Влияние хроматической дисперсии при выборе оптимальной длины регенерационного участка на волоконно-оптической линии связи тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.13, кандидат технических наук Зелютков, Евгений Александрович

• Зелютков, Евгений Александрович
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Зелютков, Евгений Александрович

Введение

Глава 1. Основные положения для уточнения методики определения хроматической дисперсии при передаче сигналов по OB G-652 и G-655 МСЭ

1.1 Постановка задачи.

1.2 Уточнение исходных данных, связанное с определением хроматической дисперсии в одномодовом оптическом волокне с учетом форматов модуляции.

1.3 Основы распространения сигналов (в форме гауссовского импульса) по ОВ с учетом форматов модуляции.

1.4 Решения, полученные рядом авторов, их недостатки и уточнения в работе,основанные на уточненных исходных данных.

1.5 Рекомендации по уточнению методики расчета хроматической дисперсии в одномодовом ОВ по определению допустимой длины участка РГУ.

1.6 Выводы.

Глава 2. Исследование влияния начальной линейной частотной модуляции и определение длины участка регенерации.

2.1 Постановка задачи.

2.2 Основные положения по распространению гауссовского импульса при наличии начальной линейной частотной модуляции при различных форматах модуляции.

2.3 Определение длины РГУ для 3-го окна прозрачности при наличии хроматической дисперсии и начальной линейной модуляции.

2.4 Возможности использования начальной линейной модуляции для ВОСП-СР.

2.5 Методика определения длины РГУ для ВОСП-СР с учетом начальной линейной модуляции.

2.6 Выводы.

Глава 3. Использование фазовой самомодуляции для реализации передачи гауссовского импульса по ОВ.

3.1 Постановка задачи.

3.2 Методика по расчету совместного действия дисперсии групповых скоростей и фазовой самомодуляции.

3.3 Методика по расчету длины РГУ при совместном действии дисперсии групповых скоростей, начальной линейной и фазовой самомодуляции при ВОСП-СР.

3.4 Выводы.

Глава 4. Методика по расчету отношения сигнал/шум и вероятности ошибки для ВОСП-СР.

4.1 Постановка задачи.

4.2 Рекомендуемые решения по уточненной методике.

4.3 Разработка уточненной методики определения допустимого значения ООСШ для систем ВОСП-СР.

4.4 Уточненная методика расчета отношения сигнал\шум в оптическом и электрическом кагналах.

4.5 Упреждающая коррекция ошибки.

4.6 Предложения по внедрению ВОСП-СР с примерами уточняющих расчетов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Влияние хроматической дисперсии при выборе оптимальной длины регенерационного участка на волоконно-оптической линии связи»

Диссертационная работа посвящена уточнению передаточных характеристик одномодовых волокон волоконно-оптических линий связи (затуханию, дисперсии) и части нелинейных эффектов при переходе на высокие скорости передачи (10-40 Гбит/с) при внедрении спектрального уплотнения ВОСП-СР, корректировке допустимых длин регенерационных участков в зависимости от вида модуляции и самофазовой модуляции.

Широкое внедрение волоконно-оптических линий на сети Российской Федерации (РФ) требует использования оптических кабелей с одномодовыми оптическими волокнами разного типа на магистральном, внутризоновом , городском и сельском-участках сети (транспортной сети и сети доступа) с перспективой внедрения на всех участках сети плотного спектрального уплотнения (DWDM) ВОСП-СР.

Актуальными научными задачами в этом случае являются решения по оптимальному определению длины регенерационных участков на различных типах ОВ с учетом дисперсионных и нелинейных параметров, при которых обеспечивается организация большого числа каналов без ущерба экономическим характеристикам, связанным с переустройством волоконно-оптических линий связи (изменением расстояния между усилителем и регенератором). В известных работах Дж. Гауэра [14 ], Г. Агравала [13,16 ], А.Жирара [96 ], А.Б. Иванова [31 ], P.P. Убайдуллаева [36], В.Н. Листвина и др. [1-30] рассматриваются физические процессы, протекающие при распространении сигналов по оптическому волокну (ОВ). Фундаментальные основы оптических волноводов исследованы в монографиях Д. Маркузе, Х.Г. Унгера, Г. Агравала, А. Снайдера и Дж. Лав, Дж. Гауэра и др [1-30 ]. В приложении к технике оптической связи теория получила развитие в работах Е.М. Дианова, Н.А. Семенова, И.И. Гроднева, А.С. Беланова, Т.А. Черенкова, Алексеева Е.Б., Шарафутдинова P.M., Снегова А.Б. и др. [1-142].

