Контрольная работа по ОПТИЧЕСКИЕ ИНТЕРФЕЙСЫ Вариант 03

Федеральное агентство связи
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики»
(ГОУ ВПО «СибГУТИ»)





Контрольная работа
Вариант №03






Выполнил:
Проверил: Фокин В.Г.




2026 
Контрольные вопросы к разделу 1

1. Что называют оптическими интерфейсами?
Ответ:
Интерфейс – Interface – (или средство сопряжения, согласования) определённая стандартами граница между взаимодействующими объектами.
Под оптическим интерфейсом следует понимать устройство, которое передаёт и принимает сигналы оптического диапазона электромагнитных волн с физическими характеристиками среды передачи, трансивера и протоколами взаимодействия, стандартизированными международными и национальными организациями.
Оптические интерфейсы представляют собой чаще всего некоторые аппаратные модули с различной сложностью исполнения и набором протокольных функций.

Оптические физические средства сопряжения -механические и оптические свойства среды передачи, которые определяются на физическом уровне и включают:
- тип кабелей и разъемов;
- разводку контактов в разъемах;
- схему кодирования сигналов для значений 0 и 1.

2. Назначение модуля SFP. 3. Состав модуля SFP.
Ответ:
SFP-модуль – это трансивер, приёмопередатчик небольшого размера. Как следует из названия, предназначен для приёма и передачи данных в телекоммуникационных сетях. Модуль такого стандарта с одной стороны вставляется в разъём главного устройства. С другой стороны на трансивере имеются оптические разъёмы.
Основное назначение модуля SFP — преобразование сигнала из электрического в оптический и обратно для передачи по ВОЛС.

4. Конструктивные отличия модулей SFP от XFP, CFP и их характеристик.
Ответ:
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), CFP (100 Гбит/с).
Модуль SFP имеет разъём, сопоставимый по размеру с разъёмом RJ45, то есть позволяет на 1U 19-дюймового телекоммуникационного оборудования разместить до 48 оптических портов. Модули XFP отличаются большими габаритами.

5. Диапазоны волны оптического спектра, которые генерируются и детектируются в модулях SFP, XFP, CFP.
Ответ:
Разновидности SFP-модулей и их обозначения:
850 нм 550 м MMF — SX
1310 нм 10 км SMF — LX
1550 нм (40 км — XD, 80 км — ZX, 120 км — EX или EZX) и DWDM (сетки волн G.694.1 с интервалом 0,8 нм).
Существует также CWDM (сетка волн G.694.2 с интервалом 20 нм) и одноволоконные двунаправленные WWDM (1310/1490 нм UpStream/DownSstream – прямая и обратная передача) SFP-модули.

5. Назвать возможные расстояния оптической передачи, которые могут поддерживать модули SFP, XFP, CFP при использовании одномодовых волокон G.652с.
Ответ:
XFP модули можно условно классифицировать по дальности : 20, 40, 80 км.

7. Назвать типы лазеров и фотодетекторов, которые применяются в модулях SFP, XFP, CFP.
Ответ:
В качестве оптических передатчиков в модулях применяются светодиоды, многомодовые полупроводниковые лазеры Фабри-Перо (FP), одномодовые лазеры с распределённой обратной связью DFB (Distributed Feedback, распределенная обратная связь или DBR, Distributed Bragg Reflector) и лазеры вертикального излучения VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser), которые устанавливаются в оптические сборки типа TOSA (Transmitter Optical Sub-Assembly). Одномодовые лазеры могут перестраиваться по длине волны излучения и иметь управляемую мощность излучения, что необходимо при построении систем передачи CWDM и DWDM.

8. Какими средствами можно перестроить длину волны излучения одномодового лазера?
Ответ:
Два главных направления перестройки: внешним резонатором и внутренних характеристик.



9. Для чего в оптических модулях применяют селективные фотодетекторы.
Ответ:
Назначение в оптических модулях селективных фотодетекторов - повышение избирательности фотодетектора.

