2015.10.20.
Fénytávközlő rendszerek és alkalmazások 2015 ősz
Történeti áttekintés
1
2015.10.20.
A kezdetek 1. • Emberré válás – kommunikáció megjelenése • Információközlés meghatározó paraméterei ▫ ▫ ▫ ▫
Mennyiség Minőség Távolság Gyorsaság
• Legobjektívebb mérőszám ▫ távolság – sávszélesség szorzat
B ⋅ L ↔ [bps ⋅ m] B – adatsebesség, L – ismétlők közötti távolság
A kezdetek 2. • Beszéd, írásos dokumentum továbbítás (futár + úthálózat) • Távközlő megoldások a középkorig ▫ füstjelek ▫ őr/jelző tüzek ▫ fáklyás jelzőrendszerek ▫ tükrös jelzőrendszerek • Modernkori megoldások ▫ 1794 – optikai telegráf Claude Chappe Párzsi-Lille (200 km), 10-20 km-enként manuális átjátszó állomás
2
2015.10.20.
A kezdetek 3. • XIX. sz. ▫ ▫ ▫ ▫
1830 elektromos telegráf, Morse-kód (digitális!) 1866 első transzatlanti távíró összeköttetés 1876 telefon (Graham Bell) 1878 telefonközpont (Puskás Tivadar)
• XX. század első fele ▫ telefonhálózatok kiépülése ▫ 1940 koaxiális kábel megjelenése (3 MHz sávszélesség, 300 beszélgetés, vagy egy TV csatorna) ▫ 1948 első mikrohullámú távközlő rendszer 4 GHz-en • 1970-es évek: ▫ 274 Mbps koaxiális rendszer a csúcs 1 km ismétlési távolság BL=274 Mbps-km technológiai limit környéke volt akkor
A kezdetek 4. • Optikai távközlés lehetősége ▫ 1950-es évektől célzott kutatás ▫ 1960, első szilrádtest lézer (Al2O3:Cr) ▫ 1962, Robert N. Hall, első félvezető lézer (GaAs) első félvezető lézerek teljesítmény és hőmérsékleti problémákkal első üvegszálak magas (1000 dB/km) csillapítással
3
2015.10.20.
A kezdetek 5. • 1970-re ▫ üvegszálak 20 dB/km csillapítással ▫ GaAs lézerek szobahőmérsékleten
• Folyamatos technológiai fejlődés • Kutatás és kereskedelmi megjelenés egyre közelebb egymáshoz
WDM megjelenése
Optikai hálózatok fejlődése 1. • 1975 – optikai távközlő technológia megjelenése
4
2015.10.20.
Optikai hálózatok generációi – 1. • Első generáció - 1975 ▫ 850 nm GaAs lézer ▫ 45 Mbps adatsebesség ▫ 10 km ismétlő távolság fő korlát: üvegszál csillapítása ~ 4 dB
• 1980 ▫ 1300 nm InGaAsP lézer ▫ ~ 100 Mbps adatsebesség ▫ 40 km ismétlő távolság, szálcsillapítás ~ 1 dB fő korlát: üvegszál (módus) diszperziója (multi-módusú – MM szál)
• Második generáció – 1987 ▫ 1300 nm InGaAsP lézer + egymódusú (single-mode – SM) üvegszál ▫ 1-2 Gbps adatsebesség ▫ 50 km ismétlőtávolság fő korlát: üvegszál csillapítása [1 dB@1300nm], kromatikus diszperzió (multi módusú lézerek)
Optikai hálózatok generációi – 2. • Harmadik generáció - 1990 ▫ 1550 nm egymódusú lézer + SM üvegszál ▫ 2.5 Gbps adatsebesség ▫ eltolt diszperziójú üvegszál ▫ 60-70 km ismétlő távolság fő korlát: erősítés hiánya az optikai tartományban
• Negyedik generáció – 1995 ▫ optikai erősítők megjelenése (száloptikai erősítő megfelelő sávszélességgel) ▫ CWDM & DWDM technológia megjelenése ▫ diszperziókompenzáló szálak és technikák megjelenése ▫ 1996: 5 Gbps @11 300km transzatlanti összeköttetés ismétlő nélkül!
▫ BL > 50 000 [Gbps-km]
5
2015.10.20.