Несколько причин ограничивают широкое применение на стандартном оптическом волокне G-652 спектральное уплотнение по длине волны:

1. Затухание

2. Хроматическая дисперсия

3. Поляризационная дисперсия

4. Нелинейные эффекты

Согласно исследованиям [16 ] показано, что определяющим фактором при определении длины усилительного или регенерационного участка до скорости передачи 6 Гбит/с играет затухание в ОВ и лишь при скоростях выше 6 Гбит/с определяющим фактором при определении длины регенерационного участка является хроматическая дисперсия. Поляризационная дисперсия начинает оказывать неприятные воздействия на характеристики передачи и выбор длины усилительного и регенерационного участка при скоростях 10 и 40 Гбит/с и выше.

Нелинейные эффекты могут вмешаться в этот процесс в случае превышения пороговой мощности, при которых они воздействуют на передачу при спектральном уплотнении и большой суммарной мощности, вводимой в ОВ.

С начала 90-х годов прошлого века на магистральной и внутризоновой сетях общего пользования прекратилось строительство новых линий с использованием металлических кабелей. За последние десятки лет в России проложено в земле и подвешено на опорах десятки тысяч километров волоконно-оптических кабелей. В ОАО «Связьинвест» по положению на январь 2004 года находилось в эксплуатации 257,1 тысяч километров* кабельных линий [101 ]. Из них 63367 км составляли оптические кабели. К концу 2005 года протяженность оптических кабелей возросла еще на 13000 км. Наибольшей сетью среди компаний, входящих в холдинг «Связь-Инвест», обладает ОАО «Ростелеком». Обьем первичной сети ОАО «Ростелеком» характеризует цифра 800 млн. кан. км. Общая протяженность сети ОАО «Ростелеком» превышает 200 тыс. км. Из них кабельные линии составляют 56%, PPJI - соответственно 44%. Протяженность линий волоконно-оптического кабеля составляет порядка 28-30 тыс. км. В качестве потребителей кабелей связи российские технологические сети, по меньшей мере, не уступают сетям общего пользования. Наибольшей по суммарной протяженности кабельных линий является сеть связи ОАО «РЖД». На этой сети суммарная длина оптического кабеля достигает 53 тыс. км. Аналогичные показатели в совокупности для сетей связи РАО ЕЭС России, ОАО «Связьтранснефть», ОАО «Газпром» соответственно равны 20 тыс. км. В итоге на ЕСЭ России без учета местных (городских и сельских) и специальных сетей связи имеется порядка 140 тыс. км. оптического кабеля.

Реальный срок службы оптических кабелей пока неизвестен. Из-за относительной молодости оптических кабелей на сети статического материала для достоверных выводов пока недостаточно. Формально в технической документации указывается такой же срок службы, как и для металлических кабелей, в среднем 25 лет. За 10-ти летний период времени на магистральной и внутризоновых сетях общего пользования и технологических сетях построено 140 тыс. км. оптических линий. При сохранении таких темпов строительства протяженность линий к 2020 и к 2045 гг. при отсутствии насыщения гипотетически будет равной 350 и 560 тыс. км.

Известно, что кабельные линии строятся вдоль транспортных и технологических инфраструктур. В табл. [1 ] приведены данные по протяженности основных российских транспортных и технологических инфраструктур

Таблица [1 ]. Инфраструктуры и потребность в линиях связи. Источник: Всемирный Банк и сайты компаний

Наименование инфраструктуры Протяженность (тыс. км.)

Дороги 533

Железные дороги 86

Магистральные ЛЭП 150

Магистральные нефтепроводы 47

Магистральные газопроводы 153

Итого инфраструктуры 896

Уровень насыщения сети кабелями 1165 j

Уровень насыщения сети кабелями получен исходя из предположения, что длина линий связи должна превосходить длину соответствующей инфраструктуры на 30%

Одной из наиболее динамично развивающихся оптических технологий, позволяющих увеличить пропускную способность BOJIC, является спектральное, или волновое, мультиплексирование (Wavelength Division Multiplexing - WDM), которое называют также спектральным уплотнением. Структура системы передачи со спектральным уплотнением показана на рис. 1.

Практический успех технологии спектрального уплотнения во многом обеспечили оптические усилителя, поскольку они являются широкополосными устройствами и способны усиливать групповой оптический сигнал. Именно по этой причине в линейных трактах систем со спектральным уплотнением в качестве промежуточных устройств экономически эффективно применять оптические усилители. Однако совсем без промежуточных генераторов построить линейные тракты большой протяженности невозможно. Дело в том, что оптические усилители способны компенсировать только энергетические потери в ОВ и не позволяют избежать накопления шумов и искажений от участка к участку. Поэтому после нескольких усилительных участков (обычно после 6-8) приходится ставить ре генератор, причем свой на каждую длину волны.

