[MIX@ 0]

Здравствуйте, господа разработчики!

 

Встала передо мной такая задача - сделать систему синхронизации по оптическому каналу.

Т.е. есть некоторый источник высокостабильного периодического сигнала(синус, до 10 МГц), который нужно передать потребителю на расстояние нескольких киллометров. Синхронизация должна выполняться непрерывно в течение всего срока службы.

Плюс необходим дуплексный канал информационного взаимодействия - для обмена разными служебными данными(поправки, информация о состоянии и т.д.).

Всё это должно идти по одному оптическому кабелю.

С оптикой до этого дела не имел, посему вопрос к местным экспертам:

1) Возможно ли по оптике гнать высокостабильный тактовый сигнал и какие при этом возникнут искажения?

2) Возможно ли мультиплексировать по одному физическому оптическому каналу несколько логических каналов(тактовый и дуплексный информационный)? Прочитал, что есть многомодовые оптические каналы, которые позволяют запустить несколько лучей с разной длиной волны.

3) Какую посоветуете электрическую обвязку для оптики (оптоэлектрические преобразователи, смесители, ... ) под задачу?

 

Заранее благодарю за комментарии по существу.

Изменено 24 июня, 2013 пользователем MIX@

[krux 8]

источник высокостабильного периодического сигнала(синус, до 10 МГц)

масло масляное. лучше расскажите, какие параметры необходимо иметь на приемниках этого синхросигнала, и что дано на входе.

какая нужна стабильность ppm (ppb)? фазовый шум?

одно дело - отправить с базовой станции на вышку по оптике CPRI (OBSAI), и совсем другое - сделать источник по требованиям G.811.

 

С оптикой до этого дела не имел

а с синхронизацией?

[MIX@ 0]

масло масляное. лучше расскажите, какие параметры необходимо иметь на приемниках этого синхросигнала, и что дано на входе.

какая нужна стабильность ppm (ppb)? фазовый шум?

одно дело - отправить с базовой станции на вышку по оптике CPRI (OBSAI), и совсем другое - сделать источник по требованиям G.811.

На входе дана подобная штука: VCH-1008

Соответственно, нестабильность по частоте сего девайса - сотые доли ppt в минуту (13-ый знак), фазовые шумы:

1 Гц ≤−110 дБ/Гц

10 Гц ≤−135 дБ/Гц

100 Гц ≤−145 дБ/Гц

1000 Гц ≤−155 дБ/Гц

На выходе хотелось бы получить не хуже.

 

Посмотрел озвученные вами стандарты - скорее всего ближе к источнику с требованиями G.811 (даже с более крутыми требованиями, покуда в стандарте указан 11-ый знак по частоте)

 

а с синхронизацией?

Да, но, к сожалению, пока только в рамках теории.

[krux 8]

для передачи данных часто используют кодирование (например 8/10b 64/66b) или фреймирование+скремблирование. Это нужно для обеспечения достаточного количества перехода сигнала из "0" в "1" и обратно, чтобы фапч в блоке CDR на приеме смог захватить тактовую частоту входного сигнала, и сам блок CDR смог корректно нарезать из искаженного входного сигнала битовую последовательность на этой тактовой частоте.

При формировании битового потока, оптоэлектронном преобразовании, на самой оптике,- набегает приличное количество джиттера, поэтому если нужно сигнал ретранслировать дальше (а так чаще всего и бывает), то приходится чистить джиттер. классика жанра - гун+фапч. долговременная стабильность - такая же что и у исходного передаваемого, кратковременная и фазовые шумы - как у примененного гуна.

 

На выходе хотелось бы получить не хуже.

тогда чтобы было не хуже, то по всей видимости нужно поставить второй такой же (либо похожий) со стороны приемника, и им почистить джиттер.

 

 

логических каналов данных можно сделать сколько придумаете. это ведь протокольная часть, она не так много требует от физики процесса.

