Class 1 laser device на роутере

Типы лазеров и приёмников в SFP модулях

Современный мир невозможен без применения оптических технологий при построении телекоммуникационных сетей. Разновидностей сетей достаточно много, но наиболее эффективной является построение волоконно-оптической кабельной линии. Каждый кто работал с оптическим коммутационным или передающим оборудованием, сталкивался с необходимостью применения оптических приемо-передающих устройств, таких как трансиверы или сокращенно SFP (Small Form-factor Pluggable).

Для чего предназначены трансиверы?

Трансивер (от англ. Transceiver, transmitter – передатчик и receiver – приемник) — это съемный приемо-передатчик, который преобразовывает передаваемые сигналы из оптического в электрический и обратно. Используется в активном сетевом оборудовании: маршрутизаторы, коммутаторы, мультиплексоры, медиаконвертеры.

Оптические трансиверы это небольшое, но мощное устройство, которое может передавать и принимать данные. В волоконной оптике эти данные передаются в виде световых импульсов по оптическому волокну с очень высокой скоростью и на большие расстояния. Приемопередатчик является важной частью волоконно-оптической сети и используется для преобразования электрических сигналов в оптические (световые) сигналы и оптических сигналов в электрические сигналы. С их помощью возможно увеличение скорости, дальности передачи, увеличение объема передаваемой информации за счёт применения систем спектрального мультиплексирования (WDM, CWDM, DWDM), а также возможность использования оптических трансиверов в коммутаторедля разно удалённых объектов.

Оптические трансиверы бывают разных форм и размеров, называемых форм-факторами. Какой форм-фактор использовать, зависит от типа данных, скорости и необходимого расстояния.

Что такое SFP модули?

SFP модули – это малогабаритные конструкции в металлическом корпусе с выводами для подключения к слотам активного оборудования. SFP модуль имеет 2 оптических порта: излучатель (Tx) и фотоприёмник (Rx) для работы в двухволоконном режиме.
В приемопередатчике есть лазер, который связывается с приемной стороной другой оптики на другой стороне. На одной стороне в приемопередатчике есть лазер, который передает сигнал в оптическое волокно (линию), на другой стороне, это волокно (линия) подключается на порт приемника (фотоприемника).
Для организации дуплексного канала, в обратном направлении передача информации осуществляется по той же схеме, но с использованием второго волокна. (см рис. 1)

Более сложные конструкции SFP модуля содержат оптическую призму, которая позволяет использовать для приема и передачи всего 1 волокно.
Обычно в этом случае прием и передача осуществляется на разных длинах волн
(см рис. 1)

Двухволоконный режим работы SFP модулей.

Одноволоконный режим работы SFP модулей.

Лазеры являются основными устройствами оптических приемопередатчиков. Ток, вводимый в полупроводниковый материал инжектирует лазерный свет свет посредством колебаний фотонов и усиления в резонаторе. В настоящее время наиболее распространенными лазерами являются лазеры VCSEL, FP и DFB.

Типы лазеров:

Лазер Фабри-Пероназывается FP-лазером — это полупроводниковое светоизлучающее устройство, которое излучает когерентный свет с несколькими продольными модами, используются лазерные диоды, тип которых зависит от типа волокна, а также требуемой мощности и узкополосности.

Характеристики таких устройств — большая выходная мощность, меньший угол расходимости, узкий спектр, высокая скорость модуляции, пригодность для больших расстояний. Они используются с одномодовыми волокнами на длине волны 1310 нм, реже 1550 нм, и многомодовыми волокнами на длинах 850 нм и 1300 нм, а также на длинах линий от нескольких сотен метров до нескольких километров и скоростях передачи 100 Мбит/си 1 Гбит/с.

Тип излучателя FP.

Динамические одномодовые лазеры DFB — это лазер с распределенной обратной связью. Преимущества DFB лазера в цене, он стоит в несколько раз дешевле лазеров с внешним электроабсорбционным модулятором. Отличие заключается во встроенной брэгговской решетке, которая представляет собой полупроводниковый лазер бокового излучения. Их ширина линии обычно находится в пределах 1 МГц и очень высокий коэффициент подавления боковых мод (SMSR), который теперь может достигать 40-50 дБ.

Тип излучателя DFB.

Сравнительная таблица FP и DFB лазеров:

Тип передачи	Длина волны, нм	Тип лазера	Дальность, км
1.25G, MM	1310	FP	0.55
1.25G, SM	1310	FP	3
1.25G, SM	1550	FP	3
1.25G, SM	1490	DFB	20
1.25G, SM	1310	FP	20
1.25G, SM	1550	DFB	20

Основное отличие FP от DFB в добавлении решетки Брэгга в структуру полупроводника последнего. Она действует по принципу дифракционной решетки, позволяя получить интерференционную картинку на выходе.

Перпендикулярно-излучающие лазеры (VCSEL)

Лазер с вертикальной полостью, излучающий поверхность (VCSEL), представляет собой тип полупроводникового лазера, который расположен перпендикулярно верхней поверхности. Они отличаются невысокой стоимостью, узким спектром от 0,5 ~ 1 нм и работают, как правило, с многомодовыми волокнами на длине волны 850 нм при передаче потоков 1 Гбит/с и 10 Гбит/с на расстояния в несколько сотен метров в локальных вычислительных сетях. У них большая температурная стабильность и низкое потребление энергии. Лазер VCSEL имеет много преимуществ перед лазером с торцевым лучом в производственном процессе. Лазеры с торцевым пучком не подлежат испытаниям после изготовления. VCSEL можно проверить на качество и устранить неполадки в любом производственном процессе.

Схема строения перпендикулярно-излучающего лазера.

Лазеры с внешним резонатором (EML) — это лазерный диод с модулятором электропоглощения (EAM), интегрированным в один кристалл. Являются самыми сложными и дорогостоящими. По сравнению с DML, EML имеет преимущество в приложениях с более высокой скоростью и передачей на большие расстояния из-за его меньшей дисперсии.. EML в основном используется для более высоких скоростей (> 25 Гбит / с) и больших расстояний (10-40 км) в телекоммуникационных приложениях.

Тип лазера EML.

Типы приёмников:

В оптических модулях используются приёмники 2-х типов: PIN-диод и лавинные фотодиоды APD.

Приемники PIN и APD используются в качестве приемников в оптоволоконных сетях. Главное общее преимущество оптических технологий — это высокая скорость передачи данных

PIN-диод (P—i—N)позволяет преобразовывать световые сигналы в электрические с пропорционально падающему потоку света. Имеет широкую нелегированную внутреннюю полупроводниковую область между полупроводником p-типа и полупроводниковой областью n-типа, отсюда и название PIN.

Тип приёмника PIN.

Лавинные фотодиоды (APD)широко используются в лазерных волоконно-оптических системах для преобразования оптических данных в электрическую форму. Это высокочувствительные, быстродействующие полупроводниковые датчики света.

Главное преимущество APD в том, что он имеет более высокий уровень чувствительности по сравнению с PIN. Лавинное действие многократно увеличивает коэффициент усиления диода, обеспечивая гораздо более высокую чувствительность. Однако для APD требуется более высокое рабочее напряжение. Кроме того, термин «лавина» означает, что выходной сигнал не является линейным; в результате APD также производят более высокий уровень шума, чем PIN-диод.

Тип приёмника APD.

Источник

Время на прочтение
21 мин

Количество просмотров 214K

Знание некоторых принципов легко возмещает незнание некоторых фактов.
Гельвеций

Оптические трансиверы

В настоящее время применение оптических технологий при построении телекоммуникационных сетей стало практически повсеместным. Каждый, кто имел дело с оптическим коммутационным или передающим оборудованием, сталкивался с работой оптических приемо-передающих устройств – трансиверов (англ. transceiver = transmitter + receiver).

Трансиверы предназначены для преобразования электрических сигналов в оптические для последующей передачи по волоконно-оптической линии и последующего оптоэлектронного преобразования на приеме. На начальном этапе развития волоконной оптики приемо-передатчики монтировались на печатных платах активного оборудования. Впоследствии с ростом номенклатуры таких устройств (коммутаторов, маршрутизаторов, мультиплексоров, медиаконверторов) появилась необходимость разделения частей, отвечающих за обработку информации и за ее передачу (по сути — сопряжение с оптической линией).

В последние 10-15 лет оптические трансиверы представляют собой компактные сменные модули, рассчитанные на различные параметры линий передачи и устанавливаемые в стандартизированные электрические порты активного оборудования. Это позволяет оптимизировать затраты при проектировании, и особенно — реконструкции оптических сетей. Например, возможно увеличение скорости, дальности передачи, увеличение объема передаваемой информации за счет применения систем спектрального мультиплексирования (WDM, CWDM, DWDM). Или, допустим, использовать в одном коммутаторе различные типы трансиверов для разноудаленных абонентов.

Сейчас наиболее популярным стандартом сменных оптических трансиверов стали SFP модули (англ. Small Form-factor Pluggable). Они представляют собой малогабаритные конструкции в металлическом корпусе (для механической защиты и электромагнитного экранирования) с выводами для подключения к слотам активного оборудования. Также в модуле имеется два оптических порта: излучателя (Tx) и фотоприемника (Rx) для работы в двухволоконном режиме. В одноволоконных SFP есть только один оптический порт, а направление передачи и приема разделяется внутри модуля с помощью встроенного WDM-мультиплексора (BOSA, Bidirectional Optical Sub-Assemblies). В таком случае трансиверы работают в паре на двух длинах волн.

На плате модуля кроме, собственно, излучателя и фотодетектора находятся схемы обеспечения тока накачки излучателя, преобразования в линейный код, смещения на фотодетекторе, термостабилизации и т. д.

Рис.1. Структурная схема сменного оптического трансивера

TIA — трансимпедансный усилитель;
LimA — ограничивающий усилитель;
DDM — модуль цифровой диагностики;
EEPROM — ПЗУ с параметрами модуля;
О/Е — опто-электронный преобразователь;
Е/О — электронно-оптический преобразователь.

Все модули поддерживают режим «горячей замены» (HotSwap) в процессе работы. В большинстве современных конструкций реализована функция цифрового мониторинга DDM (Digital Diagnostics Monitoring), которая позволяет контролировать с внешнего терминала внутреннюю температуру, напряжение источника питания, ток смещения лазера, выходную мощность лазера и уровень принимаемого оптического сигнала.

Геометрические размеры, механические параметры, электропитание, параметры электрических интерфейсов и другие данные модулей прописаны в спецификации MSA SFF-8704i.

Что касается параметров оптического интерфейса, то они в достаточно обобщенном виде описаны в стандартах по сетям Ethernet: 802.3u (100BASE-X), 802.3ae (1000BASE-X), 802.3ae (10GBASE-X) и другие.

Таб.1. Стандарты оптических интерфейсов Ethernet

* Интерфейс не стандартизирован, но активно применяется на рынке.
** По некоторым источникам — до 100 км

Стандарт SFP предусматривает передачу информации со скоростью 1Гбит/с с возможностью передачи 100 Мбит/с либо только 100 Мбит/с. Для передачи более высокоскоростных потоков в дальнейшем были разработаны SFP+ (10 Гбит/с), XFP (10 Гбит/с), QSFP+ (40 Гбит/с), CFP (100 Гбит/с). Однако при более высоких скоростях производится обработка сигналов на более высоких частотах. Это требует большего теплоотвода и, соответственно, больших габаритов. Поэтому, собственно, форм-фактор SFP сохранился еще только в модулях SFP+.

В данной статье мы будем говорить только о параметрах наиболее популярных сейчас модулей SFP, SFP+ и XFP, так как модели трансиверов на скорости более 10 Гбит/с — это отдельный и достаточно интересный вопрос.

Здесь же мы, не претендуя на полноту материала и не приводя математических выкладок, рассмотрим, в первую очередь, систему параметров оптических интерфейсов приемо-передающих модулей. Понимание сути параметров позволит правильно спроектировать сегменты оптических сетей: выбрать оптимальные параметры излучателя и фотоприемника при минимальных затратах.

Параметры оптического излучателя

Тип излучателя (Transmitter type).
Как правило, в качестве излучателей используются лазерные диоды, тип которых зависит от типа волокна, а также требуемой мощности и узкополосности. Лазеры Фабри-Перо (FP) отличаются средней мощностью, широким спектром излучения и относительно невысокой стоимостью (Рис. 2). Они используются с одномодовыми (на длине волны 1310 нм, реже – 1550 нм) и многомодовыми волокнами (на длинах волн 850 нм и 1300 нм) при длинах линий от нескольких сотен метров до нескольких километров и скоростях передачи 100 Мбит/с и 1 Гбит/с. Вертикально-излучающие лазеры (VCSEL) были разработаны для локальных оптических сетей. Они отличаются невысокой стоимостью, узким спектром и работают, как правило, с многомодовыми волокнами на длине волны 850 нм при передаче потоков 1 Гбит/с и 10 Гбит/с на расстояния в несколько сот метров. Динамические одномодовые лазеры с распределенной обратной связью (DFB) отличаются узким спектром при средней и большой мощности. Технология производства с подавлением боковых мод излучения определяет стоимость большую, чем у двух предыдущих типов лазеров. Предназначены они для работы с одномодовыми волокнами на длинах волн 1310 нм и 1550 нм, при передаче информации со скоростью 1 Гбит/с, 10 Гбит/с и более на расстояния в десятки километров (с усилителями – несколько сот километров). Такие излучатели используются и в CWDM системах. Самые сложные и дорогостоящие лазеры с внешним резонатором (EML) отличаются исключительно узким спектром. Это принципиально важно при передаче высокоскоростных потоков (10 Гбит/с, 40 Гбит/с, 100 Гбит/с) на большие расстояния, особенно на длине волны 1550 нм, где в волокнах достаточно большая хроматическая дисперсия. Узкополосные лазеры EML используются также в системах спектрального мультиплексирования CWDM и DWDM. Следует отметить, что далеко не всегда производители указывают в спецификациях тип излучателя.

Тип волокна (Fiber type).
Для передачи оптических сигналов, как правило, используют два основных типа волокон: многомодовое (ММ) и одномодовое (SМ). Соответственно излучатель и фотодетектор оптического трансивера должны быть предназначены для работы с одним из этих двух типов волокон. Обычно это отражается в их маркировке и технической спецификации. Особенности типов волокон (например, ОМ3, ОМ4 – для многомодовых или DS, NZFSF, BIF – для одномодовых) учитываться не должны. Другое дело что коэффициент затухания, коэффициент хроматической дисперсии, коэффициент широкополосности (только для ММ) и прочие параметры применяемых типов волокон должны обязательно учитываться при расчете бюджета мощности, суммарной дисперсии, длины линии и т.д.

Количество оптических портов.
В двухолоконных оптических трансиверах используется два порта: оптический излучатель (Tx, Transmitter) и фотоприемник (Rx, Receiver). Такие модули используют для передачи в двух разных направлениях два волокна и одну рабочую длину волны. В последнее время значительно чаще применяются одноволоконные трансиверы с одним оптическим портом. Они работают, что называется «в паре»: передача в двух разных направлениях по одному волокну идет на двух рабочих длинах волн. Сигналы передачи и приема разделяются внутри модуля с помощью встроенного WDM-мультиплексора.

Тип оптического разъема (Connector type).
Для подключения к оптической линии могут использоваться самые разнообразные типы разъемов. Сейчас в сетях Ethernet наиболее популярны малогабаритные разъемы типа LC (в двухолоконных и одноволоконных модулях), а также SC (только в одноволоконных модулях).

Ширина спектральной линии (Max. Spectral Width).
Этот достаточно важный параметр зависит от типа излучателя. Чем больше ширина спектральной линии, тем больше суммарная хроматическая дисперсия в линии (Total chromatic dispersion). Для систем связи на многомодовых волокнах превалирующей является межмодовая дисперсия, поэтому там часто используются менее дорогие и более широкополосные излучатели типа FP или VCSEL. Поскольку они имеют линейчатый спектр (Рис. 2), то для них нормируется среднеквадратичная ширина спектра (RMS), которая составляет примерно 3…5 нм для FP и 0,5…1 нм для VCSEL. Лазеры DFB и EML имеет в спектре один ярко выраженный лепесток (одну продольную моду) и внутреннюю структуру подавления других (боковых) мод. Поэтому их спектр определяется по центральному лепестку на уровне -20 дБ. Для DFB он составляет 0,1…0,5 нм, а для EML – порядка 0,01…0,08 нм.

Коэффициент подавления боковых мод (Side Mode Suppression Ratio, SMSR).
Этот параметр относится только к лазерам DFB и EML. Он показывает, на сколько дБ амплитуда первой боковой моды (лепестка) меньше амплитуды центральной продольной моды (см.рисунок [Спектры излучателей]). Таким образом, дается численная характеристика качества избирательности резонатора излучателя. Обычно минимальное значение SMSR нормируется на уровне 30 дБ.

Рис.2 Типичные спектры лазерных излучателей различных типов

Центральная длина волны (Transmitter Central Wavelength).
Это — длина волны, на которой передается наибольшая мощность излучения. Для лазеров типа DFB и EML она практически совпадает с пиковой длиной волны. Обычно для передачи сигналов используются длины волн локальных минимумов затухания («окон прозрачности») в оптических волокнах: 850 нм или 1310 нм – для многомодовых волокон; 1310 нм или 1550 нм – для одномодовых. Для оптических трансиверов CWDM, DWDM длина волны соответствует сетке частот, указанных в Рекомендациях ITU-T G.694.2 и G.694.1 соответственно (см. таблицу 2).

Таб. 2. Длины волн оптических трансиверов CWDM

Максимальная и минимальная мощность излучателя (Max./Min Average output power, Mean launched power).
Средний уровень мощности на выходе излучателя, т.е. мощности, вводимой в волокно. Средний — имеется в виду не уровень пиковый. Как правило, в спецификациях дается два значения: максимальный и минимальный. Технология производства оптических излучателей (TOSA, Transmitter Optical Sub-Assemblies) подразумевает некоторый разброс параметров. Реальная выходная мощность будет находиться в пределах между максимальным и минимальным значением. Но при расчете бюджета мощности в линии следует учитывать именно минимальное значение средней мощности.

Рис.3. Уровни мощности оптических сигналов при передаче их по линии

Глаз-диаграмма (Eye pattern).
Является графическим представлением цифрового сигнала, позволяющим оценить качество передачи. Она представляет собой результат наложения всех импульсов реальной последовательности на тактовом интервале. Перекрытие импульсов «1» и «0» и образует, собственно, «глаз» (Рис. 4). Его вертикальный раскрыв определяется уровнями единичным и нулевым, а горизонтальная растянутость – временем нарастания (Rise Time) и спада (Fall Time) импульсов. Поскольку форма выходных сигналов носит вероятностный характер, результирующий глаз всегда несколько «размыт». Для нормирования глаз-диаграммы предусматривается специальный шаблон (Eye pattern mask), в который должны вписываться все вариации.

Международными стандартами (ITU-T G.957, IEEE 802.3) прописаны формализованные параметры типа X и Y, определяющие границы элементов шаблона. Принципиально важно сохранение правильной формы сигнала на приемной стороне. Однако, наличие помех при передаче сигналов по линии приводит к сокращению области раскрыва глаза. Искажения по амплитуде определяется результирующими искажениями вследствие межсимвольных переходов, наложения мощности переотраженных импульсов, неидеальности характеристик усилителей и т.п. Уменьшения раскрыва возникают из-за дисперсионных искажений, дрожания фазы (джиттера) и других факторов, влияющих на искажение фронтов импульсов. Амплитудные и временные искажения могут также привести к тому, что на приемном устройстве будет неоптимально выбран момент и уровень принятия решения о соответствии «1» или «0». Численно глаз-диаграмма характеризуется параметрами OMA и ER, которые рассматриваются далее.

Рис.4. Глаз-диаграмма выходного оптического сигнала

Амплитуда оптического модулированного сигнала (Optical Modulation Amplitude, OMA) и Коэффициент гашения импульса (Extinction Ratio, ER).
Оба этих параметра характеризуют величину раскрытия «глаза» в глаз-диаграмме. Разница в том, что OMA характеризует разность уровней оптической мощности «1» и «0» в привязке к их абсолютным значениям (в дБ или мВт), а ER характеризует отношение этих уровней друг к другу (как безразмерная величина или в дБ). После прохождения сигналом оптической линии передачи амплитуда сигнала уменьшается, уменьшается и OMA. А поскольку уменьшаются уровни соотношения и «1» и «0», то их соотношение ER практически не меняется. Эти параметры важны для оценки коэффициента ошибок на приеме. С их помощью рассчитывается такая характеристика, как ухудшение качества сигнала на приеме вследствие уменьшения мощности импульса (Power Penalty). Реальные минимальные значения ER обычно составляют 8,2…10 дБ для трансиверов 100 Мбит/с и 1 Гбит/с.

Для больших скоростей и небольших расстояний специфицируются меньшие значения – 3,5…5,5 дБ. Несмотря на то, что большее значение ER предполагает лучшие условия распознавания сигналов на приеме, обеспечить на выходе передатчика большую разность уровней «1» и «0» бывает довольно сложно технически. Более высокий верхний уровень ограничен температурным режимом источника излучения. А понижение уровня «0» усложнит его распознавание на приеме.

Рис.5. Уровни мощности и амплитуда выходного оптического сигнала

Чувствительность фотоприемника (Receiver Sensitivity).
Чувствительность характеризует минимальный уровень мощности, принимаемой фотодетектором, при котором еще обеспечивается заданное значение коэффициента ошибок. Более низкий уровень чувствительности, естественно, позволяет повысить динамический диапазон всей системы (Рис. 3). Однако при малых детектируемых мощностях могут сказываться собственные дробовые и тепловые шумы фотодетектора. Как правило, чувствительность фотоприемника находится в пределах -15…-21 дБ для SFP, рассчитанных на линии длиной в несколько километров, -14…-28 дБ для линий 20 — 40 км, -32…-35 дБ для линий 80 — 160 км и -40…-45 дБ для линий около 200 км. Нужно учитывать, что чувствительность приемника зависит от скорости передачи. Например, для скорости 10 Гбит/с практически не встречается чувствительность ниже -24 дБ. При низких уровнях принимаемого сигнала обычно применяют лавинные фотодиоды, которые, однако, вносят достаточно большие шумы. Для увеличения чувствительности требуется увеличение чувствительной площадки фотодетектора. С другой стороны, это ограничивает быстродействие фотодиода, так как увеличится время рассасывания зарядов, а также возрастают задержки лавинного умножения.

Уровень перегрузки фотоприемника (Receiver overload).
Показывает максимальный уровень мощности, который можно подавать на фотодетектор. Превышение этого уровня приведет к нелинейному режиму работы и резкому увеличению коэффициента ошибок на приеме, а при большей мощности – к разрушению чувствительной площадки фотоприемника. То есть происходит элементарный пробой обратно смещенного фотодиода. Некоторые производители даже разделяют эти два состояния, специфицируя «уровень искажений» (receiver overload saturation) и «уровень разрушения» (receiver overload damage). В любом случае не стоит экспериментировать с перегрузками фотоприемника. На это особо следует обращать внимание при сборке макета линии «на столе». Если уровень перегрузки приемника по спецификации выше допустимой минимальной мощности передатчика, категорически запрещается соединять патчкордом напрямую излучатель с фотодетектором. В этом случае обязательно нужно использовать вставку – аттенюатор с затуханием как минимум на величину разности двух параметров. Обычно уровень перегрузки фотодетектора находится в пределах -3…+2 дБм. Однако для некоторых модулей он может составлять -8…-10 дБм. Само по себе это значение ничего не говорит о качестве приемника. Необходимости только соблюдать осторожность, чтобы не сжечь дорогостоящий модуль.

Общее выходное дрожание фазы (Total Jitter).
Дрожание фазы (джиттер) оптического передатчика проявляется в смещении импульса на тактовом интервале или смещении фронтов импульса. Как правило, причина джиттера в неидеальности задающего генератора и систем фазовой автоподстройки частоты. Впоследствии, на приеме, это может привести к смещению момента времени, в который происходит принятие решения об уровне сигнала. Такая рассинхронизация особенно неприятна для сетей и систем, работающих в синхронном режиме. Сети Ethernet менее чувствительны к дрожанию фазы на передаче. Общий джиттер нормируется либо в единицах времени (пс), либо как часть тактового интервала (UI), на котором произошло смещение пика относительно другого пика (p-p). Типичным требованием является 0,24 UI или 0,35UI для Gigabit Ethernet и 0,21 UI для 10G Ethernet. Некоторые производители еще отдельно специфицируют дрожание фазы, вызванное содержанием данных (Data Dependent Jitter, DDJ) и собственный джиттер, не связанный с передачей сигналов (Uncorrelated Jitter, UJ), но эти уточнения не столь существенны.

Рис.6. Джиттер передаваемого сигнала

Минимальная относительная плотность мощности шума (Relative Intensity Noise, RIN).
Параметр, характеризующий собственные шумы излучателя в заданной полосе частот. Они возникают в результате спонтанного излучения источника и зависят от температурного режима, соотношения тока смещения и порогового тока. Мощность шумов уменьшается пропорционально квадрату средней мощности излучения. Приемлемым значением является – 120…130 дБ/Гц. Чем больше дальность и скорость передачи, тем меньшую плотность шума (т.е. большее абсолютное значение со знаком минус) желательно иметь. Для справки можно добавить, что излучатели для передачи аналоговых сигналов (например, в сетях кабельного телевидения) имеют на 20 — 30 дБ ниже.

Потери на отражение от приемника (Receiver Reflectance, Return Loss, RL).
Этот параметр показывает, на сколько дБ сигнал, отраженный от порта приемника, ниже уровня сигнала, подаваемого на этот порт. Соответственно, чем больше затухает отраженный (не полезный) сигнал, тем лучше. Тогда параметр становится больше по абсолютному значению со знаком минус. Как правило, RL специфицируется на уровне -21…-28 дБ. Однако для интерфейсов, рассчитанных на небольшие длины линий (типа S), в разъеме со стороны фотодетектора может находиться не приемное волокно в феруле, а открытая площадка фотодетектора. Тогда потери на отражение нормируются на уровне -12…-14 дБ. Т.е., по сути, указывается величина отраженной мощности при Френелевском отражении на границе раздела стекло/воздух. Это позволяет удешевить оптический SFP модуль при приемлемых параметрах передачи. Аналогичный параметр иногда специфицируется и для порта передатчика (Transmitter Reflectance), с примерно такими же значениями в дБ. Однако измерять его сложно, а учитывать в расчетах нет необходимости, поскольку нас может интересовать только мощность излучателя, реально вводимая в волокно.

Динамический диапазон (Attenuation range, AR, Optical link loss).
Показывет в дБ, какие потери мощности сигнала можно допустить без потери качества передаваемой информации, т.е. без увеличения коэффициента ошибок выше заданного. Динамический диапазон не всегда указывается в спецификациях производителей, но легко высчитывается как разность между минимально допустимой мощностью оптического излучателя и чувствительностью фотодетектора. Для небольших скоростей передачи и/или небольшой дисперсии в линии именно динамический диапазон трансиверов является ключевым параметром, определяющим максимальную дальность передачи или длину регенерационного/усилительного участка. Например, для трансиверов, работающих на длине волны 1550 нм, AR составляет ~14 дБ для линии 40 км, ~23…24 дБ – для 80 км, ~28…29 дБ – для 100 км, ~32…34 дБ – для 120 км. Вообще выбрать примерный динамический диапазон трансивера можно самостоятельно, умножив средние потери в линии с учетом сварок (~0,25 дБ/км для λ = 1550 нм и ~0,38 дБ/км для λ = 1310 нм) на длину линии и добавив в качестве эксплуатационного запаса 2-3 дБ.

Допустимая дисперсия (Dispersion Tolerance, DT).
Показывает максимальное значение дисперсии, которое допускается на линии передачи (или регенерационном участке), без существенного ухудшения качества информации. Ухудшение происходит вследствие межсимвольной интерференции (частичном наложении импульсов соседних тактовых интервалов) при передачи цифровой последовательности сигналов. Это может привести как к переходным влияниям между каналами, так и к шумам синхронизации на приеме. Допустимая дисперсия специфицируется для передачи по одномодовым волокнам. В принципе, в качестве допустимой должна учитываться среднеквадратическая сумма хроматической и поляризационной дисперсии. Но на практике при скоростях до 10 Гбит/с и длинах линий до 100 км существенна только первая составляющая. Во-первых, она значительно больше, особенно в диапазоне длин волны 1550 нм. А во-вторых, суммарная хроматическая дисперсия растет пропорционально длине линии, а поляризационная – пропорционально квадратному корню из длины. Допустимая дисперсия указывается в пс/нм. Если специфицированное значение разделить на коэффициент хроматической дисперсии волокна в пс/(нм•км), то можно примерно определить допустимую длину линии передачи, ограниченную дисперсионными искажениями. Этот параметр не всегда указывается в спецификациях производителя, чаще — для одноволновых трансиверов, работающих в диапазоне 1550 нм или трансиверов CWDM в диапазоне 1470 – 1610 нм. Обычные значения DT составляют 800 пс/нм (для линий до 80 км), 1600 пс/нм – до 80 км, 2400 пс/нм – до 120 км. Для меньших расстояний дисперсия обычно не нормируется.

Ухудшение качества передачи за счет дисперсии (Dispersion Penalty, DP).
Этот параметр характеризует ухудшение соотношения сигнал/шум на приеме вследствие влияния дисперсии на проходящий сигнал. Влияние заключается в уменьшении амплитуды сигнала и растягивании фронтов на соседние тактовые интервалы. Соответственно, ухудшение будет больше, чем больше общая дисперсия в линии и меньше интервал. Численно DP определяется логарифмом величины обратно пропорциональной произведению коэффициента хроматической дисперсии, ширины спектральной линии источника, длины линии и линейной скорости передачи информации в квадрате.

Обычно значение DP специфицируется для высокоскоростных интерфейсов, рассчитанных на длинные линии передачи. Приемлемое значение параметра находится в пределах до 4 дБ. В противном случае нужно делать более точный расчет проекта по результирующим шумам и предпринимать какие-то технические меры. Например, использование оптической или электронной компенсации хроматической дисперсии.

Рис. 7. Зависимость ухудшения качества передачи за счет дисперсии от длины линии при различной скорости передачи и ширине спектральной линии излучателя.

Сертификация оптических трансиверов

Сначала несколько слов о принципах проведения сертификации. Весьма распространено мнение, что сертификация – это контроль качества продукции. На самом деле, сертификация это процедура подтверждения определенных параметров изделия, требованиям определенных стандартов. Не больше и не меньше.
Сам сертификат содержит перечень стандартов, соответствие которым было подтверждено испытаниями, документами, расчетами. С другой стороны, если, например, в некоторой цепочке А-В-С у вас есть сертификат как доказательство соответствия элемента «В» соответствующим ему стандартам, то можно быть уверенным, что если используются стандартизированные стыки «А-В» и «В-А», то вся цепочка будет работать. А это уже немаловажно, например, для сферы телекоммуникаций, где обычно используются многокомпонентные сети и системы.

Еще одно важное полезное качество сертификации – это проведение лабораторных испытаний в аккредитованной независимой лаборатории. Даже при очень высоком уровне производства и вашем полном доверии к производителю всегда полезно провести испытания «на стороне». Особенно если это действительно испытания, а не отписка. Во-первых, даже «самые брендовые бренды» были не раз замечены в несоответствии стандартам, хотя и не так часто, как «кустари» различных мастей. А во-вторых, поведение испытаний часто позволяет не только реально измерить значения параметров, но и проанализировать их запас (margin) по отношению к пределам (limit), предусмотренных стандартами. По этому запасу, отчасти, можно судить о надежности устройства или системы.

В этом и заключалась наша цель. Провести реальные испытания хорошими поверенными приборами, получить результаты по основным параметрам передачи оптических трансиверов FoxGate и получить сертификат соответствия для предоставления его нашим заказчикам.

Конечно, SFP-модули не относятся к перечню обязательной сертификации, так как не являются бытовыми устройствами или устройствами с повышенной опасностью функционирования. Поэтому проводилась добровольная сертификация. Однако, для получения сертификата УкрСЕПРО с подтверждением возможности использования оборудования на сетях общего пользования Украины нам необходимо было выполнить два условия. Во-первых, используемые стандарты должны были соответствовать «Перечню стандартов и норм, которым должны соответствовать технические средства проводной электросвязи, которые предназначены для использования в телекоммуникационной сети общего пользования Украины». И, во-вторых, Орган по сертификации и испытательная лаборатория должны быть аккредитованы при Администрации связи Украины. Мы выбрали испытательную лаборатории «Энергосвязь» (нач. – Колченко А.В.), зная ее хорошую оснащенность средствами измерения для сетей SDH и Ethernet, а также высокий профессионализм сотрудников, большинство из которых занимаются волоконной оптикой более 10-15 лет.

Выбор измеряемых параметров

Вполне естественно, что в процессе сертификационных испытаний проверяются не все параметры, указанные в технических спецификациях производителей или в стандартах. Часть параметров измерять достаточно сложно. И для этого требуется специализированное и дорогостоящее оборудование. Причем, чем выше полоса частоты (или скорость передачи) — тем более дорогое оборудование требуется. А затраты на проведение аттестации и поверки, да еще и немалые средства на постоянное подтверждение аккредитации, не способствуют хорошей оснащенности наших лабораторий современными средствами измерений.

Иногда же оптическое измерительное оборудование приемлемой точности достаточно габаритное и громоздкое. Скорее оно пригодно для заводских условий, где есть место для его установки и целесообразность его использования для контроля на потоке.

Поэтому при выборе объема проводимых испытаний/измерений всегда присутствует рациональный подход:

провести как можно больше испытаний для подтверждения нормам (и главное принципам!) технических стандартов;
не вдаваться в сложные, дорогостоящие и долговременные испытания;
по возможности провести испытания (даже не входящие в стандарты, но специфицированные в документах производителя), которые дали бы возможность заказчику оценить работоспособность и надежность устройств.

Исходя из этого, мы согласовали с сертификаторами программу испытаний, в которую, в целом, вошли основные энергетические параметры оптического интерфейса (поскольку это важно для расчета линий), а также спектральные характеристики и глаз-диаграмму, которые позволяют проверить качество выходного сигнала (важно для работы линий на предельных расстояниях и с течением времени). Характеристики электрических интерфейсов трансиверов также проверялись, но на этих результатах мы останавливаться не будем, поскольку они, как правило, не вызывают вопросов при работе оптических модулей.

