Prévia do material em texto
LPT02
Apostila versão 5.0
Apostila de treinamento
Introdução à Sistemas DWDM
Treinamento
treinamento@padtec.com.br
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 2
• LPT02 – Introdução ao Sistema DWDM:
- Conceitos de óptica;
- Características e tipos de fibras ópticas;
- Conceitos de transmissão de múltiplos canais de luz em uma fibra óptica;
- Padronização dos canais de luz em sistemas DWDM (Dense Wavelength
Division Multiplexing);
- Descrição genérica dos componentes de um sistema DWDM;
- Dispersão cromática e Dispersão por modo de polarização de onda (PMD);
- Redes DWDM com Optical Transport Network – “OTN” (ITU-T Rec. G.709);
- Conceitos de amplificação óptica;
- Conceitos de amplificação óptica por fibra dopada com Érbio (EDFA);
- Introdução aos Efeitos Não-Lineares em sistemas de transmissão óptica;
- Conceito de amplificação óptica em sistemas DWDM com o emprego de
amplificadores do tipo Raman;
- WSS (Wavelength Selective Switch);
- Glossário com unidades de medidas (Sistema Métrico Internacional).
Conteúdo
Conceitos de óptica
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 4
• Vamos rever alguns conceitos importantes de óptica, antes de iniciarmos
os nossos estudos em sistemas de transmissão de dados em fibras
ópticas.
• Comprimento de onda;
• Índice de Refração;
• Confinamento da luz em um guia de ondas (Lei de Snell).
Introdução
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 5
• O “comprimento de onda (“λ”)” pode ser definido como a distância
mínima em que um padrão temporal da onda (ou seja, um ciclo) se
repete. Sua unidade de medida, no sistema métrico internacional de
medidas é o metro (“m”).
Comprimento de onda
λ = comprimento de onda de uma
onda eletromagnética que se
propaga no vácuo é λ = c/f ;
onde:
c = velocidade da luz no vácuo
c = 299.792,458 km/s
~ 300.000 km/s = 300.000.000 m/s;
f = frequência da onda 1/s = Hz.
λ
T = Período (tempo)
A = Amplitude
Freqüência?
Unidade: Hz (Hertz)
ciclos por segundo
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 6
• O “Índice de Refração” de um meio físico pode ser definido como a razão
entre as velocidades da onda de luz no vácuo e em um meio qualquer.
C = velocidade da luz no vacuo (m/s);
V = velocidade da luz no meio material (m/s).
• Exemplos:
• Índice de Refração a 0o C e a 1 atm (C = 299.792.458 m/s):
- Ar – n = 1.000293
- Água – n = 1.333
- Sílica derretida – n = 1.458
Índice de Refração
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 7
• Figura. Confinamento da luz.
• Utilizando a Lei de Snell => para haver o confinamento da luz no núcleo,
sinØC = n2 / n1. Então devemos ter Ø > ØC.
Onde:
ØC = ângulo crítico (máximo) de incidência do raio de luz;
Ø = ângulo de incidência do raio da luz em propagação na fibra.
Confinamento da luz
Ø n1
n2
n2
ØC
Características e tipos de fibras ópticas
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 9
• Modos guiados:
• “A propagação da luz ao longo de um guia de ondas pode ser descrita
como um conjunto de ondas eletromagnéticas denominado de modo
de Guia de ondas. Esses modos guiados são chamados de modos
confinados de guia de ondas.
• Cada modo é um padrão de distribuições de campos elétricos e
magnéticos, que se repetem ao longo da fibra em intervalos iguais.”
(Gerd Keiser – ed. Mc Graw Hill).
• Fibra Multimodo: vários modos são suportados.
– A Dispersão Intermodal limita sua aplicação em sistemas de
comunicações.
• Fibra Monomodo (Single-Mode Fiber – SMF): somente um único modo
guiado é suportado.
Fibras ópticas - conceitos
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 10
• Tipos de fibras:
Tipos de fibras ópticas
Multimodo
Monomodo
Características:
• Grande abertura numérica;
• Acopla vários modos de
propagação;
• Possui alta perda por
atenuação.
Características:
• Pequena abertura numérica;
• Apenas um modo de propagação;
• Possui baixa perda por atenuação.
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 11
• “Micron (µ)”:
• Um micrometro (mm) é uma unidade de distância.
- Um (1) micron = 0.000001 metros ou 1 metro dividido por 1
milhão de vezes;
- Um (1) micron = 0.000039 polegadas
- Um fio de cabelo ~ 50 microns
Fibras - dimensões
Cladding Diameter
Coating Diameter
Core Diameter
(245mm)
(125mm)
(8 - 62.5mm)
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 12
• Figura. Estrutura de uma fibra multimodo de índice degrau.
Estrutura da fibra Multimodo
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 13
• Estrutura:
• Monomodo:
Estrutura da fibra Monomodo
• Seção Transversal:
Núcleo
Casca
Capa (plástico)
125µm (casca)
8-10µm (núcleo)
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 14
Exemplo de alguns padrões de fibras monomodo utilizadas em telecomunicações:
• Standard Single Mode Fiber (SMF)
Dispersão Cromática nula em 1310 nm;
Rec. ITU-T G.652;
Um dos padrões de fibra mais utilizada no mercado. Utilizada em redes terrestres
(cabeamento enterrado, aéreo, OPGW) e sistemas submarinos.
• Dispersion-Shifted Fiber (DSF)
• Curva de dispersão Cromática deslocada para comprimentos de onda superiores, para
ter dispersão nula em 1550 nm. Seria ideal para sistemas DWDM;
• Sistemas ópticos com um lambda em 1550 nm. Descontinuada.
• Rec. ITU-T G.653
• Non-Zero Dispersion Shifted Fiber (NZDSF)
• Uma pequena dispersão cromática é introduzida na janela de 1550 nm para evitar o
principal efeito não linear: Four Wave Mixing
• Ideal para sistemas DWDM de longo alcance e com altas taxas de bit.
• Rec. ITU-T G.655
Tipos de fibras
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 15
• Cut-off shifted single-mode optical fibre (CSF)
• Dispersão Cromática nula em 1310 nm e baixa perda (em torno de 0.18 dB/Km)
para a região de 1550 nm.
• Ideal para sistemas DWDM de longo alcance (como sistemas DWDM
submarinos), com canais com taxas de 100G bit/s ou superior e modulação
Coerente.
• Rec. ITU-T G.654.
• Bending-loss insensitive single-mode optical fibre
• Podem ser utilizadas nas bandas O, E, S, C e L (1260 nm a 1625 nm) e possuem
tolerância à baixa perda por torção.
• Ideal para sistemas óticos de redes de acesso como “FTTx” (Fiber to the x).
• Rec. ITU-T G.657.
Tipos de fibra
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 16
Fibras ópticas - características
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
A
tt
e
nu
at
io
n
(
d
B
/k
m
)
0.1
1600140013001200 15001100
Wavelength (nm)
1700
20
10
0
-10
-20
D
is
p
e
rs
io
n
(
ps
/n
m
×
km
)
Atenuação
Standard SMF
Ganho
AFDE
DSFDSF
NZD-
NZD+
Conceitos de transmissão de múltiplos canais de
luz em uma fibra óptica
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 18
Conceito – transmissão de múltiplos canais de luz
Queremos realizar a ligação entre os dois Switches, utilizando como
meio físico um par de fibras ópticas (Tx e Rx) entre as estações A e B.
