10 способов борьбы с дисперсией

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 TrueWave
Balanced.
Этот кабель позволяет без использования
внешних компенсаторов передавать
сигналы высокоскоростных систем WDM
(DWDM
и 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.

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.

Одной из промышленных разработок, основанных на такой технологии изготовления оптического волокна, является новая модификация кабеля TrueWave, названная TrueWave Balanced. Этот кабель позволяет без использования внешних компенсаторов передавать сигналы высокоскоростных систем WDM (DWDM и 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.

Выбор волокна для компенсации дисперсии

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 DCM Corning имеем: тип В — 235x235x40 мм, тип D — 267x267x40 мм и тип С — 278x432x44 мм; для DCFM Sumitomo: 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.

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.

Расчет длины регенерационного участка

Более 300 лет назад солнечным днем Ньютон выложил такую игру.

Рисунок 1: Преломление света призмой

Он позволил солнцу сиять на призме. Пройдя через призму, свет растянулся в виде ленты, состоящей из красного, оранжевого, желтого, зеленого, синего, синего и фиолетового света, и проецировался на занавеску в комнате. Таким образом, кажущийся прозрачным солнечный свет сквозь призму превращается в невероятную цветовую полосу.

После этого Ньютон открыл в середине занавески вертикальную щель и поставил за занавеской вторую призму и вторую занавеску. Он повернул первую призму и поочередно спроецировал семь лент в щели первой занавески, а затем через вторую призму спроецировал их на вторую занавеску. Произошло чудо — свет разделился на множество отдельных цветов и подавался на второй занавес. Схема показана ниже:

Рисунок 2: второе преломление света

Ньютон использовал призму, чтобы раскрыть тайну: свет можно рассеять! Это то, что мы сейчас называем хроматической дисперсией света.

хроматический возникает дисперсия?

В эксперименте с треугольной призмой солнечный свет (составной свет) попадает в стекло из воздуха, а затем входит в воздух из другого стекла, преломляясь дважды. Известно, что все стремится к прибыли. Когда происходит преломление, свет выбирает кратчайший путь и движется вперед, минимизируя потери энергии. Из эксперимента с призмой Ньютона мы знаем, что составной свет состоит из множества одиночных огней разных цветов. Эти источники света имеют разные длины волн, и энергия разных длин волн света неравномерна. Света с разной длиной волны также имеют различия в выборе пути после преломления, поэтому они «разошлись» после выхода из призмы.

Итак, почему свет рассеивается? Оказывается, именно длины волн света вызывают хроматическую дисперсию. Различные длины волн света имеют разные показатели преломления и разные скорости распространения (пути) в разных средах, что неизбежно приведет к дисперсионному распространению света и образованию дисперсии.

Дисперсия света показывает, что скорость распространения света в среде тесно связана с показателем преломления. Чем больше показатель преломления, тем меньше скорость света. Вот формула:

V=C/N, C — скорость распространения света в вакууме (постоянная 300,000 XNUMX км/с); N — показатель преломления среды по отношению к свету.

Эффект хроматический дисперсия

Хотя дисперсия может привести нас к красочному миру, дисперсия не так прекрасна в области коммуникации. Хроматическая дисперсия является одним из важных факторов, приводящих к потерям при передаче оптического сигнала по оптоволокну. Это связано с тем, что показатель преломления света вызывает дисперсию, а дисперсия заставляет оптический импульс генерировать межсимвольные помехи, что приводит к уширению на выходе.

Что такое расширение?

Уширение — это увеличение ширины спектра света с разными длинами волн в среде из-за разных показателей преломления, что приводит к разным скоростям распространения. Другими словами, при прохождении луча света в среде некоторые световые волны имеют большой показатель преломления, что серьезно отклоняется от ВПП.

Некоторые световые волны имеют малый показатель преломления, и хотя они кривые, но могут двигаться в заданном направлении. Дисгармония световых волн приводит к тому, что ширина этого луча света становится больше, чем она была до входа в среду, что приводит к расширению.

В случае хроматической дисперсии чем больше расстояние передачи оптического сигнала, тем серьезнее распространение. Результатом является искажение сигнала и ухудшение характеристик битовых ошибок, что серьезно влияет на качество передачи информации. Как избежать влияния дисперсии на общение?

Как избежать влияния хроматический дисперсия?

После длительного периода исследований и исследований люди нашли метод компенсации, чтобы сбалансировать потерю рассеивания. Технология волокна с компенсацией дисперсии (DCF) является широко признанным методом компенсации дисперсии среди различных методов.

