Узбекское Агентство Почты и Телекоммуникаций

Ташкентский Электротехнический Институт Связи

                      

 

 

 

                                                                    Кафедра телекоммуникационных систем передачи

 

 

 

 

 

 

 

РАСЧЁТ ОПТИЧЕСКОГО ЛИНЕЙНОГО ТРАКТА С ВОЛНОВЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ КАНАЛОВ

 

 

 

 

 

ПОСОБИЕ ПО КУРСОВОЙ РАБОТЕ ДЛЯ МАГИСТРАНТОВ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ “ОПТИЧЕСКИЕ СЕТИ СВЯЗИ”

 

 

 

 

Ташкент 2002

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Внедрение волоконно-оптических систем передачи в Узбекистане идет быстрыми темпами. Однако, появление в мировой системе телекоммуникаций сети Интернет и развитие сети абонентского доступа ставит на повестку дня вопрос резкого расширения объема передаваемой информации, вплоть до потоков в несколько единиц и десятков Тбит/с. Между тем, самые современные системы с максимальной скоростью передачи SТМ-64 (10 Гбит/с) и SТМ-256 (40 Гбит/с) на 2-3 порядка уступают тем возможностям, которые может обеспечить оптическое волокно по пропускной способности. К тому же, электронные компоненты систем ставят существенные ограничения по скорости. Радикальным решением проблемы является создание систем с волновым уплотнением. Используя набор световых несущих можно уже сейчас обеспечить по одной нитке волокна передачу потоков до 1 Тбит/с и более. Целью настоящего пособия является ознакомление и подготовка специалистов в области проектирования и построения таких систем передачи. Вне всякого сомнения, такие системы в ближайшее время появятся на. телекоммуникационных сетях Узбекистана.

В данном пособии рассмотрена методика расчета таких систем и сетей. В нем приводятся справочные данные по промышленным системам со спектральным уплотнением, по одномодовым световодам, по квантовым оптическим усилителям, устройствам ввода-вывода и мультиплексорам. Процесс проектирования, нашедший отражение в пособии, включает целый ряд последовательно рассматриваемых задач, касающегося выбора диапазона для спектрального уплотнения, выбора типа световодов и частот каналов. Проводится расчет дисперсии для канала с максимальным быстродействием и с максимальной спектральной частотой, расчет затухания на участке между двумя квантовыми усилителями. Определяется помехозащищенность и проводится построение диаграммы уровней для магистрали.

 

 

 

 

1. ЗАДАНИЕ И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ К ПРОЕКТИРОВАНИЮ

 

Каждый студент выполняет задание по индивидуальным исходным данным, получаемым от преподавателя.

В ходе работы над заданием студент выполняет следующее:

•   производит выбор аппаратуры для спектрального уплотнения;

•   приводит карту распределения частот для выбранного спектрального диапазона;

•   выбирает тип световодов и частоты каналов в соответствии с используемой картой каналов;

•   производит расчет дисперсии для канала с максимальным быстродействием и с максимальной и минимальной спектральной несущей; .

•   производит расчет затухания участка между двумя квантовыми усилителями;

•   определяет отношение сигнал/помеха и строит диаграмму уровней для магистрали;

•   строит подробную структурную схему линейного тракта с промежуточными участками.

Для выполнения расчетов, при проектировании, задаются следующие исходные данные:

L - длина трассы передачи, км;

L1 - длина секции, км;

М - число каналов спектрального уплотнения;

Используемая в каналах электрическая аппаратура уплотнения (SТМ-N, АТМ, IР и др.), и соответствующее число каналов для каждой системы уплотнения (М1 М2, М3 и т.д.);

Наличие пунктов ввода-вывода;

Спектральный диапазон, в котором производится уплотнение;

Строительная длина волокна, км.

 

2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СИСТЕМАХ И СЕТЯХ СПЕКТРАЛЬНОГО УПЛОТНЕНИЯ

 

Мультиплексирование с разделением по длине волны (WDM), также называется волновым мультиплексированием или спектральным уплотнением. Есть и развитие этой технологии — "плотное" DWDМ. Возможности временного уплотнения пока исчерпаны SТМ-256 со скоростью передачи 40 Гбит/с.

В последние годы отмечается стремительный рост каналов, но если прирост речевого трафика составляет 8% в год, то трафика данных-35% в год. На 80-100% растет ежегодно объем трафика Интернета.

Решить проблемы роста объема передаваемой информации можно тремя способами:

1. Прокладкой новых кабелей (длительный и дорогостоящий процесс);

2. Переходом   к   более   производительной   аппаратуре   с   временным мультиплексированием;

3. Применением WDM или DWDM.

 


Переход на скорости передачи с использованием систем синхронной передачи - 40 Гбит/с и более проблематичен из-за сложностей с электронными компонентами аппаратуры и ростом дисперсии. Но, даже переход на скорости в 40 Гбит/с сулит использование информационной емкости оптического волокна в 25 Тбит/с не более 0.1%. Внедрение технологии WDM и DWDМ опирается на технические реализации (рис. 1), основанные на использовании волновых мультиплексоров и демультиплексоров обеспечивающих в настоящее время возможность уплотнения с шагом до 100 ГГц (0,8 нм), хотя и возможно уплотнение и с шагом 50 ГГц (0,4 нм). Однако, при шаге в 50 ГГц даже при скорости передачи в 10 Гбит/с спектры перекрываются.

 

 

Рис 1. Гипотетические архитектуры мультиплексных оптических линий на основе каналов SDH: а) система 32´STM-16; б) система 8´STM-64.

 

Переход к этим технологиям требует использования широкополосных квантовых оптических усилителей на оптических волокнах, легированных эрбием. Такие усилители выпускаются трех видов: усилители мощности (МУ), линейные усилители (ЛУ) и предварительные усилители (ПУ).

Для эффективного использования технологий WDM предпочтительны оптические световоды с ненулевой смещенной дисперсией (другие перечисленные необходимые компоненты рассмотрены более подробно далее).

Выделим и рассмотрим те новые возможности, которые открываются с применением систем спектрального уплотнения:

1. В настоящее время принято классифицировать такие системы на три типа:

а) Обычные (WDМ), для которых разнос каналов составляет не менее 200 ГГц, это даёт возможность в окне прозрачности 1530-1560 нм получить ³ 16 спектральных каналов;

б) Плотные (DWDМ), для которых разнос каналов составляет не менее 100 ГГц (0.8 нм) и даёт возможность мультиплексировать в спектре 1530-1560 нм не более 32-40 каналов;

 

Таблица 1.

Частотное распределение с шагом 100 и 200 ГГц для диапазона1528-1560 нм.

Частота, ТГц

 

100 ГГц                          (8 каналов и более)

 

200 ГГц                          (4 канала и более)

 

Длина волны, нм

 

196,1

*

*

1528,77

196,0

*

 

1529,55

195,9

*

*

1530,33

195,8

*

 

1531,12

195,7

*

*

1531,90

195,6

*

 

1532,68

195,5

*

*

1533,47

195,4

*

 

1534,25

195,3

*

*

1535,04

195,2

*

 

1535,82

195,1

*

*

1536,61

195,0

*

 

1537,40

194,9

*

*

1538,19

194,8

*

 

1538,98

194,7

*

*

1539,77

194,6

*

 

1540,56

194,5

*

*

1541,35

194,4

*

 

1542,14

194,3

*

*

1542,94

194,2

*

 

1543,73

194,1

*

*

1544,53

194,0

*

 

1545,32

193,9

*

*

1546,12

193,8

*

 

1546,92

193,7

*

*

1547,72

193,6

*

 

1548,51

193,5

*

*

1549,32

193,4

*

 

1550,12

193,3

*

*

1550,92

193,2

*

 

1551,72

193,1

*

*

1552,52

193,0

*

 

1553,33

192,9

*

*

1554,13

192,8

*

 

1554,94

192,7

*

*

1555,75

192,6

*

 

1556,55

192,5

*

*

1557,36

192,4

*

 

1558,17

192,3

*

*

1558,98

192,2

*

 

1559,79

192,1

*

*

1560,61

 

с) Высокоплотные (НDWDM), для которых разнос каналов составляет 50 ГГц    и позволяет, в настоящее время, мультиплексировать в спектре 1530-1560 нм до 80 каналов. Можно также дополнительно увеличить число каналов за счет использования окна прозрачности 1560-1620 нм (рис.2.).

