Имитатор линейного DWDM-сигнала на основе WSS

№ 1’2014
PDF версия
В статье предложена, в качестве варианта применения новейших интегрально-оптических функциональных модулей — спектрально-селективных коммутаторов (WSS), имитация многоканального группового или линейного DWDM-сигнала в форме соответствующей сетки шумовых псевдоканалов. Приведена схема и описана конструкция такого имитатора в С-диапазоне. Дается пример имитации 34-канального DWDM-сигнала.

Введение

Одни из наиболее перспективных функциональных модулей, разработанных для оснащения оборудования волоконно-оптических систем на основе технологии DWDM, — это спектрально-селективные коммутаторы длин волн, обозначаемые аббревиатурой WSS (Wavelength Selective Switch). Они созданы на основе новейших достижений интегрально-оптической технологии. Модули WSS выпускают в настоящее время несколько компаний, лидирующих в разработке оборудования для оптических систем, которые обеспечивают современные требования к устройствам формирования, коммутации и обработки сложных сигналов, характерных для систем со спектральным мультиплексированием, включая и сети следующих поколений. Эти устройства применяются в ключевых узлах линейного тракта DWDM-систем, таких как реконфигурируемые мультиплексоры ввода/вывода (ROADM). Наиболее совершенные модели WSS, реализованные на основе новейшей интегральной технологии LCOS (Liquid Crystal On Silicon), с успехом используются и в других устройствах, например в полностью оптических маршрутизаторах и линейных эквалайзерах.

Здесь мы рассмотрим еще один вариант приложений WSS — для построения имитатора линейного DWDM-сигнала (ИЛС), который можно использовать при исследовании прохождения многоканальных оптических сигналов в трактах магистральных систем с большим числом каналов спектрального мультиплексирования. Принцип работы ИЛС такого типа основан на использовании типичных характеристик модулей WSS: волновые фильтры одного из выходных оптических трактов (будем считать его «рабочим трактом») настраиваются таким образом, чтобы сформировался шаблон сетки каналов, соответствующей имитируемому линейному DWDM-сигналу — по числу каналов, удовлетворению требований по расположению центральных длин волн стандартной сетке по G.694.1 и спектру передаваемых канальных сигналов. В групповой тракт WSS (CОМ-порт) подается широкополосное излучение с непрерывным спектром, генерируемое, например, источником спонтанного излучения эрбиевого волокна (так называемый Broadlighter) или, еще лучше, генератором суперконтинуума на основе импульсного лазера и фотонного кристаллического волокна с сильной нелинейностью.

В результате на выходе рабочего тракта WSS мы получим, благодаря соответствующей настройке канальных фильтров и аттенюаторов, имитацию линейного DWDM-сигнала с шумовыми псевдоканалами. С помощью такой имитации можно исследовать функцию передачи многоканального DWDM-сигнала по линии в условиях, близких к реальным. При этом отпадает необходимость в формирователе исходного сигнала, в котором установлено большое (равное числу DWDM-каналов) число высокостабильных лазерных источников. Такие формирователи требуют значительных дополнительных расходов и тщательной настройки. Применение ИЛС на основе WSS может иметь еще и преимущество использования гибкой сетки каналов с варьируемыми значениями полосы, уровней мощности и возможностей оперативной имитации различных комбинаций в составе формируемого DWDM-сигнала, передаваемого по линии.

 

Выбор схемы и пример реализации ИЛС

При выборе схемы ИЛС примем следующие исходные требования к результирующему линейному DWDM-сигналу:

  • Число DWDM-каналов в составе имитации — 34.
  • Интервал между каналами — 100 ГГц.
  • Длина волн крайних каналов:

    λ1 = 1537,4 нм (f01 = 195 ТГц);

    λ34 = 1563,86 нм (f034 = 191,7 ТГц).

  • Неравномерность по уровням каналов — 1,5 дБ.
  • Должна быть предусмотрена возможность включить в выходной сигнал ИЛС вместо любого шумового псевдоканала информационный сигнал с параметрами, соответствующими реальной передаче.

После анализа рекламных сообщений о продукции фирм, выпускающих модули спектрально-селективных коммутаторов, был сделан вывод, что для решения поставленной задачи наиболее оптимальны будут модули WSS-100-4 или WSS-100-2. Структурная схема WSS-100-4, использованного в этой работе, показана на рис. 1.

Структурная схема модуля WSS-100-4

Рис. 1. Структурная схема модуля WSS-100-4

Конструктивно модуль выполнен в виде компактного интегрально-оптического устройства, изготовленного по технологии LCOS. Рабочий оптический диапазон — от 1528,579 нм (196,125 ТГц) до 1566,928 нм (191,325 ТГц).

Модуль WSS-100-4 позволяет осуществлять электрически управляемое формирование произвольной (по ITU-T 50/100 ГГц, фиксированной или гибкой) сетки каналов с переменной шириной, определяемой числом слайсов по 12,5 ГГц, то есть 12,5; 25; 50, 100 ГГц и т. д. В каждый канал независимо от других можно ввести затухание до 20 дБ (через 0,1 дБ). Внешнее управление модулем осуществляется через RS232, набором команд, посылаемых пользователем дистанционно, или посредством придаваемого демонстрационного блока (Еvaluation Вox), включенного между WSS и ноутбуком РС со специализированным программным пакетом.