A B
Tx
TxRx
Rx
Imagine agora que queremos realizar a ligação entre um outro par de
switches, entre as estações A e B...
1 par de
fibras ópticas
+ 1 par de
fibras ópticas
A B
Tx
TxRx
Rx
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 19
Conceito – transmissão de múltiplos canais de luz
A B
Tx
TxRx
Rx
1 par de
fibras ópticas
?
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à SistemasDWDM Cap. 1 - 20
• Solução: multiplexar os diversos serviços em um único sistema de
transmissão, utilizando o meio físico existente (1 par de fibras ópticas).
Conceito – transmissão de múltiplos canais de luz
A
B
Tx
TxRx
Rx
1 par de
fibras ópticas
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 21
• Como realizar a multiplexação?
• Para multiplexar precisamos primeiro definir uma frequência de transmissão para
cada um dos serviços utilizados e na sequência, utilizar um equipamento que irá
“juntar” estas frequências para serem transmitidas pelo meio óptico.
• Na recepção faremos todo o processo, mas de forma inversa.
Conceito – transmissão de múltiplos canais de luz
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 22
• Primeira etapa: sentido de transmissão do sinal óptico.
• O sinal óptico que sai do equipamento do cliente (switch) é recebido pelo
“Transponder” (Rx). O sinal óptico do equipamento do cliente pode estar em
“comprimentos de onda” 850 nm, 1300 nm ou 1550 nm. Na sáida do
Transponder, lado “rede”, o sinal óptico sai com uma frequência ou comprimento
de onda padronizado pelo ITU-T (International Telecommunications Union).
• Segunda etapa: sentido de recepção do sinal óptico.
• O sinal óptico que chega com uma frequência ou comprimento de onda
padronizado pelo ITU-T é convertido pelo Transponder para o comprimento de
onda 850 nm, 1300 nm ou 1550 nm e entregue ao switch Ethernet.
Conceito – transmissão de múltiplos canais de luz
Comprimento
de onda do
equipamento
Transponder
Comprimento
de onda padronizado
Internacionalmente, através de normas
técnicas do ITU-T (International
Telecommunications Union) .
Switch
Ethernet Tx
Rx
Tx
Rx Tx
Rx
Lado
cliente
Lado rede
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 23
• Como funcionam os processos de multiplexação e demultiplexação
ópticos?
Conceito – transmissão de múltiplos canais de luz
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 24
• Módulo Multiplexador óptico (Mux)
• O sinal óptico que sai de cada “Transponder” está com um comprimento de onda
padronizado pelo ITU-T (International Telecommunications Union). Para cada
comprimento de onda teremos a respectiva entrada no módulo Multiplexador
óptico. O Multiplexador óptico ou simplesmente “Mux” recebe cada canal
(comprimento de onda) em suas respectivas entradas e na saída do módulo
teremos todos os canais “juntos” ou melhor, multiplexados.
Conceito – transmissão de múltiplos canais de luz
Transponder
Switch
Ethernet
λ
Tx
Rx Tx
Rx
Transponder
Tx
Tx
Rx Tx
Rx
Transponder
Tx
Tx
Rx Tx
Rx
Transponder
Tx
Tx
Rx Tx
Rx
M
U
L
T
I
P
L
E
X
A
D
O
R
λ1
λ2
λ4
λ3
Tx
λ1 + λ2 + λ3 + λ4
Canal 1
Canal 2
Canal 3
Canal 4
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 25
• Módulo Demultiplexador óptico (Demux)
• O Demultiplexador óptico ou simplesmente “Demux” recebe todos os canais
(comprimentos de onda) em sua entrada e nas saídas do módulo teremos todos
os canais “separados” ou melhor, demultiplexados. Os sinais ópticos (de cada
canal) que chegam ao módulo “Demux” estão com os comprimentos de onda
padronizados pelo ITU-T (International Telecommunications Union).
Conceito – transmissão de múltiplos canais de luz
Transponder
Switch
Ethernet
λ
Tx
Rx Rx
Rx
Transponder
Rx
Tx
Rx Rx
Rx
Transponder
Rx
Tx
Rx Rx
Rx
Transponder
Rx
Tx
Rx Rx
Tx
D
E
M
U
L
T
I
P
L
E
X
A
D
O
R
λ1
λ2
λ4
λ3
Rx
λ1 + λ2 + λ3 + λ4
Canal 1
Canal 2
Canal 3
Canal 4
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 26
Conceito – transmissão de múltiplos canais de luz
Switch
Ethernet
λ
Transponder
λ1
Rx
D
E
M
U
L
T
I
P
L
E
X
A
D
O
R
Canal 1
Canal 2
Canal 3
Canal 4
M
U
L
T
I
P
L
E
X
A
D
O
R
Transponder
λ2
Transponder
λ3
Transponder
λ4
Transponder
λn
D
E
M
U
L
T
I
P
L
E
X
A
D
O
R
M
U
L
T
I
P
L
E
X
A
D
O
R
Transponder
λ1
Transponder
λ2
Transponder
λ3
Transponder
λ4
Transponder
λn
Switch
Ethernet
Fibra óptica
Fibra óptica
Rx
Rx
Rx
Rx
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 27
• Principais Características xWDM:
• Suporta de forma integrada as tecnologias CWDM e DWDM;
• Através do sistema xWDM são transmitidos múltiplos sinais ópticos sobre
o mesmo par de fibras;
• Permite diversas aplicações em redes de longa distância, metropolitanas e
de acesso;
• DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing): até 200 canais (nas
bandas C e banda L) com capacidade de taxas de transmissão de 2.5
Gbit/s até 100 / 200 / 300 / 400 / ? Gbit/s por canal;
• CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing): até 16 canais
comerciais até 2,5 Gbit/s por canal, de 1270 a 1650 nm, seguindo a grade
ITU-T.
Conceito – transmissão de múltiplos canais de luz
Padronização dos canais de luz em sistemas
DWDM
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 29
Canais ópticos DWDM - padrões
• Os Transponders (as placas responsáveis pela emissão do sinal de luz modulado) irão
atuar na região do espectro onde estão localizados os canais DWDM do ITU –
G.694.1.
• Os sistemas de transporte óptico DWDM usam as faixas "C" e "L" do espectro de
frequência.
1.0
0.5
0.25
700
0.75
900 1100 1300 1500 1600
nm
C
o
ef
fi
ci
en
t
o
f
A
tt
en
u
at
io
n
(
d
B
/K
m
) Band
O
Band
E
Band
S
Band
C
Band
L
Band
U
1260 1360 1460 1530 1565 1625 1675
DWDM
Chann
els
Graphic:
Coefficient of Attenuation of the fiber (dB / Km) X Wavelength (nm)
Band C + L
(nm)
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 30
• De acordo com a Rec. G.694.1 do ITU (International Telecommunication
Union), os canais ópticos de um sistema DWDM são organizados e
padronizados de duas maneiras :
• Através da separação fixa entre um canal e seu vizinho - "grade fixa";
• A separação entre canais e a largura espectral de cada canal são
variáveis, denominadas "grade flexível".
Canais ópticos DWDM - padrões
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 31
• Fixed DWDM grid (grade fixa) – Rec. 694.1 do ITU-T.
• A grade DWDM fixa.
