Обоснование технических требований к основным компонентам системы dwdm 31 1 Мультиплексоры и демультиплексоры 31 (стр. 8 из 21)

Применение мощных лазеров в передатчиках оправдано при отказе от необходимости использования промежуточных усилителей сигнала на линии. При этом на определенных участках сети может понадобиться ослабление мощности сигнала с помощью аттенюатора, чтобы большая мощность сигнала не приводила к нелинейным явлениям в некоторых компонентах систем DWDM. Избирательное (по длинам волн) ослабление мощности часто требуется и для того, чтобы “выровнять” спектр сигнала на входе усилителя EDFA и обеспечить равномерное усиление для всех каналов. Это особенно важно, когда в усилителе EDFA происходит добавление или выделение каналов.

На рисунке 3.5 изображен механически регулируемый оптический аттенюатор OptiX BWS 1600G.

Рисунок 3.5 - Механически регулируемый оптический аттенюатор

Поворот регулировочного винта по часовой стрелке приводит к увеличению значения затухания, т. е. к уменьшению выходной оптической мощности. Поворот регулировочного винта против часовой стрелки приводит к уменьшению значения затухания, т. е. к увеличению выходной оптической мощности. Оптический аттенюатор является высокочувствительным прибором, поэтому регулируют оптическую мощность с малым шагом.

4 Измерения и настройка систем DWDM

Применение технологии DWDM дает многочисленные преимущества, однако требует высокого уровня подготовки технического персонала и современного контрольно-измерительного оборудования.

После того, как система полностью смонтирована, необходимо провести измерения оптических и электрических характеристик линии связи и убедиться, что каждый канал работает на заданной длине волны, а все элементы системы спектрально выровнены в соответствии с техническими требованиями. С разработкой и появлением систем DWDM возникли и новые методы тестирования и контроля, позволяющие убедиться, что каждый компонент и набор компонентов работают корректно и обеспечивают заданные характеристики.

Определить характеристики сигналов и компонентов DWDM на порядок сложнее, чем при тестировании технологий с передачей сигнала на фиксированной длине волны. По мере развития технологии плотного волнового уплотнения частотные интервалы между каналами уменьшаются, эксплуатационные характеристики и требования к компонентам становятся все выше, а процедуры тестирования все сложнее. Такие оптические параметры, как вносимые потери, затухание при отражении, поляризационные эффекты, должны тестироваться для целого диапазона длин волн. А новые параметры, такие, как ширина полосы частот и перекрестная связь каналов, становятся не менее критичными для характеристики системы. Основные производители тестового оборудования незамедлительно отреагировали выпуском полнофункциональных и автоматических анализаторов оптического спектра специально для тестирования систем DWDM. Продолжающееся внедрение и возрастающая сложность компонентов DWDM поднимают вопрос об интеграции с существующими системами связи технологий их контроля, а также полной автоматизации испытаний.

4.1 Параметры сигналов и компонентов

Конечной целью измерений параметров сигналов в системах DWDM является проверка работоспособности линии, по которой идет множество информационных потоков, т. е. подтверждение того, что полезная информация не только передается по всему оптическому тракту и что ее можно выделить из общего сигнала на принимающей стороне.

Так как реальный сигнал имеет очень сложную структуру, к тому же меняющуюся во времени, то задачу контроля упрощают, измеряя несколько ключевых характеристик: спектральных, временных и поляризационных. Основными, конечно, являются параметры спектра, связывающие длину волны излучения и его мощность, измеренную в какой-либо точке оптического тракта. Анализ полученной зависимости позволяет достаточно точно судить о прохождении реальных сигналов, при условии незначительности нелинейных явлений, неизбежных в любой оптической системе. Важнейшими параметрами отдельного канала при контроле за реальными линиями являются центральная длина волны, максимальная мощность сигнала и ширина спектра канала.

Центральная длина волны, согласно рекомендации МСЭ, должна соответствовать одному из стандартных значений. В данном дипломном проекте применяется сетка каналов с шагом 100 ГГц.

Канальная мощность представляет интерес для расчета отношения сигнал/шум, что позволяет судить о надежности выделения полезной информации из пришедшего сигнала. Уровень шума при этом определяется по диаграмме спектра, точнее, по пороговому уровню сигнала. В протяженной линии, имеющей промежуточные усилители, на стадии строительства и ввода в эксплуатацию необходимо применять эталонные источники лазерного излучения, поскольку при расчетах используется так называемое «актуальное» отношение сигнал/шум как показано на рисунке 4.1, т. е. разница между полезным сигналом и уровнем аккумулированных шумов. В этом случае пороговый уровень включает в себя аккумулированные шумы и, соответственно, располагается выше.

