Разработка систем передачи информации нового поколения (стр. 8 из 15)
Действие волноводной составляющей дисперсии сдвигает длину волны нулевой дисперсии до величины л0d-1312 нм (рис. 3.2, кривая 1). Этот факт используется при выборе длины волны источника (1310 нм) для работы с одномодовыми ОВ. Используя несколько слоев оболочки (и тем самым изменяя параметры волноводного тракта), можно сдвинуть длину волны нулевой дисперсии в диапазон 1500-1600 нм. Для этого оказалось достаточным использовать две оболочки (рис.3.2, кривая 2) - этот тип оптоволокна получил название - оптоволокна со сдвигом дисперсии (DSF). Используя многослойную оболочку (рис.3.2, кривая 3 - оболочка имеет 4 слоя), можно добиться почти плоской и близкой к нулевой дисперсионной характеристики (D≤ 1-6 пс/км/нм) в диапазоне длин волн от 1300 до 1650 нм. Этот тип оптоволокна получил название – волокно с ненулевой смещенной дисперсией (NZDSF), который может с успехом использоваться в синхронных оптических системах SDH с мультиплексированием по длинам волн.
Рисунок 3.2 Зависимость дисперсии волокна D от длины волны волны и числа оболочек: SC – одна оболочка, DC – две оболочки, QS - четыре оболочки.
3.1Методы компенсации дисперсии
Методы уменьшения дисперсии, рассмотренные выше, сводились к использованию профилированных показателей преломления, длины волны с нулевой дисперсией, сдвигу нулевой дисперсии за счет волноводной составляющей в область рабочих длин волн, созданию слабо меняющейся дисперсионной характеристики с ненулевой, но малой дисперсией. Они уже реализованы в существующих оптических волокнах.
Однако существует возможность и прямой компенсации дисперсии путем врезки в волокно, имеющее положительную дисперсию, участка ОВ с отрицательной дисперсией, причем так, чтобы результирующая дисперсия на заданной длине волны или (с учетом использования WDM) в определенном диапазоне длин волн была близка к нулю. Использование этого метода возможно упростит технологию изготовления кабеля и кажется достаточно перспективным.
Одной из промышленных разработок, основанных на такой технологии изготовления оптического волокна, является новая модификация кабеля TrueWave, названная TrueWaveBalanced. Этот кабель позволяет без использования внешних компенсаторов передавать сигналы высокоскоростных систем WDM (DWDMи HDWDM ) в стандартном для них в настоящее время диапазоне длин волн 1530-1565.
Кроме указанных спецтехнологий , для этих же целей был разработан специальный тип оптического волокна DCF – волокно компенсирующее дисперсию (ВКД), которое в виде бухты ОВ определенной длины может быть вставлено в виде модуля в стойку с аппаратурой SDH или WDM. Важно иметь в виду большой уровень вносимых потерь, который имеет такой модуль.
3.2Выбор волокна для компенсации дисперсии
Как уже отмечалось, согласно статистике, наибольший процент уложенного кабеля содержит стандартное ОМ волокно, имеющее большую величину хроматической дисперсии, 17-20 пс/(нм-нм), на длине волны 1550 нм. Если планируется увеличить длину перекрытия или секции, ограниченную допустимой величиной накопленной дисперсии, или необходимо уменьшить дисперсию в связи с переходом со скорости передачи 2,5 Гбит/с на 10 Гбит/с, или планируется использование систем WDM, или же, наконец, оказывается необходимым установить солитонные генераторы для повышения надежности работы вашей линии связи (а для нормальной работы таких генераторов требуется, как известно, отрицательная средняя (накопленная на длине секции) дисперсия - можно использовать специальное волокно для компенсации дисперсии - ВКД (DCF). Это волокно производится рядом компаний, например, Corning, LucentTechnologies, SumitomoElectric.
Волокно укладывается (в виде бухты) в специальные модули - модули компенсации дисперсии - МКД (DCM), выпускаемые как в виде отдельно используемых модулей, оснащенных оконцованными коннекторами монтажными шнурами (типа - pigtail), так и в виде модулей, монтируемых в стойках. Размер модулей могут быть разными, например, для DCMCorning имеем: тип В - 235x235x40 мм, тип D - 267x267x40 мм и тип С - 278x432x44 мм; для DCFMSumitomo: 228x202x41 мм.
В табл. 2.4 приведены доступные типы и параметры такого модуля (волокна), выпускаемой компаниями Corning. Приведенные параметры соответствуют длине волны 1545-1550 нм, а среднее значение PMD измерено в диапазоне длин волн 1500 - 1565 нм. В этой таблице фактически вместо дисперсии используется дисперсионный параметр D. Под "эффективностью модуля" понимается отношение дисперсии модуля к вносимому затуханию.
