Проектирование магистральной волоконно-оптической системы передачи с повышенной пропускной способностью (стр. 2 из 31)
Рис.1.1. Структурная схема многоканальной ВОСП
Ресурс ОК по пропускной способности определяется произведением числа волокон на число оптических каналов и на предельную скорость в каждом канале при данной протяженности участка линии передачи:
C=Nов*Nопт.кан.*Vпред, где:
· C – пропускная способность ВОСП;
· Nов – количество ОВ в ОК, определяется конструкцией ОК, для максимального повышения пропускной способности данная величина должна быть большой;
· Nопт.кан. – количество оптических каналов – количество оптических несущих, передаваемых по технологии WDM, на момент рассмотрения Nопт.кан=32, в последствии уточним;
· Vпред – предельная скорость передачи по ОВ, определяется уровнем SDH, предполагается переход на максимальный уровень STM-256 (40 Гбит/с).
Есть важная особенность, которую необходимо отметить, это то, что помимо учета предельной скорости передачи, и количества оптических каналов, передаваемых в ОВ, необходимо разобраться, сколько ОЦК (64кбит/с) можно передать по этой ВОЛС, и как этим числом можно варьировать, при этом используя его для других приложений.
C помощью рассматриваемой ВОСП производится передача NИСХ каналов ОЦК. Необходимо добиться NППС каналов – количество каналов при повышенной пропускной способности, то есть: NППС =k*NИСХ.
Исходя из того, что уже спроектированы и введены в эксплуатацию ВОСП, у которых коэффициент k (k - коэффициент увеличения пропускной способности, соответственно увеличения числа каналов), принимает следующие значения: k=2,4,8,16,32…n, отсюда следует вывод, что k лежит примерно в следующем интервале: 1<k<64. Так как стоит цель резкого повышения пропускной способности, как ясно из темы дипломного проекта, то k должен лежать в интервале k>100. При этом возникает вопрос, какого порядка k необходимо задать, и какого порядка коэффициент k реально может получиться, к примеру: 10, 50, 100, 150 или 200.
Казалось бы все просто, но на самом деле это не так, вопрос повышения пропускной способности требует основательного рассмотрения, так как передаваемые объемы информации неукоснительно возросли и продолжают расти, что влечет за собой рост коэффициента k.
На сегодняшний день на главных магистралях страны стоят ВОЛС, использующие стандартное оптическое волокно (G.652). На них установлены системы с временным уплотнением каналов (системы TDM - Time Division Multiplexing с полосой пропускания до 2,5Гбит/с). Увеличить пропускную способность таких систем можно путем разработки и применения новых сверхбыстрых электронных систем модуляции, коммутации и приема лазерного излучения, что естественно приведет к замене оконечного оборудования. Такие нововведения требуют больших материальных затрат для организаций занимающихся эксплуатацией и переоборудованием такого рода линий связи. Но для повышения пропускной способности одной лишь замены оконечного оборудования недостаточно, потребуется еще и доустановка необслуживаемых ретрансляционных пунктов (НРП) и врезка всевозможных компенсаторов, а тем более замена кабеля, что в свою очередь довольно неэкономично.
Рассмотрим существующие методы повышения пропускной способности магистральных ВОСП.
1.1.2 Методы повышения пропускной способностимагистральной ВОСП
Метод временного мультиплексирования (TDM)
Суть TDM: процесс передачи разбивается на ряд временных циклов, каждый из которых в свою очередь разбивается на N субциклов, где N — число уплотняемых каналов. Каждый субцикл подразделяется на временные позиции (тайм - слоты), в течение которых передается часть информации одного из цифровых мультиплексируемых потоков. Кроме того, некоторое число позиций отводится для идентификационных синхроимпульсов, вставок и цифрового потока служебной связи. При временном мультиплексировании каждому из информационных каналов системы, имеющих общую оптическую несущую (один источник излучения), отводится определенный интервал времени или временное окно, для передачи информации. В первый интервал времени оптическая несущая модулируется сигналом одного информационного канала, во второй — другого и т.д. Длительность этих интервалов определяется различными факторами, главные - это скорость преобразования электрических сигналов в оптические и скорость передачи информации в линии связи.
На передающей части стоит временной мультиплексор, он устанавливает очередность и временной интервал передачи информации на входе линии. На другом конце линии устанавливается демультиплексор, определяющий номер канала, идентифицируя его (рис. 1.2).
Метод TDMподразделяется на два вида — асинхронное (плезиохронное) и синхронное временное мультиплексирование. Соответственно, плезиохронная цифровая иерархия PDH и синхронная SDH, которые представлены в рекомендациях МСЭ-Т.