• Os canais DWDM que utilizam a grade fixa do ITU estão separados por
distancias iguais ou múltiplas de 12.5GHz (12.5GHz, 25GHz, 50GHz
and 100GHz).
• O comprimento de onda e a frequência da luz estão relacionados pela
seguinte equação:
𝜆 = 𝑐 𝑓⁄
onde: c= velocidade da luz no vácuo = 2.99792458x108 m/s; “λ” é
comprimento de onda (em ηm) e “f” é a frequência de luz (em THz).
Canais ópticos DWDM - padrões
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 32
• Fixed DWDM grid (ITU G.694.1)
• A grade fixa DWDM do ITU: 12.5GHz
Canais ópticos DWDM - padrões
193.1
(THz)
1552.52 (nm)
193.0875
1552.62
193.1125
1552.42
Initial frequency
193.1+(n X 0.0125)193.1-(n X 0.0125)
1552.72
193.0750
1552.32
193.1250
n=-1n=-2 n=2n=1
Where “n” is a positive or negative integer including “0” (zero).
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 33
• Fixed DWDM grid (ITU G.694.1)
• A grade fixa DWDM do ITU: 25GHz
Canais ópticos DWDM - padrões
193.1
(THz)
1552.52 (nm)
193.075
1552.72
193.125
1552.32
Initial frequency
193.1+(n X 0.025)193.1-(n X 0.025)
1552.92
193.050
1552.12
193.150
n=-1n=-2 n=2n=1
Where “n” is a positive or negative integer including “0” (zero).
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 34
• Fixed DWDM grid (ITU G.694.1)
• A grade fixa DWDM do ITU: 50GHz
Canais ópticos DWDM - padrões
193.1
(THz)1552.52 (nm)
193.05
1552.93
193.15
1552.12
Initial frequency
193.1+(n X 0.05)193.1-(n X 0.05)
1553.33
193.00
1551.72
193.20
n=-1n=-2 n=2n=1
Where “n” is a positive or negative integer including “0” (zero).
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 35
• Fixed DWDM grid (ITU G.694.1)
• A grade fixa DWDM do ITU: 100GHz
Canais ópticos DWDM - padrões
193.1
(THz)
1552.52 (nm)
193.00
1553.33
193.20
1551.72
Initial frequency
193.1+(n X 0.1)193.1-(n X 0.1)
1554.13
192.90
1550.92
193.20
n=-1n=-2 n=2n=1
Where “n” is a positive or negative integer including “0” (zero).
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 36
• Exemplo com a grade fixa DWDM do ITU:
Canais ópticos DWDM - padrões
Banda C
Grade de 100 GHz
Grade de 50 GHz
192,1 THz
5
0
G
H
z
Canal
C21
1
0
0
G
H
z
192,2 THz
Canal
C22
192,15 THz
Canal H21
Banda L
Grade de 100 GHz
Grade de 50 GHz
186,1 THz
5
0
G
H
z
Canal
L61
1
0
0
G
H
z
186,2 THz
Canal
L62
186,15 THz
Canal Q61
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 37
• Flexible DWDM grid (grade flexível) – Rec. 694.1 do ITU-T.
• A grade DWDM flexível.
• É possível trabalhar com diferentes larguras de bandas de canais e
com a separação entre canais variando de acordo com determinados
critérios.
• A ideia de fazer isso é permitir uma maior flexibilidade de alocação de
banda, dentro da região do espectro das bandas C e L.
• Neste contexto, é possível ter canais com diferentes largura de banda
e com separação entre si podendo variar.
Canais ópticos DWDM - padrões
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 38
Canais ópticos DWDM - padrões
• Flexible DWDM grid (Regra de formação do canais)
• Para definir os canais da grade DWDM flexível, usamos a seguinte regra:
- Frequência central do canal = 193.1 + n x 0.00625 (THz)
Onde "n" é um número inteiro positivo ou negativo, incluindo "0" (zero).
- Largura do slot = Largura do canal = 12.5 x m (GHz)
Onde “m” é um inteiro positivo and 12.5 é a granularidade do canal em GHz.
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 39
• Flexible DWDM grid (ITU G.694.1)
• A grade flexível DWDM:
Canais ópticos DWDM - padrões
193.1
(THz)
1552.52 (nm)
193.075 193.125
Initial frequency
193.1+(n X 0.00625)193.1-(n X 0.00625)
n=0
Where “n” is a positive or negative integer including “0” (zero).
Where “m” is a positive integer and 12.5 GHz is the slot granularity in THz.
Slot Grid:
m = 4
12.5 x 4 = 50 GHz
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 40
• Flexible DWDM grid (ITU G.694.1)
• A grade flexível DWDM: os canais podem ter diferentes largura de
banda ("grade de slot"). É importante notar que a distribuição dos
canais DWDM no espectro não pode permitir a sobreposição de canais.
Canais ópticos DWDM - padrões
193.1
(THz)
1552.52 (nm)
193.075 193.125
Initial frequency
n=0
Where “n” is a positive or negative integer including “0” (zero).
Where “m” is a positive integer and 12.5 GHz is the slot granularity in THz.
Slot Grid:
m = 4
12.5 x 4 = 50 GHz
Slot Grid:
m = 2
12.5 x 2 = 25 GHz
n=6
193.150193.1375
n=-10
Slot Grid:
m = 6
12.5 x 6 = 75 GHz
193.000 193.0375
Descrição genérica dos componentes de um
sistema DWDM
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 42
• Quando estou transmitindo...
O princípio do funcionamento do DWDM
Transponder
Transponder
Transponder
M
U
L
T
IP
L
E
X
A
D
O
R
Ó
P
T
IC
O
Sinais de luz
“padronizados”
Sinal de luz
Sinal de luz
Sinal de
luz
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 43
• Quando estou recebendo...
O princípio do funcionamento do DWDM
Transponder
Transponder
Transponder
D
E
M
U
L
T
IP
L
E
X
A
D
O
R
Ó
P
T
IC
O
Sinais de luz
“padronizados”
Sinal de luz
Sinal de
luz
Sinal de luz
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 44
• Definindo...
O princípio do funcionamento do DWDM
Transponder
Transponder
Transponder
DEMULTIPLEXADOR
ÓPTICO
Vou dizer que cada “Transponder” destes, é um “CANAL”
de dados distinto!
MULTIPLEXADOR
ÓPTICO
• Multiplexador óptico = junta todos
os canais para saírem juntos, em
uma única fibra óptica.
• Demultiplexador óptico = separa
todos os canais que chegam
para saírem separados, cada um
em uma fibra óptica diferente.
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 45
• O sistema completo...
O princípio do funcionamento do DWDM
Transponder
Transponder
Transponder
D
E
M
U
L
T
IP
L
E
X
A
D
O
R
Ó
P
T
IC
O
M
U
L
T
IP
L
E
X
A
D
O
R
Ó
P
T
IC
O
D
E
M
U
L
T
IP
L
E
X
A
D
O
R
Ó
P
T
IC
O
M
U
L
T
IP
L
E
X
A
D
O
R
Ó
P
T
IC
O
Transponder
Transponder
Transponder
O cabo de fibra óptica da rua
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 46
• Podemos adicionar Amplificadores ópticos. Com isso, podemos atingir
distancias maiores nos enlaces das redes ópticas.
