Канал управления. Имеется в виду оптический
канал супервизорного управления. Этот
канал организуется на дополнительной
оптической несущей, которая лежит за
пределами фактически используемой полосы.
В то же время он может принадлежать полосе,
занимаемой стандартизированным канальным
планом, либо соответствовать некоторым
стандартным (но не применяемым для основной
полосы) несущим или частотам накачки
лазеров в оптических усилителях.
Управление. Характеризует возможность
управления системой в целом, включая
управление SDH/SONET-мультиплексорами и оборудованием
сети, с которой стыкуется аппаратура
WDM. В этом смысле управление разбивается
на традиционное для систем SDH/SONET полноценное
управление на основе TMN с помощью интерфейсов
Q и F и на супервизорное управление с использованием
агента SNMP. Возможно также применение
специально разработанной системы управления
сетью WDM, включающей в себя систему мониторинга
волоконно-оптических каналов.
Другим важным параметром является допуск.
Он указывает, какую максимальную дисперсию,
накопленную на длине одной секции, способна
преодолеть WDM-система без потери качества
сигнала, определяемого уровнем ошибок.
Эта величина используется для проверки
способности системы (секции) перекрывать
определенную дистанцию. Зная конкретный
тип волокна и соответствующее ему значение
дисперсионного параметра D, определяемого
для граничной длины волны в занимаемой
полосе, можно подсчитать фактически накопленную
дисперсию путем умножения D на длину секции.
Если фактический допуск меньше предельного,
система работоспособна при использовании
данного волокна, если нет - требуется
использовать другое волокно, уменьшить
длину секции либо применить компенсаторы
дисперсии.
Тем не менее уже эти данные позволяют
получить представление о современном
состоянии соответствующего сектора телекоммуникационной
индустрии и спрогнозировать его стремительное
развитие в ближайшие годы.
1.4 Физические
особенности
Широкополосность оптических сигналов, обусловленная чрезвычайно высокой частотой несущей (Fo=10**14 Гц). Это означает, что по оптической линии связи можно передавать информацию со скоростью порядка 10**12 бит/с или Терабит/с. Говоря другими словами, по одному волокну можно передать одновременно 10 миллионов телефонных разговоров и миллион видеосигналов. Скорость передачи
данных может быть увеличена за счет передачи
информации сразу в двух направлениях,
так как световые волны могут распространяться
в одном волокне независимо друг от друга.
Кроме того, в оптическом волокне
могут распространяться световые сигналы
двух разных поляризаций, что позволяет
удвоить пропускную способность оптического
канала связи. На сегодняшний день предел
по плотности передаваемой информации
по оптическому волокну не достигнут.
Очень малое (по сравнению с
другими средами) затухание светового
сигнала в волокне. Лучшие образцы российского
волокна имеют затухание 0.22 дБ/км на длине
волны 1.55 мкм, что позволяет строить линии
связи длиной до 100 км без регенерации
сигналов. Для сравнения, лучшее волокно Sumitomo на длине волны 1.55 мкм имеет затухание 0.154 дБ/км. В оптических лабораториях США разрабатываются еще более "прозрачные", так называемые фторцирконатные волокна с теоретическим пределом порядка 0,02 дБ/км на длине волны 2.5 мкм. Лабораторные исследования показали, что на основе таких волокон могут быть созданы линии связи с регенерационными участками через 4600 км при скорости передачи порядка 1 Гбит/с.
1.5 Технические
особенности
Волокно изготовлено из кварца,
основу которого составляет двуокись
кремния, широко распространенного, а
потому недорогого материала, в отличие
от меди.
Оптические волокна имеют диаметр
около 100 мкм, то есть очень компактны и
легки, что делает их перспективными для
использования в авиации, приборостроении,
в кабельной технике.
Стеклянные волокна - не металл,
при строительстве систем связи автоматически
достигается гальваническая развязка
сегментов. Применяя особо прочный пластик, на кабельных
заводах изготавливают самонесущие подвесные
кабели, не содержащие металла и тем самым
безопасные в электрическом отношении.
Такие кабели можно монтировать на мачтах
существующих линий электропередач, как
отдельно, так и встроенные в фазовый провод,
экономя значительные средства на прокладку
кабеля через реки и другие преграды.
Системы связи на основе оптических
волокон устойчивы к электромагнитным
помехам, а передаваемая по световодам информация защищена от несанкционированного доступа. Волоконно-оптические линии связи нельзя подслушать неразрушающим способом. Всякие воздействия на волокно могут быть зарегистрированы методом мониторинга (непрерывного контроля) целостности линии. Теоретически существуют способы обойти защиту путем мониторинга, но затраты на реализацию этих способов будут столь велики, что превзойдут стоимость перехваченной информации.
Существует способ скрытой передачи
информации по оптическим линиям связи.
При скрытой передаче сигнал от источника
излучения модулируется не по амплитуде,
как в обычных системах, а по фазе. Затем
сигнал смешивается с самим собой, задержанным
на некоторое время, большее, чем время
когерентности источника излучения.
При таком способе передачи информация
не может быть перехвачена амплитудным
приемником излучения, так как он зарегистрирует
лишь сигнал постоянной интенсивности.
Для обнаружения перехватываемого сигнала
понадобится перестраиваемый интерферометр
Майкельсона специальной конструкции.
Причем, видимость интерференционной
картины может быть ослаблена как 1:2N, где
N - количество сигналов, одновременно
передаваемых по оптической системе связи.
Можно распределить передаваемую информацию
по множеству сигналов или передавать
несколько шумовых сигналов, ухудшая этим
условия перехвата информации. Потребуется
значительный отбор мощности из волокна,
чтобы несанкционированно принять оптический
сигнал, а это вмешательство легко зарегистрировать
системами мониторинга.
Важное свойство оптического
волокна - долговечность. Время жизни волокна,
то есть сохранение им своих свойств в
определенных пределах, превышает 25 лет,
что позволяет проложить оптико-волоконный
кабель один раз и, по мере необходимости,
наращивать пропускную способность канала
путем замены приемников и передатчиков на более быстродействующие.
Есть в волоконной технологии и свои
недостатки:
При создании линии связи требуются
высоконадежные активные элементы, преобразующие
электрические сигналы в свет и свет в
электрические сигналы. Необходимы также
оптические коннекторы (соединители) с
малыми оптическими потерями и большим
ресурсом на подключение-отключение. Точность
изготовления таких элементов линии связи
должна соответствовать длине волны излучения,
то есть погрешности должны быть порядка
доли микрона. Поэтому производство таких
компонентов оптических линий связи очень
дорогостоящее.
Другой недостаток заключается
в том, что для монтажа оптических волокон
требуется прецизионное, а потому дорогое,
технологическое оборудование.
Как следствие, при аварии (обрыве)
оптического кабеля затраты на восстановление
выше, чем при работе с медными кабелями.
Преимущества от применения волоконно-оптических
линий связи (ВОЛС) настолько значительны,
что, несмотря на перечисленные недостатки
оптического волокна, эти линии связи
все шире используются для передачи информации.
1.6 Варианты
технической реализации
Первые мультиплексоры класса WDM использовались
для мультиплексирования двух несущих
из второго и третьего окон прозрачности
- 1310 нм и 1550 нм, значительное расстояние
между которыми позволяло обойтись без
специальных фильтров для их разделения.
Дальнейшие усилия, направленные на улучшение
селективности (уменьшение разноса каналов)
при использовании традиционной технологии
оптических фильтров на базе дискретной
оптики, привели к следующим результатам:
разнос каналов 20-30 нм, переходное затухание
между каналами 20 дБ, уровень вносимых
потерь 2-4 дБ.
Это позволило с 1987 г. до середины 90-х
гг. формировать не более четырех каналов
во втором окне. В 1996-1998 гг. произошел существенный
прорыв в технологии мультиплексирования,
обусловленный, с одной стороны, переходом
к интегральным оптическим технологиям,
а с другой - миниатюризацией и повышением
качества элементов традиционной дискретной
оптики.
В настоящее время используются три конкурирующие
технологии выделения каналов (демультиплексирования).