Рис.1. Структура СП со спектральным уплотнением

Другими компонентами, которые необходимы для реализации технологии спектрального уплотнения, являются источники оптического излучения с высокой степенью когерентности и точным значением частоты излучения, преобразователи длин волн (транспондеры), оптические приемные фильтры, оптические мультиплексоры и демультиплексоры, компенсаторы дисперсии и т.д.

Системы передачи со спектральным уплотнением являются основным средством создания полностью оптических транспортных сетей.

Технико-экономические преимущества технологии WDM, помимо увеличения пропускной способности ОВ заключаются:

• в возможности постепенного наращивания пропускной способности ОВ в процессе эксплуатации за счет задействования спектральных каналов;

• в осуществлении наращивания пропускной способности ОВ в процессе эксплуатации без перерыва функционирования действующих спектральных каналов;

• в использовании общих оптических усилителей для больших групп спектральных каналов.

Следует отметить, что практические достижения в области применения технологии спектрального уплотнения очень высоки. Уже достигнут «терабитный» уровень пропускной способности таких систем.

На рис.2 и 3 показана эволюция некоторых параметров, характеризующая прогресс технологии WDM, а именно, шага оптических несущих и ширины оптического диапазона, используемого для спектрального уплотнения.

Шаг оптических несущих частот регламентирован в рекомендации МСЭ-Т G.692 Следует отметить, что большинство параметров BOJIC со спектральным уплотнением являются взаимозависимыми. В частности, увеличение количества оптических каналов (максимальная ширина диапазона при минимальном шаге) приводит к уменьшению перекрываемого затухания и ограничивает скорость передачи по одному оптическому каналу. Увеличение скорости передачи также приводит к уменьшению перекрываемого затухания.

Спектральное уплотнение с шагом несущих частот, равным или меньшим 100 ГГц относят к категории DWDM (Dense DWDM), или плотного спектрального уплотнения. BOJIC с DWDM используются главным образом на супермагистралях. Особенностью этих BOJIC, рассчитанных на большие расстояния и на образование большого количества оптических каналов, является линейная конфигурация.

ГГц

250

200

150

100

50

1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007

Рис.2. Эволюция шага оптических несущих

ГГц 160 140 120 100 80 60 40 20 г /

Рис.3. Эволюция ширины оптического диапазона

В последние годы приобрели популярность BOJIC с названием Metro WDM. Эта разновидность BOJIC разрабатывалась для сетей крупных городов (Metropolitan Networks). Первоначально Metro WDM обеспечивала связь на относительно короткие расстояния (порядка 100 км) и использовала технологию так называемого неполного мультиплексирования с разделением по длинам волн (Coarse Wavelength Division Multiplexing - CWDM), затем аппаратура этого класса постепенно адаптировалась и для работы в условиях разветвленных участков магистральной сети.

14 и 12

1- s

10 л ь и 8 о а о 6

О

2 4 t о 2

Siemens

NTT

Lucent И

А. к * * i 4 И i i i ; t ! *

I * i * * * i i

A A A iililiii

1995 1997 1999 2001 2003

Год

2005

2007

После 5 лет затишья был поставлен рекорд по суммарной скорости передачи через одно оптическое волокно

Рис.4. Рекордная суммарная скорость передачи

10000

1000 if a> s c r 100

- £ i § Ш и

10 ♦ t ♦ ♦♦♦ t ♦ ♦ ♦ ♦ * * * ♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦ * ♦

1995

1997

1999

2001

2003

2005

2007

Год

Скорость передачи в канале и суммарная скорость передачи в канале могут различаться за счет различных модуляционных форматов

Рис. 5 . Эволюция скорости передачи в канале

В отечественной практике разработано ряд методик[31,70,127,128 ] для определения длин регенерационных участков, которые не полностью соответствуют предьявляемым требованиям:

• не точно определены исходные данные оптических импульсов при различных скоростях передачи;

• не учтены форматы модуляции при расчете дисперсионных параметров;

• не учтены решения, связанные с начальной частотной модуляцией гауссовских импульсов с учетом форматов модуляции;

• не учтены решения, связанные с одновременным воздействием хроматической дисперсии , начальной частотной линейной модуляции и форматов модуляции;

• не учтены решения, связанные с одновременным воздействием хроматической дисперсии, начальной линейной модуляции и фазовой само модуляции;

• не показано воздействие этих эффектов на линии с ВОСП-СР;

• не проверены полученные решения на экспериментальных результатах;

Основной целью диссертационной работы является разработка уточненной методики расчета параметров ВОЛС с учетом хроматической дисперсии, начальной линейной модуляции, фазовой самомодуляции с учетом формата модуляции и вероятности ошибки для различных систем передачи с учетом ВОСП-СР.