В обычной одномодовой волоконной системе волокно имеет высокую положительную дисперсию на рабочей длине волны 1550 нм. Характеристика положительной дисперсии: с увеличением длины волны показатель преломления постепенно уменьшается. В эти волокна необходимо добавить отрицательную дисперсию для компенсации, чтобы суммарная дисперсия всей волоконной линии была примерно нулевой. Волокно с компенсацией дисперсии () — это новый тип одномодового волокна, в основном предназначенный для длины волны 1550 нм. D CF имеет высокую отрицательную дисперсию на 1550 нм (отрицательная дисперсия имеет свойства, противоположные положительной дисперсии) и может использоваться для компенсации дисперсии в одномодовых волоконных системах. Как показано на рисунке ниже, сумма компенсированной положительной и отрицательной дисперсии приближается к нулю на длине волны 1550 нм.

Рисунок 3: Схематическая диаграмма компенсации дисперсии DCF

Ниже представлена формула для DCF применительно к одномодовому волокну:

D( λs)L + Dc(λs)L c=0

D( λ s) – коэффициент дисперсии одномодового волокна на рабочей длине волны λ s;

Dc( λ s) – коэффициент дисперсии DCF на рабочей длине волны λ s.

L и LC — длины обычного одномодового волокна и DCF соответственно.

В практических приложениях DCF и одномодовое волокно соединяются последовательно в линии передачи, чтобы компенсировать положительную дисперсию одномодового волокна на 1550 нм. При этом расстояние ретрансляции увеличивается, а потери уменьшаются, и может быть достигнута высокоскоростная связь с большой емкостью и связью на большие расстояния. Как показано ниже:

Рисунок 4: DCF и одномодовое волокно соединены последовательно

ДКФ имеет следующие преимущества:

Чем дольше оптический сигнал проходит по линии передачи, тем больше будут возникать другие потери, например затухание в линии. Необходимо рассмотреть возможность использования EDFA (усилитель волокна, легированного эрбием), чтобы избежать затухания в линии.

Сопутствующие товары

Модули
для компенсации дисперсии должны
удовлетворять ряду требований: малые
потери, широкий диапазон, малая величина
нелинейных эффектов, малые габариты и
вес, малая потребляемая мощность и малая
стоимость. Кроме того, желательно также,
чтобы величина дисперсии в модуле могла
регулироваться. В первых конструкциях
модулей компенсации дисперсии
использовалось специальное DC
волокно (DCF
— Dispersion
Compensating
Fiber).
Модули с DC

волокнами
удовлетворяют только двум из приведенных
выше требований: они обладают широкой
полосой частот и не потребляют мощность
(таблица № 1.5). В настоящее время они
являются ключевыми элементами в системах
со скоростью передачи 10 Гбит/с (STM-64).

Таблица № 1.5.
Параметры
модулей с DC
волокнами для компенсации дисперсии.

Хотя
отрицательная дисперсия DC
волокон позволяет компенсировать
положительную дисперсию SM
волокон в достаточно широком диапазоне
длин волн (рис. 1.36), однако наклон
дисперсионной характеристики DC
волокон не согласован с наклоном
дисперсионной характеристики SM
волокон. Компенсировать полную дисперсию
в линии до нужного уровня удается только
на одной длине волны

(обычно в середине
полосы усиления EDFA).
При этом в длинноволновой части диапазона
С линия будет обладать избыточной
отрицательной дисперсией, а в
коротковолновой его части избыточной
положительной дисперсией. То есть
возникает так называемая проблема
«рассогласования наклонов дисперсионных
характеристик».

Кроме
того, величина дисперсии в DC
волокне фиксирована и всего лишь примерно
в пять раз больше дисперсии SM
волокна. Поэтому для компенсации
дисперсии в линии с SM
волокнами необходимо использовать
длинные отрезки DC
волокон и вносить тем самым дополнительные
потери в линию. Потери в DC
волокнах складываются из трех основных
компонентов:

Рис. 1.36. Зависимость
дисперсии и потерь в стандартных DC
волокнах от длины волны

Обычно
модуль для компенсации дисперсии
размещают в стойке рядом с оптическим
усилителем. Однако из-за больших потерь,
вносимым модулем, его нежелательно
устанавливать на выходе оптического
кабеля, так как это приведет к уменьшению
сигнала на входе в оптический усилитель
и, следовательно, к увеличению отношения
сигнал/шум. Устанавливать модуль на
выходе оптического усилителя также
нежелательно — из-за большого уровня
мощности в DC
волокне возникнут сильные нелинейные
искажения сигнала.