Таблица 2.4 Параметры модулей компенсации дисперсии.
| Компания | Corning | |
| Тип модуля | DCM-95 | DCM-110 |
| Компенсируемая длина линии, км | 95 | 110 |
| Дисперсия волокна модуля, пс/нм/км | -1564±15 | 1756±15 |
| Вносимое затухание, дБ | >10 | >10 |
| Эффективность модуля, пс/нм/дБ | 156,4 | 175,6 |
| Среднее значение PMD, пс | >1.6 | <1.7 |
В практике использования волокна существуют два подхода в стремлении уменьшить накопленную дисперсию на длине секции. Один базируется на использовании волокна с малой дисперсией (волокна с нулевой дисперсией, если речь идет об использовании одной несущей, или волокна NZDSF с минимально-возможным наклоном кривой дисперсии в рабочем окне, если речь идет об использовании нескольких несущих в системах с WDM), другое - на использовании чередующихся участков с положительной и отрицательной дисперсией (параметром D). Второй подход (в силу неоднородности используемого волокна в сети и вытекающих из этого сложностей в случае ремонта) подвергался критике. Однако он был дешевле. С появлением промышленных МКД, а также учитывая, что установка МКД носит не "распределенный" (как для ВОК), а "сосредоточенный" характер (модуль устанавливается в стойку, или на полку (в шасси) ОУ между первым и вторым каскадам» усиления, сложности "с ремонтом" исчезли. В результате все более широкое применение находит связка: волокно SSF+DCM(стандартное волокно + МКД). У такого решения два недостатка (как это из таблицы 2.4); дополнительные вносимые потери, которые должны быть учтены при подсчете накопленного затухания, и увеличение суммарного PMD, которое должно быть учтено для высокоскоростных систем ( 10 Гб/с на несущую и выше ) при подсчете накопленного PMD.
В любом случае при использовании МДК необходимо проводить проверочные расчеты не только накопленного затухания с учетом вносимых потерь, но и накопленного значения PMD, особенно для высокоскоростных систем.
4 Расчет длины регенерационного участка
4.1 Протяженность линии. Расчет длины регенерационного участка с учетом хроматической дисперсии
Соотношение сигнал/шум. В табл. 2.5 приведены основные параметры оптических спецификаций для стандартов STM-16 и STM-64. Как видно, система STM-64 предъявляет более высокие требования к соотношению сигнал/шум, превышая на 5-10 дБ этот параметр для STM-16, что ведет к меньшему допустимому числу усилителей EDFA между регенераторами STM-64.
Таблица 2.5 Основные параметры оптических спецификаций стандартов STM-16 и STM-64.
| Параметры | STM-16 (2,5 Гбит/с) | STM-64 (10 Гбит/с) |
| Минимальное отношение сигнал/шум, дБ | 18-21 | 27-31 |
| Допустимая дисперсия в кабельной системе, пс/нм | 10500 | 1600 |
| Ограничения из-за PMD | Нет | < 400 км |
Рассчитаем длину регенерационного участка ограниченного хроматической дисперсией для стандарта STM-16. Для волокон SF и NZDSF возьмем значения удельной дисперсии 20 и 5,5 пс/(нм*км) соответственно. Отсюда,
Lдисп = ф / D,
где ф -допустимая дисперсия в кабельной системе, пс/нм, D - значения удельной дисперсии пс/(нм*км)
Lдисп = 10500 / 20 = 525 км, для SF волокна.
Lдисп = 10500 / 5.5 = 1909 км, для NZDSF волокна.
Рассчитаем длину регенерационного участка ограниченного хроматической дисперсией для стандарта STM-64.
Lдисп = 1600 / 20 = 80 км, для SF волокна.
Lдисп = 1600 / 5.5 = 290 км, для NZDSF волокна.
Хроматическая дисперсия. STM-16 допускает значительно большую дисперсию сигнала в линии, чем STM-64, что дает выигрыш как в протяженности сегментов между последовательными оптическими усилителями, так и в общей протяженности линии между регенераторами. Благодаря линейности хроматической дисперсии, можно добиться значительного увеличения длин, указанных в таблице, используя вставки фрагментов ВОК на основе волокна с компенсирующей дисперсией.
Таблица 2.6 Ограничение общей протяженности из-за влияния хроматической дисперсии.
| Тип волокна | STM-16 | STM-64 |
| Стандартное одномодовое волокно SF, км | 525 | 80 |
| Одномодовое волокно с ненулевой смещенной дисперсией NZDSF, км | 1909 | 290 |
При моделировании ВОЛС длиной 550км, дисперсионная длина является ограничением для системы при использовании стандартного одномодового волокна (SF), и не является ограничением системы при использовании NZDSF волокон.
4.2 Расчет длины регенерационного участка с учетом поляризационно-модовой дисперсией (PMD)
Проведем оценку влияния PMD на передачу каналов STM-16 и STM-64. В рамках промышленных требований, PMD не должна превышать 1/10 битового интервала. Отсюда значения накопленной поляризационной модовой дисперсии не должны превышать 40 пс и 10 пс для линий STM-16 и STM-64 соответственно. Величина PMD по прохождению светом длины L определяется по формуле ф = T*L1/2, где Т- удельная поляризационная модовая дисперсия. При Т= 0,5 пс/км1/2 (для волокон NZDSF - TrueWave™ и SMF-LS™, см. табл. 2.2) получаем для линий STM-16 и STM-64 предельные протяженности между регенераторами: