Оптические системы связи / 3.Волоконно-оптические системы связи (Фриман Р., 2003)

Рис. 6.9. Профиль для оптических волокон со сдвигом дисперсии, (а) сегментированный профиль с треугольником в области сердечника (сегментированный сердечник); (б) треугольный профиль; (в) сегментированный профиль с двойным ступенчатым показателем преломления. (С разрешения компании Siemens, см. [6.9], рис. 4.13, с.49)

Рис. 6.10. Профиль для оптических волокон с уплощенной дисперсией, (а) сегментированный профиль с четырьмя ступеньками в профиле показателя преломления оболочки (четырехкратная оболочка); (б) W-профиль (двойная оболочка). (С разрешения компании Siemens, см. [6.9], рис. 4.14, с.50)

6.7.1. Характерные параметры одномодового ОВ, соответствующего стандарту ITU-T G.652

Стандарт ITU-T G.652 [6.5] описывает одномодовое оптическое волокно, имеющее точку нулевой дисперсии на длине волны 1310 нм и, следовательно, оптимизированное для использования в окне прозрачности 1310 нм. Оно также может быть использовано в окне прозрачности 1550 нм, где оно не оптимизировано. Характерные параметры волокна ITU-T G.652

приведены в табл. 6.2.

Таблица 6.2 Характерные параметры одномодового ОВ по стандарту ITU-T G.652

Источник. Материал основан на информации, приведенной в стандарте ITU-T G.652 [6.5].

Для оценки максимальной дисперсии в окне 1550 нм достаточно вычислить дисперсионный параметр D1( ) :

D1( ) S0max / 4 04min / 3

где S0 — наклон дисперсионной кривой в точке нулевой дисперсии.

6.7.2. Характерные параметры одномодового ОВ с сдвигом нулевой дисперсии, соответствующего стандарту ITU-T G.653

Стандарт ITU-T G.653 [6.3] описывает одномодовое оптическое волокно со сдвигом нулевой дисперсии на длину волны 1550 нм, дисперсионный параметр при этом монотонно возрастает с длиной волны. Волокно оптимизировано для использования в диапазоне длин волн от 1550 до 1600 нм, но также может быть использовано в окне 1310 нм при тех ограничениях, которые описаны в указанной рекомендации. Характерные параметры волокна ITU-T G.653 приведены в табл. 6.3.

6.7.3. Характеристики одномодового ОВ со сдвигом волны отсечки, соответствующего стандарту ITU-T G. 654

Рекомендация ITU-T G.654 [6.8] описывает одномодовое волокно, имеющее длину волны нулевой дисперсии около точки 1300 нм и сдвинутую точку отсечки. Оно минимизировано по уровню потерь около точки 1550 нм и оптимизировано для использования в диапазоне 1500 — 1600 нм. Характерные параметры волокна ITU-T G.654 приведены в табл. 6.4.

6.7.4. Характерные параметры одномодового ОВ с ненулевой смещенной дисперсией, соответствующего стандарту ITU-T G.655

Рекомендация ITU-T G.655 [6.6] описывает одномодовое волокно, для которого требуется иметь абсолютное значение хроматической дисперсии больше, чем некоторое малое ненулевое значение во всем диапазоне рабочих длин волн. Такое значение дисперсии подавляет рост четырехволнового смешения - нелинейный эффект, который может быть особенно

разрушительным для DWDM. Волокно оптимизировано для использования в диапазоне 1500 -1600 нм. Характерные параметры волокна ITU-T G.655 приведены в табл. 6.5.

Таблица 6.3 Характерные параметры одномодового ОВ по стандарту ITU-T G.653

Источник. Материал основан на информации, приведенной в стандарте ITU-T G.653 [6.3].

Таблица 6.4 Характерные параметры одномодового ОВ по стандарту ITU-T G.654

Источник. Материал основан на информации, приведенной в стандарте ITU-T G.654 [6.8].

Таблица 6.5 Характерные параметры одномодового ОВ по стандарту ITU-T G.655

Источник. Материал основан на информации, приведенной в стандарте ITU-T G.655 [6.6].

ГЛАВА 7 РЕГЕНЕРАТОРЫ И ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ УСИЛИТЕЛИ

7.1. Введение

Волоконно-оптические системы передачи (ВОСП) начали широко использоваться в 1980-х. Каждое волокно передавало один поток импульсов, представляющих двоичные 1 и 0. Модель такой системы в 1980-х могла бы включать источник света, подключенный к нему волоконно-оптический кабель, и детектор света, удаленный на какое-то расстояние. Максимальное расстояние между источником и детектором зависело от уровня выходной мощности лазерного источника, потерь в оптических разъемах, в сростках, в волокне, а также от скорости передачи и чувствительности детектора света. Если нужно было увеличить длину линии связи, то устанавливали регенератор. Следуя этой методике, можно было бы обеспечить связь по всему континенту. Более того, емкость этой системы связи могла составлять сотни мегабит в секунду. Эта полная емкость могла бы передаваться по одному волокну в одном направлении; для обеспечения полнодуплексной связи можно было бы использовать другое волокно, для передачи в противоположном направлении. При увеличении емкости в такой системе регенераторные секции становились короче и короче. Число активных элементов в такой схеме формирования системы заметно ухудшало доступность системы в целом. Кроме этого также возрастал уровень джиггера. Регенератор в то время был не более чем приемником света, выход которого замыкался непосредственно на вход передатчика.