10. Чем отличаются модули SFP, XFP, CFP для построения систем передачи CWDM и DWDM от одноканальных модулей?
Ответ:
Модули SFP, XFP и CFP для CWDM/DWDM отличаются от одноканальных (стандартных) модулей использованием строго фиксированных длин волн (цветов) лазера, позволяя передавать до 16-80+ каналов по одной паре волокон, тогда как обычные модули работают с одной длиной волны. Они имеют высокую точность стабилизации частоты, работают с мультиплексорами (CWDM MUX/DEMUX или DWDM MUX/DEMUX) и чаще применяются на больших расстояниях или для кратного увеличения пропускной способности.
Основные отличия от одноканальных модулей:
• Использование длин волн (Цвет): Одноканальные модули обычно работают в окнах прозрачности 1310 нм или 1550 нм. CWDM/DWDM модули имеют строго определенную длину волны (CWDM: 1270–1610 нм; DWDM: С-диапазон, обычно 1529–1565 нм).
• Спектральная плотность: CWDM модули имеют сетку 20 нм, DWDM — плотную сетку от 0,4 до 1,6 нм (100/50 ГГц), что позволяет использовать оптические усилители (EDFA).
• Стабилизация частоты: CWDM/DWDM трансиверы, особенно DWDM, оснащены охлаждаемыми лазерами с узким спектром для предотвращения «заползания» на соседние каналы.
• Применение: Используются в паре с мультиплексорами для создания «цветных» систем, экономя волокно, в то время как стандартные модули требуют отдельного волокна под каждый сигнал (или BiDi).
Различия в физических форматах (SFP/XFP/CFP):
• SFP/SFP+ CWDM/DWDM: Компактные (до 10G/16G), популярны для MAN и городских сетей.
• XFP DWDM: Используются для 10G сетей, часто применяются для дальних магистралей (более 80 км).
• CFP/CFP2/CFP4 DWDM: Предназначены для высоких скоростей (100G, 400G и выше), обеспечивая большую плотность каналов.
Одноканальные модули — это «один цвет, одна скорость, одно волокно», а CWDM/DWDM модули — это «много цветов, много скоростей, одно общее волокно».

11. Какие скоростные режимы поддерживают модули CFP-2, 4, 8?
Ответ:
CFP-2 – 40 Гбит/с
CFP-4 – 100 Гбит/с
CFP-8 – до 425 Гбит/с

12. Чем отличаются форматы сигналов NRZ и PAM-n?
Ответ:
NRZ – сигналы с двумя уровнями, каждый из которых соответствует определённой двоичной кодовой комбинации.
PAM-n – сигналы с большим числом уровней (PAMn, Pulse Amplitude Modulation, n=2, 4, 8,…), каждый из которых соответствует определённой двоичной кодовой комбинации.

13. В чем принципиально отличаются транспондеры от модулей?
Ответ:
Характерной особенностью транспондеров (TPD) является их большая функциональная сложность и соответственно реализация по сравнению с SFP, XFP, CFP модулями.

14. Какие функции поддерживают мукспондеры MxPD?
Ответ:
Функция мукспондеры MxPD -мультиплексирование и демультиплексирование цифровых потоков со стороны источника и получателя трафика.
15. Когда и почему в транспондерах используются фазовые форматы модуляции?
Ответ:
Увеличение скорости достигалось сужением оптических импульсов, и при переходе на 40-гигабитные, а особенно на 100-гигабитные скорости это вызывает массу проблем.
Во-первых, с ростом скорости необходимо обеспечить существенное увеличение минимального соотношения сигнал/шум, требуемого для достижения приемлемого уровня битовых ошибок. По оценкам экспертов компании Corning, при сохранении формата NRZ для перехода с 10 на 40 Гбит/с это соотношение надо увеличить на 6 дБ, а для перехода на 100 Гбит/с — на 10 дБ. Во-вторых, значительно ужесточаются требования к уровню поляризационной модовой дисперсии и хроматической дисперсии: с ростом скорости допустимое значение первой характеристики снижается линейно, второй — квадратично. Наконец, в-третьих, импульсы NRZ могут не поместиться в сетке 50 ГГц и даже 100 ГГц систем спектрального уплотнения, которые стремятся использовать многие операторы для более эффективного расходования канальных ресурсов.

