OSP 1 1

1.1.
Понятие о длине волны отсечки ОВ. Принцип уплотнения ОВ.
Классификация систем с спектральным уплотнением .
Структурная схема DWDM согласно рек.G.692.
Назначение узлов структурной схемы.
Используемые волокна и их характеристики: потери и дисперсии.
Спектральные диапазоны в ОВ.
Диапазоны С и L.
Размещение спектральных каналов.
Спектральная эффективность размещения.
Особенности линейного сигнала.
Условия безыскажённой передачи оптического сигнала через пролёт,секцию
и спектральный канал DWDM (вывод с применением интеграла Фурье).
Необходимость компенсации дисперсии ,методы комп.дисп. типы
компенсаторов дисперсии.
Расчёты дисперсионной длины ОВ, длительности импульса на выходе
пролёта
Используемые волокна и их характеристики: потери и дисперсии.
https://siblec.ru/telekommunikatsii/volokonno-opticheskie-kabeli-i-linii-svyazi/2-osnovnye-printsipydejstviya-volokonnykh-svetovodov-parametry-opticheskikh-volokon/2-5-parametry-opticheskikhvolokon#2.5.2
К параметрам передачи ОВ относятся:

коэффициент затухания;

дисперсия ООВ;

ширина полосы пропускания МОВ.
Коэффициент затухании оптического сигнала. Затухание в
оптическом волокне — это мера ослабления оптической мощности,
распространяемой вдоль ОВ между двумя его поперечными
сечениями на данной длине волны. Затухание в ОВ выражается в
дБ. Коэффициент затухания в ОВ — это величина затухания на
единице длины волокна и выражается в дБ/км. Коэффициент
затухания в ОВ обуславливается собственными потерями волокна и
выражается в виде:
, (2.74)
где αрр, αпт, αик, αпр — составляющие коэффициента затухания за
счет рэлеевского рассеяния, поглощения в материале волокна,
инфракрасного поглощения и поглощения на примесях ОВ,
соответственно.
Дисперсия — это рассеивание во времени спектральных или
модовых составляющих оптического сигнала, которое приводит к
увеличению длительности импульса оптического излучения при
распространении его по ОВ (рис. 2.29) и определяется разностью
квадратов длительностей импульсов на выходе и входе ОВ [3]:
(2.84)
где значения τвых и τвх определяются на уровне половины
амплитуды импульсов.
Дисперсия в общем случае определяется тремя основными
факторами: различием скоростей распространения направляемых
мод, направляющими свойствами оптического волокна и
параметрами материала, из которого оно изготовлено
Межмодовая (модовая) дисперсия преобладает в многомодовых ОВ. Она
обусловлена наличием большого количества мод, время распространения которых
различно. Для ОВ со ступенчатым профилем показателя преломления скорость
распространения электромагнитных волн с длиной волны λ одинакова и равна:
(2.85)
где с — скорость света, км/с.
Волноводная (внутримодовая) дисперсия обусловлена процессами
внутри моды. Она характеризуется направляющими свойствами
сердцевины ОВ, а именно: зависимостью групповой скорости моды
от длины волны оптического излучения, что приводит к различию
скоростей распространения частотных составляющих излучаемого
спектра. Поэтому внутримодовая дисперсия, в первую очередь,
определяется профилем показателя преломления ОВ и
пропорциональна ширине спектра излучения источника
, т.е.
(2.93)
где
— удельная внутримодовая дисперсия.
оляризационная модовая дисперсия
возникает вследствие
разной скорости распространения двух взаимоперпендикулярных
поляризаций основной моды ОВ. Для оценки этого вида дисперсии
используется выражение:
, (2.100)
где Кпмд — коэффициент удельной поляризационной дисперсии.
Ширина полосы пропускания. Многие производители волокна и
оптического кабеля не используют в спецификации дисперсию в
многомодовых изделиях. Вместо этого они указывают
произведение ширины полосы пропускания на длину, или просто
полосу пропускания, выраженную в мегагерцах на километры.
Полоса пропускания в 400 МГц км означает возможность передачи
сигнала в полосе 400 МГц на расстояние 1 км. Это также означает,
что произведение максимальной частоты сигнала на длину
передачи может быть меньше или равно 400. Другими словами,
можно передавать сигнал более низкой частоты на большее
расстояние или более высокой частоты на меньшее расстояние, как
показано на рис. 2.34.
Зависимость длины передачи от ширины полосы пропускания
Понятие о длине волны отсечки ОВ
Основными оптическими параметрами волокна являются:
• относительная разность показателей преломления (Δ);
• числовая апертура(NА);
• нормированная частота (v);
• число распространяющихся мод (М);
• диаметр модового поля (dмп);
• длина волны отсечки (критическая длина волны λкр).
Длина волны отсечки в ООВ(одномодовое оптическое
волокно). Минимальная длина волны, при которой ОВ
поддерживает только одну распространяющуюся моду, называется
длиной волны отсечки. Этот параметр характерен для ООВ. Если
λкр меньше, чем длина волны отсечки, то имеет место многомодовый
режим распространения света.
Согласно [10] различают длину волны отсечки в волокне λс и длину
волны отсечки в волокне λс и длину волны отсечки в проложенном
кабеле λсс. Первая (λс) соответствует слабо напряженному волокну
и для ступенчатого ООВ она определяется выражением вида:
(2.73)
Нормированная частота. Этот параметр, определяющий число
мод, равен:
(2.68)
где λ — длина волны, мкм.
Если 0<v<2,405, то режим работы волокна одномодовый,
если v>2,405 — многомодовый. Чем меньше диаметр сердцевины
ОВ, тем меньшее число мод может распространяться по нему и тем
меньшее расширение получают оптические импульсы.
Соответственно увеличивается коэффициент широкополосности
ОВ. Таким образом, одномодовое (ООВ) может передавать более
широкополосные сигналы, чем многомодовое (МОВ).
Числовая апертура. Одной из основных характеристик,
определяющих условия ввода оптических сигналов и процессы их
распространения в ОВ, является числовая апертура, определяемая
для:
• оптических волокон со ступенчатым ППП
(2.66)
• оптического волокна с градиентным профилем ППП
(2.67)
В градиентных ОВ используется понятие локальной числовой
апертуры. Ее значение
максимально на оси волокна и равно 0 на границе
раздела сердцевина — оболочка.
Число мод в многомодовом оптическом волокне. Общее число
мод в МОВ с диаметром сердцевины 2а, заданной числовой
апертурой на рабочей длине волны λ определяется через
нормированную частоту выражением вида:
(2.69)
В расчетах М может оказаться дробным числом, в то время как
число мод в волокне бывает только целым и составляет от одной до
тысячи мод. В волокне с градиентным ППП и теми же значениями
диаметра сердцевины, показателей преломления п1 и п2 число мод
примерно в 2 раза меньше, чем в ОВ со ступенчатым ППП.
Количество мод (с учетом всех вырожденных мод) в случае
ступенчатого ППП (2.2) определяется выражением вида:
(2.70)
где u — показатель степени, описывающий изменения ППП.
Принцип уплотнения ОВ
https://studfile.net/preview/5450849/page:29/
Временное уплотнение (tdm)
Данный метод предполагает объединение нескольких
информационных потоков в один. Объединение может быть
осуществлено на уровне электронной аппаратуры (электрических
сигналов) и на уровне оптических сигналов. Схема, реализующая
первый вариант, показана на рисунке 8.4. При объединении
электрических сигналов две серии импульсов (может
быть N источников), поступающие с входов А и В, с помощью
устройства объединения (УО) суммируются в определенной
последовательности чередования в групповой сигнал. Групповой
сигнал в оптическом передатчике ОПер модулирует оптическую
несущую. Оптическое излучение распространяется по ОВ и в
оптическом приемнике ОПр вновь преобразуется в электрический
сигнал. Затем этот сигнал разделяется устройством разделения
(УР) на две серии импульсов, подобных входным, которые
поступают на выходы А' и В'.
Рисунок 8.4 – Линейный тракт ВОСП с временным уплотнением
на уровне электрических сигналов
Пространственное уплотнение
Этот метод использует такие преимущества ОВ, как гибкость и
малые размеры. Это позволяет создавать ОК, содержащий
несколько десятков ОВ. При таком методе число ВОСП равно
числу ОВ в ОК и, следовательно, пропускная способность
определяется числом ОВ в кабеле. Недостатками
пространственного уплотнения являются: большой расход ОВ,
значительные затраты на каблирование, а значит, и высокая
стоимость линейного тракта. Для магистральных ВОСП, где
стоимость 1 км определяется в основном стоимостью ОК, метод
пространственного уплотнения не обеспечивает улучшения
технико-экономической эффективности.