Наконец, устранив пик поглощения волокна на длине волны ~1400 нм (рис.3.) можно обеспечить сплошной оптический диапазон передачи от 1280 до 1620 нм (рис.3в.).

Частотный диапазон передачи составит в этом случае:

 


 

Рис.2. Перспективная схема расширенного канального плана.

 

Процесс создания столь широкополосных систем отдален несовершенством световодов и отсутствием столь широкополосных квантовых оптических усилителей. Не менее актуальна и проблема равномерности амплитудно-волновых характеристик таких усилителей.

2. Переход на технологии спектрального уплотнения обеспечивает возможность транспортировки различных сигналов (АТМ, IР, РDН) без их упаковки и обработки посредством структуры мультиплексирования SDН (рис.4.).


 

Рис.3. Спектральные кривые коэффициента затухания стандартных

одномодовых волокон с несмещенной дисперсией: а) SMF-28 (Соrning); б) Matched Cladding; в) All Wave (Lucent Technologies).

 

 

Тем самым повышается эффективность передачи в целом (уменьшается длина необходимых заголовков, упрощается построение систем).

 

а)

ATM

IP

б)

ATM

IP

ATM

IP

SDH/SONET

SDH/SONET

WDM

Физический уровень

Физический уровень

Оптическая среда передачи

Оптическая среда передачи

 

Рис. 4. Модель взаимодействия основных транспортных технологий: а) до внедрения технологий WDM; б) после внедрения технологий WDM

 

3. Наличие оптических несущих даёт возможность проводить оперативное изменение ёмкости сети при изменении потребностей в информации.

4. Имеется возможность использовать для маршрутизации каналы определённой длины волны вместо использования электронных средств коммутации;

5. Реальна возможность создания полностью оптических сетей передачи.

 

3. ПРОМЫШЛЕННЫЕ СИСТЕМЫ СПЕКТРАЛЬНОГО УПЛОТНЕНИЯ

 

В таблицах 2, 3 приводятся данные промышленных систем, получивших развитие в последние годы.

Ряд фирм разрабатывали системы со спектральным уплотнением для глобальных сетей SDН, в то же время другие компании использовали их для локальных сетей. К последним относятся ОSIСОМ, IТС, IВМ, ЕОNIХ, СIЕNА, САМВRIАН, АDVА. Интерфейсы для преобразования форматов сигналов на входе и выходе у них предназначены для обработки сигналов данных. Компании АLCAТЕL, ЕСI, LUСЕNТ, NЕС, NОКIА, NОRТЕL, РIRELLI, SIEMENS - выпускают аппаратуру для глобальной связи. Скорости передачи у этих компаний достигали 100-400 Гбит/с.

По приводимым паспортным данным можно судить о ряде параметров присущих системам:

1 . Тип системы - дуплексная или двунаправленная (D), использует две оптические несущие на канал и полудуплексные (S) - одна несущая на канал в световоде.

Если же число каналов просто даётся, то это полудуплексная система с n-каналами, или дуплексная с n/2 каналами

При создании дуплексных систем каналы одного направления могут быть отделены от другого защитным зазором в несколько каналов по длине волны.

2. В высокоскоростных системах предпочтение отдается коду NRZ, для которого объём информации передаваемой за единицу времени наиболее высокий.

3. Число каналов ввода-вывода. С точки зрения топологии наиболее легко реализуется топология «точка-точка», где ввод-вывод каналов, как электрических, так и оптических либо не требуется, либо ограничен. 


Таблица 2

Промышленные системы с WDM

Компания

Модель

Входной сигнал, нм

Число каналов данных

Тип

Код

Ёмкость волокна, Гбит/с

Число каналов вв/выв

Топология

Секция-пролёты

Число макс.

Потери дБ

Длина, км

ADVA (Cisco)

Abraxas

нд

4

D

нд

1.25

нд

нд

1

нд

5

4/8 OCM

нд

4, 8

D

нд

20

нд

нд

1

нд

50

Alcatel

1640 WM

нд

40

S

нд

100/400

4

т-т,т-мт,к2

8

нд

25, 120

1686 WM

нд

16

S

нд

40

4

нд

нд

нд

25, 120

1690 WM

1260-1570

16/32

S

нд

40/80

8

т-т,т-мт,к2

1

нд

48

1610 OA LTH

нд

16

S

нд

40

нд

нд

нд

нд

нд

Cambrian (Nortel)

OPTera Metro

нд

8/32/64

D, S

нд

20/80/160

нд

п-п, к, з

1

нд

50

OPTera LH

нд

32-80/160

D/S

нд

до 1600

2-16

т-т, к, з, я

нд

нд

нд

Ciena

 

Multiwave 1600

1290-1560

16

S

NRZ/RZ

40

4

т-т, т-мт

5

30

120

Sentry 1600

1250-1600

16

S

нд

40

4

т-т, т-мт

4/5/10

33/30/25

120-100

Sentry 4000

1250-1600

40

S

нд

100

8

т-т, т-мт

2/5

33/25

120/90

Firefly

1290-1560

24

S

нд

60

нд

нд

1

19

65

ECI

Metro

нд

24

S

нд

60

1-24

т-т, к, з, я

нд

нд

нд

LumiNet-SR

нд

8/16/32/40

S

нд

20-100

8

т-т

1

нд

60-95

LumiNet-MR

нд

8/16/32/40

S

нд

20-100

8

т-т

1

нд

140-160

LumiNet-LR

нд

8/16/32/40

S

нд

20-100

8

т-т

3/5/8

нд

140-90

Eonyx

SM 9600

нд

16

S

нд

1, 25

нд

т-т, к, з

1

нд

40

Ericsson

Erion Networker

1250-1580

16

D,S

нд

20/40

нд

т-т,т-мт,к2

1

17/14

нд

Fujitsu

Flashwave Metro

нд

4/8/16

S

нд

40/80/160

нд

т-т

1

нд

60

Flashwave 320

нд

1-16/32

S

нд

10-320

нд

т-т, т-мт

нд

нд

нд

IBM Corp.

9729-001

нд

10

D

нд

20

нд

т-т

1

нд

40, 50

9729-041

нд

4

D

нд

4

нд

т-т

1

нд

40, 50

ITC

OM/9000/ 25-8/16

нд

8/16

D

нд

10/20

нд

нд

1

нд

50

Lucent

OLS 40G

нд

8

S

нд

20/80

на заказ

т-т, к

3, 8

нд

120, 80

OLS 80G

нд

16

S

нд

40/160

на заказ

т-т, к, к2

3, 8

нд

120, 80

OLS 400G

нд

40/80

S

нд

200/400

8

т-т, к2, к4

8

нд

80

Marconi

PLT 16/40

нд

16/40

S

нд

160/400/ 700

4/8

т-т,т-мт,к2

1/ нд

нд

нд

PMA 8/32

нд

8/32

S

нд

80/320

нд

т-т,т-мт,к2

1/ нд

нд

нд

NEC

SpectralWave

нд

40/80

S

нд

400/800

4

т-т

1/2/5/8

22-40

80-160

SpectralWave

нд

160

S

нд

1600

8

т-т

1/2/5/8

22-40

80-160

Nokia

STM-16/WDM

нд

4/8/16

S

нд

40

0

т-т, к, к2

нд

нд

нд

Nortel

S/SDMS TN

нд

8

S

нд

80

нд

т-т, к2

нд

нд

нд

S/SDMS TN-DM

нд

16/32

S

нд

160/320

нд

т-т, к2, к4

нд

нд

нд

Osicom

Gigamux

нд

8,16

D,S

нд

40

нд

т-т

1

нд

80

Gigamux EPC

нд

32

S

NRZ

80

нд

т-т

1

нд

80

Pirelly

T31-BDS

нд

4

D

NRZ

40

нд

т-т, к

3, 4

нд

100

T31-MWS

нд

4,8

D,S

NRZ

20

нд

т-т, к

5

нд

100

T31-OMDS 16

нд

16

S

NRZ

40

нд

т-т

1

нд

88

WaveMux

нд

32/64

S

NRZ

80/160

12

т-т, к, я

5, 80

нд

120

Siemens

WL8/16/32*

нд

8/16/32

S

нд

20-320

нд

т-т, к2

5

нд

120-140

WLS

нд

8/16/32

S

нд

20-320

нд

т-т

8/5

нд

120-140

MTS

нд

16/32/160

S

нд

40-1600

нд

т-т

нд

нд

120

Компания

Модель

Секция-дистанция

Скорость на входе,           (М/Г) бит/с

Разнос несущих,    ГГц

Диапазон или полоса,                 ТГЦ или нм

Допуск по дисперсии,   пс/нм

Тип волокна

Канал управления, нм/Мгц

Тип поддерживаемых логических интерфейсов

Управление

SNMP IP

TMN

ADVA (Cisco)