Перейдем к схеме и описанию работы собственно ИЛС, поскольку остальные элементы в нем хорошо известны и комментариев не требуют. Структурная схема ИЛС представлена на рис. 2. Требуемая сетка каналов формируется, как уже было сказано, модулем WSS-100-4 c использованием ноутбука РС, в котором установлено специализированное ПО управления оптическими трактами WSS. ПО обеспечивает требуемое число полос, ширину полосы, уровень вносимого затухания и распределение по выходным портам псевдоканалов имитируемого сигнала.

Структурная схема ИЛС

Рис. 2. Структурная схема ИЛС

Остальные элементы имеют следующее назначение:

  • Ev.Box — блок интерфейса управления модулем WSS c помощью специальной программы в PС;
  • СN1 — переходной кабель;
  • ОР 1 — оптический разветвитель (90/10) для объединения сигнала с рабочего тракта WSS и тест-сигналов DWDM-1 и DWDM-2;
  • ОР-2 — оптический разветвитель (50/50) для объединения тест-сигналов от внешних передатчиков;
  • ОУ — оптический усилитель на эрбиевом волокне (EDFA) для обеспечения необходимого уровня выходного сигнала ИЛС;
  • ОР3 — оптический разветвитель (50/50) для формирования двух идентичных сигналов на выходе ИЛС — в линию и контроль.

На входной порт общего тракта WSS подается выходное излучение от генератора ASE — cпонтанное излучение эрбиевого волокна с плоской характеристикой мощности во всем диапазоне. В нашем случае это генератор типа ZXVTE. Проходя по трактам WSS, сигнал ASE, имеющий сплошной спектр, преобразуется канальными фильтрами в сетку полос спонтанного шума, которая может заданным образом перераспределяться между выходными трактами 1–4. C помощью интерфейсного блока PC ↔ WSS (Evaluation Box) мы настраиваем распределение таким образом, чтобы набор полос спонтанного шума, соответствующий имитируемой модели DWDM-сигнала, направлялся в выходной тракт WSS c номером 1 (рабочий тракт). Остальные полосы могут направляться произвольно в тракты 2–4.

Шумовая имитация заданного DWDM-сигнала с помощью патч-корда LC–LC на лицевой панели подключается к входу (90) разветвителя ОР 1. В описываемом ИЛС предусмотрена возможность ввода в состав имитации линейного сигнала вместо одного или двух шумовых псевдоканалов DWDM-сигналов реальных цифровых каналов со скоростью передачи и форматом модуляции, которые соответствуют рабочим значениям в исследуемом линейном тракте. Эти каналы (тест-каналы) от внешних формирующих источников подаются на входы разветвителя ОР 2, с выхода которого через переменный аттенюатор АТ1, обеспечивающий требуемые уровни тест-каналов (как правило, равные уровням остальных псевдоканалов), подаются на второй входной порт ОР 1 для объединения с остальными составляющими DWDM-сигнала.

Сформированный таким образом результирующий сигнал через переменный аттенюатор АТ2, позволяющий установить желаемый уровень входного сигнала оптического усилителя, подается на входной порт ОУ. В качестве бустер-усилителя на выходе ИЛС использован компактный модуль типа HWT-EDFA-GM-FG-25C20. Этот усилитель, имеющий плоскостность усиления в диапазоне 1529–1565 нм порядка 1 дБ при номинальном коэффициенте усиления 25 дБ и мощности насыщения +20 дБм, обеспечивает уровень выходного сигнала ИЛС, достаточный для имитации терминального либо линейного узла многоканальных трактов DWDM-cистем.

Схема установки для имитации DWDM-сигнала

Рис. 3. Схема установки для имитации DWDM-сигнала

Для работы с предлагаемым имитатором необходимо собрать схему установки, показанную на рис. 3. На этой схеме обозначены:

  • РС — ноутбук с программой управления модулем WSS.
  • WXZTE — генератор плоского шумового излучения с непрерывным спектром в диапазоне спонтанного излучения эрбиевого волокна.
  • PC-ZOC v5 — персональный компьютер или ноутбук с программой дистанционного управления рабочим режимом ОУ.
  • OSA — оптический спектранализатор. В данной работе использовался OSA-160, входящий в модуль ONT-30.
  • ИОМ — измеритель оптической мощности с достаточным диапазоном измеряемых мощностей; в данной работе — прибор типа 558В.
  • AC/DC — преобразователи сетевого напряжения в рабочее.
Общий вид установки для имитации линейного DWDM-сигнала

Рис. 4. Общий вид установки для имитации линейного DWDM-сигнала

Общий вид установки для имитации DWDM-сигнала с обозначениями основных элементов показан на рис. 4. Пример спектрограммы результирующего выходного сигнала (без ввода сигналов от других источников) дан на рис. 5.

Спектрограмма выходного сигнала ИЛС на экране OSA. (На любой из каналов, входящих в состав имитации, могут быть помещены сигналы от реальных передающих модулей с λm и λn соответственно)

Рис. 5. Спектрограмма выходного сигнала ИЛС на экране OSA. (На любой из каналов, входящих в состав имитации, могут быть помещены сигналы от реальных передающих модулей с λm и λn соответственно)

Следует отметить, что общая неравномерность уровней канальных составляющих в общем укладывается в заданную величину, но не представит труда выровнять и эту неравномерность, определяемую АЧХ усилителя. (Выходная мощность составляла +17 дБм.) Для этого достаточно внести дополнительное затухание при формировании шаблона сетки сигнала на выходе WSS в соответствующие «выпятившиеся» каналы. Такая возможность упоминалась выше при описании характеристик WSS.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *