2 Розрахунок довжини регенераційної ділянки волоконно-оптичної лінії зв’язку залізничного транспорту

2.1 Характеристики ділянки залізниці та вимоги до волоконно-оптичної лінії зв’язку

Необхідно побудувати волоконно-оптичну ліню зв’язку (ВОЛЗ) дорожнього рівня на ділянці залізниці між станціями А та Б, яка наведена на рисунку 2.1.

Рисунок 2.1 – Ділянка залізниці між станціями А та Б

Орієнтовна відстань між станціями А та Б складає км. Передбачається, що ВОЛЗ повинна забезпечувати роботу волоконно-оптичної системи передачі (ВОСП) зі швидкістю 0,622 Гбіт/с на центральній довжині хвилі 1305 нм.

При цьому побудова ВОЛЗ повинна здійснюватися без використання лінійних регенераторів, що знижують її техніко-економічну ефективність. У разі, якщо неможливо забезпечити працездатність ВОСП для заданих умов, необхідно надати практичні рекомендації щодо організації зв'язку між станціями на ділянці залізниці.

Для організації дорожнього рівня зв’язку на залізничному транспорті при заданих орієнтовній відстані між станціями та швидкості передачі доцільно використовувати ВОСП, типові параметри якої наведено у таблиці 2.1.

Таблиця 2.1 – Параметри ВОСП

Найменування параметру	Числові значення параметрів
Швидкість передачі, Мбіт/с	622
Робоча дистанція, км	40
Формат лінійного коду	RZ
Передаючий пристрій (еталона точка S (G.957))
Тип джерела випромінювання	DFB
Діапазон довжин хвиль, нм	1260 – 1360
Середній рівень оптичного випромінювання, який вводиться в волокно (максимальний), дБм	2
Середній рівень оптичного випромінювання, який вводиться в волокно (мінімальний), дБм	– 3
Максимальна ширина полоси випромінювання, нм	0,3
Мінімальний коефіцієнт гасіння, дБ	10
Приймальний пристрій (еталона точка R (G.957))
Тип фотоприймача	APD
Діапазон довжин хвиль, нм	1260 – 1600
Рівень номінальної потужності, що приймається, при BER = 10-12 (чутливість приймального пристрою), дБ	– 28
Рівень перевантаження, дБ	– 8
Максимальний штраф оптичного тракту через дисперсію, дБ	1
Тип роз’ємного з’єднувача	LC /PC

Для побудови ВОЛЗ дорожнього рівня можна використовувати лише одномодові ОВ різних класів.

Параметри передачі ОВ марки Corning ClearCurve XB, що відповідає підкласу G.657.А1, наведено у таблиці 2.2.

Таблиця 2.2 – Параметри передачі ОВ фірми Corning ClearCurve XB

Найменування параметру	Числове значення
Робочий діапазон довжин хвиль, нм	1285 – 1625
Довжина хвилі відсічення в кабелі, нм	≤ 1260
Коефіцієнт згасання на опорній довжині хвилі, дБ/км: 1310 нм 1490 нм 1550 нм 1625 нм	0,33 – 0,35 0,21 – 0,24 0,19 – 0,20 0,20 – 0,23
Коефіцієнт згасання на довжині хвилі гідроксильного піку (1383 ± 3 нм), дБ/км	0,31 – 0,35
Коефіцієнт згасання на довжині хвилі гідроксильного піку після водневого старіння, дБ/км	0,35
Приріст коефіцієнту згасання в інтервалі робочих довжин хвиль відносно коефіцієнта згасання на опорній довжині хвилі, дБ/км	≤ 0,03
Локальні неоднорідності згасання в інтервалі робочих довжин хвиль близько 1310 нм та 1550 нм, дБ	≤ 0,05
Приріст коефіцієнту згасання з вини макровигинів (один виток діаметром 10 мм), дБ	0,5
Довжина хвилі нульової дисперсії, нм	1304 – 1324
Нахил дисперсійної кривої, пс/(нм2км)	≤ 0,089
Коефіцієнт хроматичної дисперсії, пс/нмкм 1550 нм 1625 нм	≤ 18 ≤ 22
Коефіцієнт поляризаційної модової дисперсії, пс/км1/2: індивідуальні волокна протяжна лінія	≤ 0,1 ≤ 0,06