Sistema DWDM – para ir mais longe
Transponder
Transponder
Transponder
D
E
M
U
L
T
IP
L
E
X
A
D
O
R
Ó
P
T
IC
O
M
U
L
T
IP
L
E
X
A
D
O
R
Ó
P
T
IC
O
D
E
M
U
L
T
IP
L
E
X
A
D
O
R
Ó
P
T
IC
O
M
U
L
T
IP
L
E
X
A
D
O
R
Ó
P
T
IC
O
Transponder
Transponder
Transponder
O cabo de fibra óptica da rua
Booster
Booster
Pré-AO
Pré-AO
Linha
Linha
Amplificador de Raman
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 47
• Transponders
São os produtos responsáveis em “criar um canal de dados” de luz.
Normalmente são os produtos com a maior tecnologia do sistema e os mais
caros.
Existem modelos com velocidades de transmissão de: 2,5 Gbit/s; 10 Gbit/s; 40
Gbit/s, 100 Gbit/s, 200 Gbit/s, podendo chegar até 400 Gbit/s.
• Amplificadores ópticos
São os produtos responsáveis em “aumentar” a quantidade de luz em cada
canal.
São fabricados vários tipos de amplificadores, para serem utilizados em pontos
diferentes de um sistema DWDM:
• Na transmissão: Booster (“BOA”);
• No meio do sistema: Linha (“LOA”);
• Na recepção do sistema: Pré-amplificador EDFA (“POA”) ou de RAMAN
(“ROA”).
Principais produtos
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 48
• Mux e Demux
São os multiplexadores e demultiplexadores ópticos.
Responsáveis por juntar todos os canais de luz (Mux) e separá-los (Demux).
São vendidos sempre aos pares.
Há vários modelos de Mux e Demux, que podem ser elaborados com diferentes
quantidades de canais de luz e formas físicas diferentes (“mecânicas”).
Geralmente o código do Mux começa pelas letras “MX”.
Geralmente o código do Demux começa pelas letras “DX”.
• Chave óptica
Criada inicialmente para realizar a proteção de cabos de fibras ópticas (rede
externa da rua) de um sistema DWDM.
Também pode ser utilizada para realizar a proteção de Transponders.
Principais produtos
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 49
• OADM – Optical Add and Drop Multiplexer
São os multiplexadores e demultiplexadores ópticos de baixa capacidade de
canais de luz e são fabricados para serem instalados em cidades pequenas de
um sistema DWDM.
São fabricados sob encomenda específica para cada projeto.
Geralmente o código do OADM começa pelas letras “OADM”.
Principais produtos
Dispersão cromática e Dispersão por modo de
polarização de onda (PMD)
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 51
1
tempo
1 0
Sinal original
tempo
Saídado Transmissor
tempo
Entrada do Receptor
tempo
111
Sinal regenerado
• Efeito e consequências:
• O índice de refração tem um fator dependente do comprimento de onda,
portanto os diferentes componentes dos pulsos ópticos se propagam em
velocidades distintas (os comprimentos de onda mais altos propagam-se
mais rapidamente que os mais baixos) ;
• 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
Dispersão Cromática (DC)
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 52
• Faixa espectral de emissão de um laser:
Dispersão Cromática (DC)
nmλc
fc = 193,1 THz
ou
1552,52 nm
λa λb
c = velocidade da luz no vácuo
n = índice de refração do meio
V = velocidade de propagação no meio
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 53
• Alternativa:
• 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
Dispersão Cromática (DC)
D
is
p
e
rs
ã
o
(
p
s/
n
m
)
Span (km)
0 80 160 240 320 400 480
1600
1200
800
400
0
Coeficientes
SSMF = 17 ps/nm.km
NZDF = 4,4 ps/nm.km
DCM t
DispACUMULADA = CoefDC X LFIBRA
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 54
• Alternativa:
• Uso de DCMs (Módulos Compensadores de Dispersão Cromática)
• DCM: Posicionado entre os 2 estágios de amplificação do amplificador de
linha.
• DCM: Posicionado após um pré-amplificador.
Dispersão Cromática (DC)
80km - SMF 80km - SMF
LOA LOA
DCM DCM
80km - SMF
Pré DCM
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 55
• 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
PMD – Polarization Mode Dispersion
Um campo E é a soma
vetorial dos
componentes Ex e Ey
x
y
z
Ey
Ex
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 56
• 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.
PMD – Polarization Mode Dispersion
Atraso de propagação entre
os modos de polarização (DGD)
x
y
z
Ey
Ex
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 57
• 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.
• A unidade utilizada para o coeficiente de PMD é ps/(km)1/2
PMD – Polarization Mode Dispersion
No qual:
DGDmax: Differential Group Delay [ps]
CoefPMDmedio : Coeficiente médio de PMD da
fibra [ps/km1/2]
L: Comprimento do trecho de fibra [km]
3: Fator de segurança (ITU-T G.691)
DGDmax = 3 x CoefPMDmedio x L1/2
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 58
• Causas:
PMD – Polarization Mode Dispersion
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 59
• Deve-se representar a fibra como uma série de seções de birefringência
concatenada de fibra (a) separada por sites de acoplamento (b), isto é,
locais onde os eixos de birefringência de uma seção estão “girados” com
relação a outra.
• O valor médio do DGD <Dt> é conhecido como a PMD da fibra
• PMD = <Dt>
Relação DGD e PMD: mais complexa
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 60
Distribuição (Maxwelliana) do DGD
PMD = <Dt> = PMDCoef x (L)1/2
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 61
• 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).
Penalidade sistêmica
Redes DWDM com Optical Transport Network –
“OTN” (ITU-T Rec. G.709)
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 63
• O que é OTN?
• Como funciona uma rede sem OTN
• Quais as vantagens de uma rede com OTN
• Quadro OTN
• Estrutura e Montagem do Quadro
• Nomenclatura OTN
• Alarmes OTN
• Hierarquia de Alarmes OTN
• Contagem de BIP-8
• Exibição de Alarmes
• SAPI e DAPI
• O que é?
• Como Configurar
Tópicos deste Capítulo
O que é OTN?
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 65
• Em uma rede sem OTN, quando ocorre uma falha de desempenho, a
detecção e o monitoramento da falha ficam restritos aos equipamentos
geradores de tráfego. As operadoras precisam acionar equipes de campo
para atuar na correção da falha. O tempo e o custo desta operação são
significativamente elevados. É necessário realizar testes e medições nos
trechos DWDM do sistema.
Redes DWDM sem OTN
TESTE
Em uma rede sem OTN, caso algum canal apresente taxa de erro, o que pode ser feito?
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 66
Redes DWDM com OTN
OTN – Optical Transport Network
• Nova camada da rede de transporte
• Mantém características importantes dos sistemas DWDM
• Suporte a altas taxa de bit/s por fibra em enlaces DWDM
• Suporte a serviços de banda larga
• Suporte à crescente demanda por banda
• Suporte a serviços a 1 Gb/s, 2,5 Gb/s, 10 Gb/s, 40 Gb/s e 100 Gb/s
• Encapsulamento de multiprotocolos: SDH, Ethernet, FICON, Fibre
Channel, etc.