Актуальность темы и состояние вопроса

Широкое внедрение волоконно-оптических линий на сети Российской Федерации (РФ) требует использования оптических кабелей с одномодовыми. оптическими волокнами разного типа на магистральном, внутризоновом, городском и сельском участках сети (транспортной сети и сети доступа) с перспективой внедрения на всех участках сети плотного спектрального уплотнения (DWDM) ВОСП-СР.

Актуальными научными задачами в этом случае являются решения по оптимальному определению длины регенерационных участков на различных типах ОВ с учетом дисперсионных и нелинейных параметров, при которых обеспечивается организация большого числа каналов без ущерба экономическим характеристикам, связанным с переустройством волоконно-оптических линий связи (изменением расстояния между усилителем и регенератором).

Несколько причин ограничивают широкое применение на стандартном оптическом волокне G-652 спектральное уплотнение по длине волны:

5. Затухание

6. Хроматическая дисперсия

7. Поляризационная дисперсия

8. Нелинейные эффекты

Возрастание требований к широкополосности пропускной способности сети связи на всех участках транспортной сети и сети доступа приводит к необходимости увеличения скорости передачи с 2,5 Гбит/с до 40Гбит/с и выше, и внедрения спектрального уплотнения ВОСП-СР. Если при малых скоростях передачи на длину участка регенерации определяющим фактором был параметр затухания (до 6 Гбит/с), то с 10 Гбит/с и выше длину участка регенерации определяет дисперсия. При внедрении спектрального уплотнения требуется увеличить суммарную мощность, что приводит к нелинейным эффектам. Если от кросс-модуляции и четырехволнового смешивания можно избавиться за счет увеличения расстояния*между каналами, то фазовая самомодуляция может оказать отрицательный эффект на расстояние между усилителями и регенераторами.

Вместе с тем, сочетание методов модуляции, нелинейных эффектов за счет усиления сигналов и дисперсионных параметров оптических волокон (ОВ) позволяет управлять режимом компенсации дисперсии.

Фундаментальные основы физических процессов в двухслойных диэлектрических волноводах, результаты экспериментальных исследований изложены в многочисленных работах отечественных и зарубежных ученых. Из них можно выделить работы А.М:Прохорова, Е.М. Дианова, Д. Маркузе, Д. Гауэра, А. Хасегавы, Ф. Тапперта, Г.А. Хауса, Г.Агравала, Алексеева Е.Б. и очень многих отечественных ученых.

Для современных наземных волоконно-оптических линий связи типичная длина участка регенерации в зависимости от скорости передачи и типа ОВ лежит в пределах 80300км, а длина усилительного участка 80-120 км. Уточнение характеристик передачи стандартного ОВ типа G-652 по рекомендации МСЭ-Т и ОВ THna G-655 по тем же рекомендациям позволит оптимально решить задачу по компенсации хроматической дисперсии для ряда форматов модуляции с учетом начальной линейной модуляции и предварительной компенсации дисперсии за счет кодов Рида-Соломона.

Цель работы и задачи исследований

Диссертационная работа посвящена разработке метода определения дисперсионных характеристик при различных форматах модуляции с учетом фазовой самомодуляции и предварительной компенсации дисперсии с учетом избыточности мощности сигнала с применением кода Рида-Соломона при скоростях передачи 10 и 40 Гбит/с с использованием ВОСП-СР[127-142].

В соответствии с поставленной целью в диссертационной работе решаются следующие задачи:

• Разработка метода расчета параметров хроматической дисперсии с учетом различных форматов модуляции при скоростях передачи 10 и 40 Гбит/с для ОВ G-652 и ОВ G-655 по рекомендации МСЭ-Т.

• Определение длины РГУ с учетом начальной линейной частотной модуляции для рассматриваемых скоростей и форматов модуляции.

• Учет фазовой самомодуляции при определении длины РГУ с учетом форматов модуляции.

• Уточнение решений по определению отношения сигнал/шум для одноволновой передачи для рассматриваемых типов ОВ и форматов модуляции.

• Уточнение решений по определению отношения сигнал/шум и вероятности ошибки для ОВ при ВОСП-СР.

• Решения по предварительной коррекции ошибок с применением кодов Рида-Соломона.