Abraxas

5

45-155M

нд

нд

нд

нд

нд

ATM, E, FE ,FDDI, OC3, T3

+

-

4/8 OCM

50

10 М-1.25Г

нд

нд

нд

нд

нд

ATM, E, FE, FDDI, OC3-OC24

+

-

Alcatel

1640 WM

640

100М-10Г

100

196.0-192.1

12800

нд

нд

FDDI, OC-48, 192; STM-16, 64

-

Q,F

1686 WM

640

100 М-2.5Г

200

196.0-192.1

12800

нд

нд

FDDI, OC-48, STM-16

-

Q,F

1690 WM

48

100 М-2.5Г

200

195.7-192.3

нд

SF

нд

ATM/GE/FC/FDDI/ESCON/IP/STM-1/4/16

+

Q,F

1610 OA LTH

нд

до 2.5 Г

200

195.7-192.3

нд

нд

нд

нд

нд

нд

Cambrian (Nortel)

OPTera Metro

50

до 2.5 Г

нд

нд

нд

нд

нд

FC,FE,GE,OC-3,12,48

-

-

OPTera LH

нд

0.622/2.5/10Г

50/100

1528-1603

нд

нд

1510/1625

ATM/GE/IP/OC-48/192;STM-1/4/16/64

+/+

Q3

Ciena

 

Multiwave 1600

600

50 М-2.5 Г

100

1540-1560

нд

SF

2 M, фрейм

OC-3,12,48,48c; STM-16;PDH-1,2; 1.7 Г

+/+

Q3

Sentry 1600

480-1000

140 М-2.5 Г

100

193.7-192.1

нд

SF

1310/2

OC-3,12,48,48c; STM-16;PDH;Fast IP

+/+

Q3

Sentry 4000

450-500

2.5 Г

50

нд

нд

нд

1310/2

OC-48,48c; STM-16

+

Q3

Firefly

65

155 М-2.5 Г

100

нд

нд

нд

1310/2

OC-3,3c,12,12c,48,48c;STM-1,16;PDH;IP

+

Q3

ECI

Metro

переменная

140 М-2.5 Г

200

нд

нд

нд

1310

OC-3,12,48,48c;STM-1,4,16;PDH

+

+

LumiNet-SR

60-95

34 М-2.5 Г

100/200

1529-1960

1800

SF

1510

ATM;CATV;IP;OC-12,48;PDH;STM-4,16

-

+

LumiNet-MR

140-160

34 М-2.5 Г

100/200

1529-1560

3000

SF

1510

ATM;CATV;IP;OC-12,48;PDH;STM-4,16

-

+

LumiNet-LR

420-720

34 М-2.5 Г

100/200

1529-1560

14000

SF

1510/2

ATM;CATV;IP;OC-12,48;PDH;STM-4,16

-

+

Eonyx

SM 9600

40

100-155 М

нд

нд

нд

нд

нд

FDDI, ATM, OC-3

-

-

Ericsson

Erion Networker

нд

140 М-2.5 Г

100

192.3-193.8

10200

SF

1510/2

OC-3,12,48;STM-1,4,16;PDH-140

+/+

+

Fujitsu

Flashwave Metro

60

100 М-10 Г

нд

нд

нд

SF

нд

ATM/FDDI/STM-16,64

+

+

Flashwave 320

400

100 М-10 Г

нд

нд

нд

SF

нд

ATM/FDDI/STM-1/4/16,64

+

+

IBM Corp.

9729-001

40, 50

16 М-1 Г

125

194.7-192.3

нд

нд

нд

CL,Escon,FDDI,FE,OC-3,ST

+

-

9729-041

40, 50

16 М-1 Г

125

нд

нд

нд

нд

CL,Escon,FDDI,FE,OC-3,ST

+

-

ITC

OM/9000/ 25-8/16

50

10 М-622 М

нд

нд

нд

нд

нд

ATM-OC3,12;ESCON,E,FC,FDDI

+

-

Lucent

OLS 40G

360, 640

155 М-10 Г

200

193.5-192.1

нд

SF/NZDF

1532

OC-3,12,48,192;STM-1,14,16,64

-

+

OLS 80G

360, 640

155 М-10 Г

100

193.6-192.1

нд

SF/NZDF

1532

OC-3,12,48;STM-1,4,16,64

-

+

OLS 400G

640

2.5-10 Г

100

195.6-187.6

нд

SF

нд

OC-48,192;STM-1,4,16,64

-

+

Marconi

PLT 16/40

160/840

155 М-10 Г

100/200

нд

нд

SF

нд

STM-1,4,16,64

нд

нд

PMA 8/32

80/ нд

34 М-2.5/10 Г

100/200

нд

нд

SF

нд

ESCON/FC/FDDI/FE/GE/PDH/STM-1,4,16

нд

нд

NEC

SpectralWave

160-640

2.5-10 Г

100

C/C+L

нд

нд

нд

OC-48,192;STM-1,4,16,64

+

+

SpectralWave

160-640

2.5-10 Г

50

C+L

нд

нд

нд

OC-48,192;STM-1,4,16,64,256

+

+

Nokia

STM-16/WDM

300

2.5 Г

нд

нд

нд

нд

нд

PDH-140;STM-1,4,16

-

+

Nortel

S/SDMS TN

нд

2.5 Г-10 Г

200

нд

нд

нд

нд

OC-48,192;STM-16,64

-

+

S/SDMS TN-DM

нд

2.5 Г-10 Г

100

нд

нд

нд

нд

OC-48,192;STM-16,64

-

+-

Osicom

Gigamux

80

51 М-2.5 Г

нд

нд

нд

нд

нд

ATM/SONET-OC-3,12,48;FG,GE,HDTV

+

-

Gigamux EPC

80

51 М-2.5 Г

нд

нд

нд

нд

нд

ATM/SONET-OC-3,12,48;FG,GE,HDTV

+

+

Pirelly

T31-BDS

300-400

140 М-10 Г

200

195.5-192.5

нд

нд

1310

PDH,OC-48,192;STM-16,64

-

+

T31-MWS

500

140 М-2.5 Г

200

1534-1561

нд

нд

1310

PDH,OC-48;STM-16

-

-

T31-OMDS 16

88

140 М-2.5 Г

100

195.3-192.1

1600

нд

нд

PDH,ATM/SDH-OC-3,12,48;STM-1,4,16

-

-

WaveMux

600-6000

2.5 Г

100

196.0-192.1

10000

нд

1480/2

OC-48,STM-16

-

+

Siemens

WL8/16/32*

1200

2.5-10 Г

100

нд

нд

SF

1480/2

OC-48,192;STM-16,64

-

Q3

WLS

1200

2.5-10 Г

00

нд

нд

SF

1480/2

OC-48,192;STM-16,64

-

Q3

MTS

600-1000

2.5-10 Г

50/100

нд

нд

SF

1480/2

OC-48,192;STM-16,64

-

нд

 

Таблица 2 (продолжение)

Примечания к табл.2

ADVA (приобретена компанией Cisco)

Cambrian Cambrian Systems Corporatin (приобретена компанией NORTEL)

Ciena Ciena Corporation

ITC Intrange Technologies Corporation

Lucent Lucent technologies

NEC Nippon Electric Corporation

Nortel Northern Telecom

Osicom Osicom Technologies Inc.

