3 Структура и основные параметры синхронных линейных трактов




Название3 Структура и основные параметры синхронных линейных трактов
страница13/16
Дата публикации05.03.2013
Размер2 Mb.
ТипДокументы
uchebilka.ru > Физика > Документы
1   ...   8   9   10   11   12   13   14   15   16

^ 3.5.5. Структурная схема регенератора электрического сигнала
Оптический ЦЛС, приходящий на вход линейного или станционного регенератора, поступает в ОПМ, в котором происходит преобразование импульсов принятого оптического излучения в импульсы электрического тока. Этот сигнал после предварительного усиления в МШУ, частичной коррекции формы принимаемых видеоимпульсов и их последующего усиления (более подробная схема ОПМ приведена на рис. 3.33) поступает на вход электронной схемы регенератора. Электрический регенератор принципиально не отличается от типового регенератора электрического ЦЛТ. Основными его устройствами являются решающее устройство (РУ) и ВТЧ, или таймер. Однако высокие требования к параметрам этих устройств определили специфику их построения. Были учтены требования по стабильности статической фазы тактовой частоты РУ и вероятности ошибки принятия решения не более 10-11 на один регенератор, а выделитель тактовой частоты должен обеспечивать минимизацию накопления фазовых дрожаний в цепи из большого числа регенераторов в структуре СЛТ.

Структурная схема регенератора электрического сигнала STM-4 приведена на рис. 3.45. Для реализации его основных устройств были разработаны специальные твердотельные интегральные схемы на основе SST-технологии. Это позволило значительно улучшить эксплуатационные параметры регенератора (особенно такие, как надежность и потребляемая мощность) при одновременном выполнении жестких требований к техническим параметрам отдельных его устройств (узлов). Решающее устройство содержит широкополосный усилитель-ограничитель ШПУ-О и двойной синхронный D-триггер. Регенерируемый сигнал в форме последовательности видеоимпульсов в коде NRZ со скоростью передачи 622,08 Мбит/с поступает на вход усилителя-ограничителя РУ регенератора с выходного усилителя ОПМ.

Рис. 3.45
Принципиальная схема одного каскада усилителя-ограничителя, выполненного по схеме Черри-Купера, изображена на рис. 3.46 [48]. Данная схема является основой для реализации других ШПУ-О регенератора, которые используются при построении схемы ВТЧ. Широкополосные усилители-ограничители, построенные по приведенной схемотехнике, экономичны в сочетании с широкополосностью, малой амплитудно-фазовой конверсией в большом динамическом диапазоне амплитуд в режиме ограничения и стабильными фазовыми характеристиками в широком диапазоне температур. Как пороговая схема регенератора усилитель-ограничитель по минимуму имеет один парафазный вход и два парафазных выхода. По каждому из указанных выходов обеспечивается необходимый уровень сигнала при работе усилителя в линейном режиме в заданной полосе частот.

По существу ШПУ-О является решающим устройством по амплитуде, в котором происходит опознавание поступивших символов и принимается решение о поступлении единицы или нуля. Если напряжение сигнала на входе усилителя-ограничителя превышает заданное напряжение порога Uпор (см. рис. 3.46), то на выходе ШПУ-О появляется импульс. Это свидетельствует о приеме из СЛТ кодового символа «1». При поступлении на вход ШПУ-О напряжения, меньшего напряжения порога £/пор, импульс на выходе ШПУ-О отсутствует, что свидетельствует о поступлении на вход регенератора кодового символа «0».

Восстановление временных соотношений между кодовыми символами передаваемого ЦЛС происходит в ^ D-триггере, который является РУ по времени и представляет собой пороговую схему совпадения. Парафаз-ные сигналы с одного из выходов ШПУ-О поступают на информационные входы D и триггера, а на его синхронизирующие входы С и подаются хронирующие импульсы с выхода ШПУ2 таймера.

В результате на выходах Q и триггера образуется регенерированные прямой и инвертированный сигналы. С информационного Q-выхода видеоимпульсы регенерированной последовательности поступают на вход ОПД. Сигналы с -выхода используются для работы устройства управления фазой ^ УУФ сигнала хронирования на выходе ВТЧ и для контроля работы регенератора. При отсутствии сигнала на -выходе устройство функционального контроля выдает сигнал «Авария регенератора» в систему телеконтроля для передачи его на пункт контроля и управления.

Рис. 3.46
Выделитель тактовой частоты предназначен для выделения колебания тактовой частоты из входной последовательности ЦЛС и формирования из этого колебания стробирующих импульсов, которые затем поступают в РУ и в ОПД.

Входной ЦЛС представляет собой последовательность однополярных импульсов в коде NRZ, т. е. длительность импульсов равна тактовому интервалу. Известно, что в энергетическом спектре такой последовательности видеоимпульсов отсутствует колебание тактовой частоты. Для его получения в данном случае, кроме входной импульсной последовательности U1 (рис. 3.47, а), с помощью линии задержки формируется последовательность импульсов U2, полученная из входной сдвигом ее на половину тактового интервала (рис. 3.47, б). Вычитание из первой последовательности импульсов второй последовательности приводит к формированию двухполярных импульсов U3 (рис. 3.47, в). Импульсы этой последовательности имеют скважность, равную двум, и следуют с частотой, равной тактовой частоте входной последовательности импульсов. Выпрямление полученной двухполярной последовательности формирует однополярный сигнал U4 в коде NRZ, т. е. со скважностью два (рис. 3.47, г). Эти импульсы следуют с тактовой частотой, равной тактовой частоте входного ЦЛС. Такая последовательность содержит колебания тактовой частоты входного сигнала. Непрерывная Gн (f) и дискретная Gд(f) составляющие случайного сигнала в коде NRZ показаны на рис. 3.47, д.

Для реализации описанного способа получения колебания тактовой частоты из входного ЦЛС, нелинейный преобразователь (НП) ВТЧ выполнен по схеме двойного балансного перемножителя (перемножитель Гильберта). На его один вход подается принятый сигнал в коде NRZ с выхода усилителя-ограничителя РУ, а на второй вход - тот же сигнал (через линию задержки), задержанный на половину периода битовой посылки входного ЦЛС. На выходе преобразователя НП формируется сигнал (рис. 3.47, г). Эта последовательность содержит в своем спектре дискретную составляющую на тактовой частоте входного ЦЛС, которая в данном случае равна 622,08 МГц. Для выделения колебания данной частоты на выходе НП включен узкополосный фильтр (УФ), который представляет собой фильтр на поверхностных акустических волнах (ПАВ). Фильтр на ПАВ реализован на перовой гармонике и на ST-срезе. Основные параметры фильтра приведены в табл. 3.9.

Рис. 3.47
Таблица 3.9

Параметры

Значение параметра

Центральное значение тактовой частоты, МГц

622,08

Затухание на тактовой частоте, дБ

Менее 16

Добротность (минус 3 дБ)

800... 1000

Затухание в полосе задерживания от fт/10 до 2fт, дБ

Более 30

Изменение статической фазы в диапазоне температур от минус 20 до плюс 60 °С

Менее 30

Входное и выходное сопротивления, Ом

50


Неравномерность АЧХ фильтра в полосе частот на уровне минус 3 дБ относительно идеальной кривой sin х/х - менее + 0,1 дБ. Это обусловлено требованиями к скорости накопления фазовых дрожаний в СЛТ, содержащем несколько сотен идентичных регенераторов, что позволяет обходиться без специальных устройств подавления фазовых дрожаний в регенераторах.

На выходе УФ включен ШПУ1, который имеет усиление 20 дБ в полосе частот до 1300 МГц. Он обеспечивает необходимые значения уровней сигналов тактовой частоты на парафазных входах фазовращателя (ФВ). Последний изменяет фазу на своем выходе в пределах + 50°, является активным и рассчитан на усиление 3 дБ в полосе частот до 1300 МГц.

Широкополосный усилитель-ограничитель ШПУ2, включенный на выходе ФВ, формирует два парафазных потока хронирующих импульсов, один из которых поступает на синхронизирующие входы D-триггера, а другой - в схему ОПД. Усилитель ШПУ2 обеспечивает усиление 40 дБ в полосе частот до 1300 МГц. Динамический диапазон амплитуд в режиме ограничения общей цепи из ШПУ1, ФВ и ШПУ2 составляет 25 дБ.

Усилители ШПУ1, ШПУ2 и фазовращатель обеспечивают суммарное усиление сформированных хронирующих сигналов не менее 63 дБ в полосе частот до 1300 МГц. Они имеют малую амплитудно-фазовую конверсию (АФК) в большом динамическом диапазоне (АФК менее + 4° в динамическом диапазоне амплитуд 25 дБ в режиме ограничения) и стабильные фазовые характеристики в широком диапазоне температуры (менее + 6° в диапазоне температуры от минус 20 до + 60 °С на тактовой частоте).

Одной из отличительных особенностей построения схемы ВТЧ является наличие УУФ хронирующего сигнала. Необходимость применения УУФ хронирующего сигнала на выходе ВТЧ вызвана двумя причинами.

Известно, что уход фазы сигналов хронирования на управляющих входах триггера относительно сигналов, поступающих на его информационные входы, не должен превышать + 6° от всех дестабилизирующих факторов. Схема УУФ хронирующего сигнала устраняет влияние дестабилизирующих факторов путем подстройки фазы хронирующих сигналов на синхронных входах триггера. Это позволяет поддерживать фазовые соотношения между хронирующими и информационными сигналами на соответствующих входах триггера в пределах, обеспечивающих оптимальную работу РУ по времени.

Вторая функция УУФ хронирующего сигнала состоит в том, чтобы компенсировать уход фазы хронирующего сигнала, вызванный влиянием температуры на устройство ВТЧ. Компенсация влияния температуры позволяет удерживать фазу хронирующих сигналов на управляющих входах триггера в пределах четырех градусов.

Таким образом, отмеченные особенности построения схемы РЭС обеспечивают качественную его работу в структуре протяженных СЛТ систем передачи SDH.
^ 3.6. Перспективы развития волоконно-оптических линейных трактов
Вся история развития многоканальной проводной связи представляет собой непрерывное, бесконечное решение ведущими специалистами мира в этой области двух основных технических проблем - повышение пропускной способности и увеличение дальности связи используемых на данном этапе развития многоканальных систем передачи. В настоящее время на сетях связи активно внедряются и используются волоконно-оптические системы передачи SDH. Они имеют высокие (порядка 2,5; 10 и 40 Гбит/с) скорости передачи оптических сигналов в СЛТ и длины секций регенерации этих трактов до 100 км и более. Производительность (произведение скорости передачи на длину RS) таких СЛТ превышает производительность ЦЛТ на кабелях с металлическими парами в 100 и более раз, что радикально увеличивает экономическую эффективность волоконно-оптических СЛТ.