Методы исследований

При решений поставленных задач использовались методы теории оптических волноводов, нелинейной оптики, теории линий передачи, теории дифференциального и интегрального исчисления и численного моделирования.

Личный вклад.

Все основные научные положения, выводы и рекомендации, составляющие содержание диссертационной работы, получены автором лично.

Научная новизна работы заключается в следующем:

• Получена методика для определения хроматической дисперсии для ОВ по рекомендации G-652 и G-655 МСЭ-Т для скоростей передачи 10 и 40 Гбит/с для одноволновой передачи с учетом форматов модуляции и отношения сигнал\шум в оптическом канале.

• Получена методика для определения хроматической дисперсии для одноволновой передачи с учетом начальной линейной частотной модуляции и форматов модуляции.

• Получены решения для определения отношения сигнал/шум и вероятности ошибки для указанных выше задач.

• Получены решения для определения отношения сигнал/шум и вероятности ошибки для указанных выше решений с учетом фазовой самомодуляции.

• Получены решения для определения сигнал/шум для ВОСП-СР в зависимости от числа каналов с учетом линейной частотной модуляции и фазовой самомодуляции.

• Доказана необходимость учета вышеназванных характеристик при определении длины регенерационного и усилительного участков.

• Разработана уточненная методика расчета длины регенерационного участка с учетом избыточности усиления с применением кода Рида-Соломона для управления дисперсией на ВОСП-СР.

• Получены патенты на конструкцию ОК, позволяющие оптимально и в короткий срок устранить повреждения на волоконно-оптической линии связи.

Практическая ценность

1. Разработанная методика расчета хроматической дисперсии с учетом различных форматов модуляции и отношения сигнал\ шум в оптическом канале при скоростях передачи 10 Гбит\с и 40 Гбит\с для оптических волокон,разработанных по рекомендации МСЭ-Т G-652, G-655 позволяет оптимально выбрать длину регенерационного участка, исходя из требований приемных устройств по параметру отношения сигнал\ шум в оптическом и электрическом каналах.

2. Разработанная методика определения длины регенерационного участка с учетом начальной линейной частотной модуляции для рассматриваемых скоростей передачи и форматов модуляции и отношения сигнал\шум в оптическом канале позволяет увеличить длину РГУ в 1,5-2 раза.

3. Разработанная методика определения длины РГУ с учетом фазовой самомодуляции в нелинейном формате также позволяет более точно определить длину РГУ при известных требованиях на отношение сигнал\ шум в электрическом канале.

4. Разработанная методика определения сигнал\ шум в оптическом и электрическом каналах для рассматриваемых оптических волокон, скоростей передачи и форматов модуляции при применении кодов Рида-Соломона позволяет увеличить длину регенерационного участка в 1,5-2 раза.

Реализация результатов работы

Основные результаты исследований, рекомендации по методикам расчета хроматической дисперсии и длины РГУ и методики определения отношения сигнал/шум и вероятности ошибки внедрены на предприятиях «Мостелефонстрой», «Комстар», «МТК-Телеком»

Полученные патенты на конструкции ОК рекомендованы заводам, производящим ОК,иВНИИКП.

Методики расчета хроматической дисперсии и отношения сигнал/шум и вероятности ошибки для ВОСП-СР внедрены в учебный процесс МТУ СИ в курсы «Волоконно-оптические линии связи», «Оптические направляющие системы и пассивные компоненты» , а также в курсы повышения квалификации «Оптические кабели и пассивные компоненты «Волоконно-оптические линии связи, строительство и эксплуатация».

Реализация результатов работы и достигнутый эффект подтверждены соответствующими актами.

Апробация результатов работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и были одобрены на конференциях:

• Российская научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава МТУСИ (Россия, Москва, 2007г., 2008г.г.).

• Международная конференция Международной Академии информатизации (Россия, Москва, 2008г.).

• Межвузовская научно-практическая конференция аспирантов на иностранном языке (Россия, Московская Академия Экономики и Права, 2006г.).

Публикации

Основные результаты диссертационной работы представлены в 17 печатных трудах, двух патентах на изобретение. Некоторые результаты отражены в отчетах по хоздоговорным НИР (2007г., 2008г.), в которых автор принимал участие в качестве соисполнителя. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, и двух приложений.

Заключение диссертации по теме «Системы, сети и устройства телекоммуникаций», Зелютков, Евгений Александрович

Выводы

1) Полученные уточнения методики касаются формата модуляции RZ и ширины оптического канала, равного 2В. При этом показано как учитываются решения, полученные в рекомендации G-957 и более простой эмипирической формулой. Показано, что они совпадают, т.к. основаны на едином подходе.