Optikai hálózatok generációi – 3. • Fejlesztési irányok ▫ Még több hullámhossz 100/50/25 GHz-es hullámhossz raszter
▫ Nagyobb sávszélesség/hullámhossz 2.5/5/10/40 Gbps
▫ optikai erősítők erősítési sávjának növelése teljes C-sáv (central): 1535-1570 nm
▫ Laboratóriumi demonstrációk: 2000: 82 csatorna, 40 GBps, 3000km, BL ~ 10 000 Tbps-km 2001: 300 csatorna, 11.6 Gbps, 7380 km, BL ~ 25 000 Tbps-km
• Ötödik generáció – 2000 ▫ hullámhossz sáv kiterjesztése L-sáv (long – 1570-1610 nm) és S-sáv (short 1480-1530 nm)
▫ Raman-erősítők megjelenése ▫ „Száraz” szálak megjelenése (nincs vízcsúcs, elvben 1310-1620 nm-ig folyamatosan használható) ▫ optikai szolitonok (diszperziót a szál nemlinearitás kompenzálja) ▫ Fázismoduláció, koherens rendszerek
Optikai hálózatok felosztása • Átviteli kapacitás szerint ▫ Szállítási (Transport) hálózatok Gerinc/mag (magas szinten aggregált forgalom. Általában nincs közvetlen hozzáférés, a Metro hálózatok forgalmát szállítja. Rendkívül nagy sebességű összeköttetéseket biztosít a végpontok között sokszor több fizikai szálon. Autentikációs, számlázási és gateway funkciókat is ellát. Metro (városi: több felhasználó együttes forgalma, azaz részben aggregált forgalom. Statisztikus multiplexelés. Felhasználási minták megfigyelhetőek. A hálózati szakaszok nagy sebességűek.) NGN
▫ Hozzáférési (Access) hálózatok (előfizetői, elosztó) sok kis forgalmú felhasználó, inkább letölt mint feltölt. A hálózati vezetékek zöme erre a szakaszra esik. (FTTX, PON)
• Távolság függvényében ▫ Nagytávolságú ▫ Rövid távolságú ▫ Tenger alatti
• Átvitel módja szerint ▫ Analóg (pl. CATV, RoF) vagy digitális ▫ WDM, TDM, SCM, stb.
• Alkalmazott eszközök szerint (tartalmaz-e aktív elemet) ▫ Aktív ▫ Passzív
6
2015.10.20.
Optikai hálózatok szintjei
Fénytávközlő rendszerek • Nagy távolságú távközlés ▫ ▫ ▫ ▫
Ismétlők közti szakasz hossza: max. 600 km Teljes összeköttetés hossza: max. 9000 km Legigényesebb és legdrágább Kulcsszavak: submarine, longhaul, OTN (Optical Transport Network)
• Rövid távolságú adatátvitel (1 m - 500 m) ▫ A legolcsóbb megoldásra törekszünk ▫ Kulcsszavak : premises network, LAN, backbone, FDDI (100 Mb/s sebességű, korai adat interface), Gigabit-Ethernet (1.25 Gb/s sebességű számítógép interface protokoll), Fibre Channel (1.06 Gb/s sebességű, számítógép I/O összekapcsolódási protokoll)
• Hozzáférési hálózat (1 km - 20 km) ▫ Ár érzékeny, kisebb technológiai követelmények ▫ Kulcsszavak : local exchange, regional interexchange, MAN, FTTC, FTTH
• Kábeltelevízió (városi elosztóhálózat) ▫ Analóg hálózat ▫ Kulcsszavak: head end, star coupler, subcarrier
7
2015.10.20.
Fénytávközlő rendszerek
Optikai távközlés tulajdonságai • • • •
Alacsony csillapítás Nagy adatsebesség Alacsony bithibaarány Magas érzéketlenség az elektromágneses interferenciára ▫ Zavarhatás ▫ Jel biztonság (lehallgathatóság szempontjából)
• • • • • •
Kétirányú jelátvitel azonos átviteli közegen Nagy hőmérséklettartomány és megbízhatóság Nincsenek földhurkok Elektromos szigetelés kis méret, alacsony súly Olcsó (?)
• Biztonsági kérdések (szem, száj)
8