На сертификацию было выставлены следующие малогабаритные оптические трансиверы торговой марки FoxGate:

19 типов модулей SFP (100 Мбит/с … 1 Гбит/с): одноволоконных и двухволоконных, для многомодовых и одномодовых волокон, на длины волн 1310/1490/1550/1570 нм, на расстояния от 3 до 120 км;
15 типов модулей SFP+ (1 Гбит/с … 10 Гбит/с): одноволоконных и двухволоконных, для многомодовых и одномодовых волокон, на длины волн 850/1310/1550 нм, на расстояния от 0,3 до 80 км;
15 типов модулей XFP (10 Гбит/с): одноволоконных и двухволоконных, для многомодовых и одномодовых волокон, на длины волн 850/1270/1310/1550 нм, на расстояния от 0,3 до 80 км;
3 типа модулей SFP CWDM (100 Мбит/с … 1 Гбит/с): двухволоконных, для одномодовых волокон, на 18 длин волн согласно сетке частот ITU-T G.694.1, на расстояния 40/80/120 км;
3 типа модулей SFP+ CWDM (10 Гбит/с): двухволоконных, для одномодовых волокон, на 18 длин волн согласно сетке частот ITU-T G.694.1, на расстояния 20/40/70 км;
3 типа модулей XFP CWDM (10 Гбит/с): двухволоконных, для одномодовых волокон, на 18 длин волн согласно сетке частот ITU-T G.694.1, на расстояния 20/40/70 км.

Рис. 8. Оптические трансиверы FoxGate

Результаты измерений энергетических параметров оптического интерфейса

* Средняя выходная мощность излучения определялась на рабочих длинах волн с помощью оптического измерителя мощности ОТ-2-5.

Рис. 9. Измерение выходной оптической мощности трансиверов

Результат находился в пределах диапазона между специфицированным максимальным и минимальным значением. В среднем измеренная мощность превышала минимальную на 3…5 дБ. Минимальный запас – 2,3 дБ.

* Очень интересно было проконтролировать стабильность уровня излучения оптического передатчика во времени. В результате можно отметить, что при включении излучатель входит в режим за несколько минут. После этого средняя выходная мощность может изменяться не более чем на 0,01 дБ в течение 10 минут (дольше не ждали). Интересно, что наиболее быстро входили в режим излучатели XFP и все три линейки источников CWDM (особенно SFP), которым хватало и полминуты.

* Чувствительность фотоприемника измерялась с помощью оптического измерителя мощности ОТ-2-5 и переменного аттенюатора PHOTOM-7081ZA.

Рис. 10. Измерение чувствительности оптического приемника

* Потери на отражение на фотодетекторе определялись с помощью прибора ИВПо (см. рис. 11). В процессе испытания от внутреннего калиброванного источника немодулированный сигнал подавался на фотодетектор. Отраженный сигнал возвращается на тот же порт, и через внутренний ответвитель попадает на регистрирующий фотодетектор. Результаты оказались в пределах специфицированных значений: около 14 дБ для модулей с открытыми фотодетекторами и 34…37 дБ для детекторов с ферулой.

Рис. 11. Измерение затухания отражения оптического приемника

* Анализ глаз-диаграммы проводился с помощью анализатора телекоммуникационных сигналов Tektronix CSA803C. Это достаточно сложное само по себе измерение, поскольку нужен специализированный анализатор (осциллограф) с огромной широкополосностью – до нескольких ГГц и нескольких десятков ГГц в зависимости от скорости передаваемого потока данных. Кроме того, важно этот сигнал засинхронизировать и максимально снизить влияние высокочастотных помех и наводок. С учетом аппаратных возможностей лаборатории анализ проводился только для модулей на 1 Гбит/с. Как и ожидалось, глаз-диаграммы на выходе излучателей вполне укладывались в маску.

Рис.12. Измерение глаз-диаграммы на выходе оптического передатчика

* Уровень перегрузки фотоприемника большинства образцов не измеряли, дабы не сжечь модуль. В тех случаях, когда уровень перегрузки был выше максимального выходного уровня излучателя, мы убедились в работоспособности трансивера при соединении напрямую «с выхода на вход».

Результаты измерений спектральных параметров

Сертификационные лаборатории крайне редко оснащены средствами измерения, позволяющими просмотреть спектральные характеристики компонентов в оптическом диапазоне. Даже не новые приборы, достаточно дорогостоящие. А если прибавить к этому проблемы с их метрологической аттестацией, затраты на аттестацию и периодические поверки, то становится понятным почему никто особо не стремится такие приборы иметь на балансе.
Картинки спектров всех типов оптических модулей, а также их спектральные параметры в испытательной лаборатории «Энергосвязь» получали с помощью сетевого анализатора Acterna ONT-50 в диапазонах 1310 нм и 1550 нм, а также Yokogawa AQ6370 в диапазоне 850 нм.

* Общий вид полученных спектров соответствует теоретическим (описанным выше) для излучателей типов FP, VCSEL, DFB, EML.

Рис. 13. Результаты измерений спектров оптических излучателей

* Порадовали результаты измерения ширины спектральной линии источников излучения. Для FP лазеров среднеквадратичная ширина спектра (RMS) составила 1,5…1,7 нм при специфицированных 3,5…4 нм. Кроме того, спектроанализатор автоматически высчитывает полную по половине максимума ширину спектра (FWHM), которая для Гауссова распределения определяется как 2,35 ширины спектра RMS. Лазеры DFB показали значения 0,12…0,45 нм при норме 1 нм. А самый узкий спектр ожидаемо оказался у лазеров с внешним модулятором (EML) – 0,02…0,08 нм. Это позволяет обеспечивать большую дальность передачи даже на скорости 10 Гбит/с не опасаясь влияния хроматической дисперсии.

* Центральная длина волны для лазеров типа DFB и EML определяется достаточно легко по пиковому значению основной моды излучателя. Для лазеров FP и VCSEL в расчет принимается средневзвешенная длина волны с учетом всех основных мод, которая может несколько отличаться от пиковой. Полученные результаты для всех модулей соответствовали спецификации. Отличие длины волны от номинальной составляло ±3…8 нм (при норме от ±10 нм до ±40 нм) для обычных SFP, SFP+, XFP без дальнейшего оптического уплотнения. К оптическим трансиверам CWDM предъявляются более жесткие требования: допустимое отклонение -6/+7,5 нм от номинальной длины волны, соответствующей сетке частот G.694.2. При измерениях разброс составил всего ± 0,4…2,4 нм.

Рис.14. Измерение спектров на выходе оптических передатчиков

* Стабильность центральной длины волны (во времени) – не нормируемый параметр. Однако он, как и стабильность выходной мощности, в какой-то степени характеризует качество передающей части модуля. Дрейф центральной длины волны прекращался примерно в течение 20…30 секунд. Для CWDM трансиверов стабилизация происходила за 3…5 секунд.

* Измеренный коэффициент подавления боковых мод значительно превысил норму — 30 дБ. Лазеры DFB имели значение SMSR в пределах -37…-32 дБ, а EML — в пределах -39…-50 дБ. Это говорит о хорошей избирательности излучателя, т.е. о качестве изготовления внутренней периодической решетки в структуре полупроводника.

Заключение

Сертификационные испытания оптических трансиверов FoxGate подтвердили соответствие параметров электрического и оптического интерфейса требованиям международных стандартов. Результаты, полученные для нормируемых оптических характеристик, находились в заданных пределах, а величина запаса позволила судить о длительной надежной работе модулей, а также о возможности работы на линиях передачи, несколько превышающих по длине расчетные. Дополнительно исследованные характеристики позволили косвенно говорить о высоком качестве компонентов и сборки, что обеспечивает хорошую надежность модулей.
Испытательная лаборатория «Энергосвязь» продемонстрировала хорошую оснащенность современными измерительными приборами оптического диапазона, а также высокий технический и методологический уровень подготовки инженеров-испытателей.

Источник

Optical Service Channel Cards

This chapter describes the optical service channel (OSC) cards for Cisco ONS 15454 dense wavelength division multiplexing (DWDM) networks. For installation and card turn-up procedures, refer to the Cisco ONS 15454 DWDM Procedure Guide. For card safety and compliance information, refer to the Cisco Optical Transport Products Safety and Compliance Information document.

Note Unless otherwise specified, “ONS 15454” refers to both ANSI and ETSI shelf assemblies.

Chapter topics include:

Card Overview
Class 1 Laser Safety Labels
OSCM Card
OSC-CSM Card

3.1 Card Overview

This section provides card summary and compatibility information.

Note Each card is marked with a symbol that corresponds to a slot (or slots) on the ONS 15454 shelf assembly. The cards are then installed into slots displaying the same symbols. See the “Card Slot Requirements” section for a list of slots and symbols.

An optical service channel (OSC) is a bidirectional channel connecting two adjacent nodes in a DWDM ring. For every DWDM node (except terminal nodes), two different OSC terminations are present, one for the west side and another for the east side. The channel transports OSC overhead that is used to manage ONS 15454 DWDM networks. An OSC signal uses the 1510-nm wavelength and does not affect client traffic. The primary purpose of this channel is9.1 to carry clock synchronization and orderwire channel communications for the DWDM network. It also provides transparent links between each node in the network. The OSC is an OC-3/STM-1 formatted signal.

There are two versions of the OSC modules: the OSCM, and the OSC-CSM, which contains the OSC wavelength combiner and separator component in addition to the OSC module.

The Mesh/Multiring Upgrade (MMU) card is used to optically bypass a given wavelength from one section of the network or ring to another one without requiring 3R regeneration.

