Узбекское Агентство Почты и Телекоммуникаций

Ташкентский Электротехнический Институт Связи

Кафедра телекоммуникационных

систем передачи

РАСЧЁТ ОПТИЧЕСКОГО ЛИНЕЙНОГО ТРАКТА С ВОЛНОВЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ КАНАЛОВ

ПОСОБИЕ ПО КУРСОВОЙ РАБОТЕ ДЛЯ МАГИСТРАНТОВ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ “ОПТИЧЕСКИЕ СЕТИ СВЯЗИ”

Ташкент 2002

ВВЕДЕНИЕ

Внедрение волоконно-оптических систем передачи в Узбекистане идет быстрыми темпами. Однако, появление в мировой системе телекоммуникаций сети Интернет и развитие сети абонентского доступа ставит на повестку дня вопрос резкого расширения объема передаваемой информации, вплоть до потоков в несколько единиц и десятков Тбит/с. Между тем, самые современные системы с максимальной скоростью передачи SТМ-64 (10 Гбит/с) и SТМ-256 (40 Гбит/с) на 2-3 порядка уступают тем возможностям, которые может обеспечить оптическое волокно по пропускной способности. К тому же, электронные компоненты систем ставят существенные ограничения по скорости. Радикальным решением проблемы является создание систем с волновым уплотнением. Используя набор световых несущих можно уже сейчас обеспечить по одной нитке волокна передачу потоков до 1 Тбит/с и более. Целью настоящего пособия является ознакомление и подготовка специалистов в области проектирования и построения таких систем передачи. Вне всякого сомнения, такие системы в ближайшее время появятся на. телекоммуникационных сетях Узбекистана.

В данном пособии рассмотрена методика расчета таких систем и сетей. В нем приводятся справочные данные по промышленным системам со спектральным уплотнением, по одномодовым световодам, по квантовым оптическим усилителям, устройствам ввода-вывода и мультиплексорам. Процесс проектирования, нашедший отражение в пособии, включает целый ряд последовательно рассматриваемых задач, касающегося выбора диапазона для спектрального уплотнения, выбора типа световодов и частот каналов. Проводится расчет дисперсии для канала с максимальным быстродействием и с максимальной спектральной частотой, расчет затухания на участке между двумя квантовыми усилителями. Определяется помехозащищенность и проводится построение диаграммы уровней для магистрали.

1. Задание и исходные данные к проектированию

Каждый студент выполняет задание по индивидуальным исходным данным, получаемым от преподавателя.

В ходе работы над заданием студент выполняет следующее:

• производит выбор аппаратуры для спектрального уплотнения;

• приводит карту распределения частот для выбранного спектрального диапазона;

• выбирает тип световодов и частоты каналов в соответствии с используемой картой каналов;

• производит расчет дисперсии для канала с максимальным быстродействием и с максимальной и минимальной спектральной несущей; .

• производит расчет затухания участка между двумя квантовыми усилителями;

• определяет отношение сигнал/помеха и строит диаграмму уровней для магистрали;

• строит подробную структурную схему линейного тракта с промежуточными участками.

Для выполнения расчетов, при проектировании, задаются следующие исходные данные:

L - длина трассы передачи, км;

L₁ - длина секции, км;

М - число каналов спектрального уплотнения;

Используемая в каналах электрическая аппаратура уплотнения (SТМ-N, АТМ, IР и др.), и соответствующее число каналов для каждой системы уплотнения (М₁ М₂, М₃ и т.д.);

Наличие пунктов ввода-вывода;

Спектральный диапазон, в котором производится уплотнение;

Строительная длина волокна, км.

2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СИСТЕМАХ И СЕТЯХ СПЕКТРАЛЬНОГО УПЛОТНЕНИЯ

Мультиплексирование с разделением по длине волны (WDM), также называется волновым мультиплексированием или спектральным уплотнением. Есть и развитие этой технологии — "плотное" DWDМ. Возможности временного уплотнения пока исчерпаны SТМ-256 со скоростью передачи 40 Гбит/с.

В последние годы отмечается стремительный рост каналов, но если прирост речевого трафика составляет 8% в год, то трафика данных-35% в год. На 80-100% растет ежегодно объем трафика Интернета.

Решить проблемы роста объема передаваемой информации можно тремя способами:

1. Прокладкой новых кабелей (длительный и дорогостоящий процесс);

2. Переходом к более производительной аппаратуре с временным мультиплексированием;

3. Применением WDM или DWDM.

П ереход на скорости передачи с использованием систем синхронной передачи - 40 Гбит/с и более проблематичен из-за сложностей с электронными компонентами аппаратуры и ростом дисперсии. Но, даже переход на скорости в 40 Гбит/с сулит использование информационной емкости оптического волокна в 25 Тбит/с не более 0.1%. Внедрение технологии WDM и DWDМ опирается на технические реализации (рис. 1), основанные на использовании волновых мультиплексоров и демультиплексоров обеспечивающих в настоящее время возможность уплотнения с шагом до 100 ГГц (0,8 нм), хотя и возможно уплотнение и с шагом 50 ГГц (0,4 нм). Однако, при шаге в 50 ГГц даже при скорости передачи в 10 Гбит/с спектры перекрываются.