Оптимальным
является размещение модуля между двумя
оптическими усилителями. При этом
потери, вносимые модулем, компенсируются
с помощью первого усилителя, но мощность
на его выходе еще не слишком велика, так
что она не приводит к заметным нелинейным
искажениям сигнала. Второй же оптический
усилитель разгоняет мощность до нужного
уровня.

Профиль
показателя преломления в DC
волокнах выполнен в виде узкого
центрального пика, окруженного кольцом
с меньшим скачком показателя преломления
(рис. 1.37). На коротких длинах волн мода
ведется в основном центральным пиком.
С увеличением длины волны диаметр моды
увеличивается, а модовый показатель
преломления, соответственно, уменьшается.
При этом изменяется коэффициент дисперсии
волокна, величина которого пропорциональна
(со знаком минус) второй производной по
длине волны от эффективного показателя
преломления волокна. Эта производная
проходит через максимум, когда поле
моды достигает кольца, окружающего
центральный пик.

Рис. 1.37.
Профили
показателя преломления DC
волокна (а) с коэффициентом дисперсии
порядка 100 пс/(нм∙км) и (б) с коэффициентом
дисперсии 1800 пс/(нм∙км) и шириной рабочего
диапазона 24 нм

Таким
способом удается создавать волокна,
обладающие большим (по модулю) отрицательным
коэффициентом дисперсии. Однако чем
больше величина коэффициента дисперсии,
тем уже полоса частот, в которой можно
скомпенсировать полную дисперсию в SM
волокнах. Промышленные DC
волокна (типичные значения D
= -100 пс/(нм∙км), S
= — 0.15 пс/(нм2∙км)
на λ = 1550 нм) позволяют компенсировать
дисперсию во всей полосе эрбиевого
усилителя (рис. 1.38).

Рис. 1.38. D C
волокно обеспечивает компенсацию
дисперсии SM
волокон в широком диапазоне длин волн,
так как у него не только знак коэффициента
дисперсии отрицательный (D
< 0), но и знак наклона дисперсионной
характеристики отрицательный (S
< 0)

Применение
DC
волокон наиболее эффективно в «старых»
линиях с SM
волокнами, однако в них для компенсации
потерь, вносимых DC
модулями, требуется устанавливать
дополнительные оптические усилители.
В новых линиях с NZDS
волокнами, как показано на рис. 1.39, при
той же длине ретрансляционного участка
требуется меньше оптических усилителей.

Рис. 1.39. Две
линии STM-64
(10 Гбит/с) с длиной регенерационного
участка в 240 км. В линии с NZDS
волокнами используются два оптических
усилителя, а в линии с SM
волокнами — три усилителя, так как DC
модули вносят дополнительные потери ~
20 дБ

В
качестве примера найдем зависимость
от длины волны степени компенсации
полной дисперсии (CR-Compensation
Ratio)
в линии с SM
волокнами и модулями DK-80.
Коэффициент CR
определяется как скомпенсированная
доля полной дисперсии в линии. Будем
полагать, как это часто делается, что в
рабочем диапазоне длин волн коэффициенты
дисперсии для SM
волокон D(λ)
и для DC
волокон DDC(λ)

зависят
линейно от длины волны (рис. 1.38). Тогда
для их описания достаточно трех
независимых параметров: длины волны
λс,
на которой осуществляется компенсация
полной дисперсии, коэффициента дисперсии
и наклона коэффициента дисперсии. Для
удобства расчетов все необходимые
параметры SM
волокна и модуля DK-80
приведены в таблице № 1.6.

Таблица № 1.6.
Дисперсионные
параметры SM
волокна и модуля DK-80
на λ = 1550
нм

Полная
дисперсия в линии в предвидении, что по
ней, возможно, в будущем будут передаваться
солитоны, обычно компенсируется не до
нуля, а до небольшого отрицательного
значения. Для упрощения расчетов положим,
что она скомпенсирована до нуля:

Тогда
нескомпенсированная часть полной
дисперсии в линии будет описываться
выражением:

S(AJ
(λ-λс)
L + SDC
(AJ (A,- be) LDC, (1.21)

а степень компенсации
дисперсии выражением:

Подставив в (1.22)
численные значения из таблицы № 2.4,
получаем

CR(λ)
=1 + 16 (λ-
1550)/1000. (1.23)

Зависимость
СR(λ)
изображена на рис. 1.40.