Siemens Siemens Telecom Networks

 

Типы поддерживаемых логических интерфейсов

ATM Интерфейс АТМ со скоростью используемого канала SONET/SDH

CL Coupling Links (интерфейс IBM со скоростью 1 Гбит/с)

Е Ethernet (стандартный интерфейс LAN cо скоростью 10 Мбит/с)

ESCON Enterprise System Connection (интерфейс IBM, скорость 200 Мбит/с)

FC Fiber Channel (оптический интерфейс вв.выв, скорость до 4250 Мбит/с)

FE Fast Ethernet (стандартный интерфейс LAN, скорость 100 Мбит/с)

FDDI Fiber Distributed Data Interface (интерфейс LAN, скорость 100 Мбит/с)

GE Gigabit Ethernet (стандартный интерфейс LAN, скорость 1 Гбит/с)

HDTV High Definition Television (интерфейс ТВ высокой чёткости, скорость                                                                                                                                                                      

     ОС-1)

IP Internet Protocol (протокол пакетной передачи по сети Internet)

OC─ nn Optical Carrier (интерфейс SONET на соответствующей скорости)

PDH  Интерфейс PDH (обычно на скорости 140 Мбит/с)

STM─ nn -Интерфейс SDH на соответствующей скорости

 

Обозначения

* TransXpress Infinity WL 8/16/32 допускает 48каналов для STM-16

** Расстояние удваивается установкой регенератора

*** Используется электронная система SDH SL256

з Топология «звезда»

к Топология «кольцо»

к2 Топология «двойное кольцо с защитой»

к4 Топология «сдвоенное двойное кольцо с защитой»

т-т Топология «точка-точка»

т-мт Топология «точка-многоточка»

я Топология «ячеистой сети»

вв/выв Ввод/вывод каналов на промежуточных узлах

допуск Максимально допустимое значение накопленной дисперсии секции                                                                   

      ВОЛС

 

 

 

 

Таблица 3

 

Характеристика

Alcatel

Ciena

Cisco

Ericsson

Lucent

Marconi

Nortel Networks

Optinex     1686 WM

Optinex      1640 WM

MultiWave Sentry        1600 и 4000

MultiWave CoreStream

Cisco ONC 15800 Series

Erion linear

WaveStar OLS 400G, 800G и 1.6Т

SmartPhotonix PLT40, 80 и 160

OPTera Long Haul 160

Входные интерфейсы

OC-192/STM-64

·

·

○

·

·

·

·

·

·

OC-48/STM-16

·

·

·

·

·

·

·

·

·

другие

От 100 до 1250 Мбит/с

От 100 Мбит/с

От 50 Мбит/с до 1.7 Гбит/с

ОС-12/STM-4

ОС-12/STM-4

От 100 Мбит/с, включая Gigabit Ethernet

От 45 Мбит/с, включая Gigabit Ethernet

От50 Мбит/с, включая Gigabit Ethernet

ОС-12/STM-4, Gigabit Ethernet

Поддерживаемые сервисы (основные)

IP, ATM, SDH

IP, ATM, SDH

IP, ATM, SDH

IP, ATM, SDH

IP, ATM, SDH

IP, ATM, SDH

IP, ATM, SDH

IP, ATM, SDH

IP, ATM, SDH

Максимальное число спектральных каналов (на одно волокно)

32 (планир. до 64)

80 (планир. до 240)

16 (модель 1600)

40 (модель 4000, планир. до 96)

192

64

32

160 (по 10 Гбит/с)

640 (по 2.5 Гбит/с)

160

160

Максимальная ёмкость             (на одно волокно)

320 Гбит/с

800 Гбит/с

100 Гбит/с

До 2 Тбит/с

640 Гбит/с

320 Гбит/с

1.6 Тбит/с

1.6 Тбит/с

1.6 Тбит/с

Используемый спектр

С и (при расширении до 64 каналов) L диапазоны

1260-1575 нм

1250-1600 нм

1250-1600 нм

1529-1602 нм

1260-1580 нм

С и L диапазоны

С и L диапазоны

С и L диапазоны

Частотный план                  (разнос несущих)

100 и 200

50

50 и 100

25 и 50

100

50 и 100

50 и 100

50 и 100

50 и 100

Дальность безрегенерационной передачи, км

900-1000

Более 900

800 (модель 1600)

560 (модель 4000)

500

До 500

600

1000 (при 800 Гбит/с), 700 (при 1.6 Тбит/с)

До 700 (40 каналов ёмкостью 10 Гбит/с)

До 4000

Новые разработки систем c WDM

 

Примечания:

· - есть    

○ - нет

 

 

 

 

 

 

4. Топология в системах спектрального уплотнения может быть такая же как и в обычных оптических системах:

а) «точка-точка» без возможности ввода-вывода трибов SDH;

б) «линейная цепь» с возможностью ввода-вывода трибов SDH;

в) «звезда» или «точка- много точек», реализуемые с помощью концентратора;

г) «кольцо» одинарное, двойное, счетверённое;

д) ячеистая сеть с динамической маршрутизацией.

5. Секция. Понятие «секция»-это расстояние либо между регенераторами, либо терминальными (оконечными) мультиплексорами.

По сути, секция-участок, где дисперсия или помехозащищённость (коэффициент ошибок) не выходит за пределы допустимого. В пределах секции возможно применение только квантовых усилителей. Секции могут быть короткими (50-90 км, без оптических усилителей), средними (80-150 км, они содержат бустеры- мощные усилители и предусилители).

Данные таблицы 3 свидетельствуют, что длина секции уже может достигать более 1000 км.

6. Дистанция - максимальное расстояние на которое могут быть переданы данные или сигналы. Это расстояние определяется числом секции и длиной одной секции. Очевидно что использование нескольких секций приведет к появлению регенераторов. Правда, возможен и вариант использования стыковки терминальных мультиплексоров.

7. Скорость входных данных. Она может изменяться от скоростей систем РDН и АТМ до максимальной скорости SТМ -256 в 40 Гбит/с в зависимости от фирмы производителя.

8. Канал управления организуется на дополнительной несущей, лежащей за пределами используемой полосы. Основные стандартные несущие канала управления : 1310, 1480,1510, 1532, 1625 нм.

9. Управление. При использовании систем SDН управление базируется на основе ТМN с помощью интерфейса Q и F, а так же возможно применение специально разработанной системы управления сетью WDМ, которая включает в себя мониторинг волоконно-оптических каналов.

 

 

4. КРАТКИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ АППАРАТУРЫ ВОСП

 

В таблицах 4, 5, 6 приведены технические данные аппаратуры STM-1,   STM-4, STM-16 применяемые в системах волнового уплотнения. По заданным уровням вводимого в волокно излучения и уровня принимаемой мощности на приёме определяется энергетический потенциал:

 

                                                                                          (4.1)

 

 

 

Таблица 4

Параметры оптических интерфейсов аппаратуры STM-1, STM-4

Параметры

Единица           измерений

Величина

WaveStar

Siemens

Код применения

 

L-1/2/L-1.3

L-4.1

L-4.2/L-4.3

JE-4.2/JE-4.3

Диапазон длин волн

нм

1530...1560

1280…1320

1510…1560

1535…1555

Скорость передачи

Мбит/с

155.52

622.08

Линейный код

Бинарный NRZ, скремблированный

Передающее устройство (эталонная точка S (G.957))

Тип источника излучения

 

SLM

Фабрин-Перо с номинальной мощностью излучения

Лазерный диод с распределённой обратной связью и номинальной мощностью излучения

Лазерный диод с распределённой обратной связью и повышенной мощностью излучения

Спектральные характеристики

Максимальная ширина полосы излучения

нм

1

<1.7

<0.5

<0.5

Минимальный коэффициент подавления боковых мод

дБ

30

 

>30

>30

Средний уровень оптического излучения, вводимого в волокно

дБм

+2 ÷ -5

-3 ÷ 0

-3 ÷ +2

+3 ÷ +6

+13 ¸ +16 (с оптическим усилителем)

Приёмное устройство (эталонная точка R (G.957))

Тип фотоприёмника

 

 

InGaAs-APD в режиме номинальной чувствительности

InGaAs-APD в режиме повышенной чувствительности

InGaAs-APD в режиме номинальной чувствительности и с оптическим усилителем приёма

Уровень номинальной принимаемой мощности при 10-10 BER

дБ

-34

-36

-39

-45

Уровень перегрузки

дБ

-3

-8

-17

-15

 