16. Назвать особенности фазовой модуляции DP-QPSK в сравнении с NRZ.
Ответ:
В каждом виде фазовой модуляции предусмотрены фазовые состояния этих импульсов, как абсолютное соответствие (RZ, NRZ), так и относительно предшествующих состояний (BPSK, DPSK и др.).

17. Каким должно быть соотношение OSNR в транспондерах на скорости передачи 126,5 Гбит/с для получения цифровых данных с ошибками не более 10-4?
Ответ:
Согласно рисунку 1  – 15,7 дБ (теоретическое)
     – 20,1 дБ (в реальном времени)

Рисунок 1 - Пример характеристики коэффициента ошибок (BER) в связи с оптическим отношением сигнал/шум при скорости передачи в оптическом канале 126,5Гбит/с

18. Назвать назначение смартлинков.
Ответ:
Смартлинк - соединение, реализующее технологию ИМКС (интеллектуальные многоканальные оптоволоконные соединения). Предназначен для увеличения скоростей ввода-вывода в микросхемах и обмена данными между микросхемами.

19. Почему смартлинки называют умными устройствами?
Ответ:
«Умом» смартлинка является процессор, управляющий соединением с помощью коммутатора.
Работает смартлинк следующим образом. На входы VCSEL матрицы, расположенной в микросхеме – источнике информации, подают электрические импульсы, которые модулируют излучение лазеров. Это излучение по оптошине поступает к матрице фотодиодов, расположенной в приёмнике информации, и преобразуется в поток электрических импульсов. Каждый фотодиод подключен к управляемому процессором коммутатору.

20. Что представляет собой оптический интерливинг?
Ответ:
Оптический интерливинг - устройство осуществляющее перемежение оптических импульсов; перемежение оптических полос частот; объединение и разделение оптических сигналов на одинаковых и различных скоростях; объединение и разделение оптических сигналов WDM с одинаковыми и различными полосами канальных сигналов и групп канальных сигналов.

21. Назвать приборы, обеспечивающие спектральный интерливинг.
Ответ:
Фильтр интерливинга позволяет разнести по частоте соседние оптические каналы с перемежением для уменьшения взаимных влияний между каналами в последующих оптических устройствах (например, в демультиплексорах).

Задача 1
Используя данные реальных модулей SFP/XFP , приведённые в табл.1.1, оценить возможность их применения на волоконно-оптических линиях различной протяженности (табл.1.2), представляющих собой волокна стандарта G.652 A, B, C, D (SMF). Оценку применимости модулей на соответствующих волокнах подтвердить расчётами энергетических параметров дисперсионных искажений. Значения затухания и дисперсии выбрать по рис.З.1. Оценить возможную перегрузку приёмника.


Табл. 1.1 Характеристики модулей SFP/XFP
Параметры модулей Предпоследняя цифра номера пароля
 0
Тип модуля SFP/XFP SFP 100 Base LX
Тип коннектора Дуплекс LC
Скорость передачи, Мбит/с 100
Рабочая волна, нм 1310
Мощность передатчика, дБм -14… -23,5
Чувствительность приёмника, дБм -33,5
Макс. вх. уровень на приёме, дБм -8
Штраф за дисперсию, дБ 0,5
Энергетический потенциал 10

Табл. 1.2 Типы и длины волоконных световодов
Типы и длины световодов Последняя цифра номера пароля
 3
Тип световода G.652 D
Длина кабельной линии, км 10
Число строительных длин кабеля 5
Потери на стыке строительных длин, дБ 0,15


Рис. 3.1 Спектральные характеристики волокна G.652

Работа сдана.