- •Волоконно-оптические сети
- •1. Основные сведения о ВОЛС
- •1.1. Общие положения
- •Преимущества ВОЛС
- •Недостатки ВОЛС
- •Типовая схема системы волоконно-оптической связи
- •1.2. Основные компоненты ВОЛС
- •Литература к предисловию и главе 1
- •2. Оптическое волокно
- •2.1. Типы оптических волокон
- •Многомодовые градиентные волокна
- •Одномодовые волокна
- •2.2. Распространение света по волокну
- •Геометрические параметры волокна
- •Типы мод
- •Длина волны отсечки (cutoff wavelength)
- •Затухание
- •Потенциальные ресурсы волокна и волновое уплотнение
- •Дисперсия и полоса пропускания
- •Межмодовая дисперсия
- •Хроматическая дисперсия
- •Поляризационная модовая дисперсия
- •2.3. Характеристики поставляемых волокон
- •Градиентное многомодовое волокно
- •Функциональные свойства одномодовых волокон
- •Литература к главе 2
- •3. Пассивные оптические компоненты
- •3.1. Разъемные соединители
- •Типы конструкций
- •Вносимые потери
- •Надежность, механические, климатические и другие воздействия
- •Стандарты соединителей
- •Оптические шнуры
- •Адаптеры быстрого оконцевания
- •Механический сплайс (МС)
- •Производители и поставщики
- •3.2. Сварное соединение волокон
- •Непрерывное соединение
- •Допускается заводская прединсталляция
- •Количественные оценки качества сварки
- •3.3. Оптические разветвители
- •Древовидный разветвитель (tree coupler)
- •Звездообразный разветвитель (star coupler)
- •Ответвитель (tap)
- •Параметры, характеризующие разветвитель
- •3.4. Устройства волнового уплотнения WDM
- •Основные технические параметры WDM фильтров
- •Широкозонные и узкозонные WDM фильтры
- •3.5. Оптические изоляторы
- •Вращение плоскости поляризации
- •Принцип действия оптического изолятора
- •Технические параметры
- •3.6. Другие специальные пассивные компоненты ВОЛС
- •Аттенюаторы
- •Оптические переключатели
- •Соединительные герметичные муфты
- •Терминирование ВОК
- •Оптический узел
- •Оптические распределительные устройства (ОРУ)
- •Оптические кроссовые устройства (ОКУ)
- •Интерконнект и кросс-коннект
- •Принципы построения оптического кроссового устройства
- •Обслуживание ОКУ
- •Оптические кроссы высокой и сверхвысокой плотности
- •Характеристики
- •Примеры инсталляции кроссового оборудования
- •Литература к главе 3
- •4. Электронные компоненты систем оптической связи
- •4.1. Передающие оптоэлектронные модули
- •Типы и характеристики источников излучения
- •Светоизлучающие диоды
- •Лазерные диоды
- •Другие характеристики
- •Основные элементы ПОМ
- •4.2. Приемные оптоэлектронные модули
- •Основные элементы приемных оптоэлектронных модулей
- •Принципы работы фотоприемника
- •Технические характеристики фотоприемников
- •Лавинный фотодиод
- •Электронные элементы ПРОМ
- •4.3. Повторители и оптические усилители
- •Проблема расстояния
- •Типы ретрансляторов
- •Повторители для цифровых линий связи
- •Конструкция
- •Оптические усилители
- •4.4. Разновидности усилителей EDFA
- •Усилители на кремниевой основе
- •Усилители на фтор-цирконатной основе
- •Литература к главе 4
- •5. Сети передачи данных
- •5.1. Мультиплексирование
- •Частотное мультиплексирование FDM
- •Синхронное временное мультиплексирование
- •Статистическое (асинхронное) временное мультиплексирование
- •Инверсное мультиплексирование
- •5.2. Сети с коммутацией каналов и пакетов
- •Коммутация каналов
- •Коммутация пакетов
- •Коммутация каналов на разных скоростях и сети ISDN
- •Протокол Х.25
- •Ретрансляция кадров Frame Relay
- •Ретрансляция ячеек Cell Relay
- •Эволюция концепций передачи информации с появлением волокна
- •5.3. Эталонная модель OSI
- •Стандарты IEEE 802
- •Литература к главе 5
- •6. Сети FDDI
- •6.1. Принцип действия
- •6.2. Составляющие стандарта FDDI
- •6.3. Типы устройств и портов
- •Топологии сетей FDDI
- •6.4. Оптический обходной переключатель
- •Подключение к сети через OBS
- •Устройство OBS
- •6.5. Кабельная система и уровень PMD
- •Стандарты MMF-PMD, SMF-PMD и TP-PMD
- •Функция регистрации сигнала уровня PMD