3.1.1 Card Summary

Table 3-1 lists and summarizes the functions of each card.

Table 3-1 OSCM, OSC-CSM, and MMU Card Summary

Card	Port Description	For Additional Information
OSCM	The OSCM has one set of optical ports and one Ethernet port located on the faceplate. It operates in Slots 8 and 10.	See the “OSCM Card” section.
OSC-CSM	The OSC-CSM has three sets of optical ports and one Ethernet port located on the faceplate. It operates in Slots 1 to 6 and 12 to 17.	See the “OSC-CSM Card” section.

3.1.2 Card Compatibility

Table 3-2 lists the CTC software compatibility for the OSC and OSCM cards.

Table 3-2 Software Release Compatibility for Optical Service Channel Cards

Card Name	R4.5	R4.6	R4.7	R5.0	R6.0	R7.0	R7.2	R8.0	R8.5	R9.0	R9.1
OSCM	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes
OSC-CSM	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes

3.2 Class 1 Laser Safety Labels

This section explains the significance of the safety labels attached to the OSCM and OSC-CSM cards. The faceplates of the cards are clearly labeled with warnings about the laser radiation levels. You must understand all warning labels before working on these cards.

3.2.1 Class 1 Laser Product Label

The Class 1 Laser Product label is shown in Figure 3-1.

Figure 3-1 Class 1 Laser Product Label

Class 1 lasers are products whose irradiance does not exceed the Maximum Permissible Exposure (MPE) value. Therefore, for Class 1 laser products the output power is below the level at which it is believed eye damage will occur. Exposure to the beam of a Class 1 laser will not result in eye injury and may therefore be considered safe. However, some Class 1 laser products may contain laser systems of a higher Class but there are adequate engineering control measures to ensure that access to the beam is not reasonably likely. Anyone who dismantles a Class 1 laser product that contains a higher Class laser system is potentially at risk of exposure to a hazardous laser beam

3.2.2 Hazard Level 1 Label

The Hazard Level 1 label is shown in Figure 3-2. This label is displayed on the faceplate of the cards.

Figure 3-2 Hazard Level Label

The Hazard Level label warns users against exposure to laser radiation of Class 1 limits calculated in accordance with IEC60825-1 Ed.1.2.

3.2.3 Laser Source Connector Label

The Laser Source Connector label is shown in Figure 3-3.

Figure 3-3 Laser Source Connector Label

This label indicates that a laser source is present at the optical connector where the label has been placed.

3.2.4 FDA Statement Label

The FDA Statement labels are shown in Figure 3-4 and Figure 3-5. These labels show compliance to FDA standards and that the hazard level classification is in accordance with IEC60825-1 Am.2 or Ed.1.2.

Figure 3-4 FDA Statement Label

Figure 3-5 FDA Statement Label

3.2.5 Shock Hazard Label

The Shock Hazard label is shown in Figure 3-6.

Figure 3-6 Shock Hazard Label

This label alerts personnel to electrical hazard within the card. The potential of shock hazard exists when removing adjacent cards during maintenance, and touching exposed electrical circuitry on the card itself.

This section describes the optical service channel cards. An optical service channel (OSC) is a bidirectional channel connecting two adjacent nodes in a DWDM ring. For every DWDM node (except terminal nodes), two different OSC terminations are present, one for the west side and another for the east side. The channel transports OSC overhead that is used to manage ONS 15454 DWDM networks. An OSC signal uses the 1510-nm wavelength and does not affect client traffic. The primary purpose of this channel is to carry clock synchronization and orderwire channel communications for the DWDM network. It also provides transparent links between each node in the network. The OSC is an OC-3/STM-1 formatted signal.

There are two versions of the OSC modules: the OSCM, and the OSC-CSM, which contains the OSC wavelength combiner and separator component in addition to the OSC module.

3.3 OSCM Card

Note For OSCM card specifications, see the “OSCM Card Specifications” section.

The OSCM card is used in amplified nodes that include the OPT-BST, OPT-BST-E, or OPT-BST-L booster amplifier. The OPT-BST, OPT-BST-E, and OPT-BST-L cards include the required OSC wavelength combiner and separator component. The OSCM cannot be used in nodes where you use OC-N/STM-N cards, electrical cards, or cross-connect cards. The OSCM uses Slots 8 and 10, which are also cross-connect card slots.

The OSCM supports the following features:

OC-3/STM-1 formatted OSC
Supervisory data channel (SDC) forwarded to the TCC2/TCC2P cards for processing
Distribution of the synchronous clock to all nodes in the ring
100BaseT far-end (FE) User Channel (UC)
Monitoring functions such as orderwire support and optical safety

The OC-3/STM-1 section data communications channel (SDCC or RS-DCC) overhead bytes are used for network communications. An optical transceiver terminates the OC-3/STM-1, then it is regenerated and converted into an electrical signal. The SDCC or RS-DCC bytes are forwarded to the active and standby TCC2/TCC2P cards for processing through the system communication link (SCL) bus on the backplane. Orderwire bytes (E1, E2, F1) are also forwarded via the SCL bus to the TCC2/TCC2P for forwarding to the AIC-I card.

The payload portion of the OC-3/STM-1 is used to carry the fast Ethernet UC. The frame is sent to a packet-over-SONET/SDH (POS) processing block that extracts the Ethernet packets and makes them available at the RJ-45 connector.

The OSCM distributes the reference clock information by removing it from the incoming OC-3/STM-1 signal and then sending it to the DWDM cards. The DWDM cards then forward the clock information to the active and standby TCC2/TCC2P cards.

Figure 3-7 shows the OSCM card faceplate and block diagram.

Figure 3-7 OSCM Card Faceplate

For information on safety labels for the card, see the “Class 1 Laser Safety Labels” section.

Figure 3-8 shows the block diagram of the variable optical attenuator (VOA) within the OSCM.

Figure 3-8 OSCM VOA Optical Module Functional Block Diagram

3.3.1 Power Monitoring

Physical photodiode P1 monitors the power for the OSCM card. The returned power level value is calibrated to the OSC TX port ( Table 3-3 ).

Table 3-3 OSCM VOA Port Calibration

Photodiode	CTC Type Name	Calibrated to Port
P1	Output OSC	OSC TX

For information on the associated TL1 AIDs for the optical power monitoring points, refer the “CTC Port Numbers and TL1 Aids” section in Cisco ONS SONET TL1 Command Guide, Release 9.1.

3.3.2 OSCM Card-Level Indicators

The OSCM card has three card-level LED indicators, described in Table 3-4 .

Table 3-4 OSCM Card-Level Indicators

Card-Level Indicators	Description
Red FAIL LED	The red FAIL LED indicates that the card’s processor is not ready or that there is an internal hardware failure. Replace the card if the red FAIL LED persists.
Green ACT LED	The green ACT LED indicates that the OSCM is carrying traffic or is traffic-ready.
Amber SF LED	The amber SF LED indicates a signal failure or condition such as loss of signal (LOS), loss of frame alignment (LOF), line alarm indication signal (AIS-L), or high BER on one or more of the card’s ports. The amber signal fail (SF) LED also illuminates when the transmit and receive fibers are incorrectly connected. When the fibers are properly connected, the light turns off.

3.3.3 OSCM Port-Level Indicators

You can find the status of the card ports using the LCD screen on the ONS 15454 fan-tray assembly. Use the LCD to view the status of any port or card slot; the screen displays the number and severity of alarms for a given port or slot. The OSCM has one OC-3/STM-1 optical port located on the faceplate. One long-reach OSC transmits and receives the OSC to and from another DWDM node. Both DCN data and FE payload are carried on this link.

3.4 OSC-CSM Card

Note For OSC-CSM card specifications, see the “OSC-CSM Card Specifications” section.

The OSC-CSM card is used in unamplified nodes. This means that the booster amplifier with the OSC wavelength combiner and separator is not required for OSC-CSM operation. The OSC-CSM can be installed in Slots 1 to 6 and 12 to 17. To operate in hybrid mode, the OSC-CSM cards must be accompanied by cross-connect cards. The cross-connect cards enable functionality on the OC-N/STM-N cards and electrical cards.

The OSC-CSM supports the following features:

Optical combiner and separator module for multiplexing and demultiplexing the optical service channel to or from the wavelength division multiplexing (WDM) signal
OC-3/STM-1 formatted OSC
SDC forwarded to the TCC2/TCC2P cards for processing
Distribution of the synchronous clock to all nodes in the ring
100BaseT FE UC
Monitoring functions such as orderwire support
Optical safety: Signal loss detection and alarming, fast transmitted power shut down by means of an optical 1×1 switch
Optical safety remote interlock (OSRI), a feature capable of shutting down the optical output power
Automatic laser shutdown (ALS), a safety mechanism used in the event of a fiber cut. For details on ALS provisioning for the card, see the Cisco ONS 15454 DWDM Procedure Guide. For information on using the card to implement ALS in a network, see the “Network Optical Safety” section.