Таблица 5

Параметры оптических интерфейсов оборудования SL-16 фирмы Siemens

Параметры

Единица     измерения

Величина

Скорость передачи

Мбит/с

2488.32

Линейный код

Бинарный NRZ

Передающее устройство (эталонная точка S (G.957, G.691))

Тип источника излучения

 

DFB с номинальной мощностью излучения

DFB с повышенной мощностью излучения

DFB с внешним модулятором и повышенной мощностью излучения

Диапазон длин волн излучения

нм

1293…1328

1510…1560

1293…1328

1510…1560

1530…1560

Спектральные характеристики

Максимальная ширина полосы излучения

нм

<1

<0.6

<1

<0.6

<0.1

Коэффициент подавления боковых мод

дБ

>30

>30

>30

>30

>30

Уровень оптического излучения, вводимого в волокно

дБм

-3 ¸ 0

-3 ¸ 0

-1 ¸ +2

-1 ¸ +2

+13 ¸ +16 (с оптическим усилителем передачи)

 

Таблица 5 (продолжение)

Код применения

 

L-16.1/S-16.1

L-16.2/L-16.3

JE-16.1

JE-16.2/JE-16.3

LE-16.2/JE-16.3

Приёмное устройство (эталонная точка R (G.957, G.691))

Тип фотоприёмника

 

Ge-APD в режиме номинальной чувствительности

InGaAs-APD в режиме номинальной чувствительности

InGaAs-APD в

режиме номинальной чувствительности

InGaAs-APD в режиме повышенной чувствительности

InGaAs-APD в режиме повышенной чувствительности

Код применения

 

L-16.1/S-16.1

L-16.2/S-16.3

L-16.1/S-16.1

L-16.2/S-16.3

L-16.2/S-16.3

Уровень минимальной принимаемой мощности

дБм

-27

-28

-27

-29.5

-29.5

-37 (с оптическим усилителем приёма)

Уровень перегрузки

дБм

0

-6

-6

-6

-6

-15 (с оптическим усилителем приёма

 

Таблица 6

Параметры оптических интерфейсов          3AL36.494AA компании Alcatel

Параметры

Единица           измерения

Величина

Скорость передачи

Мбит/с

STM-16 соответствует G.70 b 7G.958 2488.32

Диапазон длин волн

нм

1280…1335

1530…1560

1530…1560

1530…1560

Передающее устройство (эталонная точка R (G.957))

Тип источника излучения

 

SML

SML

SML

SML

Спектральные характеристики

Максимальная ширина полосы излучения на уровне –20 дБ

нм

1

0.5

0.5

0.5

Минимальный коэффициент подавления боковых мод

дБ

 

30

30

30

Средний уровень оптического излучения вводимого в волокно

Максимальный

дБм

+2

+4

+4

+2

Минимальный

дБм

-2

+1

-1

-5

Минимальный коэффициент экстинкции

дБ

10

8.2

8.2

8.2

Приёмное устройство (эталонная точка R (G.957))

Уровень номинальной принимаемой мощности при 10-10 BER

дБм

-27

-29

-29

-29

Уровень перегрузки

дБм

-8

-8

-8

-8

Примечание к табл. 6: для повышения энергетического потенциала системы в аппаратуре предусмотрено применение волоконно-оптических усилителей (OFA): на передающей стороне- усилителя мощности (Booster) с уровнем выходной мощности +10дБм; +13 дБм; +15 дБм. На приёмной стороне- предварительного усилителя с коэффициентом усиления до 17 дБ при коэффициенте шума »7 дБ.

 

 

 

 

Таблица 7

Классификация стандартных оптических интерфейсов

Использование

Внутри станции

Между станциями

Короткая секция

Длинная секция

Длина волны источника, нм

1310

1310

1550

1310

1550

Тип волокна

Rec. G.652

Rec. G.652

Rec. G.652

Rec. G.652

Rec. G.652

Rec. G.654

Rec. G.653

Расстояние*, км

£2

»15

»40

»80

Уровни STM

STM-1

1-1

S-1.1

S-1.2

L-1.1

L-1.2

L-1.3

STM-4

1-4

S-4.1

S-4.2

L-4.1

L-4.2

L-4/3

STM-16

1-16

S-16.1

S-16.2

L-16.1

L-16.2

L-16.3

* Расстояния условны и используются для классификации, а не для расчётов в технических заданиях.

 

В таблицах даны коды применения. Расшифровка этих кодов приведена в таблице 7. Классификация по кодам применения состоит из трёх элементов:

<код использования> <уровень STM> < индекс источника излучения>

Код использования соответствует характеру применения аппаратуры.

Внутри станции-1 , короткая секция между регенераторами (для систем волнового уплотнения- это расстояния между квантовыми усилителями), длинная секция.

Уровень SТМ задаётся цифрами 1, 4, 16, что соответствует аппаратуре STM-1, STM-4, STM-16. индекс источника излучения «1» или без индекса указывает на источник излучения с длиной волны λ=1310 нм, «2»-на источник излучения с длиной волны λ=1550 нм с волокнами стандартов G.652 (секция S), G.654 (секция L), «3»-источник излучения для λ=1550 нм с волокнами стандарта G.653 (названия стандартов и соответствующие им параметры даны в таблице).

 

5. ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА СИСТЕМ СПЕКТРАЛЬНОГО УПЛОТНЕНИЯ

 

5.1. СВЕТОВОДЫ

 

 В силу значительной дисперсии многомодовые волокна не используются в современных сетях SDH и WDM.

Стандартные волокна со ступенчатым показателем преломления-SSF (рис.5) использовались до настоящего времени очень широко.

Их затухание на λ= 1,55 нм было понижено до 0.22-0.19 дБ/км, но они обладали существенным недостатком-на длине волны λ = 1,55 мкм их хроматическая дисперсия составляла 17÷20пс/нм×км.

При современном использовании их дисперсия может быть скомпенсирована вставками из волокна для компенсации дисперсии (ВКД). В таблице 8 даны параметры таких вставок. Применение вставок дает возможность использовать такой кабель в системах WDМ.

 

 


              а)                                                 б)                                               в)

Рис. 5. Профили показателя преломления одномодовых оптических волокон:    а) с несмещённой дисперсией; б) со смещённой дисперсией (Corning); в) со смещённой дисперсией (Lucent Technologies).


 

 Рис. 6. Нелинейный четырёхволновой эффект: 1-спектральные сигналы; 2-сигналы помехи: ln1 = 2l1 - l2; ln2  = 2l2 - l1.

 

 


 

Рис. 7. Хроматическая дисперсия одномодовых волокон в окне 1550 нм.

 

Дисперсия волокна SSF была нулевой на λ~1,3 мкм. Волокна со смещенной дисперсией DSF имеют нулевую дисперсию на λ = 1,55 мкм, что достигается изменением показателя преломления волокна (рис. 5 б, в), но при их использовании для систем спектрального уплотнения возникают нелинейные эффекты приводящие к появлению паразитных оптических каналов. Этот эффект наиболее сильно проявляется вне точки нулевой дисперсии. Для полезных сигналов с длиной волны λ1 и λ 2  возникают сигналы помех (рис. 6).

В силу сказанного были созданы волокна с ненулевой смещенной дисперсией NZDSF для которых сдвиг нуля дисперсии осуществлен к началу или к концу окна прозрачности 1530-1560 нм. Это достигается незначительным изменением W- образного  или треугольного профиля показателя преломления (рис. 5 б, в). Соответствующие кривые дисперсии показаны на рис.7.

Дисперсия таких волокон в окне прозрачности составляет ~2-4 пс/нм×км. Сочетание волокон такого типа NZDSF+ и NZDSF- даёт возможность достичь минимальных хроматических дисперсий без появления сигналов помех. При этом участки между квантовыми усилителями поочерёдно реализуются на волокнах NZDSF+ и NZDSF-. Основные параметры всех видов одномодовых волокон приведены в таблице 9.

При использовании систем STM-64 и STM-256 со скоростями передачи 10-40 Гбит/с важным показателем становится поляризационная модовая дисперсия. Этот показатель, связанный с различием скоростей передачи двух взаимноперпендикулярных составляющих моды.