• Adiciona às redes DWDM
• Gerenciamento de redes DWDM semelhante à de redes SDH
• Funcionalidades avançadas de O&M para todos os serviços
• Detecção de falha e degradação
• Possibilidade de verificação de SLA
• Funcionalidades de gerência
• Cada seção fim-a-fim é monitorada através de uma seção ODUk
• Cada seção de regeneração é monitorada através de uma seção OTUk
Quadro OTN
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 68
• Estrutura de Quadro da Interface OTUk
Estrutura do Quadro OTN
3
8
2
5
4
0
8
0
Align
1 7 8 1
4
1
5
1
6
1
7
3
8
2
4
1
2
3
4
OPU k Payload
O
P
U
k
O
H
OPUk - Optical Channel Payload Unit
ODUk
ODUk - Optical Channel Data Unit
Protocolo Cliente Mapeado em
OPUk Payload
Client Signal
OTUk
FEC
OTUk
OH
OTUk - Optical Channel Transport Unit
k = 0 (1G), 1 (2,5G), 2 (10G), 3 (40G), 4 (100G). Fonte: ITU-T Rec.
G.709
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 69
ODUk
Align OTUk
O
P
U
k
Sinal Digital Cliente
Montagem do Quadro OTN
Algoritmo do
FEC
Informações do
Mapeamento
BIP-8 OTU
SAPI/DAPI...
BIP-8 ODU
SAPI/DAPI...
10011010...
PayloadPayload FEC
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 70
• Nomenclatura:
• RS (n , k)
• n: número de símbolos do bloco codificado
• k: número de símbolos da informação original
• Código usado para o FEC:• RS (255,239)
• Símbolo de 8 bits
FEC - Standard
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 71
• Subframe RS (255,239):
FEC - Standard
239 símbolos 16 símbolos
RedundânciaInformação dos símbolos
Inserida pelo
algoritmo do código
Reed-Solomon
239 + 16 = 255 símbolosTaxa de redundância ≈ 7%
Ganho sistêmico de 5,6 dB
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 72
• Quadro OTU-k
• FEC considera 16 blocos por Quadro OTU-k
• Com o FEC RS(255,239) é possível corrigir até 8 bytes errados em 239
bytes transmitidos, o que permite transformar na recepção do sinal uma
BER de 10-5 em uma BER de 10-15
FEC - Standard
Informações iniciais Redundância
Assim sucessivamente...
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 73
• São considerados super-FEC códigos que apresentem ganho sistêmico
maior que 5,6 dB, ou seja, que tenham maior capacidade de correção de
erros que o standard-FEC
• Existem várias maneiras de criar códigos super-FEC
• Concatenação de FEC
• Combinação de códigos Reed-Solomon com BCHs (Bose, Chaudhuri e
Hocquenghem)
• Combinação de códigos Reed-Solomon com Hamming
• Transponder Padtec com super-FEC:
• Dois códigos BCHs concatenados
• Padrão I.7 da norma G.975.1
Super-FEC
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 74
• Dois códigos BCHs ortogonais
Super-FEC
Informações iniciais Redundância
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 75
Comparação
Fonte: G.975.1
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 76
Tratamento dos campos do Quadro
Situações (Transponders) Campos Tratados
Entre Terminal e Regenerador OTUk e FEC
Entre Regenerador e Regenerador OTUk e FEC
Entre Terminal e Terminal OTUk, ODUk, OPUk e
FEC
Somente em Transponders
Terminais
Protocolo Cliente dentro do
Payload OTN
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 77
Transmissão do Quadro
T1
Cliente
R1 R2 T2
Cliente
Dados
Dados
OTU FAS
ODU
F
E
C
O
P
U
OTU-2
Dados
OTU FAS
ODU
F
E
C
O
P
U
No Regenerador:
1) O FEC é retirado e atua
sobre TODOS os bits do
quadro OTU-2.
2) Os parâmetros do campo
OTU são tratados.
3) É calculado um novo campo de FEC,
inserido e o quadro OTU-2 é transmitido
para o próximo transponder.
OTU-2
É outro
Regenerador!
O ciclo
se repete!
OTU-2
Dados
OTU FAS
ODU
F
E
C
O
P
U
T1R1 Amplificadores ópticos Mux e DemuxTransponder Terminal OTNTransponder Regenerador OTN
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 78
Nomenclatura OTN
Siglas Significado Equivalências
SDH
OTUk Optical Transport Unit RSOH
ODUk Optical Data Unit MSOH
OPUk Optical Payload Unit AU Pointer
BIP-8 (OTUk)
Bit Interleaved Parity – 8
B1
BIP-8 (ODUk) B2
BDI (OTUk)
Backward Defect Indication
RDI (RSOH)
BDI (ODUk) RDI (MSOH)
BEI (OTUk)
Backward Error Indication
RDI (RSOH)
BEI (ODUk) RDI (MSOH)
SAPI Source Access Point Identifier
J0
DAPI Destination Access Point Identifier
FEC Forward Error Correction FEC
Alarmes OTN
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 80
Hierarquia de Alarmes OTN
1) Erros de FEC
BIP-8 de OTU
BEI de OTU
BIP-8 de ODU
BEI de ODU
2) LOF
BDI de OTU
BDI de ODU
4) LOS Sync
BDI de OTU
BDI de ODU
5) LOS
BDI de OTU
BDI de ODU
3) LOM
BDI de OTU
BDI de ODU
Seta em vermelho: degradando o sinal
Seta em azul: alarmes consequentes
LOF: Loss of Frame
LOM: Loss of Multiframe
LOS Sync: Loss of Synchronism
LOS: Loss of Signal
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 81
BIP-8 de OTU e ODU
R RRT
C
lie
n
te
T
OTU e FEC OTU e FEC OTU e FEC OTU e FEC
ODU
OPU – Cliente
T RTerminal OTN
Aplicação
C
lie
n
te
Regenerador OTN Mux/Demux Amplificador Óptico
Erros de FEC
BIP-8 OTU
Blocos errados: 1
em Rx 1
Erros de FEC
BIP-8 OTU
Blocos errados: 4
em Rx 1
OTU-2
Erros de FEC
BIP-8 ODU
Blocos errados: 5 em Rx
BIP-8 de ODU = Somatório dos erros de cada um dos trechos
SAPI e DAPI
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 83
SAPI-DAPI
SAPI: Source Access Point Identifier
DAPI: Destination Access Point Identifier
FAS OTU
ODU
O
P
U
Cliente FEC
PADTEC
PADTEC
PADTEC
PADTEC
FAS OTU
ODU
O
P
U
Cliente FEC
Configuração de
palavras SAPI e DAPI
para comparação com
o quadro recebido
Comparação:
Palavra
Recebida
Palavra
Configurada= ?
Configuração de
palavras SAPI e DAPI
para o quadro a ser
transmitido
Palavras de SAPI e
DAPI que são
encontradas dentro
do quadro recebido
OTU
ODU
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 84
SAPI-DAPI
T100
T100
Regenerador T100
1 2 4
3
Tx
Rx Tx1
Rx1
Rx2
Tx2 Rx
Tx
OTU
ODU
C21#11 C21#12 C21#13
#11
#12
#11
#13
OTU LADO 1
OTU LADO 2
#11
#12
#12
#13
#11
#12
#12
#11
#12
#11
#12
#11
#13
#12
#13
#12
OTU
ODU
#13
#12
#13
#11
#12
#13
#12
#13
#11
#13
#11
#13
#13
#11
#13
#11
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 85
SAPI-DAPI
T100
T100
Regenerador T100
1 2 4
3
Tx
Rx Tx1
Rx1
Rx2
Tx2 Rx
Tx
ODU
C21#11 C21#12 C21#13
#17
#18
#17
#19
OUT LADO 1
OUT LADO 2
#17
#18
OTU
ODU
#17
#19
T100
Tx
RxC22#17
#12
#13
#11
#12
#12
#11
#13
#12
#13
#12
#13
#12
#13
#11
#12
#13
#12
#13
#11
#13
Conceitos de amplificação óptica
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 87
• Para compensar as perdas de potência óptica ao longo do caminho,
utilizamos módulos de amplificação óptica.