Максимальний та мінімальний енергетичні потенціали та , дБм, апаратури ВОСП дорівнюють різниці рівнів потужності оптичного сигналу в точці передавання та приймання, при якому забезпечується задана якість передачі інформації, та визначаються за формулами відповідно:

,

,

де , – максимальний та мінімальний рівні потужності оптичного сигналу в точці передавання, дБм (згідно таблиці 2.1 , );

– рівень потужності оптичного сигналу в точці приймання (чутливість приймального обладнання), дБм (згідно таблиці 2.1 );

дБм,

дБм.

Загальні втрати , дБ, у лінійному тракті ВОСП довжиною можна представити наступним чином:

,

де – кількість роз’ємних з’єднувачів ( );

– втрати у одному роз’ємному з’єднувачі, дБ (згідно таблиці В.1 для роз’ємного з’єднувача типу LC/PC );

– кількість нероз’ємних з’єднань;

– втрати у одному нероз’ємному з’єднанні, дБ (згідно таблиці В.2 в спектральному діапазоні О для зварного з’єднання );

– коефіцієнт згасання ОВ на центральній довжині хвилі, дБ/км (згідно таблиці 1.2 (розділ 1 ПЗ) ).

Для нормальної роботи ВОСП повинні виконуватись умови:

, (2.1)

, (2.2)

де – максимальний штраф оптичного тракту через дисперсію, дБ (згідно таблиці 2.1 );

– експлуатаційний запас, дБ ( );

– діапазон автоматичного регулювання підсилення (АРП) приймального обладнання, дБ, розраховується за формулою:

,

де – рівень перевантаження приймача, дБ (згідно таблиці 2.1 ),

дБ.

Тоді з урахуванням умови (2.1) максимальна довжина регенераційної ділянки, що обмежена згасанням, , км, дорівнює:

. (2.3)

Мінімальна довжина регенераційної ділянки, що обмежена згасанням, , км, яка зумовлена перевантаженням (насиченням) приймача, що відповідає умові (2.2), визначається за формулою:

. (2.4)

Глава 1 оптичні характеристики одномодових волокон

§1.Введення

Одномодові оптичні волокна використовуються в міжконтинентальних лініях зв’язку та інших магістральних лініях, де потребується надзвичайно висока якість переданої інформації (наприклад передача банківських даних). У цифрових лініях зв’язку (найбільш розповсюдженому типі ліній) якість переданої інформації характеризується коефіцієнтом бітових помилок. Його величина тим більш, чим більш ймовірність прийняти біт 0 за біт 1. Величина такої помилки зростає зі зменшенням амплітуди імпульсів, та зростанням їх ширини.

Розширення імпульсів зумовлено дисперсією волокон. Дисперсія є також причиною зменшення амплітуди імпульсів, тому що розширення імпульсів неминуче супроводжується зменшенням їх амплітуд. Але у більшій степені зменшення амплітуд імпульсів обумовлено втратами у волокнах. Таким чином, втрати, та дисперсія є основними оптичними характеристиками волокон, застосовуваних у лініях зв’язку.

У волоконних лініях дальнього зв’язку, збудованих в Росії, швидкість передачі, як правило, не перевищує 2.5 Гбіт/с (STM – 16) і у більшості з них не використовуються оптичні підсилювачі. Тому в них відстань між ретрансляторами (~ 100 км) обмежується втратами у волокні. У цих лініях використовують стандартні одномодові волокна, або як їх ще називають волокна з незміщеною дисперсією (SN –Single Mode). Втрати у кращих промислових зразках цих волокон на довжині хвилі 1550 нм складають 0.18…0.19 дБ/км.