The WDM signal coming from the line is passed through the OSC combiner and separator, where the OSC signal is extracted from the WDM signal. The WDM signal is sent along with the remaining channels to the COM port (label on the front panel) for routing to the OADM or amplifier units, while the OSC signal is sent to an optical transceiver.

The OSC is an OC-3/STM-1 formatted signal. The OC-3/STM-1 SDCC or RS-DCC overhead bytes are used for network communications. An optical transceiver terminates the OC-3/STM-1, and then it is regenerated and converted into an electrical signal. The SDCC or RS-DCC bytes are forwarded to the active and standby TCC2/TCC2P cards for processing via the SCL bus on the backplane. Orderwire bytes (E1, E2, F1) are also forwarded via the SCL bus to the TCC2/TCC2P for forwarding to the AIC-I card.

The payload portion of the OC-3/STM-1 is used to carry the fast Ethernet UC. The frame is sent to a POS processing block that extracts the Ethernet packets and makes them available at the RJ-45 front panel connector.

The OSC-CSM distributes the reference clock information by removing it from the incoming OC-3/STM-1 signal and then sending it to the active and standby TCC2/TCC2P cards. The clock distribution is different from the OSCM card because the OSC-CSM does not use Slot 8 or 10 (cross-connect card slots).

Note S1 and S2 (Figure 3-11) are optical splitters with a splitter ratio of 2:98. The result is that the power at the MON TX port is about 17 dB lower than the relevant power at the COM RX port, and the power at the MON RX port is about 20 dB lower than the power at the COM TX port. The difference is due to the presence of a tap coupler for the P1 photodiode.

Figure 3-9 shows the OSC-CSM faceplate.

Figure 3-9 OSC-CSM Faceplate

For information on safety labels for the card, see the “Class 1 Laser Safety Labels” section.

Figure 3-10 shows a block diagram of the OSC-CSM card.

Figure 3-10 OSC-CSM Block Diagram

Figure 3-11 shows the OSC-CSM optical module functional block diagram.

Figure 3-11 OSC-CSM Optical Module Functional Block Diagram

3.4.1 Power Monitoring

Physical photodiodes P1, P2, P3, and P5 monitor the power for the OSC-CSM card. Their function is as follows:

P1: The returned power value is calibrated to the LINE RX port, including the insertion loss of the previous filter (the reading of this power dynamic range has been brought backward towards the LINE RX output).
P2: The returned value is calibrated to the LINE RX port.
P3: The returned value is calibrated to the COM RX port.
P5: The returned value is calibrated to the OSC TX port, including the insertion loss of the subsequent filter.

The returned power level values are calibrated to the ports as shown in Table 3-5 .

Table 3-5 OSC-CSM Port Calibration

Photodiode	CTC Type Name	Calibrated to Port	Power	PM Parameters
P1	Input Line	LINE RX	Channel Power	Supported
OSC Power
P2	Input Line	LINE RX	OSC Power	Supported
P3	Input Com	COM RX	Channel Power	Supported
P5	Output OSC	OSC TX	OSC Power	Supported

The OSC power on the LINE TX is the same as the power reported from P5.

The PM parameters for the power values are listed in Table 19-25.

For information on the associated TL1 AIDs for the optical power monitoring points, refer the “CTC Port Numbers and TL1 Aids” section in Cisco ONS SONET TL1 Command Guide, Release 9.1.

3.4.2 Alarms and Thresholds

Table 3-6 lists the alarms and its related thresholds for the OSC-CSM card.

Table 3-6 Alarms and Thresholds

Port	Alarms	Thresholds
LINE RX	LOS	None
LOS-P	LOS-P Fail Low
LOS-O	LOS-O Fail Low
LINE TX	None	None
OSC TX	OPWR-DEG-HIGH	OPWR-DEG-HIGH Th
OPWR-DEG-LOW	OPWR-DEG-LOW Th
OPWR-FAIL-LOW	OPWR-FAIL-LOW Th
OSC RX	None	None
COM TX	None	None
COM RX	LOS-P	LOS-P Fail Low

3.4.3 OSC-CSM Card-Level Indicators

The OSC-CSM card has three card-level LED indicators, described in Table 3-7 .

Table 3-7 OSC-CSM Card-Level Indicators

Card-Level Indicators	Description
Red FAIL LED	The red FAIL LED indicates that the card’s processor is not ready or that there is an internal hardware failure. Replace the card if the red FAIL LED persists.
Green ACT LED	The green ACT LED indicates that the OSC-CSM is carrying traffic or is traffic-ready.
Amber SF LED	The amber SF LED indicates a signal failure or condition such as LOS, LOF, AIS-L, or high BER on one or more of the card’s ports. The amber SF LED also illuminates when the transmit and receive fibers are incorrectly connected. When the fibers are properly connected, the light turns off.

3.4.4 OSC-CSM Port-Level Indicators

You can find the status of the card ports using the LCD screen on the ONS 15454 fan-tray assembly. Use the LCD to view the status of any port or card slot; the screen displays the number and severity of alarms for a given port or slot. The OSC-CSM has a OC3 port and three other sets of ports located on the faceplate.

Источник

SFP (англ. Small Form-factor Pluggable) — малый приемо-передатчик для соединения платы сетевого адаптера устройства с оптическим кабелем

или медной витой парой.
SFP бывают двух видом: Multi-mode (в народе мултимоды) обозначаються как MMF и single-mode (в народе одномоды) обозначаютсья SMF. Для определения является ли модуль одномодом или мультимодом на нем имеется маркировка.

1000BASE-T SFP для медной витой пары.

Для модуля стандарта 1000BASE-T SFP используеться неэкранированая витая пара категория 5 длиной до 100 метров. Данный модуль поддерживает скорость 10/100/1000 Mb/s, автосогласование и технлогию Auto MDI/MDIX (автоматическое определение кросовера).

1000BASE-SX SFP для оптического волокна мультимод.
Модуль стандарта 1000BASE-SX SFP совместим с стандартом IEEE 802.3z 1000BASE-SX поддерживает оптические мультимодовые волокна 50 μm длиной в 550 метров, а также 62.5 μm FDDI волокна длиной до 220 метров. В случае использования оптических волокон оптимизированых под длину волны в 50 μm дальность может увелиситься до 1 километра.

1000BASE-LX/LH SFP для мультимодового и одномодового волокна
Модуль 1000BASE-LX/LH SFP совместим с стандартом IEEE 802.3z 1000BASE-LX, в случае использования одномодового волокна работает на дальность до 10 км, а если использовать мультимодовое волокно поддерживает дальность до 550 м. Для того что бы использовать мультимодовое волокно с модулем данного стандарта, необходимо воспользоваться технологией «mode conditioning patch cable».

1000BASE-EX SFP для одномодовых волокон большой протяженности
Для 1000BASE-EX SFP используется стандартное одномодовое волокно длиной до 4о км.
На каждом конце оптического волокна между волокном и ресивером SFP должен быть установлен аттенюатор в 5 дб.

1000BASE-ZX SFP для одномодовых волокон большой протяженности
Для 1000BASE-ZX SFP используется стандартное одномодовое волокно длиной до 70 км. SFP обеспечивает оптический канал с мощностью 23 дБ, но точная мощность зависит от нескольких факторов, таких как качество волокна, количество соеденителей и разъемов.
Когда использвать на менее протяженные дистанции одномодовое волокно, это может потребовать установку оптического аттенюатора, который необходимо поставить для предотвращения перегрузки ресивера. 10 дБ аттенюатор необходимо cтавить в разрыв оптического волокна и ресивером SFP на каждом коце канала, когда потери на волоконно составляют менее 8 дБ.

1000BASE-BX-D и 1000BASE-BX-U SFP для одного волокна двунаправленной передачи
Модули 1000BASE-BX-D и 1000BASE-BX-U SFP совместимы с стандартами IEEE 802.3ah 1000BASE-BX10-D и 000BASE-BX10-U и работают на одномодовом волокне SMF.
В одной линии на концах всегда используються только устройства одного типа 1000BASE-BX10-D которые соеденяються одним одномодовым волокном с протяженностю до 10 км.
Передача на одном оптическом волкне достигается разделением передатчиков по длинам волн как изображено на рисунке: 1000BASE-BX10-D передатчик на 1490-нм канале а ресивер на 1310-нм канале. Как изображено на рисунку сплитер с спектральным уплотнением wavelength-division multiplexing (WDM) интегрирован в SFP и разделет на линию на каналы 1310-нм и 1490-нм.

SFP GLC-BX-D и GLC-BX-U так же поддерживают цифровой оптический мотниторинг (digital optical monitoring — DOM) функциональность описана в стандрте SFF-8724 (multisource agreement — MSA). Эта особенность дает возможность мониторить в режиме реального времени параметры SFP, такие как оптичекую выходную мощьность, температуру, смещение лазера и напряжение на передатчике.