• Com o uso de amplificadores ópticos é possível construir sistemas de
transporte ao longo de grandes distâncias.
• As técnicas utilizadas para fazer amplificação óptica são:
• EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier);
• Raman.
Amplificação Óptica
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 88
• Os amplificadores ópticos irão atuar na região do espectro onde estão
localizados os canais DWDM do ITU – G.694.1.
• Os sistemas de transporte óptico DWDM usam as faixas "C" e "L" do
espectro de frequência.
Amplificação Óptica - EDFA
1.0
0.5
0.25
700
0.75
900 1100 1300 1500 1600
nm
C
o
ef
fi
ci
en
t
o
f
A
tt
en
u
at
io
n
(
d
B
/K
m
)
Band
O
Band
E
Band
S
Band
C
Band
L
Band
U
1260 1360 1460 1530 1565 1625 1675
DWDM
ChannelsGraphic:
Coefficient of Attenuation of the fiber (dB / Km) X Wavelength (nm)
Band C + L
(nm)
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 89
• A Relação Sinal-Ruído é um parâmetro que mede a qualidade de um sinal
modulado, ou seja, que carrega uma informação, durante o seu caminho na
transmissão.
• No caso da Relação Sinal-Ruído Óptico (do inglês OSNR - Optical Signal to
Noise Ratio), podemos medir este parâmetro utilizando o seguinte critério:
Relação Sinal-Ruído Óptico
dBm
nm
a
b
-0.10 λC +0.10
SIGNAL
NOISE
OSNR (dB) = SIGNAL(dBm) – NOISE(dBm)
λC = central wavelength
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 90
• A Figura de Ruído, caracteriza um dispositivo com respeito a correlação
entre a OSNR de entrada e a OSNR de saída deste dispositivo, para um
mesmo sinal de informação.
Figura de Ruído
DEVICE
Figura de Ruído (dB) = (OSNR)IN (dB) - (OSNR)OUT (dB)
OSNRIN (dB) OSNROUT (dB)
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 91
• Com relação a comparação dos resultados possíveispara a Figura de Ruído,
podemos obter:
• Figura de Ruído igual a zero OSNRIN = OSNROUT
- Exemplo: Acoplador Óptico
• Figura de Ruído Maior que zero OSNRIN > OSNROUT
- Exemplo: Amplificador EDFA
• Figura de Ruído Menor que zero OSNRIN < OSNROUT
- Exemplo: Transponder
Figura de Ruído
DEVICE
Figura de Ruído (dB) = (OSNR)IN (dB) - (OSNR)OUT (dB)
OSNRIN (dB) OSNROUT (dB)
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 92
• Amplificadores Ópticos EDFA degradam a OSNR devido à geração de ruído
ASE (Amplified Spontaneous Emission);
• Com essa degradação do sinal transmitido é necessário garantir o valor de
OSNR na recepção seja maior que o valor mínimo suportado;
• Consequentemente em uma rede óptica o número de “spans” será
limitado pelo acúmulo de ruído ASE.
Conceitos de Span
OA OA OA OAOA
span span spanspan
+ Noise
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 93
• Potência óptica por canal em sistema com N canais:
• Obs.: devemos considerar que todos os canais no sistema estão “equalizados”.
Potência Óptica
P1 CANAL = PTOTAL – 3 x log
2
N (dBm)
Tr.
C.xy
Tr.
C.xz
Amplificador
EDFA
N canais DWDM amplificados.
Qual é a potência de saída de cada
canal, dentre N canais?M
U
X
Ó
P
T
IC
O
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 94
• Exemplo de aplicação da fórmula anterior em uma estação de terminação:
Potência Óptica - Exemplo
Tr.
C.xy
Tr.
C.xz
18dBm
Amplificador
EDFA com potência
máxima de saída
de 18dBm
P1 CANAL = PTOTAL – 3 x log
2
N
P1 CANAL = +18 dBm – 3 x log2 (40)
P1 CANAL = +18 dBm – 16 dB = +2 dBmM
U
X
4
0
C
A
N
A
IS
(dBm) (dBm) (dB)
P1 CANAL = +2 dBm
P1 CANAL = PTOTAL – 3 x log
2
N (dBm)
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 95
• O Controle Automático de Ganho (AGC – Automatic Gain Control)é uma
função inserida nos amplificadores EDFA que tem por objetivo proporcionar
a variação da potência de saída de acordo com a variação da potência de
entrada, proporcionando um ganho (dado em dB) de potência por canal
constante;
Ganho (dB) = Potência de Saída (dBm) - Potência de Entrada (dBm)
Controle Automático de Ganho - Conceito
AO
EDFA
-2 dBm
+8 dBm
Power increase
IN OUT
Gain (dB) = +8 dBm – (-2 dBm) = 10 dB
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 96
OSA
OSA
OSA
• O canal DWDM inserido na entrada do amplificador EDFA, com a potência
do laser de bombeio fixa visto no OSA (Optical Spectrum Analyzer).
Amplificador sem AGC
Amplificador
EDFA
1 canal DWDM
inserido no
amplificador
x dBm
Amplificador
EDFA
4 canais DWDM
inseridos no
amplificador
z dBm; z<y
Amplificador
EDFA
2 canais DWDM
inseridos no
amplificador
y dBm; y<x
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 97
OSA
OSA
OSA
• O canal DWDM inserido na entrada do amplificador EDFA, com a potência
do laser de bombeio variando visto no OSA.
Amplificador com AGC
Amplificador
EDFA
x dBm
Amplificador
EDFA
x dBm
Amplificador
EDFA
x dBm
Não há alteração significativa no nível
de potência de cada canal!
1 canal DWDM
inserido no
amplificador
4 canais DWDM
inseridos no
amplificador
2 canais DWDM
inseridos no
amplificador
Conceitos de amplificação óptica por fibra
dopada com Érbio (EDFA)
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 99
• Essencialmente, um amplificador EDFA é constituído de uma fibra óptica
(alguns metros) com seu núcleo ligeiramente dopado com elementos
denominados de “Terras- Raras”, como o “Érbio” (Er), “Itérbio” (Yb), “Túlio”
(Tm) o “Praseodímio” (Pr). O material básico de uma fibra pode ser a
“sílica” padrão, um vidro baseado em “Fluoruro” o um vidro de “Teluretos”.
• Para iniciar os processos que geram a energia óptica utilizada pelo sinal
para sua amplificação, utilizamos um laser de alta potência, chamado de
“laser de bombeio”, com um comprimento de onda diferente do
comprimento de onda do sinal óptico de entrada.
Amplificação Óptica - EDFA
(1530 – 1565) nm
Acopl.
Acopl.