 

что касается нескольких сигналов в одном волокне - да, это называется CWDM и DWDM. Используют разные длины волны. Ввод-вывод в "суммарный" транспортный канал делается на тонко нарезанной дифракционной решетке, приемники и передатчики берутся парные, со строго определенными длинами волн. Друг на друга влияния практически не оказывают.

 

По вашим ТТХ я пока боюсь предлагать какие-то определенные варианты.

 

Учтите ещё, что в многомоде из-за многолучевости имеет место фазовая дисперсия, и фронт сигнала размазывается сильнее чем в одномоде, особенно на расстояниях более 100м (и многомод вообще дальше 300м не применяют).

 

Задержку распространения компенсировать будете?

[krux 8]

и ещё в копилку:

http://ics-web4.sns.ornl.gov/icalepcs07/FOAA03/FOAA03.PDF

http://accelconf.web.cern.ch/accelconf/ica...APERS/MP533.PDF

http://tdc.web.cern.ch/tdc/hptdc/docs/hptd...nual_ver2.2.pdf

http://www.pa.msu.edu/hep/atlas/l1calo/ref...uri_18dec12.pdf

Изменено 25 июня, 2013 пользователем krux

[MIX@ 0]

для передачи данных часто используют кодирование (например 8/10b 64/66b) или фреймирование+скремблирование. Это нужно для обеспечения достаточного количества перехода сигнала из "0" в "1" и обратно, чтобы фапч в блоке CDR на приеме смог захватить тактовую частоту входного сигнала, и сам блок CDR смог корректно нарезать из искаженного входного сигнала битовую последовательность на этой тактовой частоте.

При формировании битового потока, оптоэлектронном преобразовании, на самой оптике,- набегает приличное количество джиттера, поэтому если нужно сигнал ретранслировать дальше (а так чаще всего и бывает), то приходится чистить джиттер. классика жанра - гун+фапч. долговременная стабильность - такая же что и у исходного передаваемого, кратковременная и фазовые шумы - как у примененного гуна.

 

тогда чтобы было не хуже, то по всей видимости нужно поставить второй такой же (либо похожий) со стороны приемника, и им почистить джиттер.

 

логических каналов данных можно сделать сколько придумаете. это ведь протокольная часть, она не так много требует от физики процесса.

 

что касается нескольких сигналов в одном волокне - да, это называется CWDM и DWDM. Используют разные длины волны. Ввод-вывод в "суммарный" транспортный канал делается на тонко нарезанной дифракционной решетке, приемники и передатчики берутся парные, со строго определенными длинами волн. Друг на друга влияния практически не оказывают.

 

Учтите ещё, что в многомоде из-за многолучевости имеет место фазовая дисперсия, и фронт сигнала размазывается сильнее чем в одномоде, особенно на расстояниях более 100м (и многомод вообще дальше 300м не применяют).

 

После сказанного вами задумался - а нужно ли вообще пытаться загонять в оптику несколько лучей для организации отдельных тактового (эталонный сигнал частоты) и информационного каналов? Как я понял, можно взять самосинхронизирующийся код (например, манчестерский) и убить двух зайцев - и частоту получить в блоке CDR (как я понял, для получения хорошей кратковременной стабильности джиттер чистить всё равно придётся, даже в случае передачи эталонного сигнала на отдельной длине волны) и данные передать.

Пока вижу одну принципиальную сложность - удастся ли при формировании манчестерского кода (по-видимому, в ПЛИС) сохранить долговременную стабильность, как у эталонного сигнала частоты?

 

Кстати, как я понял - технологии WDM позволяют гнать несколько длин волн даже по одномодовым кабелям? У них вроде бы характеристики по стабильности передачи на длинные дистанции лучше? Вообще, хотелось бы обеспечить длину передачи километров на 10. На худой конец можно же репитеры поставить, которые будут джиттер чистить и передавать сигнал дальше. Только вот не хотелось бы их ставить через каждые 100-300 метров.