2) Показано, что при начальной частотной модуляции и фазовой самомодуляции можно достичь значительного увеличения расстояния (в два и более раз) и определиться с возможностью прохождения наибольшей регенерационной длины с помощью усилителя типа 2R (усилитель + компенсатор дисперсии) из-за воздействия поляризационной модовой дисперсии.

3) Необходимо учесть фазовую самомодуляцию на каждом канале, хотя ее влияние при скорости 10 Гбит/с будет незначительно.

4) При переходе на DWDM на действующих линиях связи, построенных на ОВ G-652А по рекомендации МСЭ-Т на скорости передачи 10 Гбит/с на одной волне 1,55 мкм необходимо:

- определить тип оборудования и вид применяемого кода NRZ или RZ

- остановиться на расстояниях между каналами 100 ГГц (0,8 нм) с целью избежать воздействия кросс-модуляции, четрехволнового смешивания и поляризационных эффектов

- ввести начальную линейную модуляцию на каждом канале с целью сохранения длины усилительных участков за счет компенсации с хроматической дисперсией или дисперсией групповых скоростей в третьем окне прозрачности.

6) Использование предварительной корректировки ошибки может также увеличить длину участка значительно больше дисперсионной длины при сохранении требуемой вероятности ошибки Ю'10.

7) В приведенном уточнении методики введено понятие Q0 и Q3 и учтена взаимосвязь между нами при определении отношения сигнал/шум к для одноволновой передачи, так и для ВОСП-СР

8) Главным решением является то, что к приемнику должен приходить сигнал с отношением сигнал/шум большим или равным значению ОСШ0 > 51g Q3, где Q0 -требуемое значение на данный момент, а большее значение учитывает необходимый системный запас.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. В первой главе показано, что Т0 определяется однозначно как т допустимое значение <J = -^-dM

2. Доказано, что параметр дисперсионная длина дает четкую связь между скоростью системы передачи сигнала Т0 и параметром дисперсии

Я2 групповых скоростей /?2 = D{--)

2 яС

3. Вводимые параметры дисперсионная длина и нелинейная длина позволяют определить, при каких условиях необходимо учитывать влияние дисперсии или дисперсии и нелинейных эффектов, что позволяет регулировать и исключить влияние нелинейных эффектов на выбор гр2 гр 2 rji 2 участка регенерации. Показано, что Ьд = —— =---= —-— и не

I Рг I 2,771 /?2 | 81 /?2 | зависит от выбранного способа расчета

4. Для различных ОВ и различных скоростей передачи определены параметры дисперсионных и нелинейных длин и допустимых длин с учетом потерь на дисперсию

5. Введено понятие Q-фактора для электрического Q3 и оптического Q0 каналов. На основании соотношения Р^ = Рэ получена четкая взаимосвязь между Q3 и Q0: Qa = , а отношение сигнал/шум = ^Оэ , т е.

ОСШ0 = ; ОСШэ = АОСШ0

6. Подтверждение полученных решений по Q0 и ОСШ0 приведено на рис.20 при измерениях на включении аппаратуры ВОСП «спина к спине» и с аттенюатором. В результате, получены потери на приеме сигнала, равные 4 дБ, что соответствует значению ОСШ0 = 4дБ и Q0 = 1,59 и

Q3 =6,4 и ОСШэ = 16,Ш> - в электрическом канале.

7. Полученное простое выражение гауссовского импульса позволяет:

• Определить потери мощности сигнала;

• Определить допустимый параметр Q-фактор;

• Определить отношение сигнал/шум и, следовательно, вероятность ошибки для различных форматов модуляции как для широкополосных, так и для узкополосных источников.

8. Полученные решения определяют связь между дисперсионной длиной и qфактором, который определяет вероятность ошибки при выборе длины участка регенерации.

9. Показано, что работы Фримана по расчету дисперсионной длины не дают однозначного ответа на решение вероятности ошибки и требуют дополнительного решения. Работа Билянски П. и Ингрем Д позволяет определить вероятность ошибки в электрической части системы (в электрическом канале) и не позволяют определеить длину регенерационного участка. Полученные в работе в 1-ой главе решения позволяют устранить данный недостаток.

10. Показано, что уширение импульсов для узкополосных и широкополосных источников приводит к потерям мощности сигнала. Согласно материалам МСЭ-Т Рекомендации G-691 в определенных случаях допускаются потери на дисперсию до 2дБ, тогда как в большинстве случаев эти потери не должны превышать 1дБ при максимальной вероятности ошибки Ю"10, что соответствует значению Q-фактора 6.4 или 16,2дБ.

