Проект транспортной сети с применением оборудования OPtix 1600G

восстановление первоначальной формы  сигналов (reshaping), восстановление тактовой синхронизации (re-timing) и регенерацию сигналов. REG увеличивает дальность передачи путем регенерации оптических сигналов.

Как показано на рисунке 2.5, станция REG  состоит из блоков OAU, D40, OTU, M40, FIU, SC2 и SCC.

 

Рисунок 2.5 - Блок-схема REG

 

Следует отметить, что  функционально два включенных встречно OTM образуют REG. Единственное отличие  заключается в том, что REG не поддерживает вставку/выделение оптических сигналов подобно OTM. Все блоки обработки сигналов и функциональные блоки REG аналогичны блокам OTM, за исключением типа OTU. В REG используется OTU с поддержкой функции регенерации, который реализует 3R-функцию.

 

7. Оптический корректор

 

 

В системе передачи на сверхдальние расстояния (ELH) протяженность участка передачи без применения регенератора значительно больше по сравнению с системами передачи на большие расстояния, в связи, с чем могут возникать следующие проблемы:

- Накопление  неравномерности распределения  коэффициентов усиления оптического усилителя и распределения коэффициентов затухания в волоконно-оптической линии вызывают нарушение равновесия (баланса) между величиной оптической мощности и отношением “оптический сигнал/шум” на стороне приема;

- Поскольку  крутизна дисперсии DCM не полностью соответствует характеристикам волоконно-оптических линий, невозможно обеспечить полную компенсацию по всем длинам волн и дисперсия на приемной стороне не соответствует требованиям системы.

Для реализации более  качественной коррекции оптической мощности и компенсации дисперсии в системе ELH должен использоваться модуль OEQ.

Оборудование OEQ состоит  из корректора оптической мощности и  корректора дисперсии.

Корректор оптической мощности. Существует два решения этой проблемы: использование блока динамической коррекции коэффициента усиления (DGE, dynamic gain equalizer unit) для выравнивания оптической мощности каналов в основном тракте и использование блока VMUX.

Коррекция оптической мощности означает, что энергия оптических сигналов всех каналов устанавливается приблизительно равной друг другу для улучшения эффективности передачи.

В системе передачи на сверхбольшие расстояния связывается  большое количество оптических усилителей. Поскольку АЧХ оптических усилителей не является прямоугольной, при усилении спектр сигнала изменяется. После прохождения оптических сигналов через несколько усилителей частотная равномерность спектра значительно снижается. Таким образом, ухудшается соотношение сигнал-шум, возрастают битовые ошибки, и эффективность передачи всей системы ограничивается. Для решения вышеупомянутых проблем используется плата DGE, регулирующая плоскостность спектра.

Корректор дисперсии  применяется для систем передачи на большие расстояния, использующих технологию SuperWDM. Если расстояние передачи без регенерации превышает 1000 км (благодаря применению технологии SuperWDM), то должна учитываться необходимость коррекции дисперсии. Система передает мультиплексированные сигналы в модуль компенсации дисперсии для выполнения компенсации скорректированной дисперсии посредством платы DSE.

Корректор дисперсии  может быть установлен вместе с корректором  оптической мощности на одной и той же станции. Рекомендуется устанавливать его на стороне приема последней станции в секции оптического мультиплексирования.

      

 

3. Обоснование технических требований к основным компонентам системы DWDM

 

 

Основное требование к компонентам DWDM состоит в том, что они должны одинаково обрабатывать все каналы на всем протяжении оптического пути линии связи. Для этого требуется тщательный выбор оптических передатчиков, мультиплексоров, демультиплексоров, усилителей и волокна. При объединении отдельных компонентов в единую систему, небольшие различия их характеристик могут накапливаться и непредсказуемым образом влиять на параметры сети в целом. Для обеспечения гарантированной надежной сети, необходимо выполнять тестирование не только каждого компонента в отдельности, но и всей системы в целом. Важным становится контроль качества оптических характеристик и поведения системы, начиная от производства компонентов, завершая этапом системной интеграции. Такой контроль будет гарантировать ввод системы DWDM в эксплуатацию с расчетными параметрами длительную и устойчивую работу.

Для надежной работы к компонентам  системы DWDM предъявляются такие требования, как достаточное количество мультиплексированных каналов, малые вносимые потери, эффективное уменьшение перекрестных помех, широкая полоса пропускания и т.д.

 

3.1   Мультиплексоры  и демультиплексоры

 

 

Как показано на рисунке  3.1 основная функция мультиплексора заключается в объединении нескольких длин волн сигналов по одному оптическому волокну. Основная функция демультиплексора заключается в разделении нескольких длин волн сигналов, передаваемых по одному оптическому волокну. Мультиплексор и демультиплексор являются одинаковыми по принципу действия и требуют только изменения направлений входа и выхода.

 

Рисунок 3.1 -  Мультиплексор и демультиплексор

 

Оптическое мультиплексирование  и демультиплексирование основано на комбинированных или расположенных  последовательно друг за другом узкополосных фильтрах. В частности, для фильтрации применяют тонкопленочные фильтры, волоконные или объемные брэгговские дифракционные решетки, сварные биконические волоконные разветвители, фильтры на основе жидких кристаллов, устройства интегральной оптики.   В настоящее время наибольшее распространение получили устройства оптического мультиплексирования и демультиплексирования с частотным интервалом между отдельными каналами в 100 ГГц (~0,8 нм). Появляющиеся в последнее время мультиплексные устройства могут обеспечить большую плотность размещения каналов с частотным интервалом 50 ГГц и меньше на тонкопленочном фильтре.

3.1.1 Характеристики  мультиплексоров – демультиплексоров

Хотя технологии при  изготовлении мультиплексоров и  демультиплексоров схожи, изготовление последних является более сложной задачей. Демультиплексор характеризуется параметром, который называют изоляцией – способностью изолировать друг от друга входные и выходные каналы, а мультиплексор характеризуется направленностью. Чем меньше значения каждого из этих параметров, тем выше характеристики устройства. По мере уменьшения интервала между каналами и увеличения числа каналов изготовление демультиплексора становиться более сложным.

Полоса пропускания  каждого канала характеризуется  следующими параметрами: центральная длина волны, интервал между каналами, полоса пропускания по уровню –3 дБ, изоляция и дальние перекрестные помехи, неравномерность пика мощности в спектре канала и однородность каналов. Рассмотрим подробнее значения каждого из этих параметров.

Центральная длина волны – это  среднее арифметическое значение верхней  и нижней длины волны отсечки. Длины волн отсечки – это длины волн, на которых вносимые потери достигают заданного уровня. Часто  относительные слабые отклонения в форме спектра приводят к заметному изменению центральной длины волны. Номинальную длину волны передатчика стараются делать как можно ближе к центральной длине волны, как правило, это одна из длин волн соответствующих частотному плану ITU.

Интервал между каналами должен соответствовать частотному плану  системы DWDM. Используются как равномерные, так и неравномерные частотные сетки каналов. Наиболее распространенным является частотный план ITU с равномерным частотным интервалом между каналами 100 ГГц. Неравномерные интервалы между каналами могут применяться для того, чтобы минимизировать или устранить нелинейность четырехволнового смешения, когда в результате нелинейного взаимодействия излучения в волокне на двух или более частотах возникают сигналы с новой частотой. При неравномерных интервалах между каналами четырехволновое смешение может привести к дополнительным шумам на длинах волн, не используемых для передачи полезного сигнала. Новый паразитный сигнал может совпасть по частоте с существующими сигналами других каналов, что может привести к возникновению перекрестных помех, при использовании равномерных интервалов между каналами.

Полоса пропускания по уровню –3 дБ. Полоса пропускания – это  та часть спектра передаваемого сигнала, в пределах которой все спектральные составляющие превышают некоторый пороговый уровень. Полоса пропускания определяет тот спектральный диапазон, в пределах которого устройство может быть эффективно использовано. Конкретное пороговое значение ширины полосы пропускания зависит от степени изоляции соседних каналов [4].

Изоляция и дальние перекрестные помехи. Изоляция канала и перекрестные помехи определяют уровень ослабления  данного канала в других каналах, где этот сигнал не является основным. Изоляция определяется как минимальная величина ослабления мощности сигнала с выборкой по всем не основным выходным каналам по отношению к основному входному каналу. Перекрестные помехи определяют повышение уровня мощности входного сигнала на определенной длине волны на всей суммарной утекающей мощностью этого сигнала в не основные каналы. Помимо измерения или оценки уровня наихудших перекрестных потерь между каналами в системе необходимо также определять допустимые их уровни.

Неравномерность пика мощности в спектре  канала. Пиковое значение вносимых потерь характеризует уровень потерь на фиксированной длине волны, но не определяет полностью разброс  уровней потерь во всей полосе пропускания или в отдельном канале. Разброс уровней – это разность между минимальным и максимальным уровнями потерь в измеренной или номинальной полосе пропускания – называют неравномерностью потерь. Неравномерность распределения потерь канала предоставляет информацию о возможном разбросе уровня передаваемой мощности при изменении длины волны передатчика в пределах номинальной полосы пропускания. Большая неравномерность неприемлема во многих практических приложениях.

Однородность каналов является мерой разброса уровня передаваемой мощности или вносимых потерь от канала к каналу в мультиплексоре –демультиплексоре [5].

