BRPI0608569A2 - sistema ótico de transmissão - Google Patents

Abstract

SISTEMA óTICO DE TRANSMISSãO. A presente invenção refere-se a um sistema ótico de transmissão que contém uma rede nuclear metropolitana (MET), operada no modo de multiplexação por divisão de comprimentos de ondas ,rede esta à qual, através de dispositivos de conexão metropolitanos (MAP), estão conectadas conexões de acesso (AC1, AC2, ...) para terminais óticos de rede (ONU) conectados através de um "splitter" ótico passivo (SPL). Os dispositivos de conexão metropolitanos (MAP) contêm regeneradores e conversores de comprimentos de ondas, de tal modo que ocorra uma regeneração de dados entre os terminais de rede (ONU) e a central de administração e de comunicação (ZEN). Desse modo torna-se possível a cobertura de distâncias em torno de 100 quilómetros.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SISTEMA ÓTICO DE TRANSMISSÃO".

A presente invenção refere-se a um sistema ótico de transmissão de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1.

No caso de redes óticas, faz-se uma diferenciação entre redes de tráfego longo (redes nucleares), que são projetadas segundo as recomendações SONET ou SDH, e redes de acesso. As redes de acesso são projetadas como assim chamadas redes óticas passivas (PONs), nas quais a transmissão de dados é efetuada em um primeiro "canal de comprimento de ondas" segundo protocolos PON especiais. Na "direção downstream" o-corre a transmissão no modo de transmissão (broadcast) multiplex de tempo de uma central, em sua maioria chamadas de "Optical Line Terminal - OLT", para vários terminais óticos de rede conectados (ONU/ONT), que são endereçados individualmente. Na direção "upstream", os terminais de rede (O- NU/ONT) dividem entre si um segundo canal de comprimento de ondas, também para enviar para a central dados em forma de burst ou de células, no modo multiplex de tempo. A capacidade de transmissão, chamada de largura da banda ("bandwidth"), entre a central e o terminal de rede pode variar. Os dados úteis, chamados de "Payload", são transmitidos, por exempio, no "Asynchronus Transfer Mode" (ATM) ou, devido aos custos, de acordo com as recomendações de ethernet. A vantagem principal de um ethernet PONs consiste em evitar elementos ATM ou SONET complexos e, portanto, onerosos. O desenvolvimento dessas redes encontra-se exposto no artigo "Gigabit Ethernet Passive Optical Networks", de Gerry Pesavento Sênior e Mark Kelsey, Alloptic Inc, Livermore, CA 94550.

O desenvolvimento ulterior desses sistemas para taxas de dados superiores, definido como GPON nas recomendações ITU G984, e desenvolvimentos mais recentes chamados de "Super PON", são tratados na IEEE Communications Magazine, fevereiro de 2000, páginas 74 a 82, sob o título "The SuperPON Demonstrator: An Exploration of Possible Evolution Path for Optical Access Networks". O objetivo da invenção é tanto ampliar o alcance dessas redes de acesso, como também aumentar a quantidade das possí-veis conexões de assinantes. Uma simplificação é obtida devido ao fato de que os assim chamados Access-Nodes "Narrow Band Switches" são deslocados da faixa de acesso para a rede nuclear (figura 1, figura 2). No entanto, a faixa de acesso continua a apresentar disposições de do tipo "splitters" ativos (amplificados), para prover os terminais óticos de rede (ONT/ONO) com potência ótica suficiente.

A rede aqui descrita ainda apresenta, portanto, as seguintes desvantagens: na faixa de acesso continuam a ser necessários regeneradores óticos Optical Repeater Units (ORUs); os regeneradores lá empregados devem ser considerados como elementos ativos. O alcance para estruturas de rede maiores na faixa metropolitana é muito reduzido e na faixa meramente passiva (na figura 2 indicada por (10 km)).

Portanto, o objetivo da invenção é propor um sistema ótico de transmissão com grande alcance e uma estrutura simples.

Um sistema desse tipo é apresentado na reivindicação 1.

Formas de desenvolvimento vantajosas da invenção são apresentadas nas reivindicações dependentes.

