Специализированные ЦСП и ОСП / UP_VOSP_SR_Shishova_Shar__kopia

альная АВХ). Для обеспечения равномерного усиления во всех каналах в ВОУ осуществляют амплитудно-волновую коррекцию с помощью оптических эквалайзеров, приближая АВХ к идеальной с допустимыми отклонениями.

, дБ

3 дБ

Рабочая область

Рисунок 4 - Амплитудная характеристика ВОУ

По амплитудной характеристике определяется параметр "мощность

насыщения" рнас , определяемый как значение уровня сигнала на выходе усилителя, при котором дальнейшее увеличение этого уровня приводит к резкому падению коэффициента усиления (логарифмическое усиление уменьшается более чем в два раза или 3 дБ). Работа ВОУ ограничена рабочей областью, в пределах которой обеспечиваются требования к коэффициенту усиления. Отметим, что в отличие от электронных усилителей аналоговых систем связи с ЧРК режим работы в нелинейной области амплитудной характеристики не оказывает влияния на качество передачи цифровых сигналов в каналах ОСС-СМ. Поэтому ВОУ обычно работают при выходной мощности, равной "мощность насыщения".

1.2. Сетевые структуры

Обобщенная схема наиболее часто применяемой на транспортных сетях линейной сетевой структуры приведена на рисунке 5. На этом рисунке указаны основные точки нормирования параметров (выделены в виде "жирных" точек). Кроме линейной сетевой структуры на транспортных сетях возможно применение кольцевых и смешанных структур, которые рассматриваются в [ 1; 6 ].

Нормируемые параметры оптических интерфейсов (стыков) определяются в точках главного оптического тракта на передаче ГПд и на приеме ГПр. Кроме того, нормирование параметров производится также в точках транс-

пондеров Пдi и Прi и в точках Пд ' и Пр ' оптических секций передачи (ОСП).

10

Отметим, что эти точки нормирования называются одноканальными. Их часто обозначают соответственно SS (одноканальная эталонная точка на компонентном выходе сетевого элемента) и RS (одноканальная эталонная точка на компонентном входе сетевого элемента). Первые два параметра транспондеров на приемной стороне зависят от скорости передачи.

3. Параметры оптических интерфейсов в точках нормирования главного оптического тракта на передаче ГПд и на приеме ГПр:

уровень суммарной мощности агрегатного сигнала, не более, дБм;

максимум различия уровней мощности в оптических каналах, не более, дБм;

оптическое отношение сигнал/шум в оптических каналах (помехозащищенность), не менее, дБ.

Эти точки нормирования называются многоканальными. Их часто обозначают соответственно MPI-S (Main Path Interface-S) на агрегатном выходе сетевого элемента и MPI-R (Main Path Interface-R) на агрегатном входе сетевого элемента.

1.3. Классификация и основные параметры

Международный Союз Электросвязи (МСЭ-Т) разработал целый ряд рекомендаций серии G, касающихся систем связи со спектральным мультиплексированием и их применения на транспортных сетях, наиболее важные из них приведены в списке литературы. Соблюдение этих рекомендаций позволяет стандартизировать оборудование различных производителей с целью обеспечения их совместимости. Согласно этим рекомендациям в системах связи со спектральным мультиплексированием могут использоваться диапазоны длин волн, представленные в таблице 1.

Таблица 1

Среди рекомендаций МСЭ-Т основополагающее значение имеет стандартизация спектрального или частотного разнесения оптических каналов, которая определяет соответственно спектральный и частотный планы системы. Она обеспечивает не только взаимозаменяемость компонент систем и их взаимодействие, но и минимизирует взаимные влияния между каналами.

По разнесению оптических каналов различают два класса систем:

1) системы грубого (разреженного) спектрального мультиплексирования на основе технологии CWDM (Coarse Wavelength-Division Multiplexing, рекомендация МСЭ-Т G.694.2);

2) системы плотного спектрального мультиплексирования на основе технологии DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing, рекомендация МСЭ-Т G.694.1).

Спектральный план CWDM с указанием номинальных значений центральных длин волн каналов (несущих) приведен в таблице 2.

Таблица 2

Длина волны, нм

В системах CWDM используются все диапазоны кроме U. В совокупности они охватывают область от 1261 до 1626 нм, в которой располагаются 18 каналов с достаточно широким спектральным интервалом 20 нм. На практике максимально реализуются 16 каналов. Отметим, что в первой редакции рекомендации G.694.2 значения центральных длин волн были смещены по шкале длин на 1 нм вниз.