 

3.2   Оптические усилители

 

 

Как ключевой компонент новых систем оптической передачи, оптический усилитель  на волокне, легированном эрбием (EDFA), имеет много преимуществ, а именно, высокий коэффициент усиления, большая выходная мощность, широкая рабочая оптическая полоса пропускания, независимость поляризации, низкий коэффициент шума и характеристики усиления не имеют зависимости от скорости передачи и формата данных.

Усилители EDFA обеспечивают непосредственное усиление оптических сигналов, без их преобразования в электрические сигналы и обратно, обладают низким уровнем шумов, а их рабочий диапазон длин волн практически точно соответствует окну прозрачности кварцевого оптического волокна как показано на рисунке 3.2. Именно благодаря появлению усилителей с таким сочетанием качеств линии связи и сети на основе систем DWDM стали экономически привлекательными.

 

Рисунок 3.2 - Зависимость коэффициента усиления EDFA от длины волны

 

Усилитель EDFA состоит  из отрезка волокна, легированного  эрбием. В таком волокне сигналы определенных длин волн могут усиливаться за счет энергии внешнего излучения накачки. В простейших конструкциях EDFA усиление происходит в достаточно узком диапазоне длин волн – примерно от 1525 нм до 1565 нм. В эти 40 нм умещается несколько десятков каналов DWDM. EDFA полностью "прозрачны" – не зависят от используемых протоколов, форматов, скорости передачи и (в пределах указанных выше ограничений) длины волны оптического сигнала. Поскольку усилители EDFA независимы от сетевого протокола, их можно подключать непосредственно к различному оборудованию – коммутаторам ATM или компонентам протокола IP – не опасаясь, что они помешают друг другу. Такая гибкость – одно из основных преимуществ использования их в системах DWDM. Наряду с этим, при использовании усилителей EDFA требуется тщательно учитывать их неоднородное спектральное усиление и шум, вносимый ими за счет усиленной спонтанной эмиссии ASE (Amplified Spontaneous Emission). Сети с усилителями EDFA имеют многочисленные преимущества. Пропускную способность таких сетей можно наращивать экономично и постепенно, добавляя новые каналы по мере роста потребности.

Усилитель EDFA обеспечивает в системе OptiX BWS 1600G усиление сигналов C-диапазона. В оптическом усилителе реализованы функции фиксации коэффициента усиления и управления переходными процессами, позволяющие поддерживать коэффициент усиления каждого канала на определенном уровне независимо от количества каналов и избегать возникновения большого числа битовых ошибок в существующих каналах во время вставки или выделения каналов.

3.2.1 Классификация усилителей по способам применения

Усилители EDFA могут использоваться по разному в зависимости от выбранной области коэффициента усиления. Применения различают предварительные усилители, линейные усилители и усилители мощности.

Предварительные усилители (предусилители) устанавливаются непосредственно перед оптическим приемником терминального оборудования или на выходе оборудования регенерации. Основная функция данного усилителя заключается в усилении малых сигналов, ослабленных во время передачи по каналу , и увеличении приемной чувствительности оптического приемника. Оптические предусилители часто используются в качестве замены сложных и обычно дорогих когерентных оптических приемников.

Линейные усилители устанавливаются в промежуточных точках протяженных линий связи между регенераторами или на выходе оптических разветвителей с целью компенсации ослабления сигнала, которое происходит из-за затухания в оптическом волокне или из-за разветвления в оптических разветвителях, ответвителях, мультиплексорах DWDM. Линейные усилители заменяют оптоэлектронные повторители и регенераторы в тех случаях, когда нет необходимости в точном восстановлении сигнала.

Усилители мощности (бустеры) устанавливаются непосредственно после лазерных передатчиков и предназначены для дополнительного усиления сигнала до уровня, который не может быть достигнут на основе лазерного диода. Бустеры могут также устанавливаться перед оптическим разветвителем, например при передаче нисходящего трафика в гибридных волоконно-коаксиальных архитектурах кабельного телевидения .

 

Рисунок 3.3 - Применение разных типов оптических усилителей

 

Оптический усилитель  имеет три существенных преимущества перед регенератором. Во-первых, оптический усилитель конструктивно проще. Во-вторых, оптический усилитель в отличие от регенератора, не привязан к протоколу или скорости передачи и может преобразовывать (усиливать) входной сигнал любого формата. В третьих, оптический усилитель способен одновременно усиливать большое число независимых спектрально разделенных каналов, в то время как регенератор может обрабатывать только один канал, одну длину волны. Перечисленные преимущества оптического усилителя настолько сильны, что отодвигают один из его главных недостатков на задний план – оптический усилитель вносит шум.