Технические спецификации

Конекторы и кабели

Конекторы существует следующих типов:
— Двойно LC/PC конекторы (1000BASE-SX, 1000BASE-LX/LH и 1000BASE-ZX)
— Одинарный LC/PC конектор (1000BASE-BX-D и 1000BASE-BX-U)
— RJ-45 конектор (1000BASE-T)
Поддерживаються пачкорды только с PC или UPC конекторами. Пачкорды с APC конекторами не поддерживаються. Все кабеля должны быть совместимы со стандартами, указаными в разделе стандарты.

Классы полировки волоконно-оптических разъемов

Существуют 4 класса полировки наконечников волоконно-оптических разъемов.
Зачем нужна полировка? Полировкой наконечников волоконно-оптических разъемов обеспечивается физическое соприкосновение волокон, чтобы уменьшить обратное отражение сигнала.

PC (Physical Contact) – волокно сколото под углом 90 град, полировка обычного качества (иногда ручная), уровень отраженного сигнала минус 40дБ.

SPC (Super PC) – улучшенный вариант РС, полировка волокна машинная(иногда возможна ручная), уровень отраженного сигнала минус 45дБ.

UPC (Ultra PC) – улучшенный вариант РС, полировка машинная, используются специальное оборудование. Уровень отраженного сигнала минус 50дБ. Разъемы с полировкой волокон PC,SPC и UPC совместимы между собой.

APC (Angle PC) – волокно сколото под углом 7-9 градусов (у большинства производителей – 8 градусов. В этом случае практически весь отраженный (нежелательный) сигнал покидает пределы световода, уровень отраженного сигнала минус 60дБ.

Ориентироваться в классах полировки можно следующим образом. Многомод ВСЕГДА имеет класс полировки РС. На класс полировки указывает цвет хвостовика разъема (за редким исключением, такой цветовой кодировки придерживается большинство производителей):

* PC – черный
* SPC – белый
* UPC – голубой
* APC — зеленый

В таблице 1 предоставлены спецификация кабелей для SFP модулей которые устанавливаються в Gigabit Ethernet порты. Все SFP порты имеют LC конекторы и минимальную длину кабеля для всех SFP (мультимод и одномод) 2 метра.



Таблица 1. SFP спецификация портов и кабелей

Продукт	Длина волны (нм)	Тип волокна (μm)	Диаметр ядра (MHz* Km)	Полоса пропускания	Дистанция (м)
1000BASE-SX	850	MMF	62.5	160	220
			62.5	200	275
			50	400	500
			50	500	550
			50	2000	1000
1000BASE-LX/LH	1310	MMF*	62.5	500	550
			50	400	550
			50	500	550
		SMF	-**	—	10000
1000BASE-EX	1310	SMF	-**	—	40000
1000BASE-ZX	1550	SMF	—	—	Приблизительно 70 km зависит от затухания
1000BASE-BX-U	1310	SMF	-**	—	10000
1000BASE-BS-D	1490	SMF	-**	—	10000


*Режим согласования пачкорда, определен в IEEE стандарте независимо от длины кабеля. Режим согласования пачкорда для 62.5-μm волокна имеет отличные спецификацияя от режима соласования пачкорда для 50-μm волокна.
** ITU-T G.652 SMF как указано в стандарте IEEE 802.3z


Оптические характеристики
Таблица 2. предоставляет оптические параметры для SFP.

Продукт	Мощность передачи (дБм)	Диапазон можности приемника (дБм)
1000BASE-SX	От -3 до -9.5	От 0 до -17
1000BASE-LX/LH	От -3 до -9.5	От -3 до -20
1000BASE-EX	От +3 до -1	От +1 до -22
1000BASE-ZX	От +5 до 0	От -3 до -23
1000BASE-BX10-D 1000BASE-BX10-U	От -3 до -9	От -3 до -19.5



Геометрические размерность

Размен (В x Ш x Д): 8.5 x 13.4 x 56.5 мм. Типичный SFP весит приблизительно 75 грам.


Параметры окружающей среды и парамтры питания

Рабочие температуры:

Комерческий тмпературный режим (Commercial temperature range — COM): от 0 до 70°C

Расширеный температурный режим (Extended temperature range — EXT): от -5°C до 85°C

Промышленный температурный режим (Industrial temperature range — IND): от -40 до 85°C

Температурный режим зберегания: от -40 до 85°C

В таблице 3 предоставлены электрические параметры, а в таблице 4 представлены температунрые режимы и поддержка информационного режима SFP – DOM.

Таблица 3. Электрические параметры.

Параметры	Обозначение	Минимум	Рабочие	Максимум	Еденицы
Ток питания	Is	—	200	300	mA
Импульсный ток	ISurge	—	—	30	mA
Входное напряжение	Vcc	3.1	3.3	3.5	V

Таблица 4. Температурные режимы и поддежка DOM

Номер продукта	Температурные режимы	DOM
GLC-SX-MM	COM	Нет
GLC-LH-SM	COM	Нет
GLC-ZX-SM	COM	Да
GLC-BX-U	COM	Да
GLC-BX-D	COM	Да
GLC-T	COM	Н/Д*
SFP-GE-T	EXT	Н/Д
SFP-GE-S	EXT	Да
SFP-GE-L	EXT	Да
GLC-EX-SMD	EXT	Да
SFP-GE-Z	EXT	Да
GLC-SX-MM-RGD	IND	Нет
GLC-LX-SM-RGD	IND	Нет
GLC-ZX-SM-RGD	IND	Нет


* Н/Д — нет данных

Нормативы и соответствие стандартам

Безопасность:
• Лазер Class I 21CFR1040 LN#50 7/2001
• Лазер Class I IEC 60825-1

Стандарты:
• IEEE 802.3z
• IEEE 802.3ah
GR-20-CORE: Общие требования для оптических волокон и оптико-волоконных кабелей
GR-326-CORE: Общие требования для одномодовых оптических конекторов
GR-1435-CORE: Общие требования для мультимодового отических конекторов

Обозначения на SFP модулях

Описание модуля	Обозначение на модулях
1000BASE-T стандарт	GLC-T
1000BASE-SX короткая дистанция; без DOM	GLC-SX-MM
1000BASE-LX/LH дальние дистанции; без DOM	GLC-LH-SM
1000BASE-ZX увеличеная дальность;	GLC-ZX-SM
1000BASE-BX10-D downstream двунаправленная одноволоконная передача; с DOM	GLC-BX-D
1000BASE-BX10-U upstream двунаправленная одноволоконная передача; с DOM	GLC-BX-U
1000BASE-T NEBS 3 ESD	SFP-GE-T
1000BASE-SX на короткие дистанции; с DOM	SFP-GE-S
1000BASE-LX/LH на длинные дистанции; с DOM	SFP-GE-L
1000BASE-EX на длинные дистаенции; с DOM	GLC-EX-SMD
1000BASE-ZX увеличенная дальность; с DOM	SFP-GE-Z
1000BASE-SX короткие дистанции; надежный	GLC-SX-MM-RGD
1000BASE-LX/LH длинные дистанции; надежный	GLC-LX-SM-RGD
1000BASE-ZX расширенная дистанция; надежный	GLC-ZX-SM-RGD

Использованые материалы:

http://www.ampural.ru/content/view/136/54/

http://www.cisco.com/en/US/prod/collateral/modules/ps5455/ps6577/product_data_sheet0900aecd8033f885.html

http://www.tls-group.ru/sks/vols/help/h_optcon/h_optcon.html

http://www.arcelect.com/fibercable.htm

http://en.wikipedia.org/wiki/Single-mode_fiber

http://en.wikipedia.org/wiki/Multi-mode_fiber

http://ru.wikipedia.org/wiki/SFP

http://www.lanshack.com/ModeConditioning.aspx

Источник

Country selection

Brocade Mobility RFS4000 Controller Installation Guide

53-1001933-02

Country selection

Select only the country in which you are using the device. Any other selection will
make the operation of this device illegal.

Laser devices — Gigabit Ethernet SFP option

Complies with 21CFR1040.10 and 1040.11 except for deviations pursuant to Laser
Notice No. 50, dated July 26, 2001.

EN60825-1:1994+ A1:2002 +A2:2001

IEC60825-1:1993+A1:1997+A2:2001

The laser classification is marked on the device.

Class 1 Laser devices are not considered to be hazardous when used for their
intended purpose. The following statement is required to comply with US and
international regulations:

CAUTION

Use of controls, adjustments or performance of procedures other than
those specified herein may result in hazardous laser light exposure.

Radio frequency interference requirements — FCC

This equipment has been tested and found to comply with the limits for a Class A
digital device, pursuant to Part 15 of the FCC rules. These limits are designed to
provide reasonable protection against harmful interference when the equipment is
operated in commercial environment. This equipment generates, uses, and can
radiate radio frequency energy and, if not installed and used in accordance with the
instruction manual, may cause harmful interference to radio communications.
However there is no guarantee that interference will not occur in a particular

MobilityRFS4000ControllerInstallGuide.book Page 26 Friday, June 10, 2011 1:32 PM

Источник