 

По вашим ТТХ я пока боюсь предлагать какие-то определенные варианты.

 

Если есть возможность - киньте хотя бы какие-то варианты, для начала.

 

Задержку распространения компенсировать будете?

Да. Полагаю, для этого нужен будет сдвоенный оптический канал. Как я понимаю - по второму каналу нужно будет измерять задержку распространения сигнала в волокне. Заодно, по нему же ещё один информационный канал можно пустить, что бы получить дуплекс и обойтись без многомодового кабеля.

[krux 8]

мой опыт основан на системах связи SDH, и там, как вы правильно сказали, требования не такие жесткие, как в вашем случае.

В SDH синхронизация используется для того, чтобы между узлами не было "проскальзываний", т.е. потерь данных. При этом уровни иерархии синхронизации, условно поделенные на 1,2 и 3, означают сколько дней(часов) узлы с соответствующим уровнем синхронизации смогут проработать без "проскальзываний" в случае потери иерархии синхронизации (обрывов каналов, по которым узлы синхронизируются между собой в нормальном режиме). Т.е. в телекоме речь идет прежде всего об удержании синхронизации хоть в каких-то но ограниченных пределах, и при этом не потерять данные, пока канал синхронизации не починят. Примерно как-то так.

 

Вот почему я привел ссылки на LHC, как на более приближенный к вашему случай. Там синхронизация используется для измерения времени жизни элементарных частиц в единицы наносекунд, с разрешающей способностью порядка 25-50-120 пс.

 

Коммерческий вариант оптики под синхронизацию - SFP-модули. Лидеры рынка по качеcтву - Avago и Finisar. 85% телекоммуникационных компаний (cisco, intel, brocade, h3с) заказывают у них OEM-производство.

 

на одномоде один пролет может быть 10, 20, 40, 80 км без ретрансляции. Возможны и более длинные дистанции точка-точка без ретрансляции (120, 160, 200 км), но с применением оптических усилителей (EDFA или RAMAN).

Все коммерческие WDM системы предназначены для работы по одномоду. Для многомода их не делают, длины волн не те. И вообще многомод фактически умер 4 года назад, и им пользуются только те, у кого он по зданию УЖЕ проложен в больших количествах. Все новые стройки делаются исключительно на одномоде (за исключением военных и прочих непрофессионалов).

Был даже случай год назад, когда из-за неграмотности одного "манагера" (многомод дешевле на 20%) в коллектор в москве проложили 5 км многомода на 64 волокна одним куском. Естественно, он не завелся (и не мог!) и понеслись увольнения-штрафы-перекладывание_кабеля-убытки-прочая-прочая.

 

по поводу отдельных каналов для синхронизации и данных - сходу не могу ответить.

Random jitter будет добавляться в обоих случаях примерно один и тот же.

Deterministic jitter - на синхру действовать будет слабо, на сигнал с данными - будет, величина и характер распределения будет определяться видом кодирования.

Если будет ФАПЧ, то будет ещё и cycle-to-cycle jitter, который зависит от силы обратной связи и постоянной задержки петли обратной связи. (damping/peaking)

[MIX@ 0]

Что скажете насчёт подобного девайса?

 

С точки зрения системотехники - он решает проблему со множеством оптических каналов.

Фактически, я получаю два дуплексных канала - один под информационный обмен, один под синхру и калибровку.

 

по поводу отдельных каналов для синхронизации и данных - сходу не могу ответить.

Random jitter будет добавляться в обоих случаях примерно один и тот же.

Deterministic jitter - на синхру действовать будет слабо, на сигнал с данными - будет, величина и характер распределения будет определяться видом кодирования.

А каков порядок этих величин?

 

[krux 8]

Что скажете насчёт подобного девайса?

С точки зрения системотехники - он решает проблему со множеством оптических каналов.

Фактически, я получаю два дуплексных канала - один под информационный обмен, один под синхру и калибровку.