No caso desse sistema de transmissão faz-se diferenciação enter a faixa metropolitana e a faixa de acesso, respectivamente entre rede nuclear metropolitana e conexões de acesso. Nas interfaces entre a faixa metropolitana e a faixa de acesso são empregados dispositivos de conexão metropolitanos com regeneradores e/ou conversores de comprimentos de ondas. Estes contêm regeneradores (amplificador) para a direção downstre-am e para a direção upstream, fato este que aumenta substancialmente o alcance através entre uma central de administração e de comunicação e o terminal de rede.

Apenas na faixa metropolitana até os dispositivos de conexão metropolitanos é também necessária uma alimentação de corrente. Já que apenas nessa faixa estão presentes componentes ativos, então os trabalhos de manutenção praticamente também se limitam a essa faixa. Ao contrário, as conexões de acesso entre os pontos de conexão metropolitanos e o terminal ótico de rede (ONUs/ONTs) são projetadas meramente passivas e porisso praticamente não requerem manutenção.

Na faixa metropolitana, a transmissão ocorre, adequadamente, no modo de multiplexação por divisão de comprimento de ondas, de tal modo que possam ser transportadas quantidades consideráveis de dados de várias conexões de acesso. A central de administração e de comunicação concentra os dispositivos essenciais em um ponto, de tal modo que uma ampliação também pode ocorrer sem problemas. O monitoramento também é feito a partir dessa central.

A faixa metropolitana é projetada, de preferência, como rede anelar, pois desse modo se obtém uma cobertura ótima de área com um esforço mínimo. A segurança operacional pode ser aumentada consideravelmente por meio de um anel de proteção com uma segunda fibra.

Para todas as conexões de acesso são empregados os mesmos comprimentos de ondas para os mesmos serviços, de tal modo que seja possível empregar terminais óticos de rede uniformes.

Por razões de dispêndio, a transmissão na faixa de acesso ocorre de modo bidirecional por intermédio de apenas uma fibra, sendo que para se evitar interferências mútuas de sinal são empregados diferentes comprimentos de ondas para cada direção de transmissão. Além disso, através dessa fibra podem ser transmitidos vários serviços diferentes com diferentes comprimentos de ondas.

Já que a rede apresenta um âmbito maior do que as redes atuais, então um protocolo PON modificado regula a permuta de dados.

Um exemplo de execução da invenção será explicado detalhadamente com base em figuras.

Mostra-se:

figura 1: um esquema de conexões básico do sistema de transmissão;

figura 2: um dispositivo de conexão metropolitano;

figura 3: uma variante do sistema de transmissão.

O sistema de transmissão é constituído por uma rede nuclear metropolitana MET com uma central de administração e de comunicaçãoZEN e por várias conexões de acesso para terminais óticos de rede ONUs. A central de administração e de comunicação ZEN pode ser comparada, funcionalmente, por exemplo com um terminal ótico de linha ampliado (OLT). Uma transmissão de dados ocorre de modo bidirecional entre a central de administração e de comunicação ZEN e o terminal de rede ONUs segundo um protocolo PON.

A rede nuclear metropolitana MET, na figura 1, encontra-se projetada como rede anelar bidirecional com duas fibras F1, F2. Do mesmo modo, ela também pode ser configurada como rede anelar bidirecional com uma fibra ou como rede anelar unidirecional com uma ou duas fibras. No entanto, ela também pode ser uma rede em forma de malha.

Na rede metropolitana MET da figura 1, dados são transmitidos de modo bidirecional entre a central de administração e comunicação ZEN até diferentes dispositivos de conexão metropolitanos MAP1 até MAP3 no modo de multiplexação por divisão de comprimentos de ondas. A transmissão na rede nuclear metropolitana, nesse caso, pode ocorrer de modo bidirecional através de uma fibra ou - por exemplo separadamente para cada direção de transmissão - através de duas fibras. O emprego de uma segunda fibra contribui substancialmente para o aumento da segurança de operação, pois em caso de pane a operação entre a central de administração e comunicação ZEN e cada um dos dispositivos de conexão metropolitanos MAP1 - MAP4 pode ser mantida por meio de um conhecido processo de circuito de emergência.