Но и сегодня считается, что двумя важнейшими техническими параметрами линейных трактов являются его информационная пропускная способность и максимальное расстояние между соседними регенераторами. Это объясняется тем, что в ближайшие годы потребность в увеличении числа каналов будет возрастать, а регенерация оптических ЦЛС на транспортной сети вне пунктов доступа должна быть исключена. Что же сегодня предлагают специалисты-разработчики, желая «преодолеть» эти две проблемы техники многоканальной проводной связи на большие (сотни, тысячи километров) расстояния? В данном подразделе предпринята попытка ответить на поставленный вопрос.

^ 3.6.1. Спектральное разделение оптических сигналов
Системы передачи SDH строятся с использованием метода временного разделения каналов (см. подразд. 2.2.6, рис. 2.20, 2.21). Таким путем были созданы и высокоскоростные мультиплексоры, формирующие сигналы уровней STM-64 (10 Гбит/с) и STM-256 (40 Гбит/с).

Например, SLM типа TransXpress SL-64 компании Siemens, формирующий на выходе поток со скоростью передачи 9953,28 Мбит/с, т. е. порядка 10 Гбит/с (см. рис. 2.2, б), сегодня уже освоен и широко представлен на рынке. Мультиплексор уровня STM-256 (40 Гбит/с) технически реализуем, однако эта реализация стоит пока весьма дорого, поэтому серьезного коммерческого использования оборудования уровня STM-256 следует ожидать не ранее 2004 г. [63].

Оптические СЛТ для передачи сигналов таких мультиплексоров строятся с использованием ООВ с нулевой (на длине волны 1,3 мкм) или смещенной (на длине волны 1,55 мкм) дисперсией, а также нового поколения одномодовых инжекционных лазеров и высокочувствительных ЛФД. При этом в пунктах доступа и в необслуживаемых регенерационных пунктах (НРП) выполняется сопряжение электронных и оптических устройств аппаратуры, где происходят электронно-оптические и оптоэлектронные преобразования передаваемых и принимаемых сигналов.

Скорости передачи 10 Гбит/с оптического ЦЛС соответствует длина тактового интервала 10 пс, отводимого на один символ при обработке электрических и оптических сигналов.

Попытки разработчиков систем передачи SDH использовать метод ВРК для создания мультиплексоров, формирующих на выходе сигналы модулей STM-256 и STM-1024 со скоростями передачи 40 и 160 Гбит/с, соответственно, в течение нескольких лет (1996 - 1998 гг.) не давали положительных результатов. Таким скоростям передачи сигналов соответствуют длины тактовых интервалов 2,5 пс и 0,625 пс = 625 фс соответственно, т. е. обработка указанных сверхскоростных потоков требует применения сверхкоротких (пико- и фемтосекундных) импульсов. Однако устройства полупроводниковой микроэлектроники и оптической электроники при их сопряжении (совместной работе) такие сверхкороткие импульсы обрабатывают с временными задержками, соизмеримыми с длительностью импульсов, что затрудняет разделение сигналов.

Но эти трудности были преодолены. В 1999 г. появились сообщения, что компания Siemens разработала мультиплексор типа SMA-256 (40 Гбит/с) [78], а в лаборатории Bell Labs компании Lucent создана первая в мире синхронная система передачи, обеспечивающая пропускную способность 160 Гбит/с одного оптического тракта [12].

Достигнутые успехи в области оптической электроники и интегральной оптики позволили существенно расширить границы скорости передачи оптических сигналов за пределы скоростей, обеспечиваемых системами передачи SDH, используя метод оптического мультиплексирования с разделением по длине волны WDM, или со спектральным разделением оптических сигналов [14, 78, 80, 84, 101].

Под оптическим мультиплексированием здесь понимается объединение сигналов нескольких ОПД, например, систем передачи SDH, в один оптический ЦЛС, передачу этого ЦЛС по одному ООВ на заданное расстояние и разделение принятого ЦЛС в очередном пункте доступа на заданное число оптических цифровых сигналов. Это стало возможным благодаря созданию узкополосных полупроводниковых лазеров, имеющих ширину спектральной линии излучаемого сигнала несколько сотых долей нанометра (0,05...0,09) и меньше, оптических фильтров для разделения близких по частоте оптических сигналов, широкополосных оптических усилителей, и благодаря тому, что спектральная характеристика коэффициента затухания ООВ в окрестности заданной длины волны, например, λ = 1,55 мкм имеет определенную ширину полосы пропускания (см. рис. 3.6). В этой полосе можно образовать несколько оптических трактов, в каждом из которых сигналы различных систем передачи SDH передаются на различных длинах волн. Длины волн сигналов, передаваемых по соседним трактам, должны отличаться настолько, чтобы их можно было надежно разделить в приемной аппаратуре очередного пункта доступа.