жуткий noname-китай. Да, задачу решает, но только "здесь и сейчас". Если нужно будет заложить в проект хотя бы на полгода вперёд - я бы не стал. точно такого же может просто не оказаться, а замена будет хуже оригинала.

И если уж собираетесь брать ширпотреб - то я бы посмотрел в сторону Opticin.

 

А каков порядок этих величин?

зависит от.

дело в том что не сильно высокоскоростной сигнал, например со скважностью 2, при передаче через оптику будет очень сильно искажен. Дело в том, что для исключения "выжигания" pin-диода в приемном модуле, на передаче оптический импульс формируется только при изменении сигнала. т.е. постоянная электрическая "1" сигнала данных на передатчике не означает постоянно включенного оптического лазера на передатчике. т.е. 10 МГц сигнал будет достаточно сильно искажен by design.

 

измерения "в прямую" на практике нереальны. по отдельности - тем более.

Самая точная получаемая на практике характеристика - phase noise plot. Из него косвенно вычисляется всё остальное.

Цифры будут сильно зависеть как от самих оптоэлектрических модулей, и примененных микросхем, так и от геометрии проводников на печатной плате.

для понимания "что сделано не так" с заданными по ТЗ пикосекундными интервалами - нужны будут анализатор спектра и векторный анализатор цепей.

 

на практике производители оптоэлектрических модулей проверяют их на устойчивость к джиттеру - по маске ITU-T G.825 Fig 3/4, или даже не проверяют совсем если они для ethernet. Больше никаких гарантий нет.

[MIX@ 0]

жуткий noname-китай. Да, задачу решает, но только "здесь и сейчас". Если нужно будет заложить в проект хотя бы на полгода вперёд - я бы не стал. точно такого же может просто не оказаться, а замена будет хуже оригинала.

И если уж собираетесь брать ширпотреб - то я бы посмотрел в сторону Opticin.

 

Это уже получше?

 

Ещё нашёл какие-то девайсы от наших. Вероятно тоже китайский OEM?

 

Набросал функциональную схемку построения системы синхронизации. Как считаете - жизнеспособна?

По одному каналу идёт синхра (туда и обратно). По второму - дуплексный информационный канал.

PLL вставил для чистки фазовых шумов, PD (Фазовый детектор, по сути TDC) для калибровки задержки передачи по оптике.

Вроде бы получилась типовая двухпутевая схема синхронизации.

 

 

 

зависит от.

дело в том что не сильно высокоскоростной сигнал, например со скважностью 2, при передаче через оптику будет очень сильно искажен. Дело в том, что для исключения "выжигания" pin-диода в приемном модуле, на передаче оптический импульс формируется только при изменении сигнала. т.е. постоянная электрическая "1" сигнала данных на передатчике не означает постоянно включенного оптического лазера на передатчике. т.е. 10 МГц сигнал будет достаточно сильно искажен by design.

 

измерения "в прямую" на практике нереальны. по отдельности - тем более.

Самая точная получаемая на практике характеристика - phase noise plot. Из него косвенно вычисляется всё остальное.

Цифры будут сильно зависеть как от самих оптоэлектрических модулей, и примененных микросхем, так и от геометрии проводников на печатной плате.

для понимания "что сделано не так" с заданными по ТЗ пикосекундными интервалами - нужны будут анализатор спектра и векторный анализатор цепей.

 

на практике производители оптоэлектрических модулей проверяют их на устойчивость к джиттеру - по маске ITU-T G.825 Fig 3/4, или даже не проверяют совсем если они для ethernet. Больше никаких гарантий нет.

 

Т.е. до момента изготовления макета не получится проверить - подходит ли выбранная схема построения и её компоненты по заданным параметрам фазовых шумов?

Я думал, что можно хотя бы теоретически прикинуть шансы на успех, так сказать...

[krux 8]

http://jila.colorado.edu/yelabs/sites/defa..._SethForman.pdf