Entre os dispositivos de conexão metropolitanos MAP1 até MAP3 da rede nuclear metropolitana MET e o terminal ótico de rede ONUs (Optical Network Units ONUs ou Optical Network Terminais ONTs) existe respectivamente uma "ligação de acesso" ótica meramente passiva, através da qual os dados também são transmitidos de modo bidirecional. A primeira conexão de acesso AC1 é concretizada por meio de uma fibra ótica de acesso FM e de um splitter passivo SP1, que são conectados a uma disposição de conexão metropolitana MAP1 a cujas demais conexões estão conectados vários terminais óticos de rede ONUs. As demais conexões de acessoAC2-AC4 são estruturadas de modo correspondente. No entanto, por meio dos splitters SP1, SP2, ... ocorre uma redução da potência de recepção à disposição do respectivo terminal de rede conectado ONUs, de modo correspondente às relações de fragmentação. Atualmente busca-se uma relação de fragmentação de cerca de 1:100, fazendo com que se tenha que prever lasers com potência correspondente, respectivamente amplificadores, nos dispositivos de conexão metropolitanos e se tenha eventualmente que tomar providências contra efeitos não-lineares perturbadores. Aos terminais de rede ONUs estão conectados - em sua maioria depois de conversão ótico-elétrico - os terminais de assinantes.

O sistema de transmissão encontra-se dimensionado de tal modo que as conexões de acesso AC1-AC4 (indicadas apenas parcialmente na figura 1) não contêm nenhum elemento ativo. Apenas os dispositivos de conexão metropolitanos MAP e os terminais de rede ONUs é que necessitam de elementos ativos e, conseqüentemente, de energia elétrica. Também o sistema de transmissão restante, a rede nuclear metropolitana, acha-se dimensionada, de preferência, de tal modo que não seja necessário nenhum amplificador entre os dispositivos de conexão metropolitanos MAP e a central de administração e de comunicação ZEN. Também nesse caso é naturalmente possível um circuito de emergência ao se empregar duas fibras.

Na direção downstream (da central de administração e de comunicação ZEN, através de um dispositivo de conexão metropolitano MAP, para o terminal de rede ONUs conectado no mesmo) ocorre a transmissão dos dados no modo multiplex de tempo de transmissão (broadcast), de acordo com as recomendações ITU válidas para redes óticas passivas, respectivamente segundo recomendações modificadas, respectivamente em um quadro de pulsos downstream. Esse sinal multiplex deve ser considerado aqui como um sinal downstream metropolitano. Pela central de administração e de comunicação ZEN são transmitidos geralmente, através de uma primeira fibra F1 da rede nuclear metropolitana MET, vários sinais downstream metropolitanos SÀD1, SXD2, SXD3, ... com diferentes comprimentos de ondas ÀD1, XD2, XD3, ... (entre parênteses na figura 1) para os diferentesdispositivos de conexão metropolitanos MAP1, MAP2, MAP3, MAP4. Estes selecionam (drop) respectivamente o "comprimento de ondas" correspondente à conexão de acesso conectada e convertem, então, o comprimento de ondas do sinal downstream metropolitano selecionado no comprimento de ondas XD, igual para todas as conexões de acesso, dos sinais downstream de acesso. Desse modo, o sinal downstream metropolitano SXD é selecionado no primeiro dispositivo de conexão metropolitano MAP1 e é convertido em um sinal downstream de acesso XD de acordo com o comprimento de ondas. Caso contrário, os sinais permanecem inalterados, de tal modo que eles sejam transmitidos como sinais transparentes lógicos diretamente entre a central de administração e de comunicação ZEN e os terminais óticos de rede ONUs. Em uma variante vantajosa quanto aos custos, os sinais downstream são apenas amplificados, conservando, porém, seus comprimentos de ondas. Os circuitos de recepção individuais de faixa larga conectados através de "splitters", dos terminais de rede ONUs, aceitam esses comprimentos de ondas. Eles são solicitados através de diferentes endereços e selecionam a informação destinada a eles. Se serviços adicionais forem transmitidos em uma outra faixa de ondas, então ocorrerá uma seleção conforme os comprimentos de ondas para todos os ONUs, que, por um lado, abrange todos os comprimentos de ondas XD1, W2, XD3, ... para a operação entre a central de administração e de comunicação ZEN, e, por outro lado, os demais serviços.