Номинальные значения центральных длин волн используются в качестве эталонных значений и определяют граничные значения максимальной и минимальной длины волны для каждого оптического канала. Причем граничные значения определяют пределы длины волны для каждого оптического канала для всех возможных условий применения и одновременно пределы диапазонов длины волны, в котором должны выполняться требуемые характеристики оптических мультиплексоров и демультиплексоров, а также других сетевых элементов линейного тракта систем.

Эффективная реализация на практике относительно простой и сравнительно дешёвой технологии CWDM с неохлаждаемыми лазерами и оптическими фильтрами с широкой полосой пропускания требует, чтобы расстояние

13

между номинальными центральными длинами волн составляло не менее 20 нм. В этом случае для обеспечения полосы расфильтровки между каналами достаточно одной трети минимального расстояния между каналами. Поэтому для получения максимального числа каналов было выбрано значение 20 нм. Отметим, что большая полоса спектрального интервала в таких системах упрощает изготовление оптических мультиплексоров и демультиплексоров, а достаточно высокое допустимое отклонение длины волны позволяет использовать в оборудовании неохлаждаемые лазерные диоды с нестабильностью оптической несущей, составляющей примерно диапазон ± 6…7 нм. Конкретные значения номинальных центральных длин волн каналов и их допустимые отклонения определяются для каждого конкретного кода применения (интерфейса). Они приведены в Приложении 1.

Частотные планы плотного спектрального мультиплексирования DWDM представляют собой наборы частот на основе базовой частоты 193,100 ТГц, что соответствует в С диапазоне длине волны 1552,52 нм. Центральные значения частот несущих оптических каналов могут располагаться выше и ниже этой частоты с частотными интервалами 100, 50, 25 и 12,5 ГГц. Ранее в системах DWDM использовался и частотный интервал 200 ГГц с количеством оптических каналов 16 и 32.

Частота оптического излучения и длина волны связаны соотношением (1), в котором скорость света в вакууме при расчетах частотных и волновых планов следует брать с высокой точностью и принимать с = 2,99792458 ∙108 м/с. Это требование касается и соотношений (2) и (3).

Сетка частот частотного плана DWDM формируется на основе уравнения

где 193,1 ТГц – базовая частота, m – целое число (включая 0), а ∆f – частотный интервал между каналами, ТГц.

Реализация той или иной сетки частотного плана во многом зависит от типа оптических мультиплексоров и демультиплексоров, скорости передачи в оптических каналах, влияния нелинейных эффектов в ОВ и других факторов.

Возможно равномерное и неравномерное размещение каналов в соответствующем диапазоне длин волн. При этом равномерное распределение оптических каналов позволяет оптимизировать работу транспондеров, перестраиваемых лазеров и других устройств, что облегчает возможности дальнейшего наращивания числа оптических каналов. Неравномерное распределение позволяет уменьшить влияние нелинейного эффекта "четырёхволнового смешения".

14

Различают двунаправленные и однонаправленные ОСС-СМ. В двунаправленных системах используются две оптические несущие на канал и одно ОВ на систему. В этом случае линейный тракт – одноволоконный двухполосный. В однонаправленных системах на канал отводится одна несущая, потому для передачи сигналов в прямом и в обратном направлениях используются два ОВ, а линейный тракт – двухволоконный однополосный.

Основными параметрами ОСС-СМ и оптических каналов, сформированных её оборудованием, являются:

-количество оптических каналов системы;

-уровень мощности агрегатного сигнала в точках нормирования - суммарная мощность оптического излучения;

-центральная длина волны (частота) канала – номинальное значение длины волны (частоты) оптического излучения, передаваемого в канале;

-оптическая полоса частот, передаваемая по каналу;

-максимальная скорость передачи по каналу;

-уровень оптической мощности в канале – уровень средней мощности псевдослучайного цифрового оптического сигнала в точках нормирования;

-оптическое отношение сигнал/шум3 – отношение средней мощности оптического излучения сигнала к средней мощности оптического излучения шума в полосе частот канала, выраженное в дБ, в точках нормирования;

-длина оптических секций передачи − расстояние между соседними оптическими усилителями;

-длина (протяженность) регенерационных секций – расстояние между транспондерами TРS и TРR с функцией 3R.

Отметим, что конкретные значения этих параметров определяются ко-

дами применения интерфейсов оптических систем связи со спектральным мультиплексированием, рассматриваемых далее.

1.4. Интерфейсы

Интерфейсы (стыки) систем связи с технологией CWDM определены в рекомендации МСЭ – Т G.695 [ 9 ]. Коды применения интерфейсов имеют вид:

CnWx-ytz ,

где С – принадлежность к CWDM;

n – максимальное число оптических каналов (4, 8, 12 и 16);

W – тип ОСП (буква: S, Short-haul – короткая; L, Long-haul - длинная);

3 В пособии используется термин "помехозащищенность".

15

х – максимальное число ОСП (во всех версиях рекомендации принято x = 1);

у – указатель класса поддерживаемых компонентных оптических сигналов (цифра):

0 - указывает на класс NRZ 1,25 Гбит/с;

1 - указывает на класс NRZ 2,5 Гбит/с;

2 - указывает на класс NRZ 10 Гбит/с;

4 - указывает на класс PAM44 50 Гбит/с; 9 - указывает на класс NRZ 25 Гбит/с.

Оптические компонентные сигналы класса NRZ (NRZ, Non-Return to Zero − без возвращения к нулю) 1,25 Гбит/с применимы к входным сигналам NRZ с номинальной скоростью от 622 Мбит/с до 1,25 Гбит/с.

Компонентный сигнал класса NRZ 2,5 Гбит/с применим к входным сигналам NRZ с номинальной скоростью от 622 Мбит/с до 2,67 Гбит/с.

Оптические компонентные сигналы класса NRZ 10 Гбит/с применимы к входным сигналам NRZ с номинальной скоростью от 2,4 Гбит/с до 10,76 Гбит/с.

Класс оптических потоков PAM4 50G применяется к непрерывным цифровым сигналам с линейным кодированием PAM4 от номинально 53,1 Гбит/с до 55,91 Гбит/с. Сопоставление входного потока битов с оптическими символами PAM4 и обратно к выходному потоку битов осуществляется в соответствии со стандартом IEEE 802.3bs.

Оптические компонентные сигналы класса NRZ 25 Гбит/с применимы к входным сигналам NRZ с номинальной скоростью от 9,9 Гбит/с до 28 Гбит/с.

t - состав поддерживаемого интерфейса (А - наличие усилителя оптической мощности на передаче и оптического предусилителя на приеме; В - использование только усилителя оптической мощности на передаче; С - использование оптического предусилителя; D - отсутствие оптических усилителей); z - тип оптического волокна (цифра): 1 - G.652 только в диапазоне 1310 нм

("второе" окно прозрачности ОВ), 2 - G.652, 3 - G.653, 5 - G.655.

Во всех версиях рекомендации G.695 приводятся параметры физического уровня интерфейсов только с этой буквой, т.е. без оптических усилителей. В будущем при появлении широкополосных оптических усилителей, охватывающих диапазон CWDM систем, возможно их использование. Таким образом, в системах грубого спектрального мультиплексирования пока допускаются только оптические секции передачи, максимальное затухание которых определено рекомендацией G.695, а регенерационные секции отсутствуют.

4 PAM4 (Pulse Amplitude Modulation with 4 levels, четырехуровневая импульсная ампли-

тудная модуляция).

16

Для расширения кода применения CWDM систем используются дополнительные индексы В, S и F. В этом случае коды применения имеют следующие виды:

B-CnWx-ytz,

где индекс В означает двустороннюю передачу в одном ОВ, т.е. двунаправ-

ленность (В, bidirectional);

S-CnWx-ytz,

где индекс S означает использование архитектуры "черного ящика" или "черной линии";

CnWx-ytzF,

где индекс F означает использование упреждающей коррекции ошибок FEC (FEC, Forward Error Correction).

Параметры физического уровня как одноканальных, так и многоканальных интерфейсов систем технологии CWDM некоторых кодов применения приведены в Приложении 1.

Согласно Рекомендации МСЭ – Т G. 959.1 [ 10 ] интерфейсы физического уровня транспортной сети с применением технологий DWDM имеют следующие виды кодов применения:

PnWx-ytz и BnWx – yz ,

где P − символ, относящийся к междоменным интерфейсам и означающий множественный (P, plural) прикладной код. Множественные коды применимы к любому оптическому компонентному сигналу внутри определенного класса. Здесь они предоставляются однонаправленными линейными структурами и могут быть как одноканальными, так и многоканальными. Их основная цель заключается в предоставлении возможности поперечно совместимых интерфейсов для пересечения границы между двумя административными доменами;

В – символ, обозначающий двунаправленность системы; п – максимальное число оптических каналов;

W – указывает на тип оптической секции передачи и её максимального затухания:

• оптическая секция передачи типа I (внутриофисная) с затуханием до 7 дБ;

•оптическая секция передачи типа S (короткая) с максимальным затуханием не выше 11 дБ;

•оптическая секция передачи типа L (длинная) с максимальным затуханием не выше 22 дБ;

17

•оптическая секция передачи типа V (очень длинная) с максимальным затуханием не выше 33 дБ;

•оптическая секция передачи типа U (ультрадлинная) с максимальным затуханием не выше 44 дБ.

х– означает максимальное число оптических секций передачи (цифра), ес-

ли линейные усилители не используются, то данный символ отсутствует;

y – указатель класса поддерживаемых компонентных оптических сигналов (цифра):

1 - класс NRZ 2.5G;

2 - класс NRZ 10G;

3 - класс NRZ 40G;

7 - класс RZ 40G (RZ, Return to Zero – с возвратом к нулю); 9 - класс NRZ 25G.

Класс NRZ 2.5G применим к цифровым сигналам с линейным кодированием NRZ со скоростью передачи от номинально 622 Мбит/с до номинально 2,67 Гбит/с. Он включает сигналы со скоростью передачи STM-16 (SDH) и со скоростью передачи OTU1.

Класс NRZ 10G применим к цифровым сигналам с линейным кодированием NRZ со скоростью передачи от номинально 2,4 Гбит/с до номинально 10,71 Гбит/с. Он включает сигналы со скоростью передачи STM-64 (SDH) и со скоростью передачи OTU2.

Классы NRZ 40G и RZ 40G применимы к цифровым сигналам с линейным кодированием NRZ и RZ со скоростью передачи от номинально 9,9 Гбит/с до номинально 43,02 Гбит/с. Они включают сигналы со скоростью передачи STM-256 (SDH) и со скоростью передачи OTU3.

Класс NRZ 25G применим к цифровым сигналам с линейным кодированием NRZ со скоростью передачи от номинально 9,9 Гбит/с до номинально

28Гбит/с.

z – тип оптического волокна (цифра): 2 - G.652, 3 - G.653, 5 - G.655. Следует отметить, оптические кабели с ОВ рекомендации G.653 в сис-

темах DWDM из-за нелинейного эффекта "четырёхволнового смешения" практически не используются, но могут применяться в системах CWDM.

В некоторых прикладных кодах применения в конце кода может добавляться буквенный суффикс. Например, F указывает, что используются байты упреждающей коррекции ошибок FEC, как определено в рекомендации МСЭ-Т G.709/Y.1331, а D указывает, что код применения включает адаптивную компенсацию дисперсии. Параметры физического уровня как одноканальных, так и многоканальных интерфейсов систем технологии DWDM помимо рекомендации МСЭ-Т G. 959.1 достаточно подробно рассмотрены в [ 1 ].

18

2. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ СВЯЗИ СО СПЕКТРАЛЬНЫМ МУЛЬТИПЛЕКСИРОВАНИЕМ 2.1. Расчет частотных и спектральных планов

Исходными данными для расчетов частотных и спектральных планов DWDM систем являются количество оптических каналов Nок системы, частотный интервал между каналами ∆f и спектральный диапазон мультиплексируемых каналов от нижней длины λ н до верхней длины λ в. Конкретные данные и варианты заданий определяет преподаватель, под руководством которого выполняется курсовая работа. Порядок выполнения расчетов в этом случае следующий.

Сначала по формуле (1) рассчитываются граничные частоты спектрального диапазона мультиплексируемых каналов, т.е. определяются нижняя

с = 2,99792458 ∙108 м/с. При этом частоту необходимо выразить в терагерцах (ТГц). После этого находятся максимальные значения m исходя из выполнения условий:

193,1 + m∙ ∆f , где m изменяется (уменьшается) с шагом единица от значения m = Nок до 1.

Если максимальное значение mмакс 1, определенное из условия (9), меньше Nок , то необходимо также определить максимальное значение m из условия (10). Обозначим его mмакс 2 . Тогда частотный план системы будет содержать значения несущих частот оптических каналов

193,1 + m ∙ ∆f , ТГц ,

где m уменьшается с шагом единица от mмакс 1 до 0 , а также

193,1 − m ∙ ∆f , ТГц ,

где m увеличивается с шагом единица от m=1 до m= mмакс 2 . В этом случае в частотный будет входить и базовая (опорная) частота 193,1 ТГц.

19