У більшості закордонних ліній дальнього зв’язку використовуються оптичні підсилювачі, і в цих лініях відстань між ретрансляторами вже не лімітується втратами у волокнах. Таким чином, у наземних лініях зв’язку ця відстань може досягати 1000 км, у підводних лініях – і 10 000 км. Швидкість передачі даних у більшості таких ліній складає 10 Гбіт/с (STM-64), а у найближчій перспективі і 40 Гбіт/с (STM-256). Тому в них вже суттєві обмеження, виникаючі через диспесію оптичних волокон.

Розширення імпульсів у одномодових волокнах виникає як через залежність поширення швидкості світла від довжини хвилі (хроматична дисперсія), так і від залежності цієї швидкості від явища поляризації світла (поляризаційна дисперсія). Повна хроматична дисперсія у лінії може бути здійсненна достатньо малою за рахунок використання волокон зі зміщеною дисперсією (DS – Dispersion Shifted), або за рахунок її компенсації шляхом включення в лінію зв’язку волокон з протилежними знаками хроматичної дисперсії.

Поляризаційна дисперсія стає суттєвою тільки при великій відстані між ретрансляторами, та високій швидкості передачі 10 Гбіт/с (STM – 64) і більше. Тому раніше на неї не звертали уваги, і в «старих» лініях волокна вкладалися з неприпустимо великою по нинішнім міркам поляризаційною дисперсією. Компенсувати же дисперсію через її випадкову природу набагато важче. У теперішній час таку компенсацію вдається виконувати тільки під час передачі сигналів на одній довжині хвилі (вузька смуга частот). У нових моделях одномодових волокон вимоги до поляризаційної дисперсії набагато вище, і вона, як правило, менше май же на порядок, чим у старих моделях SM волокон.

З впровадженням оптичних підсилювачів у волокні лінії зв’язку стало економічно доцільним здійснювати передачу сигналів по одному волокну одночасно на різних довжинах хвиль, тому що вони усі можуть буди підсилені одним оптичним підсилювачем. Відповідно стало можливим збільшити пропускну спосібність системи, «просто» множачи число довжин хвиль на швидкість передачі на одній довженні хвилі.

Останній рекорд – передача по одному волокну 10.92 Тбіт/с (IT = 10 ). Загальна кількість довжин хвиль по одному волокну, дорівнює 273, при швидкості на кожній доважені хвили 40 Гбіт/с. Максимальна пропускна можливість оптичного волокна при використанні технології ущільнення по довжинам хвиль (DWDM – Dense Wavelength Division Multiplexing ) складає приблизно 100 Тбіт/с і обмежується не лінійним ефектом.

Нелінійні ефекти у волокнах найбільш сильно проявляються у DWDM системах, так с підвищенням числа довжин хвиль переданих по волокну, підвищується і сумарна передана оптична потужність. При цьому не тільки підвищується вклад нелінійних ефектів які спостерігаються при передачі сигналів на одній довженні хвилі, але починають спостерігатися нелінійні ефекти, які присутні тільки багато хвильовим лініям передач.

Найбільш шкідливим з них є ефект чотирьоххвильового змішення. Виявилось, що для його подавленя необхідно, щоб волокно володіло нульовою дисперсією. Тому прийшлось відмовитися від використання волокон зі зміщеною дисперсією (DS), довжина хвилі нульової дисперсії (1550 нм) яка входить до робочого діапазону DWDM системи. Спеціально для застосування DWDM системах були створені волокна з нульовим зміщеною дисперсією (NZDS – Non Zero Dispersion Shifted). У них довжина хвилі нульової дисперсії зміщена так, що вона виходить за границю робочого діапазону DWDM систем, а в границях цього діапазону вони мають малу (нульову) дисперсію.

У 1 главі розглянуті основні типи одномодовх волокон (розділ 1) і їх оптичні характеристики: спектр втрат у прямих і вигнутих волокнах(розділ 2), хроматична дисперсія (розділ 4) і поляризаційна дисперсія (розділ 7). Аналізуються похибки, які виникають при вимірі втрат лінії передач (розділ 3), механізм розширення ти стиснення імпульсів (розділ 5) і питання компенсації повної хроматичної дисперсії у лініях (розділ 6).

Розділ 1 Типи оптичних волокон