Спектральное уплотнение (wdm, dwdm, hdwdm)
Спектральное уплотнение каналов — технология, позволяющая одновременно передавать
несколько информационных каналов по одному оптическому волокну на разных несущих
частотах.
WDM, Wavelength Division Multiplexing – волновое
мультиплексирование (с разделением по длине волны);
DWDM, Dense WDM – плотное волновое мультиплексирование (0.4
0.8 нм;
HDWDM, High Dense WDM – высокоплотное волновое
мультиплексирование;
CWDM, Coarse Wavelength Division Multiplexing – грубое
(расширенное) волновое мультиплексирование для каналов в
различных окнах прозрачности стекловолокна с интервалом между
каналами не менее 20 нм.
Кроме многоволновой передачи в линейном тракте может
применяться передача с оптическим временным уплотнением
(OTDM) и уплотнением по поляризации (PDM). Однако эти способы
пока не получила заметного применения.
Спектральные диапазоны в ОВ.
Диапазоны С и L.
Классификация систем с спектральным уплотнением .
Современные WDM системы на основе стандартного частотного плана (ITU-T Rec, G.692) можно
подразделить на три группы:
грубые WDM (Coarse WDM — CWDM) — системы с частотным разносом каналов не менее 200 ГГц,
позволяющие мультиплексировать не более 18 каналов.
(Используемые в настоящее время CWDM работают в полосе от 1260 до 1620 нм, промежуток
между каналами 20нм (200 Ghz), можно мультиплексировать 18 спектральных каналов.)
плотные WDM (Dense WDM — DWDM) — системы с разносом каналов не менее 100 ГГц,
позволяющие мультиплексировать не более 40 каналов.
высокоплотные WDM (High Dense WDM — HDWDM) — системы с разносом каналов 50 ГГц и
менее, позволяющие мультиплексировать не менее 64 каналов.
Следует отметить, что в последнее время в литературе к плотным WDM относят, также и
высокоплотные – HDWDM
Структурная схема DWDM согласно рек.G.692.
Назначение узлов структурной схемы.
Структурная схема WDM, соответствующая рекомендации G.692 МСЭ-Т, приведена на рис. 1.11.
Здесь ТХi, RXi; (i = 1, 2,..., n) - передающие и приемные трансиверы (транспондеры или
приемопередатчики) каждого канала N-канальной ОЦСП - WDM; ОМ - оптический мультиплексор;
ОА - оптический усилитель; OD - оптический демультиплексор; RTi - контрольная точка
(интерфейс) на входе i-го передающего транспондера; STi - контрольная точка 16 на выходе i-го
приемного транспондера; Si÷Sn - контрольные точки на выходах оптических соединителей (ОС)
передающих транспондеров для каналов 1 ... n; RMi÷RMn - контрольные точки на входе ОС перед
блоком ОМ/ОА для каналов 1 ... n; MPI-S - контрольная точка (интерфейс) на выходе ОС после
блока ОМ/ОА; S' - контрольная точка на выходе ОС после линейного усилителя LA; R' контрольная точка на входе ОС перед линейным оптическим усилителем; MPI-R - контрольная
точка (интерфейс) на входе ОС перед оптическим усилителем ОА на входе оптического
демодулятора (OD); SD1÷SDn - контрольные точки на выходе ОС после блока OA/OD; OSC - точки
подключения оптического служебного канала; OADM - мультиплексор ввода-вывода оптических
каналов; S, R - интерфейсы на выходе передатчиков и входе приемников аппаратуры STM-N
(обычно N= 16, либо 64) или ATM.
Как следует из рис. 1.11, структурная схема ОЦСП-WDM содержит оптический передатчик (ТХ),
оптический приемник (RX) и оптический линейный тракт (ОЛТ). Оптический передатчик содержит
канальные приемопередатчики (трансиверы) TXi÷TXn, которые, в частности, преобразуют длину
волны STM-N (или ATM) λ0 в длины волн спектра каналов λ1 ÷λn, Как правило, операцию
преобразования выполняют конверторы, входящие в состав трансиверов. На выходе ТХi
образуется канальный сигнал, спектр которого соответствует скорости передачи STM-N.