Na direção upstream ocorre a transmissão - de acordo com uma sincronização anterior dos terminais óticos de rede - no modo multiplex de tempo, também de acordo com as recomendações ITU válidas para redes óticas passivas, respectivamente de acordo com recomendações ITU modificadas. Os blocos de dados ou pacotes de dados enviados pelos terminais de rede ONUs em intervalos de tempo respectivamente alocados são - eventualmente providos de lacunas de segurança - reunidos em um sinal TDM e são transmitidos em um quadro de pulsos upstream. Além do payload (os dados a serem propriamente transmitidos), eles também podem conter informações adicionais quanto à qualidade do sinal, a largura de faixa neces-sária, a informação de roteamento etc. A alocação de largura de faixa, respectivamente a capacidade de transmissão, pode ocorrer de modo fixo ou opcionalmente de modo dinâmico em função das necessidades ou prioridades por meio da central de administração e de comunicação.

Os sinais downstream metropolitanos SAD1, SXD2, SXD3, ...podem ser todos convertidos em sinais downstream de acesso do mesmo comprimento de ondas XD ou podem ser transmitidos com comprimento de ondas inalterado para os ONUs. Ao contrário, todos os sinais upstream de acesso XU1, X\J2, XU3, que são transmitidos com o mesmo comprimento de ondas X\J para as conexões de acesso, têm que ser convertidos em sinais upstream metropolitanos SÀU1, SXU2, SX\J3, ... com diferentes comprimentos de ondas XlM, A.U2, X.U3.....os quais são então transmitidos, através de uma segunda fibra F2 da rede metropolitana MET, para a central de administração e de comunicação ZEN. Também não ocorre uma conversão "lógica" dos sinais upstream; eles permanecem inalterados até o comprimento de ondas. Resumindo: a transmissão entre a central de administração e de comunicação ZEN e os terminais de rede ONUs ocorre diretamente sem conversões lógicas, de modo correspondente ao protocolo "PON" empregado.

A central de administração e de comunicação ZEN está ligada com uma rede de tráfego longo WN ou/e com outras redes metropolitanas; através delas passam todas as conexões, como por exemplo as conexões entre dois ONUs conectados a diferentes conexões de acesso AC1 e AC2.

Através da rede anelar e das conexões de acesso podem ser transmitidos vários tipos diferentes de sinais ZD X (serviços adicionais) no modo multiplexação por divisão de comprimento de ondas, dos quais apenas um ZD X é mostrado na figura 1. Entre eles também pode haver serviços de transmissão (broadcast). Em vez de um sinal de acesso, por exemplo XDi, apresentado como exemplo, é então transmitido um feixe de diferentes com primentos de ondas através da conexão de acesso. Os diferentes terminais de assinantes são então conectados aos terminais de rede ONUs através de uma demultiplexação por divisão de comprimento de ondas.O sistema ótico de transmissão é concebido para a cobertura de regiões maiores, isto é, por meio da rede metropolitana podem ser cobertas distâncias de cerca de 70 km, e por meio das conexões de acesso podem ser cobertas distâncias de mais do que cerca de 30 km e mais. Para tanto, nos dispositivos de conexão metropolitanos MAP1, MAP2, MAP3 são previstos regeneradores, de preferência regeneradores 3R, que regeneram os sinais recebidos no que se refere à amplitude, à forma de pulso e ciclo. No atual estado da técnica para isso é necessária, pelo lado de entrada, uma conversão ótico-elétrico e, pelo lado de saída, uma conversão elétrico-ótico.

Um dispositivo de conexão metropolitano instalado na central de administração e de comunicação ZEN pode ser projetado correspondentemente de modo mais simples, respectivamente a conexão de acesso AC4 pode ser conectada diretamente à central de administração e de comunicação.