Не рассматривая здесь историю возникновения и развития систем передачи WDM, с которой кратко можно ознакомиться в работах [78, 103], отметим, что существенный прорыв в этой области произошел в 1996 -1998 гг. Он обусловлен, с одной стороны, переходом к интегральным оптическим технологиям, а с другой - миниатюризацией и повышением качества элементов традиционной дискретной оптики.

Различают три основных вида систем передачи ^ WDM:

а) простые, у которых разнос оптических трактов составляет не менее 3,2 нм (разнос по частоте Δf = 400 ГГц), они позволяют образовать не более 8 оптических трактов в одном ООВ;

б) плотные (Dense) системы передачи WDM, или системы передачи DWDM, у которых разнос оптических трактов составляет не более 0,8 нм (разнос по частоте Δf = 100 ГГц); они позволяют образовать 40 или даже 80 оптических трактов в одном ООВ;

в) высокоплотные (High-Dense) системы передачи WDM, или системы передачи HWDM, которые имеют разнос оптических трактов 0,4 нм и менее (разнос по частоте Δf = 50 ГГц и менее); они позволяют образовать 160 и более оптических трактов в одном ООВ. В некоторых публикациях системы передачи HWDM называют сверхплотными, т. е. системами передачи сверхплотного волнового мультиплексирования UWDM (Ultra-Dense Wavelength Division Multiplexing).

Рассмотрим простейший вариант волнового мультиплексирования. Он представлен на рис. 3.48. Такая схема позволяет в одном ООВ со смещенной дисперсией в окрестности длины волны λ = 1,55 мкм образовать два достаточно широко разнесенных оптических тракта, сигналы которых отличаются по длине волны, например, на Δλ = 10 нм или по частоте на Δf = 1250 ГГц. В первом тракте оптический ЦЛС одной системы передачи SDH передается на длине волны λ1 = 1545 нм, а во втором тракте оптический ЦЛС другой системы передачи SDH - на длине волны λ2 = 1555 нм. В каждом из образованных оптических трактов ЦЛС могут иметь разные или одинаковые, например 10 Гбит/с, скорости передачи.

Рис. 3.48
Структурная схема рассмотренного варианта построения системы передачи WDM для одного направления приведена на рис. 3.49. Основными устройствами этой схемы являются:

  1. оптический мультиплексор ОМ-2, или объединитель 2:1 с двумя входными и одним выходным оптическими портами;

  2. оптический демультиплексор ODM-2, или волоконно-оптический разветвитель 1 х 2 с одним входным и двумя выходными оптическими портами;

  3. полосовые оптические фильтры ПОФ, формирующие монохроматические оптические потоки на выходах ОПД и входах ОПМ.

Рассмотрим кратко работу приведенной на рис. 3.49 структурной схемы. При мультиплексировании оптических сигналов два потока электрических видеоимпульсов с выходов SLM двух систем передачи SDH поступают на входы ОПД этих систем. Поступающими сигналами оптические излучения лазеров ОПД модулируются по интенсивности. На выходе ОПД1 формируется оптический ЦЛС первой системы передачи SDH на длине волны λ1 = 1545 нм, а на выходе ОПД2 - оптический ЦЛС второй системы передачи SDH на длине волны λ2 = 1555 нм. Эти сигналы проходят полосовые оптические фильтры ПОФ1 и ПОФ2 соответственно, на выходах которых формируются монохроматизированные потоки. Оптический мультиплексор ОМ-2 объединяет их в результирующий линейный поток λ1 + λ2, поступающий в ООВ линейного кабеля.

Рис. 3.49
В тракте приема очередного пункта доступа поступивший поток λ1 + λ2 с помощью демультиплексора ODM-2 и фильтров ПОФ3 и ПОФ4 разделяется на два потока с длинами волн λ1 = 1545 нм и λ2 = 1555 нм. Фильтры также служат для ограничения уровня шумов на входах ОПМ. Потоки λ1 и λ2 в оптических приемниках ОПМ1 и ОПМ2 преобразуются в два потока видеоимпульсов, которые поступают в синхронные линейные демультиплексоры SLD-64 двух систем передачи SDH.

Таким образом, рассмотренный вариант использования метода оптического мультиплексирования позволяет увеличить пропускную способность проложенного ООВ по сравнению с использованием метода мультиплексирования с разделением по времени TDM (Time Division Multiplexing) в 2 раза, т. е. в данном случае технология WDM обеспечивает результирующую скорость передачи сигналов 20 Гбит/с по одному ООВ.

Принцип работы указанных на рис. 3.49 устройств основан на таких свойствах оптических сигналов как интерференция и дифракция. В основе устройств WDM могут быть оптические линзы, интерференционные оптические фильтры, дифракционные решетки, оптические призмы и др. При мультиплексировании до четырех оптических потоков целесообразно применять устройства WDM на основе интерференционных фильтров, а если потоков более четырех, как правило, используют устройства на основе дифракционных решеток. В обоих случаях применяются градиентные стержневые линзы, или граданы [18].