Рис. 1.2. Схема передачи оптических сигналов по ВОЛС с временным мультиплексированием TDM
Структура первичной сети ВСС РФ предопределяет объединение и разделение потоков передаваемой информации, поэтому используемые на ней системы передачи строятся по иерархическому принципу. Применительно к ЦСП этот принцип заключается в том, что число каналов ЦСП, соответствующее данной ступени иерархии, больше числа каналов ЦСП предыдущей ступени в целое число раз. Первая ступень иерархии – первичная - осуществляется прямое преобразование относительно небольшого числа первичных сигналов в первичный цифровой поток (ОЦК). ЦСП второй ступени объединяют определенное число ОЦК во вторичный цифровой поток и т.д.
Рис. 1.3. Иерархии цифровых систем передач
Метод спектрального уплотнения (WDM)
Метод WDMпозволяет увеличить скорости передачи информации в ВОЛС за счет одновременной передачи по одному волокну нескольких TDM каналов на различных длинах волн. В системах WDM к оконечному электронному оборудованию предъявляются такие же требования, как и в системах TDM, для остального оборудования пропускная способность ограничивается лишь самими каналами. Полная пропускная способность линии связи не ограничена пропускной способностью используемых электронных компонентов. При необходимости необходимая пропускная способность достигается путем добавления/удаления оптических несущих. Каждый канал электросвязи, образуемый ЦСП, обрабатывается в системе WDM как отдельный канал на отдельной длине волны.
Суть этого метода состоит в том, что k информационных цифровых потоков, (их количество может быть 2, 4, 8, 32..i..k), переносимых каждый на своей оптической несущей на длине волны λm и разнесенных в пространстве, с помощью специальных устройств — оптических мультиплексоров (ОМ) — объединяются в один оптический поток λ1..λm, после чего он вводится в оптическое волокно. На приемной стороне производится обратная операция демультиплексирования (рис. 1.4).
Рис. 1.4.Структурная схема ВОСП со спектральным мультиплексированием WDM с устройством ввода/вывода OADM (а — Мультиплексоры с устройством ввода/вывода, b — Оптические усилители, c — Оптические переключатели).
Здесь k входных потоков данных (кодированных цифровых импульсных последовательностей) модулируют с помощью оптических модуляторов Mi оптические несущие с длинами волн λi. Модулированные несущие объединяются с помощью мультиплексора Mux в агрегатный поток, который после усиления (с помощью бустера или мощного усилителя – МУ) подается в ОВ. На приемном конце поток с выхода ОВ усиливается предварительным усилителем – ПУ, демультиплексируется, т.е. разделяется на составляющие потоки – модулированные несущие li, которые детектируются с помощью детекторов Дi (на входе которых могут дополнительно использоваться полосовые фильтры Фi для уменьшения переходных помех и увеличения тем самым помехоустойчивости детектирования), и, наконец, демодулируются демодуляторами ДMi, формирующими на выходе исходные кодированные цифровые импульсные последовательности. Кроме МУ и ПУ в системе могут быть использованы и линейные усилители (ЛУ).
Метод частотного уплотнения (FDM)
При частотном методе мультиплексирования FDM (FDM — Frequency Division Multiplexing) каждый информационный поток передается по физическому каналу на соответствующей частоте — поднесущей ƒпн. Если в качестве физического канала выступает оптическое излучение — оптическая несущая, то она модулируется по интенсивности групповым информационным сигналом, спектр которого состоит из ряда частот поднесущих, количество которых равно числу компонентных информационных потоков. Частота поднесущей каждого канала выбирается исходя из условия ƒпн ≥ 10ƒвчп, где ƒпн — частота поднесущей, ƒвчп — верхняя частота спектра информационного потока. Частотный интервал между поднесущими Δƒпн выбирается из условия Δƒпн ≥ ƒвчп. На приемной стороне оптическая несущая попадает на фотодетектор, на нагрузке которого выделяется электрический групповой поток, поступающий после усиления в широкополосном усилителе приема на входы узкополосных фильтров, центральная частота пропускания которых равна одной из поднесущих частот.
Уплотнение по поляризации (PDM)
Уплотнение потоков информации с помощью оптических несущих, имеющих линейную поляризацию, называется уплотнением по поляризации (PDM — Polarization Division Multiplexing). При этом плоскость поляризации каждой несущей должна быть расположена под своим углом. Мультиплексирование осуществляется с помощью специальных оптических призм, например, призмы Рошона. Поляризационное мультиплексирование возможно только тогда, когда в среде передачи отсутствует оптическая анизотропия, т.е. волокно не должно иметь локальных неоднородностей и изгибов. Это одна из причин весьма ограниченного применения данного метода уплотнения. В частности, он применяется в оптических изоляторах, а также в оптических волоконных усилителях, которые используются в устройствах накачки эрбиевого волокна для сложения излучения накачки двух лазеров, излучение которых имеет выраженную поляризацию в виде вытянутого эллипса.