Федеральное агентство связи
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики» (СибГУТИ)
Р.З. Ибрагимов
В.Г. Фокин
Расчёт характеристик когерентных оптических каналов
Практикум
Новосибирск
2018
1
УДК 621.316
Ибрагимов Р..З, Фокин В..Г «Расчёт характеристик
когерентных оптических каналов». Практикум. Новосибирск: СибГУТИ, 2018, - 32с.
Практикум предназначен для самостоятельной работы студентов очной и заочной форм обучения по направлению подготовки11.03.02, 11.04.02 – Инфокоммуникационные технологии и системы связи квалификации «бакалавр» и «магистр». Также может использоваться для самостоятельного повышения квалификации специалистов предприятий связи.
Впрактикуме представлены: теоретические составляющие для
обоснования |
методик |
|
расчётов |
когерентных |
оптических |
каналов; |
|||||
примеры |
|
расчётов |
для |
различных |
условий |
организации |
|
;каналов |
|||
контрольные вопросы для самопроверки; задания |
и |
методические |
|||||||||
указания |
к |
|
решению |
задач; список |
|
литературы |
и |
приложения |
с |
||
техническими характеристиками оптических интерфейсов
Кафедра «Многоканальной электросвязи и оптических систем» (МЭС и ОС)
Табл.11, список лит.14 наименований.
Рецензент: Леонов А.В., д.т.н., ООО НТЦ Т8
Утверждено редакционно-издательским советом СибГУТИ в качестве практикума для студентов очного и заочного обучения.
© Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики, 2018г.
2
Оглавление |
|
Введение. Эволюция оптических систем связи .................................................. |
4 |
1. Оценка характеристик оптических каналов ................................................... |
6 |
1.1 Оценка OSNR для систем связи ................................................................. |
6 |
1.2 Анализ обобщенной оценки OSNR ............................................................ |
9 |
1.3. Оценка OSNR в когерентных системах связи ........................................ |
11 |
1.3.1. Шум спонтанной эмиссии оптических усилителей .......................... |
12 |
1.3.2. Шум, вызванный нелинейностью среды передачи ......................... |
17 |
1.4. Оценка полного значения OSNR для когерентных систем связи ......... |
18 |
1.5. Пример расчета OSNR для когерентных систем связи ......................... |
20 |
2. Оптимизация параметров линии .................................................................. |
23 |
3. Задания и методические указания к решению задач .................................... |
25 |
Приложение 1. Физические параметры оптических волокон ......................... |
28 |
Приложение 2. Характеристики оптических интерфейсов .............................. |
29 |
Заключение ......................................................................................................... |
30 |
Список используемой литературы .................................................................... |
31 |
3
Введение. Эволюция оптических систем связи |
|
|
|
|
|
|||||||
Совершенствование |
технологической |
базы |
телекоммуникаций |
в |
||||||||
последнее десятилетие происходит особо бурно и сопровождается развитием |
|
|||||||||||
систем волоконно-оптической связи. На сегодняшний день реализованы |
|
|||||||||||
оптические модули SFP (Small Form-factor Pluggable — компактный сменный |
|
|||||||||||
форм-фактор) на скорость до10 Гбит/с и возможностью настраивать их |
|
|||||||||||
передатчики на |
волны |
диапазоновC (1530-1565 нм) и L (1565-1625 нм) с |
|
|||||||||
шагом 0,4 нм, которые позволяют организовать каналы протяженностью до |
|
|||||||||||
100 км без промежуточных станций. Произошел переход к транспондерам со |
|
|||||||||||
скоростью 40 Гбит/с, но данный тип оборудования не получил коммерческой |
|
|||||||||||
популярности, |
в отличие |
от транспондеров со скорость100 |
Гбит/с. |
|
||||||||
Состоявшееся |
наращивание |
скорости |
стало |
возможным |
за |
сч |
||||||