Из многообразия линз, используемых в ВОСП, наиболее эффективны линзы с малым фокусным расстоянием, однако у них велики искажения оптических сигналов. Поэтому вместо обычных линз применяются так называемые градиентные стержневые линзы, в которых фокусное расстояние уменьшается не за счет геометрии, а за счет использования для них материалов с плавно изменяющимся показателем преломления. В граданах вошедший в них оптический луч распространяется по криволинейной траектории. В зависимости от длины граданы могут быть много-, одно-, полу- и четвертышаговыми. На рис. 3.50, а показаны полушаговые, а на рис. 3.50, б - четвертышаговые граданы. В оптических мультиплексорах и демультиплексорах применяют четвертышаговые градиентные стержневые линзы. Как видно из рисунка, они позволяют превратить один расходящийся оптический луч в два параллельных, либо наоборот - сфокусировать два параллельных оптических луча в один (рис. 3.50, б).

Устройство мультиплексора ОМ-2 на граданах и интерференционном фильтре показано на рис. 3.51, где цифрами обозначены: ^ 1 - интерференционный оптический фильтр; 2 - градиентные стержневые линзы; 3, 4 и 5 - ООВ. Интерференционный фильтр, помещенный между линзами (граданами), имеет большой коэффициент отражения для сигналов на одной длине волны и малое затухание (ослабление) для сигналов на другой длине волны. Если по ООВ 3 на один вход такого устройства будет поступать оптический сигнал на длине волны λ1 а по ООВ 4 на второй вход подать оптический сигнал на длине волны λ2, то на выходе объединителя 2:1 появится оптический сигнал на длине волны λ1 + λ2, который поступит на выход ООВ 5.

Рис. 3.50

Рис. 3.51
Изображенное на рис. 3.51 устройство можно использовать и как демультиплексор ODM-2. Для этого надо по ООВ 5 направить на вход разветвителя сигнал на длине волны λ1 + λ2, тогда на одном выходе разветвителя появится оптический сигнал на длине волны λ1, который поступает на выход ООВ 3, а на втором - оптический сигнал на длине волны λ2, который будет передан на выход ООВ 4.

С использованием рассматриваемых принципов и устройств можно построить систему передачи WDM, обеспечивающую образование в одном ООВ четырех оптических трактов, по которым будут передаваться сигналы на длинах волн λ1, λ2, λ3, λ4. Фрагмент структурной схемы такой системы передачи приведен на рис. 3.52, где под обозначением РЭС - RST подразумевается наличие всех устройств регенератора между его ОПМ и ОПД, как показано на рис. 3.39.

Особенностью данной системы передачи является необходимость установки в НРП оборудования четырех регенераторов. Система передачи WDM, схема которой приведена на рис. 3.52, при использовании на входе мультиплексорово SLM-64 обеспечивает суммарную скорость передачи сигналов 40 Гбит/с по одному ООВ.

Мультиплексоры и демультиплексоры, обрабатывающие более четырех оптических потоков, также могут строиться с использованием градиентных стержневых линз, но они содержат отражательную дифракционную решетку. В устройствах на основе дифракционных решеток используется зависимость угла дифракции оптического луча, проходящего через дифракционную решетку отражательного типа, от длины волны оптического излучения. Различные длины волн, пройдя стержневую линзу и отражаясь от дифракционной решетки, на противоположном от решетки торце стержневой линзы образуют оптические пятна. Если ООВ подключить к этому торцу линзы в местах образования оптических пятен, то можно добиться разделения оптического сигнала по длинам волн.

Рис. 3.52
Устройство демультиплексора с отражательной дифракционной решеткой на примере разветвителя 1x8 показано на рис. 3.53.

Рис. 3.53
Разделительные свойства демультиплексора определяются избирательностью дифракционной решетки по длинам волн поступившего оптического сигнала. Если по ООВ 9 через стержневую линзу 10 направить на решетку 11 принятый групповой оптический сигнал на длине волны λ1 + λ2 + ...+ λ8, то дифрагированные отражательной решеткой под различным углом сигналы разных длин волн далее будут сфокусированы стержневой линзой и на ее противоположном от решетки торце появятся оптические пятна.

На подключенные к этим пятнам торцы одномодовых оптических волокон 1, 2,..., 8 поступят восемь принятых оптических сигналов с различными длинами волн. Отражательная дифракционная решетка 11 может быть приклеена к торцу стержневой линзы.

Дифракционная структура может быть построена также на решетке массива волноводов AWG (Array Waveguide Gratings), которая описана в работе [80]. Система передачи WDM, образующая 8 оптических трактов в одном ООВ, по которым передаются сигналы уровня STM-64, обеспечивает общую пропускную способность волокна 80 Гбит/с.

Технология производства рассмотренных устройств WDM на интерференционных фильтрах более проста и стоимость их ниже, чем аналогичных по назначению устройств на дифракционных решетках. Потери, вносимые устройствами WDM при вводе сигналов в ООВ, как правило, не превышают 4...5 дБ, а современные технологии позволяют уменьшить их до 2 дБ. Указанные потери приводят к укорачиванию длины RS, по сравнению с прямым соединением ОПД, и ООВ при использовании в мультиплексорах метода временного разделения каналов.

Кроме того, при расчетах следует учитывать неравенство затухания RS различных систем передачи SDH, работающих на разных длинах волн при использовании метода WDM, потому что затухание ООВ в используемом диапазоне длин волн, например, в окрестности λ = 1,55 мкм, не является постоянной величиной. Если отмеченное неравенство затуханий не скорректировано различием в величинах энергетических потенциалов используемых систем передачи SDH, то при проектировании линейного тракта за основу необходимо брать наименее благоприятную величину, т. е. наибольшее значение затухания RS на данном участке линейного тракта.