- •Оптические соединители
- •Сравнения оптического волокна и витой пары
- •6.6. Уровень PHY
- •Синхронизация часов
- •Кодирование и декодирование данных
- •Особенности кодирования при передаче по витой паре
- •Эластичный буфер
- •Функция сглаживания
- •Фильтр повторений
- •6.7. Уровень MAC
- •Маркеры и кадры
- •Временной анализ процессов передачи маркера и кадров
- •Мониторинг и инициализация кольца
- •6.8. Обзор уровня SMT
- •Управление соединениями СМТ
- •Управление кольцом RMT
- •Управление, основанное на передаче кадров FВМ
- •Когда рекомендуется использовать технологию FDDI
- •Поставляемое оборудование
- •Литература к главе 6
- •7. Сети Ethernet/Fast Ethernet/Gigabit Ethernet
- •7.1. Сети Ethernet
- •Формат кадра Ethernet
- •Основные варианты алгоритмов случайного доступа к среде
- •Протокол CSMA/CD
- •Спецификации физического уровня IEEE 802.3 и типы портов
- •7.2. Основные типы устройств Ethernet
- •AUI интерфейс и трансиверы Ethernet
- •Рабочая станция, сетевая карта
- •Повторитель (концентратор)
- •Коммутатор
- •Расчет параметров коллизионного домена Ethernet (Модель 1)
- •Расчет параметров коллизионного домена Ethernet (Модель 2)
- •7.4. Сети Fast Ethernet
- •Архитектура стандарта Fast Ethernet
- •Физические интерфейсы Fast Ethernet
- •Типы устройств Fast Ethernet
- •Устройство/кабельный сегмент
- •7.6. Дуплексный Ethernet
- •7.7. Сети Gigabit Ethernet (стандарты IEEE 802.3z и 802.3ab)
- •Архитектура стандарта Gigabit Ethernet
- •Уровень MAC
- •Расширение носителя
- •Пакетная перегруженность
- •Типы устройств
- •7.8. Миграция Ethernet к магистральным сетям
- •Литература к главе 7
- •8. Полностью оптические сети
- •8.1. Основные определения и элементы
- •8.2. Плотное волновое мультиплексирование
- •Мультиплексоры DWDM
- •Пространственное разделение каналов и стандартизация DWDM
- •8.3. Применение оптических усилителей EDFA
- •Технические параметры усилителей EDFA
- •Классификация усилителей EDFA по способам применения
- •Расчет числа каскадов линейных усилителей EDFA
- •8.4. Оптимизация WDM/TDM
- •Протяженность линии
- •Трибные интерфейсы
- •Существующие архитектуры SDH
- •Миграция к оптическому уровню
- •8.5. Оптические коммутаторы
- •Разветвитель-коммутатор 2х2 (элемент 2х2)
- •Оптические коммутаторы nхn
- •8.6. Волновые конвертеры
- •8.7. Классификация полностью оптических сетей
- •Простая многоволновая линия связи SMWL
- •Параметры многоволновых мультиплексных линий связи
- •8.8. AON с коммутацией каналов
- •Широковещательная AON
- •AON с пассивной волновой маршрутизацией
- •AON с активной волновой маршрутизацией
- •8.9. AON с коммутацией пакетов
- •Сеть с последовательной битовой коммутацией
- •Сеть с параллельной битовой коммутацией
- •8.10. Архитектура AON
- •8.11. Прототипы и коммерческие реализации AON
- •Литература к главе 8
- •9. Сети абонентского доступа
- •9.1. Концепции развития абонентских сетей
- •Традиционная информационная абонентская сеть
- •Гибридная волоконно-коаксиальная сеть
- •Концепция "волокно в монтажный шкаф"
- •Концепция "волокно в квартиру"
- •9.2. Сети HFC
- •Спецификации физического уровня стандарта 802.14
- •Частотное распределение потоков
- •Распределение восходящих потоков
- •Распределение нисходящих потоков
- •Физические особенности восходящих и нисходящих потоков
- •Параметры
- •9.3. Платформа доступа Homeworx
- •Предоставляемые услуги
- •Основные элементы архитектуры
- •Структура потоков и транспортные характеристики Homeworx
- •Система спектрального смещения
- •Сценарии развертывания платформы Homeworx
- •9.4. Межстудийный телевизионный обмен и система DV6000
- •Оптические параметры
- •Параметры аналогового видеоканала
- •Дифференциальная фаза, град
- •Параметры звукового канала
- •Литература к главе 9
услуг телефонии и CATV без выезда на место (дистанционный мониторинг и управление с головного узла). Имеется дополнительный слот, в который может быть установлен или модем Ethernet, или модуль ISDN, или дополнительно до двух телефонных линий.