Рисунок 4.1 - Влияние аккумулированного шума.

Чем длиннее линия, тем шире спектр сигнала, во-первых, из-за влияния нелинейных эффектов во всем волоконно-оптическом тракте и, главным образом, в усилителях, а во-вторых, в результате поляризационно-модовой дисперсии (Polarized Mode Dispersion, PMD) сигнала в оптическом кабеле. Контроль спектральной ширины канала особенно важен для систем с близко расположенными каналами, где даже небольшое расширение сигнала в спектральной области может означать его переход в соседнюю область.

Еще одна важная характеристика сигнала — стабильность указанных параметров во времени, в особенности стабильность центральной длины волны источника излучения в течение длительного времени, а также стохастические процессы вследствие, например, флуктуаций поляризационно-зависимых потерь на любом участке оптического тракта.

В идеальной системе DWDM демультиплексор должен выделить каждый компонент входного сигнала и направить его на отдельный выход, независимо от мощности сигнала в любом другом канале. Однако поведение реальных устройств отклоняется от описанного, и сигнал на выходе одного канала частично передается в другие каналы. Величина остаточного сигнала, появляющегося на различных выходах, определяется взаимным влиянием каналов (crosstalk).

Если измерения параметров тракта передачи дают неудовлетворительные результаты, то переходят к тестированию параметров отдельных компонентов: источников излучения, пассивных устройств и усилителей сигнала.

Пассивные оптические компоненты — соединительные муфты, мультиплексоры и демультиплексоры — характеризуются вносимыми потерями, связывающими длину волны тестирующего сигнала с мощностью сигналов на входе (каждом входе мультиплексора) и выходе (каждом выходе демультиплексора) устройства. При измерениях нелинейные эффекты обычно не учитываются, поскольку их практическая обработка слишком сложна. Поэтому о вносимых потерях судят только по нескольким параметрам работы каждого отдельного канала.

В первую очередь, это максимальные вносимые потери и соответствующая им центральная длина волны канала. Максимальные вносимые потери — критическая величина для работоспособности системы, от которой зависит амплитуда переданного сигнала. Если вносимые потери превышают суммарно допустимые потери системы, то сигнал нужно дополнительно усилить, чтобы компенсировать такое ослабление.

Рисунок 4.2 - Пропускная способность и полоса пропускания.

В системах DWDM всегда большое внимание уделяется взаимоувязке характеристик оптических фильтров. Вместо полной функции зависимости вносимых потерь от длины волны используются две близкие по смыслу величины — полоса пропускания (passband) и пропускная способность (bandwidth), показанные на рисунке 4.2. Ширина сигнала на уровне 1 дБ ниже максимума называется полосой пропускания, а ширина сигнала на уровне 20 дБ ниже максимума — пропускной способностью и относится обычно к устройствам фильтрации сигналов. При этом отношение указанных величин указывает на крутизну наклонов боковых сторон в диаграмме фильтра и существенно влияет на величину перекрестной связи каналов. Идеальные устройства должны иметь пропускную способность немногим более широкую, чем полоса пропускания, что позволило бы им производить практически полное подавление сигналов вне полосы пропускания светофильтра.

К пассивным элементам относится и волоконно-оптический кабель, основное влияние которого — вносимые потери, в том числе и поляризационно-зависимые. Обычно их эффект мал, но на протяженных линиях PMD начинает играть заметную роль. На прохождение сигнала в длинной линии оказывает значительное влияние и другой вид дисперсии — хроматическая, которая приводит к росту взаимного влияния соседних каналов.

Оптические усилители характеризуются, в первую очередь, своим коэффициентом усиления, зависящим, к сожалению, от длины волны. Для компенсации этой зависимости применяют дополнительные аттенюаторы. Кроме того, усилители вносят существенный вклад в межканальное влияние. Особенно сильно нелинейные эффекты проявляются при больших мощностях сигнала. Поэтому в современных системах суммарная мощность излучения по всем каналам не должна превышать 17 дБм. Проверка полной мощности сигнала до и после усилителя функционально необходима [6].

4.2 Методы измерения и контроля

Измерение и контроль оптических сигналов и компонентов обычно производятся по одной из трех методик: в первой используют лазер с перестройкой частоты и измеритель оптической мощности, в другой — широкополосный источник излучения и оптический анализатор спектра; третья методика предназначена для контроля поляризационно-зависимых потерь.