Выбор в середине 90-х гг. технологии WDM в качестве средства увеличения пропускной способности существующих и проложенных ООВ был продиктован двумя причинами [103].

Во-первых, в то время не было систем передачи TDM, т. е. систем передачи SDH и SONET, обеспечивающих пропускную способность 10 Гбит/с и выше, которые имели бы необходимые технические параметры и прошли надежное тестирование.

Во-вторых, разработчики считали, что в перспективе технология WDM способна обеспечить более высокую пропускную способность одного ООВ, чем технология TDM. И они не ошиблись.

Главное достоинство систем передачи WDM состоит в том, что они позволяют преодолеть ограничения на пропускную способность одномодового волокна и существенно увеличить скорость передачи сигналов по нему. Причем, используются уже проложенный оптический кабель и отработанное технологически стандартное оборудование временного мультиплексирования систем передачи SDH или SONET. Есть и другие достоинства технологии WDM.

Однако ее применение ограничивает ряд факторов как экономического, так и технического характера. К техническим проблемам относятся:

а) значительные потери мощности оптических сигналов в мультиплексорах (демультиплексорах) и фильтрах;

б) несовпадение рабочих длин волн ОПД систем передачи TDM и оптических трактов, образуемых системами передачи WDM;

в) усложнение управления транспортной сетью из-за различий в технологиях перемещения сигналов по сети;

г) нелинейные явления (преломления, вынужденное рассеяние, четырехволновое смешивание) при одновременной передаче сигналов по нескольким трактам приводят не только к их ослаблению и искажению, но и к проникновению в другие оптические тракты данного ООВ, что приводит к появлению вечного спутника многоканальных систем передачи - переходных помех между трактами.

Указанные и другие проблемы успешно преодолеваются. В настоящее время производятся и эксплуатируются системы передачи ^ WDM, образующие 4, 8 и 16 трактов, к которым относятся системы передачи типа T31-BDS фирмы Pirelli, 4/8 ОСМ компании ADVA (Германия), SM9600 компании Еопух и многие другие. С параметрами промышленных образцов систем передачи WDM разных фирм-производителей можно ознакомиться в работе [78].

Технология плотного волнового мультиплексирования DWDM в настоящее время открывает качественно новые возможности для высокоскоростных оптических систем передачи. Сущность современной технологии DWDM состоит в одновременной передаче по одному ООВ нескольких десятков и более оптических потоков со скоростями передачи 2,5 (STM-16), 10 (STM-64) или 40 Гбит/с (STM-256) по «узким» (0,8 нм) спектральным полосам в диапазоне длин волн 1530... 1560 нм. Следовательно, мультиплексорам DWDM (в отличие от обычных мультиплексоров WDM) присущи две характерные черты [80]:

  1. малые расстояния (по длине волны) между соседними оптическими трактами (0,8 нм и менее);

  2. использование только одной спектральной полосы пропускания в окрестности длины волны λ =1550 нм в пределах (округленно) 1530... 1560 нм, что совпадает с полосой усиления эрбиевых волоконно-оптических усилителей EDFA (см. подразд. 3.6.4).

Самым важным параметром в технологии DWDM, бесспорно, является расстояние (разнос по длине волны) между соседними оптическими трактами. Хотя рассчитывать на полную совместимость систем передачи DWDM различных фирм-производителей пока не приходится, необходимо было стандартизировать номинальный ряд частот оптических трактов, т. е. сделать план частот линейного тракта для технологии DWDM единым, чтобы дать производителям ориентир на будущее, а также утвердить уже существующие системы передачи WDM и DWDM.

Эту задачу частично решил ITU-T, приняв Рекомендацию G.692, согласно которой расстояние по длине волны (по частоте) между соседними трактами в ООВ в среднем равно 0,8 нм (100 ГГц). Оно изменяется от 0,78 нм в нижней части диапазона длин волн, который начинается с длины волны 1528,77 нм (последующие длины волн имеют значения 1529,55; 1530,33; 1531,12 нм и т.д.), до 0,82 нм в верхней части используемого диапазона, который заканчивается длиной волны 1569,59 нм (предшествующие длины волн имеют значения 1568,77; 1567,95; 1567,13 нм и т. д.). Этому диапазону длин волн (1528,77... 1569,59 нм) соответствует полоса частот 196,1... 191,0 ТГц, т. е. 5,1 ТГц, в которой с интервалом 100 ГГц можно образовать 51 оптический тракт.

Мультиплексоры и демультиплексоры систем передачи DWDM, являясь пассивными устройствами, вносят большое затухание в передаваемые оптические сигналы. Суммарное затухание двух устройств (мультиплексора и демультиплексора) составляет 20...25 дБ, что приводит к необходимости использования усилителей.

Следовательно, для реализации технологии DWDM необходима одновременная передача по близким (по частоте) оптическим трактам сигналов высокой интенсивности при их периодическом усилении.