11. Применение начальной линейной фазовой модуляции позволяет увеличить длину участка регенерации при положительном значении параметра модуляции С>0.

Наибольшее значение параметра модуляции с положительным знаком в аномальной дисперсионной зоне (в диапазонах L,S,C,L и U 1360-1675нм) дает значение С=1. Особенно это ощутимо в диапазоне С и L.

При потерях на дисперсию до 2дБ возможно получить длину регенерационного участка на стандартном волокне G-652 свыше 200км, а на волокне G-655 значительно больше. Несомненно, такие расстояния можно получить для одноволновой передачи и для формата модуляции NRZ. Для формата модуляции RZ эти расстояния будут значительно меньше. Однако, для ВОСП-СР с 8 каналами и больше при уменьшении расстояния между каналами наиболее эффективен формат модуляции RZ50%, RZ67% и возможно использовать начальную фазовую модуляцию с С=1 при формате модуляции RZ50% с целью увеличения длины участка регенерации и уменьшения влияния нелинейных эффектов.

12. За счет фазовой самомодуляции возможно увеличить расстояние между регенераторами-в том случае, если пренебречь другими нелинейными, эффектами. Фазовая самомодуляция может возникнуть как при одноволновой передаче, так и при передаче с системами ВОСП-СР.

13. Фазовая само модуляция приводит к уширению импульса при соотношении: > 1. Однако; при т < 1 можно получить эффект Li£ Li£ сжатия в аномальной зоне дисперсии ( в третьем окне прозрачности)

14. Приведенные расчеты показывают, что можно увеличить длину участка регенерации до 2 LD и более. Увеличивая длину за счет фазовой самомодуляции мы сохраняем значение Q-фактора и, следовательно, вероятность ошибки 10'9.

15. Учитывая, что ВОСП-СР работает в диапазоне 1530-1565нм, где параметр р2 имеет отрицательную величину, целесообразно при одноволновой передаче использовать начальную линейную модуляцию (чирп), имеющую положительное значание и формат модуляции NRZ. В результате, длину регенерационного участка можно увеличить в 1,5раза при допустимом уровне потерь помщности в 2дБ.

Ьдоп = 1,236-1,5/^ = 1,85Ld Так, при скорости передачи 10 Гбит/с д=57,6км, Ьдоп=106,8км при этом ОСШоп = ЛдБ при Q3= 6,4. Однако, более ощутимые результаты получают с использованием самофазовой модуляции при чирпировании импульса и формате модуляции NRZ при допустимом уровне потерь в 2дБ.

16. Полученные уточнения методики касаются формата модуляции RZ и ширины оптического канала, равного 2В. При этом показано как учитывать решения, полученные в рекомендации G-957 и более простой эмпирической формуле. Показано, что они совпадают, т.к. основаны на едином подходе.

17. Использование предварительной корректировки ошибки может также увеличить длину участка значительно большую дисперсионной длины при сохранении требуемой вероятности ошибки Ю"10.

18. В работе связаны семь важных параметров: Q-Фактор,вероятность ошибки, отношение сигнал/шум (оптический канал), отношение сигнал/шум (электрический канал), длина участка регенерации (усиления), дисперсионная длина и скорость передачи, дисперсионное уширение. Дисперсионная длина и скорость передачи определены в работе

Т2

Агравала: LD = , однако можно более широко обозначить эту длину:

Рг

2 rjy 2

Ld = —— = —— и во всех случаях получаем одну и ту же длину для данной системы %Р2 2,77Рг передачи.

19. Уширение гауссовского импульса определяется выражением:

Т. = 7] 1,665 = 7j2,83 ^ L г \2 Т л

05

20. Q0 -фактор определяется выражением Q0 = т 2 2 16

4 p2z В результате: Qq =

2 L D

Отсюда z! Ld =2/ Qq. При скоростях 10 и 40 Гбит/с используются узкополосные источники для этих скоростей существют ограничения на дисперсионную длину для

Z . 1

В Г~~~~ 1 различных форматов модуляции: —-yJP2z ^ —, т.е. м

LDd2 2

21. Учитывая эти решения: i = т." Ц

1 + V vQo у

22. Коэффициент уширения гауссовского импульса за счет дисперсии Т определяется выражением: 5 = 101g— = 51g

1 + 2n2

Qo

23. Эмпирическая формула, приведенная в рекомендации МСЭ G-692 позвоялет с учетом полученных решений и допустимых длин принять решение для увеличения длины участка регенерации и усилительных участков за счет введения дополнительного усилителя мощности на выходе после передатчика и предусилителя на входе приемника, а также принять меры по компенсации дисперсии.