Signal
input Signal
output
Optical
coupling Optical
coupling
Optical
isolator Optical
isolator
Doped fiber
With Erbium (Er +)
PUMP
laser
99%
1%
99%
1%
Filtro
WDM
out
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 100
• Olhando a figura do diagrama de blocos simplificado do amplificador EDFA,
podemos compreender como é o processo completo de amplificação:
• Ao entrar, o sinal óptico passa por um “acoplador óptico” que separa 1%
do sinal total na entrada (divisor de potência) e o envia a um
fotodetector para monitorar a potência de entrada;
• O filtro WDM (Wavelength Division Multiplexing) junta o sinal óptico da
banda C (1530 – 1565 nm) com o laser de bombeio (980 nm);
• Os dois sinais entram juntos e passam por alguns metros de fibra
dopada com Érbio (Er+) onde ocorre o processo de amplificação óptica.
Amplificação Óptica - EDFA
(1530 – 1565) nm
Acopl.
Acopl.
Signal
input Signal
output
Optical
coupling Optical
coupling
Optical
isolator Optical
isolator
Doped fiber
With Erbium (Er +)
PUMP
laser
99%
1%
99%
1%
Filtro
WDM
out
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 101
• O segundo acoplador óptico, envia o sinal ao fotodetector que faz a
monitoração do limiar de potência óptica da saída do amplificador;
• Os “isoladores ópticos” impedem a passagem do sinal óptico amplificado
no sentido contrário ao caminho da luz;
• É possível também, utilizar uma montagem um pouco distinta dessa,
utilizando o laser de bombeio posicionado depois da fibra de Érbio e
seguindo no sentido contrário do sinal óptico. Nesse caso, chamamos de
laser de bombeio “contra - direcional”;
- Em alguns casos, é necessário utilizar dois lasers de bombeio (980 nm + 1480
nm).
Amplificação Óptica - EDFA
(1530 – 1565) nm
Acopl.
Acopl.
Signal
input Signal
output
Optical
coupling Optical
coupling
Optical
isolator Optical
isolator
Doped fiber
With Erbium (Er +)
PUMP
laser
99%
1%
99%
1%
Filtro
WDM
out
Introdução aos Efeitos Não-Lineares em sistemas
de transmissão óptica
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 103
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.
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 104
Efeitos Não-Lineares
Retro-Espalhamento de Brillouin
Espalhamento de Raman (SRS)
Fibra
A
O
Canais
Provoca a “desequalização” dos canais ópticos.
Alta potência
Parte da potência retorna
A
O
AO = Amplificador Óptico
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 105
• Stimulated Brillouin Scattering (SBS)
• É um efeito não-linear gerado pela alta potência do sinal óptico na
entrada da fibra. Esse efeito é causado por uma onda sonora causada
pela alta potência óptica do sinal na entrada da fibra, o que causa
variações no índice de refração da fibra.
• Essas variações do índice de refração causam um retro-espalhamento
do sinalna propagação, ou seja, parte do sinal do canal óptico retorna
ao transmissor.
• O efeito de Retro-Espalhamento de Brillouin (SBS) aparece com uma
largura espectral muito estreita, em relação ao sinal original, de modo
que ele só afeta o próprio canal óptico.
Efeitos Não-Lineares
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 106
• Stimulated Raman Scattering (SRS)
• É um efeito não-linear gerado pela alta potência do sinal óptico na
entrada da fibra. Esse efeito é causado por uma interação entre as
ondas de luz e os modos de vibração das moléculas de sílica.
• Um fóton ao incidir sobre uma molécula de sílica, com uma frequência
vibratória, a molécula pode absorver parte da energia do fóton. Como
conseqüência desse processo, o fóton é espalhado com uma menor
frequência (com energia hʋ2).
• Com esse processo, é gerado uma luz dispersada em um comprimento
de onda maior do que o comprimento de onda de luz incidente.
• Se outro comprimento de onda estiver localizado na mesma posição
do comprimento de onda da luz dispersa, ocorrerá a amplificação do
primeiro.
• Como conseqüência desse fenômeno, canais ópticos com comprimento
de onda menores podem produzir energia para canais de comprimento
de onda óptica maiores.
Efeitos Não-Lineares
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 107
Efeitos Não-Lineares
Auto modulação de fase (SPM)
Fibra
A
O
Canal
Provoca a distorção do canal.
!Acontece mesmo em um sistema monocanal!
nm
Efeito da Mistura de Quatro Ondas (Four-Wave-Mixing).
A
O
Canais DWDM
Depende da potência e do espaçamento entre os canais.
Canais laterais nm
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 108
• Self Phase Modulation (SPM)
• É um efeito não-linear gerado pela alta potência do sinal óptico na
entrada da fibra.
• A "não-linearidade" do índice de refração de um meio (fibra óptica) é
conhecida como "Não-linearidade Kerr". Essa não linearidade produz
uma modulação de fase no sinal propagado induzido pelo portador
óptico, que é chamado de "efeito Kerr".
• Em enlaces com apenas um comprimento de onda, o efeito Kerr irá
provocar a“Auto- Modulación de Fase de onda” (SPM).
Efeitos Não-Lineares
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 109
• Four-Wave Mixing (FWM)
• É um efeito Não-Linear gerado pela alta potência do sinal óptico na
entrada da fibra.
• Esse efeito cria comprimentos de onda (terceira ordem) a partir de
dois comprimentos de onda (canais) em propagação na fibra. Os
comprimentos de onda criados (terceira ordem) se estiverem
localizados na posição dos canais da grade DWDM do ITU-T, causarão
“crosstalk” entre os canais.
• Para “N” comprimentos de onda (ou canais) lançados na fibra, o
número de comprimentos de ondas de tercera ordem criados (“M”)
são:
M = N2 / 2 x (N – 1)
• A intensidade do fenômeno dependerá da área efetiva da fibra, da
intensidade da dispersão cromática acumulada nos canais e do espaço
entre os comprimentos de onda (ou canais) lançados na fibra.
Efeitos Não-Lineares
Conceito de amplificação óptica em sistemas
DWDM com o emprego de amplificadores do tipo
Raman
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 111
• Amplificação de Raman:
• O amplificador óptico de “Raman” é baseado em um efeito não Linear,
chamado de “Espalhamento Estimulado de Raman” (SRS -
Stimulated Raman Scattering).
• Esse efeito é causado pela alta potência óptica na fibra.
• O fenômeno SRS ocorre quando um átomo recebe de um comprimento
de onda menor um fóton (absorve energia) e em seguida, libera um
fóton com menor energia e com um comprimento de onda maior. Essa
transferência de energia de um comprimento de onda menor para um
comprimento de onda maior ocorre em uma banda espectral muito
larga (80 nm a 100 nm). Esse fenômeno é chamado de “Stokes shift”.
• Assim, um laser de alta potência (laser de bombeio) com um
comprimento de onda em 1440 nm, pode gerar uma curva de
amplificação óptica em torno de 1540 nm.
Amplificador óptico Raman
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 112
• Podemos ver através da figura, que um laser de bombeio em 1440 nm,
causará uma liberação da energia com pico em 1.540 nm. Do mesmo
modo, um laser de bombeio em 1460 nm, terá uma liberação de energia
com pico em 1560 nm. A soma das energias liberadas através do
Espalhamento de Raman originados pelos lasers de bombeio, irá formar
uma curva resultante que representa o ganho de potência que os sinais
ópticos receberão.