Использование в таком режиме стандартного ООВ с нулевой смещенной дисперсией (это ООВ с длиной волны, на которой результирующая дисперсия обращается в нуль, - длина волны нулевой дисперсии λ0 - смещена в диапазон 1530... 1560 нм) резко ограничивает протяженность линейного тракта в силу паразитных нелинейно-оптических эффектов четырехволнового смешивания [105].

Четырехволновое смешивание - это нелинейное явление, которое приводит к взаимодействию двух передаваемых (попутных) волн с частотами f1 и f2 (f1 < f2). В результате возникают еще две нежелательные волны с частотами 2f1 - f2 и 2f2 - f1 распространяющиеся в том же направлении. Новые волны могут приводить к деградации распространяемого оптического сигнала, интерферируя с ним, или усиливаться за счет исходных сигналов, т. е. перекачивать мощность из используемого оптического тракта. Именно из-за эффекта четырехволнового смешивания стало ясно, что необходимо разработать новый тип ООВ, в котором длина волны λ0 располагалась бы вне (левее или правее) полосы частот, предоставляемой для образования оптических трактов.

Несколько лет назад такие типы ООВ были предложены на рынке. Сегодня для построения линейных трактов систем передачи DWDM широко используются волокна типа TrueWave XL, TrueWave RS, AllWave компании Lucent и волокна типа SMF-28, LEAF, MetroCor компании Corning [1, 96]. Эти волокна имеют ненулевую хроматическую дисперсию в диапазоне длин волн 1530... 1560 нм. Характеристики коэффициентов удельной дисперсии некоторых волокон приведены на рис. 3.54.

Волокно типа TrueWave обеспечивает положительную дисперсию, имея длину волны нулевой дисперсии левее диапазона длин волн 1530... 1560 нм в районе 1523 нм, а волокно типа SMF-28 - отрицательную дисперсию при длине волны нулевой дисперсии, находящейся чуть правее длины волны 1560 нм. На этом же рисунке показана (пунктиром) характеристика коэффициента удельной дисперсии стандартного ООВ с нулевой смещенной дисперсией, у которого длина волны нулевой дисперсии имеет значение 1540 нм, т. е. находится в диапазоне длин волн 1530... 1560 нм. Сравнительный анализ основных параметров этих волокон приведен в работах [1, 80, 96].


Рис. 3.54
С использованием волокна типа TrueWave в лаборатории Bell Labs компании Lucent разработана оптическая линейная система OLS (Optical Line System) типа WaveStar OLS 400G высокой пропускной способности, основанная на технологии DWDM. Эта система передачи позволяет образовать в одном волокне 40 оптических трактов с возможностью передачи в каждом из них сигналов STM-64 (10 Гбит/с), т. е. максимальная пропускная способность такой линейной системы составляет 400 Гбит/с.

Это обеспечивает существенную экономию оптического волокна, оптических усилителей, фильтров и другого оборудования. Указанная система передачи позволяет построить линейный тракт протяженностью до 640 км с промежуточными усилителями без регенераторов. Максимальное расстояние между соседними оптическими усилителями в структуре СЛТ составляет 120 км. В промежуточном пункте один эрбиевый усилитель обеспечивает усиление сигналов всех оптических трактов, образованных в диапазоне длин волн 1530... 1560 нм данного волокна. При необходимости дальность связи свыше 640 км увеличивается путем развертывания промежуточных регенераторов. В этом случае регенератор включается в каждый оптический тракт, образованный данной системой передачи DWDM, как это показано на рис. 3.52. Структурная схема одного направления передачи линейной системы типа WaveStar OLS 400G с использованием линейных волоконно-оптических усилителей ВОУ и одного промежуточного пункта регенерации приведена на рис. 3.55, где Reg обозначены все устройства регенератора, как показано на рис. 3.52: УСМ- усилитель мощности (бустер); ЛУС - линейный усилитель; ПРУС - предусилитель. Система передачи типа Wave Star OLS 400G была представлена компанией Lucent на мировом рынке в 1998 г. [105].

Технология UWDM путем уменьшения интервала между соседними оптическими трактами в одном волокне до 0,4 нм (50 ГГц) позволяет увеличить количество оптических трактов вдвое, т. е. довести их до 102 в диапазоне длин волн 1528,77... 1569,59 нм. Однако у этой технологии есть и недостатки.

Во-первых, с уменьшением интервала между соседними трактами возрастает влияние эффекта четырехволнового смешивания, что ограничивает максимальную длину участка регенерации (участок между соседними регенераторами, на котором используются только оптические усилители).

Во-вторых, малое расстояние (по частоте) между соседними трактами ограничивает возможность мультиплексирования сигналов STM-64 (10Гбит/с), как показано на рис. 3.56. Видно, что мультиплексирование таких сигналов в тракты с интервалом (по частоте) 50 ГГц приводит к перекрытию спектров импульсов соседних трактов и, как следствие, к образованию переходных помех между трактами. Только при меньшей скорости передачи мультиплексируемых сигналов (STM-16 и ниже) уровень переходных помех снижается.


Рис. 3.55

Рис. 3.56
В-третьих, при интервале 50 ГГц требования к перестраиваемым лазерам, мультиплексорам, оптическим фильтрам и другим компонентам систем передачи UWDM становятся более жесткими, что уменьшает количество потенциальных производителей оборудования и ведет к увеличению его стоимости.

Несмотря на указанные проблемы и то, что план частот линейного тракта с интервалом 50 ГГц продолжает дебатироваться, «новые» фирмы-производители Cambrian, Ciena, Osicom и другие в конце 90-х гг. представили удачные разработки систем передачи UWDM [78].

И сегодня в индустрии телекоммуникаций технология UWDM стремительно развивается. Радикальным решением проблемы увеличения пропускной способности ВОСП с волновым мультиплексированием является разработка в лаборатории Bell Labs компании Lucent «всеволнового» волокна типа AllWave, имеющего рабочий диапазон длин волн от 1280 до 1680 нм, т. е. 400 нм (50 ТГц). В этом волокне с интервалом 100 ГГц может разместиться 500 оптических трактов, а с интервалом 50 ГГц -1000 трактов. Если в каждом оптическом тракте с интервалом 50 ГГц в перспективе будут передаваться сигналы уровня STM-256 (40 Гбит/с), то суммарная пропускная способность одного «всеволнового» волокна составит 40 Тбит/с. Таковы сегодня возможности сверхскоростной передачи сигналов по оптическим волокнам.

Впервые волокно типа AllWave компания Lucent анонсировала летом 1998 г. При создании волокна его полосу пропускания удалось расширить в основном благодаря тому, что из материала волокна были удалены ионы ОН- (гидроксил), создававшие так называемый «водяной» пик коэффициента затухания в окрестности длины волны 1385 нм (см. рис. 3.6).

В результате было получено волокно, зависимости коэффициентов затухания (кривая 1) и удельной дисперсии (кривая 2) которого от длины волны показаны на рис. 3.57 [105].

Рис. 3.57
Располагая диапазоном длин волн 400 нм для образования разноскоростных оптических трактов, можно сделать доступным целый ряд новых функций при эксплуатации транспортной сети, например, группировать различные виды услуг (мультимедиа, Internet, речевые сигналы поверх IP, видео по заказу) и предоставлять для таких групп наиболее подходящие диапазоны длин волн. Сами системы поддержки можно специализировать на различных группах услуг так, как будто каждая такая группа использует отдельное волокно. В то же время тот факт, что на самом деле для множества услуг используется единственное волокно, естественным образом обеспечивает огромный экономический выигрыш.

Так как затухание и дисперсия в волокне типа AllWave имеют ту же природу, что и в типовом ООВ, можно использовать уже существующее оборудование волоконно-оптических систем передачи SDH, WDM, DWDM и т. д. без каких-либо переделок. Оборудование, которое производится сегодня и будет производиться для типового ООВ, также пригодно для работы по волокну типа AllWave.

В настоящее время десятки компаний производят и предлагают на мировом рынке самое разнообразное оборудование обычного, плотного и сверхплотного волнового мультиплексирования. Некоторые параметры этого оборудования и перспективы его применения приведены в работах [68, 84, 101, 107].

Таким образом, современные ВОСП вполне способны удовлетворить потребности операторов связи по обеспечению необходимой пропускной способности. Перейдем к вопросу об увеличении дальности связи.
1   ...   8   9   10   11   12   13   14   15   16

Похожие:

3 Структура и основные параметры синхронных линейных трактов iconАппаратура линейных трактов цифровых волоконно-оптических систем передачи
Настоящий стандарт распространяется на обслуживаемую и необслуживаемую аппаратуру линейных трактов (ЛТ) цифровых волоконно-оптических...

3 Структура и основные параметры синхронных линейных трактов iconОбозначение сооружений и устройств
Восп 2,5 Гбит/с (stm-16) с окончанием на 16 трактов stm-1 или 16 трактов 140 Мбит/с

3 Структура и основные параметры синхронных линейных трактов iconМаломощные трансформаторы питания Основные параметры трансформаторов питания
Основные параметры трансформаторов питания. Номинальная мощность – сумма мощностей вторичных обмоток трансформатора, в котором мощность...

3 Структура и основные параметры синхронных линейных трактов iconМатематическое моделирование несимметричных коротких замыканий в...
Предложена математическая модель, которая позволяет выполнять исследования несимметричных коротких замыканий в синхронных машинах...

3 Структура и основные параметры синхронных линейных трактов iconВлияние температуры и влажности окружающей среды на качество печати...
Параметры и свойства чернил, чувствительные к изменениям температуры и влажности. Чтобы разобраться, почему и как влияют эти параметры,...

3 Структура и основные параметры синхронных линейных трактов iconОсновные параметры Pic16f716

3 Структура и основные параметры синхронных линейных трактов iconУказать основные параметры фидера

3 Структура и основные параметры синхронных линейных трактов iconРассмотрим подробнее ситуацию, в которой ведется криптоанализ. В...
В определение шифра входят следующие параметры Т, Х, у, k, Т. Защищаемая информация описывается параметром Х. Сама идея криптоанализа...

3 Структура и основные параметры синхронных линейных трактов iconЛинейные сокращения
В коммерческой практике приняты следующие основные сокращения для линейных транспортировок между различными портами

3 Структура и основные параметры синхронных линейных трактов iconПерелік керівних документів (РД)
Отбойники сетчатые из гофрированного рукава. Параметры, конструкция и основные размеры


Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
uchebilka.ru
Главная страница