusnog opsega. Ova osobina odgovara maloj disperziji optikog impulsa pri prostiranju svetlosti du svetlovoda.

Postoji vie mehanizama koji uzrokuju disperziju, ali posledica svih je istairenje impulsa u prenosu digitalnih signala, to moe da dovede do intersimbolske interferencije i degradacije kvaliteta prenosa. Zbog razliitih putanja/brzina prostiranja svetlosti kroz vlakno, optiki impulsi bivaju proireni u vremenskom smislu na kraju vlakna kao na slici 3.18.

Slika 3.17 irenje impulsa usled disperzije

Npr. na ulazu u prenosni sistem postoji binarna sekvenca 101, u kojoj se jasno razlikuju nivoi 0 i 1. Hromatska disperzija prouzrokuje produenje impulsa. Prijemnik tada ne moe vie da razlikuje jasno nivoe 0 i 1 pa se javlja greka u prenosu.

Za konvencionalni monomodni fiber, aproksimativna vrednost hromatske disperzije je 17ps/nm-km u prozoru 1550 nm. Hromatska disperzija smanjuje i maksimalan domet prenosa optikog signala. Razdaljina, ograniena disperzijom za sistem koji sadri eksterni modulisani predajnik iznosi oko 6000/B km, gde je Bbrzina protoka. Linearni prenosni sistem sa bzinom prenosa od 2,5 Gb/s moe obezbediti prenos podataka na razdaljinu od oko 1000 km bez obzira na ogranienja disperzije.

3.7.2 Ogranienja usled nelinearnosi optikog fibera Nelinearni optiki efekti u fiberu dele se u dve glavne kategorije:

1. Neelastini efektiRamanovo rasejanje;

2. Elastini efekti:

Autofazna modulacija;

Meufazna modulacija;

etverotalasno meanje.

Stimulisano rasejanje svetlosti U ovom sluaju deava se interakcija nekog upadnog fotona sa dielektrinim materijalom, a kao proizvod se dobija foton novenie frekvencije (Stokes-ova frekvencija) i jo jedan oblik energije nazvanfoton. Osnovna razlika izmedju dve vrste rasejanja, Raman-ovog i Brilloin-ovog, je upravo u vrsti fonona koji se javlja kao posledica ovog procesa. Kod Raman-ovog rasejanja foton je optikog, a kod Brilloin-ovog rasejanja je akustikog karaktera. U optikim sistemima prenosa intenzitet rasejanog svetlosnog signala raste eksponencijalno, na raun signala koji igra ulogu pumpe. Ovakva pojava vodi poveanju gubitaka u optikom vlaknufiberu.

Autofazna (AFM) i meufazna modulacija potiu od nelinearnosti vezanih sa zavisnou intenziteta svetlosnog signala u prenosnom sistemu od indeksa prelamanja stakla-fibera. AFM potie od faznog pomeraja samog optikog elektromagnetnog polja. Kao rezultat ove pojave u frekvencijskom domenu prednja ivica impulsa se pomera ka duim talasnim duinama (npr. ka crvenom delu spektra), a zadnja ivica se pomera ka kraim talasnim duinama (npr. ka plavom delu spektra).

Meufazna modulacija je meukanalna verzija autofazne modulacijeamplitudska modulacija jednog kanala prouzrokuje varijacije indeksa prelamanja koji indukuje faznu modulaciju drugih kanala. Ona se poveava sa poveanjem broja kanala, i smanjenjem rastojanja izmeu njih.

etvorotalasno meanje (four wave mixing) Ovo proistie takoe od zavisnosti intenziteta svetlosti od indeksa prelamanja stakla.Kada se npr. tri elekromagnetna (EM) optika polja na razliitim frekvencijama i , j , k prenose kroz optiko vlakno, ona meusobno interaguju i formiraju etvrto optiko EM polje ijk , tako da vai:

ijk =i j k;

(3-4)

U WDM sistemima ovaj izraz se primenjuje prilikom svakog izbora tri kanala.

3.7.3 Parametri projektovanja sistema Prilikom projektovanja optikog prenosnog sistema u praksi, moraju se mnogi

parametri uzeti u obzir (detaljan plan talasnih duina za DWDM, kompatibilnost predajnika i prijemnika, tip optikog vlakna, optiki pojaavai i dr).

Poetak svakog projekta mora da sadri procenu raspodele snage u samom sistemu koja se esto nazivabilans snage.

Bilans snage

Jedna optika trasa sa prenosom na jednoj talasnoj duini prikazana je na slici 3.18. Osnovni elemeni na takvom linku su predajnik, prijemnik i optiko vlakno sa konektorima izmeu pomenutih elemenata.

Jedan od vanih parametara ovakvog sistema je prag snage primljenog signala, koji je neophodno postii, da bi prijemnik ispravno obavljao svoju funkciju. Ovaj prag snage

se esto naziva i osetljivost prijemnika. U proraunu snage nekog sistema se svakako mora voditi rauna da je snaga signala koja dolazi na prijenik obavezno iznad praga njegove osetljivosti. Izlazna snaga predajnika je parametar koji se prilagoava duini trase. Parametri kao to su tip fibera i unutranji gubici, odreuju se na osnovu talasne duine na kojoj radi ceo sistem.