Канальные сигналы, а, следовательно, и их спектры объединяются с помощью оптического
мультиплексора (ОМ); на его выходе образуется групповой сигнал, спектр которого содержит
суммарный спектр канальных сигналов:
где: ΔfГС - спектр группового сигнала; ΔfКС - спектр канального сигнала; ΔfНЧР - номинальное
частотное разнесение (НЧР) каналов. Групповой сигнал усиливается оконечным оптическим
усилителем ОА (бустером), с помощью которого в интерфейсе MPI-S устанавливается
необходимая общая средняя мощность линейного сигнала PЛС.
Оптический линейный тракт (ОЛТ) содержит линейные оптические усилители (LOA),
компенсирующие затухание, вносимое участками оптических волокон длиной l1…li…lk. Вместо
любого из усилителей может быть включен мультиплексор ввода/вывода каналов OADM с такими
же интерфейсами R' и S', как и у оптического усилителя. Приемник (RX) содержит
предварительный оптический усилитель (ОА), усиливающий линейный сигнал, оптический
демультиплексор (OD), разделяющий групповой сигнал на канальные сигналы, приемные
трансиверы RXi, в состав которых, в частности, входят конверторы, преобразующие длины волн λ1
÷λn, в длину волны λ0, соответствующую STM-N или ATM. Оптический служебный канал (OSC)
организуется на длине волны, лежащей либо вне диапазона спектра WDM, либо внутри его. OSC
вводится и выводится как в оптических передатчике и приемнике, так и в линейных усилителях и
мультиплексорах ввода/вывода (OADM) оптического тракта.
Размещение спектральных каналов
Сетка 100 ГГц. В табл. 6 показаны сетки частотного плана 100 ГГц с различной
степенью разреженности каналов. Все сетки кроме одной 500/400 имеют
равноудаленные каналы. Равномерное распределение каналов позволяет
оптимизировать работу волновых конвертеров, перестраиваемых лазеров и
других стройств полностью оптической сети, а также позволяет легче
выполнять ее наращивание. Реализация той или иной сетки частотного плана во
многом зависит от трех основных факторов: типа используемых оптических
усилителей (кремниевого или фтор-цирконатного) скорости передачи на канал 2,4 Гбит/с (STM-16) или 10 Гбит/с (STM-64), влияния нелинейных эффектов,
причем все эти факторы сильно взаимосвязаны между собой.
Стандартные EDFA на кремниевом волокне имеют один недостаток - большую
вариацию коэффициента усиления в области ниже 1540 нм,что приводит к
более низким значения соотношения сигнал/шум и нелинейности усиления в
этой области. Одинаково нежелательны как сильно низкие, так и сильно
высокие значения коэффициента усиления. С ростом полосы пропускания
минимальное допустимое по стандарту соотношение сигнал/шум возрастает так для канала STM-64 оно на 4-7 дБ выше, чем для STM-16. Таким образом,
нелинейность коэффициента усиления кремниевого EDFA сильней
ограничивает размер зоны для мультиплексных каналов STM-64 (1540-1560 нм),
нежели чем для каналов STM-16 и меньшей емкости (где можно использовать
практически всю зону усиления кремниевого EDFA, несмотря на нелинейность).
Сетка 50 ГГц. Более плотный, пока не стандартизированный частотный план
сетки с интервалом 50 ГГц позволяет эффективней использовать зону 1540-1560
нм, в которой работают стандартные кремниевые EDFA. Наряду с этим
преимуществом, есть и минусы у этой сетки. Во первых, с уменьшением
межканальных интервалов возрастает влияние эффекта четырехволнового
смешивания, что начинает ограничивать максимальную длину
межрегенерационной линии (линии на основе только оптических усилителей).
Во вторых, малое межканальное расстояние ~0,4 нм может приводит к
ограничениям в возможности мультиплексирования каналов STM-64, (рис. 7).