 

5.2. КВАНТОВЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ УСИЛИТЕЛИ

 

Квантовые усилители разрабатывались для длины волны 1,55 мкм, там где затухание оптического кабеля минимально. Их достоинства, помимо усиления- широкая полоса частот пропускания, низкий уровень шумов.

Использование квантовых усилителей в системах спектрального уплотнения оправдано тем, что они дают возможность усилить сигналы всех оптических несущих без необходимости регенерации сигнала каждой несущей в отдельности.

В таблице 10 приведены параметры оптических усилителей разных типов. Но в настоящее время основными применяемыми квантовыми усилителями в системах WDM являются квантовые усилители на волокнах легированных эрбием, причём, только в окне прозрачности 1530-1560 нм. Параметры оптических квантовых усилителей указанного типа разных компаний производителей даны в таблице 11. В таблице 12 представлены данные квантовых оптических усилителей компании OPTOCOM (Франция).

Таблица 8

Параметры модулей (волокна) для компенсации дисперсии

Компания

Corning

Lucent Technologies

Fujikura Ltd.

Тип модуля

DCM-20

DCM-40

DCM-60

DCM-80

DCM-95

DK-40

DK-60

DK-80

15DC-340

15DC-680

Компенсируемая длина линии4, км

20

40

60

80

95

40

60

80

20

40

Дисперсия волокна модуля, пс/нм×км

-329±5

-658±10

-988±10

-1317±15

-1564±15

-680±21

-1020±31

-1360±41

-340±10

-680±10

Наклон дисперсии (D), пс/нм2

нд

нд

нд

нд

нд

<-1.2

<-1.9

<-2.5

<0.336

<0.726

Вносимое затухание, дБ

<3.2

<5.0

<6.8

<8.6

<10.0

<5.2

<7.0

<8.9

<3.1

<5.0

Эффективность волокна (FOM), пс/нм×дБ

нд

нд

нд

нд

нд

нд

нд

нд

>180

>180

Эффективность модуля (FOM)*, пс/нм×дБ

102.8

131.6

145.3

153.2

156.4

130.82

145.72

152.82

>110

>140

Среднее значение PMD, пс

<0.8

<1.1

<1.4

<1.5

<1.6

<0.6

<0.75

<0.9

<1.0

<1.4

Значение PDL, дБ (размах)

нд

нд

нд

нд

нд

нд

нд

нд

нд

Нд

Типы выпускаемых модулей

B, C

B, C

B, C

D, C

D, C

107993297

107993305

107993313

F5

F5

 

Таблица 8 (продолжение)

Компания

Sumitomo Electric Industries

Fujikura Ltd.

Тип модуля

P-DCFM-20

P-DCFM-40

P-DCFM-60

P-DCFM-80

15DC-1020

15-DC1360

15DSC-340

15DSC-680

15DSC-1020

15DSC-1360

Компенсируемая длина линии4, км

20

40

60

80

60

80

20

40

60

80

Дисперсия волокна модуля, пс/нм×км

-340

-680±11

-1020±16

-1360±21

-1020±20

-1360±20

-340±10

-680±10

-1020±20

-1360±20

Наклон дисперсии (D), пс/нм2

нд

<1.2/0.8

<1.8/1.2

<2.4/1.6

<1.086

<1.446

<-0.6

<-1.2

<1.8

<-2.4

Вносимое затухание, дБ

нд

<4.4/3.7

<6.1/5.1

<7.8/6.7

<6.9

<8.8

<3.7

<5.9

<8.0

<10.1

Эффективность волокна (FOM), пс/нм×дБ

нд

нд

нд

нд

>180

>180

>160

>160

>160

>160

Эффективность модуля (FOM)*, пс/нм×дБ

нд

>155

>167

>174

>150

>155

>92

>115

>128

>135

Среднее значение PMD, пс

нд

<1.0/0.6

<1.2/0.7

<1.4/0.8

<1.7

<2.0

<1.2

<1.7

<2.0

<2.3

Значение PDL, дБ (размах)

<0.1

<0.1

<0.1

<0.1

нд

нд

нд

нд

нд

нд

Типы выпускаемых модулей

S3

S3

S3

S3

F5

F5

F5

F5

F5

F5

 

Примечания:

*-эффективность модуля определяется отношением дисперсии волокна модуля к вносимому затуханию;

1-по индивидуальному заказу могут поставляться модули с дисперсией волокна до –2040 пс/нм×км (DK-120);

2-параметры вычислены для номинальных значений вносимого затухания

3-размеры модуля S-228×202×41 мм;

4-в предположении что использовано волокно типа G.652;

5-размеры модуля F-230×250×40 мм

6-параметры реконструированы по кривой дисперсии.

 

Таблица 9

Параметры промышленных и рекомендуемых стандартом ММ волокон

 

Параметры

Corning

Fujikura

ITU-T

Тип, марка или стандарт волокна

50/125

62.5/125

InfiCore 300

InfiCore 600

InfiCore 1000

InfiCore 2000

G-50/125

G-62.5/125

G.651

Рабочие окна, нм

850, 1300

850, 1300

850, 1300

850, 1300

850, 1300

850, 1300

850, 1300

850, 1300

850, 1300

Затухание, дБ/км

850 нм

2.4-2.5

2.8-3.0

<3.0

<2.5

<3.0

<2.5

<2.4

<3.0

<4.0

1300 нм

0.5-0.7

0.6-0.8

<0.7

<0.8

<0.7

<0.8

<0.7

<0.7

<0.2

Прирост затухания при изгибе, дБ/км

850 нм

<0.5

<0.5

<0.5

<0.5

<0.5

<0.5

нд

нд

нд

1300 нм

<0.5

<0.5

<0.5

<0.5

<0.5

<0.5

нд

нд

нд

Диапазон рабочих температур, оС

-60…+85

-60…+85

-60…+85

-60…+85

-60…+85

-60…+85

нд

нд

нд

Изменение затухания в диапазоне рабочих температур, дБ/км

<0.20

<0.20

<0.20

<0.20

<0.20

<0.20

нд

нд

нд

Полоса пропуска-ния, Мгц×км

850 нм

400-600

160-200

нд

нд

нд

нд

>400

>200

>200

1300 нм

600-1000

200-600

нд

нд

нд

нд

>600

>600

>200

Длина волны нулевой дисперсии, нм

1297-1316

1332-1354

1332-1354

1297-1316

1332-1354

1297-1316

нд

нд

нр

 

0.101

0.097

0.097

0.101

0.097

0.101

нд

нд

нр

Хроматическая дисперсия, пс/нм´км

850 нм

нд

нд

нд

нд

нд

нд

нд

нд

<120

1300 нм

нд

нд

нд

нд

нд

нд

нд

нд

<6

Числовая апертура

0.200±0.015

0.275±0.015

0.275±0.015

0.200±0.015

0.275±0.015

0.200±0.015

нд

нд

0.18-0.24

Групповой показатель преломления

850 нм

1.49

1.496

нд

нд

нд

нд

нд

нд

нр

1300 нм

1.486

1.487

нд

нд

нд

нд

нд

нд

нр

Профиль показателя преломления

парабола

парабола

парабола

парабола

парабола

парабола

парабола

парабола

парабола

Диаметр сердцевины, мкм

50±3.0

62.5±3.0

62.5±3.0

50±3.0

62.5±3.0

50±3.0

50±2.5

62.5±2.5

50±3.0

Упругость сердцевины, %

<5.0

<5.0

<5.0

<5.0

<5.0

<5.0

нд

нд

нд

Диаметр оболочки, мкм

125±2.0

125±2.0

125±2.0

125±2.0

125±2.0

125±2.0

125±2.0

125±2.0

125±3.0

Упругость оболочки, %

<2.0

<2.0

<2.0

<2.0

<2.0

<2.0

нд

нд

нд

Неконцентричность сердцевины и оболочки, мкм

<3.0

<3.0

<3.0

<3.0

<3.0

<3.0

нд

нд

<6.0

Диаметр покрытия, мкм

245±5

245±5

245±5

245±5

245±5

245±5

245±5

245±5

245±5

Неконцентричность оболочки и покрытия, мкм

<12.0

<12.0

<12.0

<12.0

<12.0

<12.0

нд

нд

нд

Сила снятия покрытия, Н

2.24

2.24

2.24

2.24

2.24

2.24

нд

нд

нд

Перемотка с натяжением, ГПа

0.7

0.7

0.7

0.7

0.7

0.7

нд

нд

нд

Параметр динамической усталости, пd

20

20

20

20

20

20

нд

нд

нд

Стандартная длина волокна на катушке, км

1.1-4.4

2.2-8.8

2.2-8.8

1.1-4.4

2.2-8.8

1.1-4.4

нд

нд

нд

 