A função de conversor de comprimento de ondas nos dispositivos de conexão metropolitanos MAP geralmente é combinada com uma função de amplificação. A figura 2 mostra uma forma básica de execução de um dispositivo de conexão metropolitano MAP com conversão ótico-elétrico-ótico. O sinal ótico downstream metropolitano recebido, por exemplo SÀD1, é convertido por um fotodiodo PD em um sinal elétrico DS1, o qual é amplificado por meio de um amplificador de recepção V1. Um laço de regulagem de fase PLL serve para a recuperação de ciclo. Com o sinal compassado TS regenerado, o sinal elétrico de dados DS é explorado em um dispositivo de sondagem AS. O sinal elétrico de dados explorado e, conseqüentemente, regenerado quanto ao ciclo, modula um diodo laser LD que gera o novo comprimento de ondas desejado. O sinal downstream XD-[ assim regenerado é enviado através de um amplificador de potência LV. Em função da taxa de dados, do trecho de transmissão, inclusive acoplador e da qualidade dos dispositivos de emissão e de recepção, por motivos de economia também se pode prescindir eventualmente de uma regeneração 3R na direção downstream e pode ser prevista apenas uma amplificação.

Para a direção upstream também se encontra presente uma disposição de regenerador. Geralmente na direção upstream são recebidossinais "burst", que apresentam diferentes níveis e diferentes fases de bit, bem como pausas de sinal. Por isso é preciso projetar de modo mais dispendioso uma disposição de regenerador, inclusive a parte de recepção analógica. Os regeneradores devem regenerar os "bursts" de dados do modo mais completo possível e sem erros. A regeneração de dados, nesse caso, também, pode ser executada (parcialmente) com regeneradores óticos, sendo que para a conversão de comprimentos de ondas também podem ser empregados efeitos não-lineares. Freqüentemente é necessária uma regeneração 3R. Entre o dispositivo de conexão e a central de administração e de comunicação ZEN pode ser realizada também na direção upstream uma operação livre ponto-a-ponto livre de maiores oscilações de fase, com sinais binários. No caso de um dispositivo de conexão metropolitano MAP4 disposto na proximidade da central de administração e de comunicação ZEN, naturalmente se pode prescindir de uma regeneração.

Na figura 3 mostra-se como alternativa uma rede anelar unidirecional com uma fibra F1 e vários dispositivos de conexão metropolitanos MAP11-MAP13, os quais são adequados para o acoplamento e desacoplamento unidirecionais. Os sinais downstream metropolitanos SÀD1, SXD2, SXD3,.... são selecionados de modo correspondente aos seus comprimentos de ondas nos dispositivos de conexão metropolitanos MAP11-MAP13, sendo amplificados nos mesmos e enviados adiante para os ONUs. Na direção upstream, os sinais "bursts" ÀU1, ÀAJ2, MJ3, ... são convertidos, conforme os comprimentos de ondas, em sinais upstream metropolitanos SXU1, SXU2, SA.U3.....respectivamente com os mesmos comprimentos de ondas que os sinais downstream metropolitanos selecionados e são acoplados ao anel. A concretização aparece inicialmente como sendo mais simples do que no caso de um anel bidirecional. Também nesse caso, para fins de proteção pode ser prevista uma segunda fibra F2 (tracejada) ou as fibras F1 podem ser operadas nas duas direções com a finalidade de proteção.

Claims (10)