МногопользовательскоеU устройство интеграции услуг (MISU).U
Используется для подключения абонентов при их высокой территориальной концентрации (в многоэтажных домах, на предприятиях и т. п.) и предоставляет через HFC следующие виды услуг: телефонию, подключение местных телефонов-
автоматов, Ethernet /Internet (до 512 кбит/с), Е1 транспорт, ISDN BRI, каналы Е&М, аварийную сигнализацию.
MISU имеет различные варианты исполнения от 12 до 96 телефонных линий и модульную структуру, причем все порты между HISU и различными MISU - взаимозаменяемые. MISU может устанавливаться в колодец, на подвесной кабель, в стойку, в распределительный шкаф и т. д. Питание локальное или дистанционное по коаксиальной сети,
СистемаU контроля и управления сосредоточенаU в головном узле и обеспечивает полный контроль и управление всеми элементами сети Homeworx. Имеющаяся в настоящее время система управления обеспечивает интерфейс управления к одиночному элементу или ко всем компонентам уровня управления элементами сети (сервер EML). Дистанционная диагностика и контроль, предотвращение ошибок, локализация повреждений необходимы для нормального функционирования телекоммуникационной магистрали. Одним из элементов системы управления является узел сетевого мониторинга и управления (NMCS), который собирает и обрабатывает сигналы аварии и сигналы статус-индикаторов из центрального офиса, оптического распределительного узла коаксиальных усилителей и ISU. В частности, сервер EML может быть установлен отдельно для системы управления телефонией и для учета времени телефонных переговоров.
Структура потоков и транспортные характеристики Homeworx
Восходящие потоки (от абонента к центральному офису) передаются в полосе 5-42 МГц. Под нисходящие потоки (от центрального офиса к абоненту) отведена полоса частот 50-750 (862) МГц. Полоса 750-1 ГГц зарезервирована под будущий двунаправленный широкополосный сервис (видеотелефония и др.).
Для передачи телефонных каналов применяется технология OFDM (orthogonal frequency division multiplexing), позволяющая получить эффективную плотность передачи 4,2 бита символьного потока на один герц. Передача каналов осуществляется в окне 6 МГц, в котором располагается 480 поднесущих (тонов). Система коррекции сигнала обеспечивает малый коэффициент ошибок (BER=10-P 9P ) при скорости передачи 2 Мбит/с. В полосе 6 МГц размещается 240 каналов DSO (64 кбит/с). Для восходящих телефонных каналов отводится полоса шириной 18 МГц (12-30 МГц ), поэтому максимальное число восходящих телефонных каналов в одном коаксиальном сегменте равно 720 (3х240).
Полоса частот 5-12 МГц является служебной и предназначена для осуществления мониторинга сети, передачи информации статус-контроля и управления удаленными элементами сети.
Полоса 54-550 МГц отводится под нисходящие аналоговые телевизионные каналы, В этой полосе размещается 60 каналов системы PAL, SECAM или 110 каналов NTSC, Полоса частот 625-750 МГц отводится под нисходящие телефонные потоки, при этом канальная емкость нисходящего потока в четыре раза больше, чем восходящего (2880 каналов DSO 64 кбит/с). При доминировании видеосервиса полоса частот 550-750 МГц может использоваться для передачи 400 цифровых видеоканалов, сжатых по алгоритму MPEG-2.MPEG-3 до 3 Мбит/с, с использованием алгоритмов модуляции VSB-16 или QAM-256.
ПочемуU используется технология OFDM?U Помехи при передаче цифровых сигналов бывают двух видов. Узкозонные помехи (как подразумевает название) проявляются в окрестностях определенной частоты, и оказывают длительное влияние. Импульсные (широкозонные) помехи, напротив, имеет широкую спектральную зону, но небольшое время действия. Основной причиной узкозонных помех служат широковещательные сигналы, например сигнал любительского радио. Такая помеха может также появляться непреднамеренно от электромагнитных излучений со стороны работающих электронных устройств. Хотя теоретически HFC и защищена от такого рода сигналов, любой полезный сигнал, распространяясь в коаксиальном кабеле, может испытывать интерференцию с этим шумовым фоном. Импульсный шум, приводящий к широкозонным помехам, может появляться от эпизодически появляющихся наводок, например, вследствие электромагнитного сигнала, возникающего в момент зажигания при запуске двигателя или при включении определенных электрических приборов.
Восходящий поток в сети HFC сильней подвержен влиянию шумов по сравнению с нисходящим. При этом главным источником шума являются узкозонные помехи.
Способность сигнала противостоять влиянию шумов во многом зависит от используемой модуляционной техники. Как отмечалось ранее, для восходящего потока обычно используется техника временного мультиплексирования TDM с модуляциями QPSK или QAM-16 высокой степени избыточности. Так, большое число сигналов емкостью DSO помещается на один радиочастотный (RF) носитель. Узкозонная помеха, появившаяся в любой части носителя, может привести к повреждению всех сигналов на носителе. Это создает серьезные проблемы при использовании мультиплексирования TDM, поскольку узкозонные помехи большой амплитуды могут создаваться довольно часто.
Один из основных способов борьбы против узкозонной помехи - смещение частоты носителя и соответственно всего RF блока сигнала в другую спектральную область, где помеха не сказывается. К сожалению, это требует резервирования в точности такой же области, как и размер RF блока. Резервирование таких больших областей может серьезно уменьшить и без того уже ограниченную полную емкость восходящего канала.
Системы частотного мультиплексирования FDM (в частности, OFDM) используют другой подход, Каждый из каналов DSO помещается на свой индивидуальный RF носитель, рис. 9.7. Индивидуальные RF несущие продолжают подвергаться влиянию узкозонных помех, но реально одна такая помеха, которая ранее блокировала десятки каналов DSO (когда был один но-
ситель при TDM/QPSK), теперь может влиять только на один DSO канал, не затрагивая остальные каналы. Таким образом, необходимо дополнительно зарезервировать только небольшой спектральный сегмент, в который при возникновении помех будут смещаться те каналы DSO, на несущей частоте которых возникает помеха, В результате значительно увеличивается эффективность использования предоставленной полосы в восходящем потоке.
Рис. 9.7. Рост эффективности канала при использовании TDM (OFDM) с множеством несущих
Система спектрального смещения
Обычно в ODN осуществляется частотное мультиплексирование восходящих потоков от четырех коаксиальных ветвей и дальнейшее преобразование в выходной оптический сигнал, модулируемый в области спектра 5-42 МГц. Это накладывает ограничение на предоставляемые абонентам спектральные окна в восходящем потоке; абоненты, независимо от того, подключены они к одной коаксиальной ветви или к разным, не могут использовать одну и ту же несущую частоту.
В силу дуплексной связи по БОК, восходящий поток от ODN к головному цифровому терминалу может использовать ту же область спектра, что и нисходящий поток (подобное не допустимо по отношению к коаксиальному кабелю). Этот факт позволяет в четыре раза увеличить полную пропускную способность восходящего потока в расчете на один ODN посредством спектрального смещения принимаемых потоков от трех из четырех ветвей (рис. 9.8). Радиочастотные сигналы, принимаемые ODN в диапазоне от 5 до 42 МГц от ветвей 2, 3 и 4, перед частотным мультиплексированием испытывают смещение в более высокую область спектра, в результате чего происходит спектральное уплотнение в диапазоне от 5 до 200 МГц. Поскольку головной цифровой терминал рассчитан на работу с восходящими потоками от 5 до 42 МГц, выполняется обратное спектральное смещение и распараллеливание потоков в центральном офисе. Использование системы спектрального смещения позволяет предоставлять на каждую коаксиальную ветвь весь спектральный план от 5 до 42 МГц.
Рис. 9.8. Блок-схема ODN, поддерживающего спектральное смещение для восходящих потоков
Сценарии развертывания платформы Homeworx
Модульная архитектура платформы дает возможность строить сети различного уровня сложности. Построение сети можно начинать с небольшого количества абонентов и использовать только один вид сервиса (например, только телевещание). Платформа позволяет плавно наращивать количество абонентов и поэтапно вводить новые виды сервиса, по мере роста числа абонентов и их потребностей.
Строительство сети, в зависимости от приоритета в развитии того или иного сервиса, может развертываться по трем основным сценариям: обеспечение видеосервиса; обеспечение телефонии; обеспечение видеосервиса и телефонии одновременно.
ТолькоU видеосервис.U Установка платформы Homeworx состоит из следующих этапов:
−прокладка одномодового волоконно-оптического кабеля и строительство распределительной коаксиальной кабельной сети (можно использовать существующие коммуникации, например, распределительную коаксиальную сеть местной студии кабельного телевидения;
−установка оборудования платформы Homeworx в головном узле: головного контроллера и оптических передатчиков (один передатчик может обслуживать несколько ODN при использовании ответвителей);
−установка оборудования на оптических распределительных узлах (оптических приемного телефонного и восходящего передающего модулей);
−установка оборудования на абонентской стороне (требуется установление абонентского телевизионного устройства STU, если планируется прием платных, кодированных телевизионных каналов);
−подключение к центрам кабельного и общественного телевидения;
−ввод системы в эксплуатацию.