Как видно из рисунка, мультиплексирование каналов STM-64 c интервалом 50
ГГц не допустимо, поскольку тогда возникает перекрытие спектров соседних
каналов. Только если имеет место меньшая скорость передачи в расчете на
канал (STM-4 и ниже), перекрытия спектров не возникает. В третьих, при
интервале 50 ГГц требования к перестраиваемым лазерам, мультиплексорам и
другим компонентам становятся более жесткими, что снижает число
потенциальных производителей оборудования, а также ведет к увеличению его
стоимости.
Таблица
Частотный план ITU-T
6.
Частота,
ТГц
Интервал
ГГц
100
200
196,1
*
*
196,0
*
400
400/
500
600
1000
Длинна
волны,
нм
1528,77
1529,55
195,9
*
195,8
*
195,7
*
195,6
*
195,5
*
195,4
*
195,3
*
195,2
*
195,1
*
195,0
*
194.9
*
194,8
*
194,7
*
194,6
*
194,5
*
194,4
*
194,3
*
194,2
*
194,1
*
194,0
*
193,9
*
193,8
*
193,7
*
193,6
*
193,5
*
193,4
*
193,3
*
193,2
*
193,1
*
193,0
*
192,9
*
192,8
*
192,7
*
192,6
*
*
1530,33
1531,12
*
1531,90
1532,68
*
*
*
1533,47
1534,25
*
*
1535,04
1535,82
*
1536,61
1537,40
*
*
1538,19
*
1538,98
*
1539,77
1540,56
*
*
1541,35
1542,14
*
*
*
1542,94
1543,73
*
1544,53
1545,32
*
*
*
1546,12
1546,92
*
*
*
1547,72
1548,51
*
*
*
*
*
1549,32
1550,12
*
1550,92
1551,72
*
*
*
*
*
*
1552,52
1553,33
1554,13
1554,94
*
*
1555,75
1556,55
192,5
*
194,4
*
192,3
*
192,2
*
192,1
*
*
*
*
*
*
1557,36
1558,17
*
*
1558,98
1559,79
*
*
1560.61
Спектральная эффективность размещения.
Спектральная эффективность системы связи представляет собой отношение скорости передачи
информации (R, бит/с) к ширине полосы пропускания (W, Гц) и измеряется в показателе [бит/с/Гц]
Спектральная эффективность характеризует, насколько эффективно в произвольной системе
связи используется полоса частот. При прочих равных условиях, чем выше спектральная
эффективность, тем эффективнее используется частотный ресурс. То есть в одной и той же полосе
частот (частотном спектре) передается больший объем пользовательской информации в единицу
времени. Показатель спектральной эффективности является одним из важнейших показателей,
который рассчитывается при проектировании систем связи. Увеличение этого показателя можно
добиться за счет использования нескольких факторов. Наиболее важными и часто используемыми
факторами являются новые технологии, применяемые на физическом и канальном уровне систем
связи: использование более совершенных методов модуляции, систем с несколькими антеннами
(MIMO), методов множественного доступа, адаптивных антенных систем (AAS) и др. Например,
современные стандарты беспроводных широкополосных систем связи предполагают
использование модуляции гораздо более высокого порядка, чем их предшественники. Однако, в
случае такого подхода наблюдается не только положительный эффект. Обусловлено это тем, что с
ростом показателя спектральной эффективности системы связи, повышается её стоимость и
сложность, а также снижается помехоустойчивость передаваемого сигнала, а значит и
достоверность переданной/принятой информации. Поэтому для операторов связи и
производителей оборудования одной из главных задач является нахождение оптимального
баланса между этими показателями.
Условия безыскаженной передачи
Необходимость компенсации дисперсии ,методы комп.дисп. типы
компенсаторов дисперсии.
В зависимости от области применения различают оптические и электронные методы. Оптические
методы, как правило, - широкополосные. Электронные методы только узкополосные.
Наибольшее распространение получили следующие методы компенсации дисперсии:
1) Пространственная компенсация с помощью волокна DCF.
2) Компенсация с помощью дискретных рамановских усилителей.
3) Компенсация дисперсии на модах высшего порядка.
4) Инверсия спектра в середине линии (обращение волнового фронта).
6) Динамическая компенсация с помощью управляющей электроники.
7) КД на основе решеток Брэгга или интерферометров
Расчёты дисперсионной длины ОВ, длительности импульса на выходе
пролёта