Когда я занялся бизнесом в области волоконно-оптических систем, мы твердо верили, что оптический сигнал не может быть усилен. Затем, в 1989 году, после многолетних исследований, на сцене появились волоконно-оп- тические усилители. Это расширило возможности ВОСП. При наличии уси-

ления в 20 дБ у такого усилителя волоконно-оптическая линия могла быть использована на значительно большую длину, прежде чем ей требовался бы регенератор, тем более, если можно было бы установить последовательно несколько таких усилителей. Использование усилителей позволило также использовать системы WDM, а также способствовало внедрению оптической коммутации.

Цель этой главы — обсудить использование оптического усиления и, в частности, применение усилителей на волокне, легированном эрбием (EDFA), а также усилителей Рамана. Мы начнем с обзора регенераторов, их применения в ВОСП и их стыковки с системами управления оптической сетью.

7.2. Применение регенераторов в оптических системах

Регенератор принимает искаженный оптический сигнал на свой вход и преобразует его в почти идеальную копию сигнала, похожую на ту, какая была передана предыдущим передатчиком. Этот регенерированный сигнал практически свободен от искажений. Функция регенерации выполняется полностью цифровым передатчиком и приемником. Устройство, которое мы будем рассматривать здесь - автономный регенератор. Оптические усилители не регенерируют цифровой оптический сигнал. На рис. 7.1 показана блоксхема цифрового оптического регенератора.

Системные инженеры ВОСП используют методы расчета линии на основе бюджета мощности для определения местоположения регенератора. Это такая точка, где накопленные потери линии приводят к существенному ухудшению показателей системы. Дополнительно должен учитываться некоторый запас по мощности. (См. гл. 10 по методике расчета бюджета мощности линии.)

Telcordia в своем стандарте [7.8] устанавливает, что регенератор

должен восстанавливать форму, тактовую синхронизацию и передавать оптический сигнал дальше. В ряде технических текстов сказано, что регенераторы усиливают оптический сигнал. Это не так, до тех пор пока усилительный блок специально не устанавливается на выход передатчика регенератора.

Рис. 7.1. Упрощенная блок-схема цифрового оптического регенератора

Вернемся к рис. 7.1 и проанализируем его слева направо. Вход регенератора представляет собой оптический сигнал, искаженный и ослабленный за счет накопленной дисперсии и потерь в секции, которую он прошел. Оптические импульсы, которые представляют двоичные 1, преобразуются в электрические 1, а битовые позиции, где такой импульс отсутствует или он очень мал, преобразуются в электрические двоичные 0. Этот электрический сигнал передается через электрическую схему приемника, где осуществляется восстановление сигнала тактовой синхронизации. Окончательное решение о том, что существует в той или иной битовой позиции 1 или 0, определяется в процессе демодуляции оптического сигнала. В современных системах все эти функции выполняются в интегрированном PIN-приемнике.

Двоичный сигнал передается в блок терминирования транспортной функции SONET. Здесь получают доступ к транспортному заголовку SONET, что позволяет передать центру управления сетевых операций статус регенератора и качество битового потока.

Электрический сигнал блока терминирования транспортной функции SONET передается затем лазерному передатчику, который генерирует экви-

валентные оптические импульсы, инициируемые потоком бит. Уровень оптической мощности лазерного передатчика, передаваемый в отходящее волокно, лежит в диапазоне от 0 до +3 дБм. Однако, если инженер-проек- тировщик волоконно-оптической линии связи хочет удлинить пролет/секцию (расстояние между соседними регенераторами, между регенератором и мультиплексором ввода-вывода или между регенератором и оптическим терминалом), он может разместить оптический усилитель на выходе регенератора, где сигнал может быть усилен на 20-25 дБ.

Регенератор имеет два преимущества, которых не имеет усилитель. Усилитель не регенерирует цифровой сигнал, тогда как регенератор делает это. Преимущество здесь состоит в том, что на вход усилителя подается сигнал, в котором аккумулированы все формы искажений. Этот же цифровой сигнал, содержащий те же самые плюс добавленные усилителем шумы и искажения, выходит из усилителя. В противоположность этому, регенератор устраняет большинство искажений и ухудшений цифрового сигнала и подает на выход прямоугольную последовательность двоичных импульсов. Второе преимущество регенератора состоит в том, что он имеет доступ к заголовку поля ОА&М (управления, эксплуатации и технического обслуживания) в SONET или SDH для обеспечения статуса регенератора и битового потока, проходящего через него. Этот статус сообщается в сетевой центр управления, ответственный за данную сеть. Это обеспечивает сетевому оператору прекрасную возможность для мониторинга и технического обслуживания. Усилитель же не имеет такого легкого доступа к битовому потоку, так как он не занимается демодуляцией-ремодуляцией двоичного потока, в отличие от регенератора.

В этом разделе мы опишем автономный регенератор. Помните, что каждый приемник света и передатчик выполняет функции регенератора. Однако, кто-то может возразить, что оптический передатчик выполняет функцию генерации, а не регенерации.

Удаленные регенераторы питаются с помощью одного из следующих