Slika 3.18. Jednokanalni taka-taka optiki prenosni link

Uopteno, bilans snage optikog sistema sa slike 3.18 moe se okarakterisati izrazom:

PL-L-M-Pmin=0, (3-5)

Gde je:

PL izlazna snaga predajnika;

M se odnosi na gubitke u sistemu izazvane starenjem i degradacijom ureaja;

L ukupni gubici koji potiu od unutranjih gubitaka fibera i konektora.

Kvalitet prenosa signalaBER (proporcija pogreno detektovanih bita)

Najbolji test kvaliteta prenosa nekog sistema je odnos pogrenog prijema bita (bit error ratioBER). Ovo se odnosi na verovatnou pogrene detekcije bita u optikom prijemniku. U jednostavnom obliku, BER se predstavlja kao:

)()(

tNtBBER = ;

(3-6)

gde je: B(t) broj bita koji su pogreno detektovani u periodu t;

N(t) broj svih bita preneenih za period t.

Komercijalni optiki sistemi prenosa imaju vrednosti BER izmedju 110-9 i 110-15

, a uobiajene vrednosti su oko 110-12.

Odnos signal/um (SNR)

U savremenim DWDM sistemima, snani optiki pojaavai se periodino koriste svakih 80100km kao ureaji za restauraciju signala. Uz pretpostavku da je signal na izlazu predajnika superist, bez prisustva uma i izoblienja, on kao takav nailazi na sledee elemente optike linije: multipleksere, pojaavae i biva degradiran usled unutranjih gubitaka.

Prvi pojaava na koji nailazi signal ne vri samo njegovo pojaanje i restauraciju, ve generie um spontane emisije (ASE):

0)1(2 BghnP spASE = (3-7)

gde je: h energija fotona;

g pojaanje pojaavaa;

nsp koeficijent koji se odnosi na oblik uma samog pojaavaa.

Ovakav proces se ponavlja na svakom sledeem pojaavau na liniji, tako da se ASE akumulira du cele trase prenosa. Tada se, za lanac od N pojaavaa, ukupan odnos signal/um (SNR) znatno sniava.

Uopte, mogu se definisati odreena pravila prilikom planiranja i projektovanja optikog prenosa npr. DWDM sistema sa pojaavaima:

1. Ustanoviti i obezbediti minimalni odnos signal/um (SNR), tako da prijemnik prima signal zadovoljavajueg nivoa to je vano zbog dobrog odnosa BER;

2. Ustanoviti i ukljuiti degradaciju snage nastalu usled nelinearnosti fibera (autofazna modulacija, etvorotalsno meanje, Raman-ovo i Brilloin-ovo rasejanje sistema) naroito pri veim brzinama protoka. Na osnovu ovoga ustanoviti potrebno poveanje ulazne snage;

3. Ustanoviti i ukljuiti degradaciju snage nastalu usled disperzije i gubitaka optikog fibera;

4. Ustanoviti i ukljuiti potencijalne gubitke snage nastale usled starosti komponenti sistema, i drugih efekata kao to je npr. polarizacija.

4. ZAKLJUAK Dosadanji razvoj arhitekture fizikog nivoa prenosa optikog signala, koji se

zasniva na DWDM tehnologiji zahteva kompromise izmeu odabira performansi, cene, fleksibilnosti i pouzdanosti sistema. Nijedna tehnologija ne prua optimalno reenje za sve primene, ali interliveri (interferometri) bazirani na vlaknima zajedno sa dielektrinim filtrima ili AWG-om mogu da budu veoma privlana reenja.

Jedno od ekonomski i tehniki pristupanih reenja u obezbedjivanju propusnog opsega za veliki protok podataka e svakako i dalje biti DWDM tehnologija. Kapacitet

sistema e rasti sa napretkom tehnologije koja obezbeuje blie rasporeivanje kanala, a zbog toga i veliki broj talasnih duina.

DWDM prestaje da bude samo nova tehnologija prenosa podataka, ve postaje osnova sve-optikog umreavanja sa obezbeivanjem talasnih duina i zatitom zasnovanoj na topologiji tipa mrea. Komutiranje u fotonskom sloju omoguava ovu evoluciju, kao i protokoli rutiranja koji omoguavaju svetlosnim putevima prolazak kroz mreu na skoro isti nain kao dananja virtuelna kola. Ovo i jo mnoge druge prednosti daju mogunost vizije potpuno-optike mree.

DWDM tehnologija je transparentna prema bilo kom tipu podataka i protokolima koji su korisnici talasnih duina. Stoga ova tehnologija predstavlja definitivan korak napred u razvoju telekomunikacione infrastrukture budunosti, kako sa tehnikog, tako i sa ekonomskog stanovnita.

I pored velikih prednosti koje pomenuta tehnologija prua, ne smeju se zanemariti ogranienja u prenosu podataka, koja svakako predstavljaju izvor degradacije signala. Zato je potrebno stalno razvijati komponente arhitekture fizikog nivoa prenosa DWDM sistema, koje e u optikom prenosu signala imati minimalizovan negativni uticaj.