Уровень мощности сигнала с учетом потерь из-за влияния нелинейных эффектов:
Общие потери мощности оптического сигнала:
где:
-влияние эффекта самомодуляции;
-
эффект перекрестоной фазовой модуляции;
-
рассеяние Рамана;
-
рассеяние Бриллюэна.
Исходные данные
L - длина усилительного участка, км;
P0 - мощность оптического сигнала на входе канала, мВт;
α - рабочие затухание оптического волокна, дБ/км;
с - скорость распространения света, с=299792500 м/с;
λ - длина волны сигнала, нм;
В - скорость передачи по оптическому каналу, Гбит/с;
Аэфф - эффективная площадь сердцевины волокна зависит от стандарта волокна, мкм2;
D(λ) - коэффициент удельной дисперсии, зависящий от стандарта волокна и длины волны λ , пс/км*нм
Δf - разнос частот между оптическими каналами задается аппаратурой, Δf=100 ГГц или Δf=50 ГГц;
Δλ – интервал длины волны, который зависит от Δf: при Δf=100 ГГц Δλ принимает значение 0,78-0,8 нм, а при Δf=50 ГГц – 1,56-1,6 нм;
N - количество оптических каналов в системе соответствует количеству участков, на которые делится линия связи;
r0 – коэффициент, равный отношению частоты основного сигнала к частоте, на которой проявляется усиление. Для рамановского усиления может быть принят r0=1,07, а для бриллюэновского рассеяния значение коэффициента r0=1 из-за малой величины смещения частоты спектра;
∆fB – ширина полосы бриллюэновского рассеяния зависит от стандарта волокна, МГц;
Расчет влияния эффекта самомодуляции
Влияние эффекта фазовой самомодуляции обусловлена нелинейным набегом фазы, который оптический сигнал приобретает при распространении в световоде. Самомодуляция – это явление, в результате которого сигнал может модулировать свою собственную фазу.
Эффективная длина взаимодействия электромагнитных волн:
,
км;
Начальная длительность импульса t0 зависит от скорости передачи В:
,
пс.
Дисперсионная длина вычисляется по формуле:
,
км.
где 2 – постоянная распространения, связанная с удельной дисперсией D(λ) выражением:
,
пс2/км.
Нелинейная длина рассчитывается по формуле:
.
где kn - коэффициент нелинейности показателя преломления, kn=3,2∙10-8 мкм2/Вт.
Максимальный фазовый сдвиг при эффекте SPM можно представить как отношение эффективной длины к нелинейной длине:
.
Формулу для расчета потерь мощности сигнала в оптическом канале приведем к следующему виду:
,
дБ.
На основании вышеизложенного можно сказать, что эффект воздействия фазовой самомодуляции значительнее (потери возрастают на несколько дБ) проявляется с увеличением скорости передачи информации в оптическом канале. Также воздействие фазовой самомодуляции более деструктивно при увеличении мощности оптического сигнала. На эффект SPM не оказывает влияние уменьшение частотного расстояния между каналами или увеличение числа каналов связи. Влияние фазовой самомодуляции уменьшается, если хроматическая дисперсия нулевая или незначительная по величине (до 6 пс/нм/км), а также при увеличении эффективной площади сердцевины оптического волокна. В общем случае влияние SPM значительно (потери составляют несколько дБ) только в системах DWDM с высоким значением скорости передачи (В≥10 Гбит/с), высоким значением удельной дисперсии или в системах большой протяженности.
Исследование влияния эффекта перекрестной фазовой модуляции
Эффект перекрестной фазовой модуляции волн (СРМ) вызывает расширение спектра передаваемого сигнала, изменение мощности оптического сигнала в каналах системы DWDM, взаимные влияния между соседними оптическими каналами. Величина расширения спектра сигнала, вносимого CPM, зависит от частотного расстояния между каналами.
Фазовый сдвиг из-за эффекта CPM рассчитывается по формуле:
.
где:
.
В результате формула для расчета потерь мощности сигнала в оптическом канале в результате воздействия CPM примет вид:
,
дБ.
Здесь дисперсионная длина LD учитывает величину межканального интервала:
.
В системах DWDM искажения сигналов, вызванных влиянием эффекта CPM, вносят в основном соседние по частоте каналы. Влияние CPM может быть снижено рациональным выбором шага частот между каналами, а также уменьшением мощности сигнала в оптическом канале.