Таблица 10

Параметры оптических усилителей

Параметры

ВКР-усилители

ВРМБ-усилители

Полупроводниковые ОУ

ОУ легированный эрбием

Параметрические ОУ

Усиление при малом входном сигнале, дБм

>40

>40

15-30

15-40

16

Неравномерность АВХ

низкая

высокая

низкая

±1-1- дБ

нд

Эффективность, дБм/мВт

0.08

5.5

28

11

10-4

Выходная мощность

1 Вт

1 мВт

>0.1 Вт

>0.5 Вт

нд

Мощность насыщения

нд

нд

~12 дБм

нд

нд

Перекрёстные помехи

незначительны

незначительны

значительны

незначительны

нд

Таблица 10 (продолжение)

Динамические показатели

>20 Гбит/с

<100

20-30 Гбит/с

>200 Гбит/с

нд

Широкополосность

десятки нм

<100 МГц

60-100 нм

30-50 нм

5000 ГГц

Коэффициент шума, дБ

~3

>15

5-8

3-4

нд

Чувствительность усиления к поляризации

значительна

отсутствует

0.5-5 дБ

<0.1 дБ

<3-5 дБ

Вносимые потери, дБ

<1

<1

<3-5

<1

нд

 

Таблица 11

Основные параметры оптических усилителей  типа EDFA

Параметры

Lucent 1712

Lucent 1713

Alcatel 1664

Ciena

IRE-Polus   EAU-200

Диапазон скоростей модулирующего сигнала, Гбит/с

2.5-10.0

2.5-10.0

0.6-2.5

0.05-10.0

нд

Диапазон усиливаемых длин волн, нм

1530-1560

1535-1565

1530-1565

1540-1560

1530-1570

Полоса усиления УСИ, нм

35

35

нд

нд

нд

Неравномерность АВХ, дБ

нд

нд

нд

±1

нд

Диапазон усиливаемых сигналов, дБм

нд

нд

нд

-30…0

нд

Диапазон усиливаемых входных сигналов в режиме бустера, дБм

≥-6.0

≥-6.0

-6.0…+4.0

нд

нд

Выходная мощность в режиме бустера, дБм

12, 14, 16

12, 14, 16

10, 13, 15

14, 17

нд

Мощность насыщения, дБм

нд

10.75

нд

нд

23

Коэффициент малосигнального усиления, дБ

33, 30, 38

30, 35

нд

35

42

Чувствительность в режиме линейного усилителя, дБм

нд

нд

-29

нд

нд

Чувствительность в режиме предусилителя, дБм

-30

-30

-37

-30

нд

Поляризационная чувствительность, дБ

0.2-0.5

0.2-0.5

нд

нд

0.2

Волновая чувствительность, дБ

<1.5

0.6-1.5

нд

нд

нд

Темпертурная чувствительность, дБ

0.4-1.0

0.4-1.0

нд

нд

нд

Коэффициент шума, дБ

<5; 7; 5

<8.5

нд

<5

5.5-6.0

Длина волны накачки, нм

980 (1-2)

1480 (1-2)

нд

980

965

Диапазон рабочих температур, оС

0…+65

0…+65

нд

нд

-30…+65

 

Таблица 12

Параметры квантовых оптических усилителей компании ОРТОСОМ

Параметры

Модель 1

Модель 2

Оптические характеристики

Выходная мощность насыщения (pвх =0 дБм), дБм

21

30

Коэффициент усиления, дБ

>35

45

Коэффициент шума, дБ

<5

<6.5

Поляризационная чувствительность, дБ

0.2

0.3

Диапазон длин волн, нм

1535-1565

1535-1565

Неравномерность характеристики усиления в рабочем диапазоне длин волн, дБ

< ±0.5

< ±0.7

Длина волны накачки, нм

980

980

Электрические характеристики

Напряжение питания, В

85-264(47-67 Гц)

85-264(47-67 Гц)

Потребляемая мощность, Вт

<20

<50

 

 

5.3 ОПТИЧЕСКИЕ МУЛЬТИПЛЕКСОРЫ И ДЕМУЛЬТИПЛЕКСОРЫ

 

Для объединения и разъединения оптических волновых каналов служат пассивные устройства, основанные на использовании дифракционных решёток. Параметры мультиплексоров выполненных на основе интегральной оптики (AWG и GG) и на основе дискретной микрооптики (3-DO) приведены в таблице 13. В таблицах 14 и 15 даны параметры мультиплексоров/демультиплексоров (эти устройства обратимы), производимых отдельными компаниями. Мультиплексорные устройства нуждаются в температурной стабилизации дифракционной решетки для обеспечения заданных параметров, приведённых в таблицах. Из-за значительного затухания при передаче сигналов они могут сочетаться с квантовыми оптическими усилителями.

 

Таблица 13

Сравнение различных технологий оптического мультиплексирования

Технология

Максимальнoе число каналов

Разнос каналов, нм

Вносимые потери, дБ

Переходное затухание, дБ

Чувствительность к поляризации, %

Температурный коэффициент, 0.01 нм/оС

AWG

32-64

0.1-15

6-8

-5…-29

2

0.01

CG

78

1-4

10-16

-7…-30

2-50

нд

3-DO

262

0.4-250

2-6

-30…-55

0

нд

 

Таблица 14

Мультиплексоры/демультиплексоры фирмы Lightwave Microsystems

Параметры

Значение параметра

Типовое

Максимальное

По спецификации ITU

Частотный интервал, ГГц

100

100

100

Ширина полосы на уровне 1 дБ, нм

0.2

0.4

Интервал 100 ГГц

Ширина полосы на уровне 3 дБ, нм

0.3

0.6

Интервал 100 ГГц

Изоляция между соседними каналами, дБ

>25

>25

Отклонение от центра полосы ±0.1 нм

Изоляция между несоседними каналами, дБ

>30

>30

Отклонение от центра полосы ±0.1 нм

Вносимые потери, дБ

<6.0

<8.0

16 каналов

<7.0

<9.0

32 канала

Поляризационная зависимость потерь, дБ

<0.5

<0.5

На центральной λ

Обратные потери, дБ

>50

>50

Без соединителя

 

Таблица 15

Мультиплексоры фирмы NEL Photonics Devises

Параметры

Величины

Примечания

Диапазон длин волн, нм

1500…1600

 

Число каналов

8, 16, 24, 32, 40, 48

 

Частотный интервал между каналами, нм

0.4, 0.8, 1.6

 

Вносимые потери, дБ

<6 (стандартный тип)

На уровне 3 дБ центральной волны

<9 (плоский тип)

Ширина полосы (стандартный тип)

30% канального интервала

На уровне 1 дБ

60% канального интервала

На уровне 3 дБ

Ширина полосы (плоский тип)

50% канального интервала

На уровне 1 дБ

75% канального интервала

На уровне 3 дБ

Изоляция между соседними каналами, дБ

<-39

 

Поляризационно-зависимые потери, дБ

<0.5

На уровне 3 дБ центральной длины волны

Обратные потери, дБ

>35

C PC-разъёмом

 

 

 

 

 

5.4. ОПТИЧЕСКИЕ МУЛЬТИПЛЕКСОРЫ ВВОДА-ВЫВОДА

 

Оптические мультиплексоры ввода-вывода позволяют осуществить ввод-вывод части оптических каналов на промежуточных пунктах, а основную часть оптических каналов передать дальше в тракт без каких-либо преобразований.

Мультиплексор ввода-вывода состоит из демультиплексора и мультиплексора и для компенсации затухания этих пассивных устройств он сочетается с квантовым усилителем (рис.8). При этом, к пользователям на промежуточном пункте могут подаваться как отдельные выделенные оптические каналы, так и преобразованные в электрическую форму сигналы ввода. Соответственно, и выводиться могут из промежуточного пункта электрические сигналы с преобразованием в оптическую форму и оптические сигналы.