1. Sistema ótico de transmissão (SPON)- comum dispositivo de administração e de comunicação (ZEN),- com uma rede nuclear metropolitana anelar (MET) operada por multiplexação por divisão de comprimento de ondas,- com dispositivos de conexão metropolitanos (MAP1, MAP2, ...) seletivos quanto ao comprimento de ondas, que contêm conversores de comprimentos de ondas e/ou regeneradores de dados,- com conexões óticas de acesso passivas bidirecionais (AC1, AC2, ...) entre os dispositivos de conexão metropolitanos (MAP1, MAP2, ...) e terminais óticos de rede (ONUs) conectados respectivamente através de um "splitter" ótico (SP1, SP2, ...), os quais, por meio de um processo multi-plex de tempo PON, se comunicam logicamente diretamente com a central de administração e de comunicação (ZEN),- que nos dispositivos de conexão metropolitanos (MAP1, MAP2, ...) cada um dos sinais downstream metropolitanos é selecionado, regenerado e transmitido como sinal downstream de acesso (À.D1, XD2) em uma conexão de acesso (AC1, AC2, ...) entre os dispositivos de conexão metropolitanos (MAP1, MAP2,...) de uma conexão de acesso (AC1, AC2,...) para os terminais óticos de rede (ONUs),- que através das conexões de acesso (AC1, AC2, ...), sinais upstream de acesso (MJ1, X\J2) são transmitidos com comprimentos de ondas (W, W) iguais ou selecionáveis dentro de uma faixa de transmissão,- que os sinais upstream de acesso (MJ1, X.U2) nos dispositivos de conexão metropolitanos (MAP1, MAP2, ...) são regenerados e convertidos, conforme os comprimentos de ondas, em sinais upstream metropolitanos (SÀUi, SW2,...) e são transmitidos na rede nuclear metropolitana para o dispositivo de administração e de comunicação (ZEN).

2. Sistema ótico de transmissão de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ele é projetado na rede nuclear metropolitana (MET) como rede anelar bidirecional, na qual são transmitidos os sinais downstream metropolitanos (SADi, SXD2, ...) e os correspondentes sinaisupstream metropolitanos (SA,U1, S?iU2, ...) com diferentes comprimentos de ondas , X,D2,...; \U1, W2,...).

3. Sistema ótico de transmissão de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a rede nuclear metropolitana (MET) se acha projetada como rede anelar unidirecional, na qual são transmitidos os sinais downstream metropolitanos (SÀD1, SXD2, ...) e os correspondentes sinais upstream metropolitanos (SUJ1, SX\J2, ...) com diferentes comprimentos de ondas (A.D1, A.D2, ...; UM, W2,...).

4. Sistema ótico de transmissão de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a rede nuclear metropolitana (MET) está configurada como rede anelar de uma ou duas fibras, com função de proteção.

5. Sistema ótico de transmissão de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que em todas as conexões de acesso (AC1, 15 AC2, ...) entre os terminais óticos de rede (ONUs) e os dispositivos de conexão metropolitanos (MAP1, MAP2, ...) são transmitidos sinais upstream de acesso (ÀU1, A.U2) e/ou sinais downstream de acesso (ÀD1, XD1) com comprimentos de ondas uniformes (X,U, W).

6. Sistema ótico de transmissão de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de conexão metropolitano (MAP1, MAP2, ...) apresenta conversores de comprimentos de ondas de sinais alocados para vários serviços diferentes (ZD), sinais estes que são transmitidos na rede metropolitana (MET) através de respectivos diferentes comprimentos de ondas (ZA.1; Zk2, ...) e através das conexões de acesso (AC1, AC2, ...), respectivamente como sinais (ÀZD1, XZD2, ...) com comprimentos de ondas iguais em todas as conexões de acesso (AC1, AC2, ...) no modo de multiplexação por divisão de comprimento de ondas.

7. Sistema ótico de transmissão de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que uma conexão de acesso entre um dispositivo de conexão metropolitano (MAP1) e um "splitter" (SP1) é concretizada através de uma única fibra ótica (FM), através da qual são transmitidos sinais de modo bidirecional.

8. Sistema ótico de transmissão de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a rede nuclear metropolitana (MET) se a-cha configurada como rede anelar ou como rede em forma de malha, e que conexões de proteção dentro da rede metropolitana para o dispositivo de conexão metropolitano (MAP) podem ser conectadas com uma segunda fibra ótica (F2).

9. Sistema de transmissão ótico de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a central de administração e de comunicação (ZEN) está ligada diretamente com os dispositivos de conexão metropolitanos (MAP1, MAP2, ...) através de pelo menos uma fibra (F1) sem amplifi-cador intermediário.

10. Sistema ótico de transmissão de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as conexões de acesso (AC1, AC2, ...) entre os dispositivos de conexão metropolitanos (MAP1, MAP2, ...) e terminais de redes (ONUs) estão livres de elementos ativos que requerem energia elétrica.