Fénytávközlő rendszerek és alkalmazások 2015 ősz Történeti áttekintés 1
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
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 (Al 2 O 3 :Cr) 1962, Robert N. Hall, első félvezető lézer (GaAs) első félvezető lézerek teljesítmény és hőmérsékleti problémákkal első üvegszálak magas (1000 db/km) csillapítással 3
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
Optikai hálózatok generációi 1. Első generáció -1975 850 nm GaAslézer 45 Mbps adatsebesség 10 km ismétlő távolság fő korlát: üvegszál csillapítása ~ 4 db 1980 1300 nm InGaAsPlézer ~ 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 egymódusúlézer + 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
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 aggregáltforgalom. 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 aggregáltforgalom. 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
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/ssebességű, 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
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