Наряду с указанными элементами в оптических сетях могут быть использованы оптические коммутаторы, оптические фильтры, волновые конверторы, оптические комбайнеры и разветвители, но для использования линейного тракта достаточно описанных в работе элементов.


Рис. 8. Схема оптического мультиплексора ввода-вывода

 

 

 

6.ВЫПОЛНЕНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

 

Исходные данные должны быть представлены в виде таблицы 16.

Все расчёты должны производится для канала с максимальным быстродействием, а также для канала, у которого абсолютное значение дисперсии максимально. Расчёты проводятся по трём показателям: затуханию, дисперсии и по соотношению сигнал/помеха; и по наихудшему из вариантов определяется длина секции.

 

 

Таблица 16

Исходные данные

Общая длина трассы L, км

Число каналов спектрального уплотнения М

Тип волокна

Тип аппаратуры

Спектральный диапазон уплотнения, нм

Наличие пунктов ввода-вывода

Число каналов ввода-вывода

 

 

 

 

 

 

 

 

В основе расчётов положен волновой линейный тракт с архитектурой «точка-точка» трёх видов- два вида представляют полностью оптический тракт (фотонная система передачи) и третий вид-линейный тракт, где установлены регенераторы. Первые два случая соответствуют линейному тракту, где дисперсия и помехозащищённость по всей длине трассы не выходят за рамки допусков и достаточно только компенсации затухания с помощью квантовых оптических усилителей. Два представленных вида отличаются между собой наличием (или отсутствием) устройств ввода-вывода (рис. 9, 10.), при наличии полностью фотонной передачи.

 


 

Рис. 9. Многоволновая линия связи с архитектурой «точка-точка».

 

На рисунке 11 показан линейный тракт, где использованы регенераторы.

Возможно и сочетание в линейном тракте устройств ввода-вывода и регенераторов.

 

 

6.1. РАСЧЁТ ДИСПЕРСИИ ДЛЯ КАНАЛА С МАКСИМАЛЬНЫМ БЫСТРОДЕЙСТВИЕМ И МАКСИМАЛЬНОЙ СПЕКТРАЛЬНОЙ НЕСУЩЕЙ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ СЕКЦИИ

 

Для расчёта поляризационной дисперсии необходимо учитывать, что максимально допустимая поляризационная модовая дисперсия для системы с максимальным быстродействием STM-16 не должна превышать 40 пс и 10 пс для STM-64.

Расчёт поляризационной модовой дисперсии ведётся по формуле:

                                                                                                    (6.1)

 

 


 

Рис. 10. Многоволновой тракт с архитектурой «точка-точка» и устройством ввода-вывода.

 

 


 

 

Рис. 11. Многоволновой линейный тракт с архитектурой «точка-точка» и регенераторами между секциями.

где:

Т-удельная поляризационная модовая дисперсия, пс/√км;

L-расстояние, км.

 

По хроматической дисперсии определим максимальное расстояние для данной системы без регенераторов:

                                               ,                                                       (6.2)

 

 

                                             ,                                                     (6.3)

 

где:

В -скорость передачи для канала с максимальным быстродействием;

Dl -ширина полосы оптического излучения. Все современные полупроводниковые лазеры, используемые в системах плотного волнового уплотнения, имеют Dl@0.1 нм;

D(l) -хроматическая дисперсия для выбранного диапазона, пс/нм´км.

 

                                         ,                                                (6.4)

 

где:

S0 -наклон кривой дисперсии для кабеля;

l -длина волны канала с максимальным абсолютным значением дисперсии;

l0 -длина волны нулевой дисперсии.

 

Оценка Lc производится дважды: для канала с максимальным быстродействием и для канала с максимальным абсолютным значением дисперсии.

 

 

6.2. РАСЧЁТ ДЛИНЫ УСИЛИТЕЛЬНОГО УЧАСТКА

 

Расстояние между квантовыми усилителями с учётом затухания определяется по формуле:

 

                                       ,                               (6.5)

 

где:

Эп=рпер - рпр - энергетический потенциал, определяемый по разности уровня оптического излучения, вводимого в волокно, и уровнем номинальной принимаемой мощности;

a -коэффициент затухания оптического волокна;

npc-число разъёмных соединителей (они устанавливаются на вводе и выводе оптического волокна, на оконечных станциях при переходе от аппаратуры к оптической линии связи, на стыках с мультиплексорами и демультиплексорами);

арс-потери в разъёмном соединителе, арс=0.25 дБ;

пнс-число неразъёмных соединений на участке регенерации;

анс-потери в неразъёмном соединении, анс=0.05 дБ;

at -допуск на затухание, связанный с ухудшением характеристик компонентов участка регенерации (кабель, приёмники и источники излучения) со временем и с учётом температурных изменений. Величина at=6 дБ;

lcтр –строительная длина кабеля.

 

На участках между оконечными станциями и промежуточными квантовыми усилителями, в местах установки мультиплексоров, демультиплексоров, мультиплексоров ввода-вывода необходим учёт затухания этих устройств. В ряде случаев для компенсации их затухания устанавливаются квантовые усилители. Общая формула расчёта при установке этих устройств выглядит следующим образом:

 

                       ,                           (6.6)            

 

 

где:

awm -затухание мультиплексора;

awd –затухание демультиплексора.

 

 

 

6.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СООТНОШЕНИЯ «СИГНАЛ-ПОМЕХА» И ПОСТРОЕНИЕ ДИАГРАММЫ УРОВНЕЙ ДЛЯ МАГИСТРАЛЕЙ

 

Каждый усилитель осуществляет усиление сигнала (G) и вносит определённый уровень шумов (N). Уровень шумов на выходе каждого квантового усилителя определяется выражением:

 

                                             ,                                        (6.7)

 

где:

hn -мощность шумов, вносимых спонтанным переходом одного фотона на 1 Гц полосы;

Dn -полоса передачи в одном оптическом канале, Гц;

NF –шум фактор квантового усилителя.

 

Обычно определяют уровень шумов в дБ:

 

                                              (6.8)

 

Возьмём 10 lg (hn/P0) = -158.3 дБ для l=1.55 мкм и, соответственно, n=193.3·1012  Гц. Величина 10 lg NF дана в таблицах 10, 12.

 

С учётом накопления шумов на квантовых усилителях помехозащищённость будет определяться по формуле:

 

                              

 

где:

Pout –мощность сигнала на выходе каждого усилителя и оконечной аппаратуры, Pout =0 дБ

k –порядковый номер оптического квантового усилителя.

 

На основе полученного значения Nout определим помехозащищённость на выходе k-го усилителя.

Полученные данные приведём в виде таблицы 17.

 

Таблица 17

Результаты расчёта помехозащищённости

k

1

2

3

4

5

6

10 lg k

 

 

 

 

 

 

Aз, дБм

 

 

 

 

 

 

 

По полученным расчётным значениям можно построить диаграмму уровней оптической мощности (рис. 12) и определить уровни шумов в линейном тракте и помехозащищённость. Если помехозащищённость упадёт до величины ~22 дБ (что соответствует коэффициенту ошибок 10-10-10-11), то необходима установка регенераторов, чтобы восстановить исходные сигналы.

По полученным результатам строится структурная схема многоволновой линии связи со всеми элементами вдоль магистрали (см. рис. 9, 10, 11). Обозначения элементов даются в соответствии с приложением 2.

 

 


Рис. 12. Диаграмма уровней

         

           Мощность сигнала на канал   

           Мощность спонтанного излучения (шума) на канал

 

Приложение 1

 

СПИСОК АНГЛОЯЗЫЧНЫХ СОКРАЩЕНИЙ

 

APD – лавинный фотодиод;

ATM – режим асинхронной передачи;

BER – относительный уровень ошибок по битам;

C – диапазон;

DFB – лазер с распределённой обратной связью;

DMUX – демультиплексор WDM;

DSF – оптическое волокно со сдвигом дисперсии;

DWDM – плотное мультиплексирование с разделением по длине волны;

EDFA – оптический усилитель на оптическом волокне, легированном эрбием;

HDWDM