Рис 1. Гипотетические архитектуры мультиплексных оптических линий на основе каналов SDH: а) система 32STM-16; б) система 8STM-64.

Переход к этим технологиям требует использования широкополосных квантовых оптических усилителей на оптических волокнах, легированных эрбием. Такие усилители выпускаются трех видов: усилители мощности (МУ), линейные усилители (ЛУ) и предварительные усилители (ПУ).

Для эффективного использования технологий WDM предпочтительны оптические световоды с ненулевой смещенной дисперсией (другие перечисленные необходимые компоненты рассмотрены более подробно далее).

Выделим и рассмотрим те новые возможности, которые открываются с применением систем спектрального уплотнения:

1. В настоящее время принято классифицировать такие системы на три типа:

а) Обычные (WDМ), для которых разнос каналов составляет не менее 200 ГГц, это даёт возможность в окне прозрачности 1530-1560 нм получить  16 спектральных каналов;

б) Плотные (DWDМ), для которых разнос каналов составляет не менее 100 ГГц (0.8 нм) и даёт возможность мультиплексировать в спектре 1530-1560 нм не более 32-40 каналов;

Таблица 1.

Частотное распределение с шагом 100 и 200 ГГц для диапазона1528-1560 нм.

Частота, ТГц	100 ГГц (8 каналов и более)	200 ГГц (4 канала и более)	Длина волны, нм
196,1	*	*	1528,77
196,0	*		1529,55
195,9	*	*	1530,33
195,8	*		1531,12
195,7	*	*	1531,90
195,6	*		1532,68
195,5	*	*	1533,47
195,4	*		1534,25
195,3	*	*	1535,04
195,2	*		1535,82
195,1	*	*	1536,61
195,0	*		1537,40
194,9	*	*	1538,19
194,8	*		1538,98
194,7	*	*	1539,77
194,6	*		1540,56
194,5	*	*	1541,35
194,4	*		1542,14
194,3	*	*	1542,94
194,2	*		1543,73
194,1	*	*	1544,53
194,0	*		1545,32
193,9	*	*	1546,12
193,8	*		1546,92
193,7	*	*	1547,72
193,6	*		1548,51
193,5	*	*	1549,32
193,4	*		1550,12
193,3	*	*	1550,92
193,2	*		1551,72
193,1	*	*	1552,52
193,0	*		1553,33
192,9	*	*	1554,13
192,8	*		1554,94
192,7	*	*	1555,75
192,6	*		1556,55
192,5	*	*	1557,36
192,4	*		1558,17
192,3	*	*	1558,98
192,2	*		1559,79
192,1	*	*	1560,61

с) Высокоплотные (НDWDM), для которых разнос каналов составляет 50 ГГц и позволяет, в настоящее время, мультиплексировать в спектре 1530-1560 нм до 80 каналов. Можно также дополнительно увеличить число каналов за счет использования окна прозрачности 1560-1620 нм (рис.2.).

Наконец, устранив пик поглощения волокна на длине волны ~1400 нм (рис.3.) можно обеспечить сплошной оптический диапазон передачи от 1280 до 1620 нм (рис.3в.).

Частотный диапазон передачи составит в этом случае:

Рис.2. Перспективная схема расширенного канального плана.

Процесс создания столь широкополосных систем отдален несовершенством световодов и отсутствием столь широкополосных квантовых оптических усилителей. Не менее актуальна и проблема равномерности амплитудно-волновых характеристик таких усилителей.

2. Переход на технологии спектрального уплотнения обеспечивает возможность транспортировки различных сигналов (АТМ, IР, РDН) без их упаковки и обработки посредством структуры мультиплексирования SDН (рис.4.).

Рис.3. Спектральные кривые коэффициента затухания стандартных

одномодовых волокон с несмещенной дисперсией: а) SMF-28 (Соrning); б) Matched Cladding; в) All Wave (Lucent Technologies).

Тем самым повышается эффективность передачи в целом (уменьшается длина необходимых заголовков, упрощается построение систем).

а)	ATM	IP	б)	ATM	IP	ATM	IP
	SDH/SONET					SDH/SONET
				WDM
	Физический уровень			Физический уровень
	Оптическая среда передачи			Оптическая среда передачи

Рис. 4. Модель взаимодействия основных транспортных технологий: а) до внедрения технологий WDM; б) после внедрения технологий WDM

3. Наличие оптических несущих даёт возможность проводить оперативное изменение ёмкости сети при изменении потребностей в информации.

4. Имеется возможность использовать для маршрутизации каналы определённой длины волны вместо использования электронных средств коммутации;

5. Реальна возможность создания полностью оптических сетей передачи.