Amplificador óptico Raman
P (mW)
λ (ηm)
1440 1460
1540 1560
100 nm
200
130
Total Gain
PUMP 1
PUMP 2
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 113
• O Ganho final de um amplificador Raman irá depender do tipo de fibra
utilizada no trecho do sistema óptico.
• Podemos utilizar os amplificadores Raman na parte inicial do sistema
(transmissão) ou na parte final (recepção).
• A figura seguinte mostra as duas aplicações para o Raman:
Amplificador óptico Raman
Raman
Raman
Rx (EDFA)
Booster (EDFA)
Pumping the Raman
Pumping the Raman
Amplification curve
Fiber (link transmission cable)
Reception Station
Reception Station
Transmission Station
Transmission Station
Raman transmission
Reception Raman
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 114
• Na figura a seguir, podemos ver um amplificador Raman posicionado na
estação de recepção de um sistema óptico.
• Os lasers de bombeio do Raman irão criar uma amplificação de potência
óptica desde a origem até cerca de uns 20 km a 50 km de distância da
estação de recepção.
Amplificador óptico Raman
Raman
Booster (EDFA)
Reception Raman
20 Km to 50 Km
Canales DWDM
Transmission Station Reception Station
Fiber (link transmission cable)
Pumping the Raman
WSS (Wavelength Selective Switch)
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 116
• Evolução das redes ópticas “puras”.
• Redes em “malha”. Permitem o encaminhamento de canais de luz em
várias direções possíveis, a partir de um único nó da rede e sem a
necessidade da conversão “óptica – elétrica” dos canais de dados
(informação).
• Criação das “Matrizes Fotônicas” (“matrizes de luz”).
Conceito de Redes em “malha”
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 117
• DWDM inicialmente para Long-Haul ou Ultra Long-Haul (ponto-a-ponto).
• Redes Metropolitanas
• DWDM em malha
Evolução das redes DWDM
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 118
• Topologias de Redes DWDM
• Implementada
com MUXs e
DEMUXs ópticos
convencionais;
• Implementada
com ROADM PLC;
• Implementada
com ROADM
WSS;
Evolução das redes DWDM
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 119
Entendendo como funciona...
C.21C.22
C.23
C.24
C.25
C.21 C.23
C.22
C.25
C.24
Cidade A
Cidade B
“NÓ”
Cidade C Cidade D
Cidade E
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 120
Entendendo como funciona...
C.21C.22
C.23
C.24
C.25
Cidade A
Cidade B
“NÓ”
Cidade C Cidade D
Cidade E
Direção
Cidade A
Direção
Cidade E
Direção
Cidade C
Direção
Cidade D
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 121
Entendendo como funciona...
C.21C.22
C.23
C.24
C.25
Cidade A
Cidade B
“NÓ”
Cidade C Cidade D
Cidade E
Direção
Cidade A
Direção
Cidade E
Direção
Cidade C
Direção
Cidade D
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à SistemasDWDM Cap. 1 - 122
• ROADM = Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer
• WSS (Wavelength Selective Switch)
• ROADM Grau 2 a Grau “n”:
- Prove várias direções com adição, derivação e passagem de canais;
- Permite implementação de redes DWDM em malha;
- Pode trabalhar com 40 canais (grade de 100 GHz do ITU-T) ou 80 canais
(grade de 50 GHz do ITU-T) ou mais;
- Possui arquitetura “escalável” (acréscimo de direções).
ROADM - Definições
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 123
Redes com ROADM - possibilidades
WSS
n
WSS
3
WSS
4
WSS
3
WSS
2
WSS
3
WSS
3
WSS
3
WSS
2 WSS
3
“n”
Direções
Arquitetura
de rede em
“malha”
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 124
Redes com ROADM - possibilidades
WSS
3
WSS
3
Interligação
de duas
redes:
Linear e Anel
Site 1 Site 1 Site 1Site 1 Site 1
Site 1
Site 2
Site 3 Site 4
Site 7
Site 5
Site 6
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 125
Redes com ROADM - possibilidades
WSS
2
Anel 1
WSS
4
WSS
2
WSS
2WSS
2
WSS
2
WSS
23WSS
2
WSS
2
WSS
2
WSS
2
WSS
2
WSS
2
WSS
2
Anel 2
C.21
C.21
Várias
possibilidades
para encaminhar o
canal C21 pela
rede!
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 126
• Proteção de Redes em Malha
• Aprovisionamento Rápido de
Serviços
• Conexão Fim-a-Fim
• Ajuste Dinâmico
• Modelos:
• ASON: Automatically Switched
Optical Network
• GMPLS: Generalized
Multiprotocol Label Switching
- CCM - Cross Connection
Monitoring
- CCR - Cross Connection
Restore
Plano de Controle
V 4.1
• ROADM degree-2
for 40 channels and
50ms commuting time
(Ring and
Ring-interconnect)
• ROADM degree-4
with full optical path
restoration and
50 GHz channel spacing
Transporte
Plano de Controle
Sistema de Gerência
Controle de Lambda
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 127
• Facilitar a configuração rápida e eficiente de conexões dentro de uma rede
de transporte para suportar conexões comutadas e soft permanentes;
• Reconfigurar ou modificar conexões para suportar chamadas previamente
estabelecidas;
• Realizar a função de restabelecimento;
• Realizar descoberta de topologia.
Plano de Controle
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 128
• Algoritmos RWA - (Routing and Wavelength Assignment)
• Permitem a otimização na alocação de recursos na rede, com a criação
de rotas disjuntas para caminho principal e proteção.
• Com a evolução do plano de controle, as seguintes opções para
criação de caminhos ópticos estarão disponíveis para a plataforma
LightPad:
- Rota explícita e comprimento de onda definidos
- Apenas rota explícita definida
- Apenas comprimento de onda definido
- Nenhum parâmetro definido (RWA automático)
- Criação de caminhos ópticos disjuntos (principal e proteção).
Plano de Controle
Glossário com unidades de medidas (Sistema
Métrico Internacional)
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 130
Glossário
Os prefixos podem ser adicionados antes de uma unidade de medida, permitindo que seus
valores sejam representados sem a necessidade de notação exponencial.
Ordem de Grandeza
(decimal)
Ordem de Grandeza
(exponencial)
Nome do
prefixo Prefixo
1.000.000.000.000 1012 tera T
1.000.000.000 109 giga G
1.000.000 106 mega M
1.000 103 kilo k (minúsculo)
0,001 10-3 mili m
0,000 001 10-6 micro µ
0,000 000 001 10-9 nano n
0,000 000 000 001 10-12 pico p
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.
LPT02 – Introdução à Sistemas DWDM Cap. 1 - 131
Glossário
Tipo Unidade símbolo exemplo
tempo segundo s 7 ms
comprimento metro m 100 km
comprimento de onda nanometro (em óptica) nm 1532,32 nm
freqüência hertz Hz 193,2 THz
potência óptica (linear) watt W 10 mW
potência óptica (logarítmica) decibel miliwatt dBm 5 dBm
relação (logarítmica) Decibel (adimensional) dB 10 dB
taxa de transmissão de dados bits por segundo b/s 10 Gb/s
Coeficiente Unidade mais comum exemplo
atenuação dB/km 0,23 dB/km
dispersão cromática (ps/nm).km 17 (ps/nm).km
PMD médio ps/raiz(km) 0,5 ps/raiz(km)
Padtec S/A © 2021 Todos os direitos reservados.