Две из них, основанные на применении интегральной
оптики (интегральных оптических микросхем),
выделяют каналы с помощью волновых фильтров
на решетке массива волноводов (Array Waveguide
Gratings, AWG) либо вогнутой дифракционной
решетки (Concave Gratings, CG);
третья, базирующаяся на миниатюрной
дискретной оптике, выделяет их с помощью
трехмерного оптического мультиплексирования
(3-D Optics WDM).
1.7 Применение оптических
усилителей EFDA
Развитие технологии оптического
усиления на основе EDFA сильно изменило
методологию конструирования волоконно-оптических
систем связи. Традиционные волоконно-оптические
системы используют повторители-регенераторы,
повышающие мощность сигнала. Когда длина
между удаленными узлами начинает превосходить
по условиям затухания сигнала максимальную
допустимую длину пролета между соседними
узлами, в промежуточных точках устанавливаются
дополнительные регенераторы, которые
принимают слабый сигнал, усиливают его
в процессе оптоэлектронного преобразования,
восстанавливают скважность, фронты и
временные характеристики следования
импульсов, и после преобразования в оптическую
форму передают дальше правильный усиленный
сигнал, в том же виде, в каком он был на
выходе предыдущего регенератора. Хотя
такие системы регенерации работают хорошо,
они являются весьма дорогими и, будучи
установленными, не могут наращивать пропускную
способность линии.
На основе EDFA потери мощности
в линии преодолеваются путем оптического
усиления. В отличии от регенераторов,
такое "прозрачное" усиление не привязано
к битовой скорости сигнала, что позволяет
передавать информацию на более высоких
скоростях и наращивать пропускную способность
до тех пор, пока не вступают в силу другие
ограничивающие факторы, такие как хроматическая
дисперсия и поляризационная модовая
дисперсия. Также усилители EDFA способны
усиливать многоканальный WDM сигнал, добавляя
еще одно измерение в пропускную емкость.
Хотя оптический сигнал, генерируемый
исходным лазерным передатчиком, имеет
вполне определенную поляризацию все
остальные узлы на пути следования оптического
сигнала, включая оптический приемник,
должны проявлять слабую зависимость
своих параметров от направления поляризации.
В этом смысле оптические усилители EDFA,
характеризуясь слабой поляризационной
зависимостью коэффициента усиления,
имеет ощутимое преимущество перед полупроводниковыми
усилителями.
Рис.1.2 Оптические системы связи
на основе: а) каскада регенерационных
повторителей; б) каскада оптических усилителей
EDFA
В отличии от регенераторов
оптические усилители вносят дополнительный
шум, который необходимо учитывать. По
этому наряду с коэффициентом усиления
одним из важных параметров EDFA является
коэффициент шума.
1.7.1 Классификация
EDFA по способам применения
В зависимости от применения
различают предварительные усилители,
линейные усилители и усилители мощности,
(рис. 1.3).
Предварительные усилители
(предусилители) устанавливаются непосредственно
перед приемником регенератора и способствуют
увеличению отношения сигнал/шум на выходе
электронного каскада усиления в оптоэлектронном
приемнике. 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 WDM. 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 основ лазерного диода. Бустеры могут
также устанавливаться перед оптическим
разветвителем, например при передаче
нисходящего трафика в гибридных волоконно-коаксиальных
архитектурах кабельного телевидения.
Рис.1.3 Применение разных типов
оптических усилителей
В табл.1.1 указана степень значимости
параметров EDFA в зависимости от типа усилителя.
Таблица 1.1 Сравнительный анализ
параметров трех типов EFDA
Параметр |
Предусилитель |
Линейный усилитель |
Усилитель мощности |
Коэффициент усиления G |
высокий * |
средний |
низкий |
Коэффициент шума NF |
низкий |
средний * |
низкий |
Мощность насыщения Pout sut |
низкая |
средняя |
высокая * |
Нелинейность ** |
низкая |
низкая |
низкая |
Зона усиления |
узкая |
широкая |
широкая |
Отклонение от плато
G |
не указывается |
высокая линейность |
высокая линейность |
* - указан наиболее значимый
параметр;
** - нелинейность охватывает совокупность
характеристик: зависимость G от Pin , поляризационную
чувствительность, PMD усилителя, поперечные
помехи между каналами |