24. Приведенная упрощенная формула полностью совпадает по результатам с эмпирической формулой рекомендации МСЭ-Т

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Зелютков, Евгений Александрович, 2009 год

1. Гроднев И.И. Волоконно-оптчиеские линии связи. М.радио и связь 1990. 224с.

2. Гроднев И.И., Мурадян А.Г., Шарафутдинов P.M. Волоконно-оптические системы передачи и кабели. М.радио и связь. 1993. 264с.

3. Беланов А.С., Дианов Е.М. Соотношения для расчета параметров многомодовых волоконных световодов в системах передачи. Электросвязь. 1985 №10. с7-9

4. Шевченко В.В. Поперечная краевая задача для собственных волн круглого диэлектрического волновода (строгая теория). Радиотехника и электроника. 1982. 232с.

5. Дианов Е.М. Основы волоконно-оптической связи. М. Сов. Радио, 1980,232с.

6. Семенов Н.А. Оптические кабели связи. Теория и расчет. М.радио и связь, 1981. 153с.

7. Андрушко Л.М. Одномодовые и маломодовые диэлектрические волноводы для волоконно-оптических линий связи, 1979, т.17, с87-101

8. Андрушко Л.М., Вознесенский В.А., Свешникова С.В. Волоконно-оптические линии связи. К. Техника 1988,240с.

9. Андрушко Л.М., Литвиненко О.Н. Метод синтеза плоских диэлектрических волноводов, основанный на решении обратной задачи Штурма-Лиувилля. Радиотехника и электроника. 1977, т.22, №11, с272-283

10. Андрушко Л.М. Основы синтеза плоских и круглых диэлектрических волноводов оптического диапазона. Квантовая электроника, 1982, №23, с98-107

11. Семенов Н.А., Черенков Г. А. Диэлектрические волноводы оптического диапазона. Итоги науки и техники. Радиотехника, М.ВИНИТИ, 1974, т.5 с 110177

12. Маркузе Д. Оптические волноводы. М.Мир 1974. 576с.

13. Унгер Х.Г. Планарные и волоконные оптические волноводы. М.Мир. 1980. 656с.

14. Agrawal G.P. Applications of nonlinear fiber optics — Academic Press. 2001. 458p.

15. Okamoto K. Fundamental of optical waveguides Academic Press. 2000. 428p.

16. Снайдер А., Лав. Жд. Теория оптических волноводов. М. Радио и связь, 1987, 656с.

17. Адаме М.Введение в теорию оптических волноводов М.Мир, 1984. 512с.23. .Kartalopoulos S.V.Introduction to DWDM Technology,ШЕЕ PRESS,N.Y.,2000,252р.

18. Беланов A.C., Кривенков В.И., Коломийцева Е.А. Расчет дисперсии в световодах со сложным профилем показателя преломления. Радиотехника 1998г. №3 32-35с.

19. Ларин Ю.Т. Оптические кабели. М.престиж 2006. 304с.26. .Кивштарь К.С.,. Агравал Г.П. Оптические солитоны. М.Физматлит. 2005. 648с.

20. Материалы международного Союза Электросвязи МСЭ-Т G-955,G-652, G-655< G-656

21. Былянски П., Ингрем Д. Цифровые системы передачи. Пер. с англ. Языка под ред. Визеля А.А. М.Связь 1980г. 380с.

22. Рогачев Д.В., Бондаренко О .В., А.Ф. Дашенко, А.В. Чсов. Волоконно-оптические кабели. Одесса. Астропринт. 200г. 536с.

23. Волоконно-оптическая техника. Совмеменное состояние и перспективы. Под ред. Дмитриева С.А. и Слепова Н.Н. ООО «Волоконно-оптическая техника» М.2005. 576с.

24. Иванов А.Б. Волоконная оптика. Компоненты, системы передачи, измерения M.Syrus Systems, 1999, 627с.

25. Шен И.Р. Принципы нелинейной оптики. М.наука, 1989

26. Коротеев Н.И., Шумай И.Л. Физика мощного лазерного излучения. Наука 1991г.

27. Ландсберг Г.С. Оптика. Учебное пособие для вузов 6-е изд. М.Физматлит, 2003.

28. ITU-T Recommendation G.663 Application related aspects of optical fiber devices and sub-systems (04.00)

29. Убайдулаев P.P. Волоконно-оптические сети. М.эко-Трендз, 2000

30. ITU-T Recommendation G.652. Characteristics of a single-mode optical fibre-cable38.