использования когерентного оптического приема и современных форматов |
|
|||||||||||
модуляции, повышающих спектральную эффективность (бит/с/Гц). |
|
|
|
|||||||||
На сегодняшний день оптические транспортные |
сети |
связи |
переживают |
|||||||||
стадию |
трансформации, |
так |
как |
кроме |
роста скоростиEthernet |
трафика |
|
|||||
(переход |
от 40G к 100G) также требуется |
виртуализация |
пользовательских |
|
||||||||
сервисов с помощью программно-конфигурируемых сетей(SDN, Software |
|
|||||||||||
Defined |
Networking) и |
сетевых |
функций |
виртуализации(NFV, |
Network |
|
||||||
Function |
Virtualization) |
с |
соответствующей |
гарантированностью |
и |
|||||||
защищенностью соединений. Взрывной рост трафика в настоящее время |
|
|||||||||||
обеспечивается |
появлением |
Интернет-«вещей» (IoT, Internet of Things,) и |
|
|||||||||
облачных хранилищ количество которых растет с каждым днем. |
|
|
|
|||||||||
Кроме развития в области типа и скорости трафика наблюдается также и |
|
|||||||||||
развитие топологий систем с плотным волновым мультиплексированием |
|
|||||||||||
(DWDM, |
Dense |
Wavelength |
Division Multiplexing). На сегодняшний |
день |
|
|||||||
внедряются |
технологии |
|
программированной |
|
сверхширокополосной |
|||||||
маршрутизации по длинам волн оптического излучения(PUWBWR, |
|
|||||||||||
Programmable Ultra Wide Band Wavelength Routing) (рис. В.1) [1]. |
|
|
|
|||||||||
Рисунок В.1 – Эволюция топологий оптических сетей
4
Внедрение эластичных когерентных оптических сетей с плотным спектральным мультиплексированием FCoDWDM (Flex Coherent DWDM) позволит реализовать более гибкое изменение оптической полосы под
требуемый трафик, |
а |
также |
с помощьюSDN-технологии возможно |
||||||
автоматически |
на |
|
уровне |
магистральных |
оптических |
коммутаторо |
|||
выставлять |
требуемые |
параметры |
передачи |
для |
заданной |
дальност |
|||
передачи. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Необходимость |
оптического |
|
транспорта |
обуславливается |
|
спросом |
|||
провайдеров на всех уровнях сети, кроме этого, оптическое волокно |
|||||||||
обеспечивает |
широкополосное |
подключение |
между |
блоком |
|
цифровой |
|||
обработки сигнала (BBU, Base Band Unit) и выносным радиомодулем (RRU, Radio Remote Unit) в сетях мобильных операторов. Однако при этом разрыв между канальной скоростью (около 100 Гбит/с), ограниченной нелинейным
пределом |
Шеннона, |
и |
потенциальной |
пропускной |
способностью |
|||
современного одномодового волокна(около 100 Тбит/с) |
составляет |
три |
||||||
порядка. |
Ключевым |
|
параметром |
оптических |
|
каналов |
больш |
|
протяженности, как |
определено международными |
стандартамиITU-T |
||||||
(International Telecommunication Union — Telecommunication sector, сектор телекоммуникаций Международного Союза Электросвязи), стало оптическое отношение сигнал/шум или OSNR (Optical Signal-to-Noise-Ratio). Согласно рекомендации, OSNR – это отношение значения мощности сигнала в полезном канале к плотности мощности шума в диапазоне центральной частоты.
Протяженные оптические каналы предполагают использовани промежуточных станций оптического усиления для компенсации потерь за счёт затухания в волоконном световоде. Оптические усилители, даже самые совершенные, вносят широкополосный шум оптического ,спектра обусловленный усиленной спонтанной эмиссией (ASE, Amplified Spontaneous Emission). Шумы от усилителей накапливаются, снижают OSNR и повышая вероятность ошибочного приёма цифрового сигнала оконечным приёмником.
В многоканальных оптических системах DWDM с множеством спектральных каналов помимо шумаASE накапливаются шумы принципиально иного происхождения, получившие название «шумы, вызванные нелинейными эффектами оптического волокна», учёт которых позволит достаточно точно оценивать полное значение OSNR.
В предлагаемом практикуме рассматривается методика учёта этих шумов для различных условий.
5