Рис. 1.40. Зависимость
степени компенсации от длины волны в
линии с SM
волокном длиной 80 км и модулем DK-80

Как
видно из рис. 1.40, на краю диапазона полная
дисперсия не скомпенсирована примерно
на 25 %, что при полной дисперсии линии
1360 пс/нм составляет величину около 340
пс/нм. Отсюда можно оценить максимальную
длину ретрансляционного участка в линии
с компенсирующими модулями DK-80.
Например, так как при скорости передачи
10 Гбит/с (STM-64)
полная дисперсия в линии должна быть
меньше 1000 пс/нм (таблица № 1.4), то получаем,
что длина этого участка может достигать
3×80 км = 240 км. В то же время для скорости
передачи 40 Гбит/с (STM-256)
компенсация дисперсии в линии оказывается
недостаточной, так как в этом случае
допустимая величина полной дисперсии
(60 пс/нм) меньше нескомпенсированной
доли полной дисперсии (340 пс/км).

Итак, тернистый путь построения DWDM привел нас к методам борьбы с затуханием и дисперсией. А тут всё просто: с дисперсией борются компенсаторами дисперсии, с затуханием – усилителями.

Начнем с компенсаторов дисперсии. Компенсатор дисперсии – пассивное устройство, технологически представляющее собой катушку волокна в некотором корпусе (например, 1U 19 inch). Особенность этого устройства в его внутреннем волокне – оно имеет отрицательное значение дисперсии, то есть, восстанавливает «размытый» сигнал. Значение дисперсии у такого волокна примерно 165 пс/(нм*км). Как следствие, компенсаторы дисперсии обычно характеризуются тремя цифрами: длина полностью компенсируемого обычного волокна, длина волокна в самом компенсаторе дисперсии и суммарное отрицательное значение дисперсии (например, для полной компенсации дисперсии в 80 км стандартного волокна (1360 пс/(нм*км)) требуется 8,2 км компенсирующего волокна, суммарный показатель дисперсии у которого равен -1360). Включаются компенсаторы дисперсии обычно на приёмной стороне линии связи (рисунок 3.1).

Рисунок 3.1 – Схема включения компенсаторов дисперсии.

Как выбрать нужный компенсатор дисперсии? Да тут все предельно ясно – взять документацию к трансиверу, посмотреть в раздел «приёмник» и найти там максимальное допустимое значение дисперсии. Потом посчитать значение дисперсии на трассе (длину трассы помножить на значение дисперсии в волокне используемого типа; значение указано в документации к волокну). Сравнить, и, если в волокне дисперсия больше, чем допускается в приёмнике трансивера – начинать присматривать компенсатор дисперсии.

Компенсатор выбрали, проставили – не работает! Вообще ничего не едет! Как так? А всё потому, что забыли, что компенсатор – это волокно, при том его много. Километры волокна! Просто оно в коробочке и без брони. А раз в линию добавилось волокно, значит, линия удлинилась. А это значит, что, скорее всего, в оптический бюджет уже «не пролезть». Надо усилить сигнал. Для этого существуют усилители.

Усилитель оптического сигнала – активное устройство, нелинейно усиливающее световой сигнал. Существует несколько разных типов усилителей, работающих по различным физическим принципам, но мы остановимся на EDFA усилителях – они более широко распространены и универсальны, нежели другие. Принцип действия EDFA усилителя в общих чертах следующий: за счет легированного эрбием волокна (в стекло, фактически, примешивается данный редкоземельный элемент) и одного-двух лазеров накачки создаётся ситуация, когда частицы эрбия сначала резко и мощно возбуждаются, а затем переводятся в состояние покоя, тем самым «выплёвывая» дополнительную энергию, которая усиливает световой поток, проходящий через данное волокно.

EDFA усилители бывают трёх типов: Мощные Усилители (Amplifier Booster), Линейные Усилители (Linear Amplifier) и Предварительные Усилители (Pre-Amplifier). Различаются они, в первую очередь, уровнями сигнала на входе.

Что означают пометки «чувствителен к шумам»? Дело в том, что световой сигнал, так же, как и любой другой, подвержен воздействию внешних факторов. Поставили бустер на входе в линию – получите остаточное усиление накачки (усиленное спонтанное излучение) и, как следствие, усиление шумовой составляющей. Криво воткнули коннектор – получайте отражённый сигнал и усиление шумовой составляющей, с ним связанной. Вариантов появления шумов в линии много, и для их характеристики ввели понятие Отношение Сигнал/Шум () – отношение мощности сигнала к мощности шумов, или разность мощности сигнала и мощности шумов в том случае, если эти параметры выражены в дБм.

Допустим, есть трасса 200км, в которой посередине стоит Линейный Усилитель. Сигнал, вышедший из бустера, имеет, к примеру, ОСШ 6/0. На входе в ЛУ сигнал является ослабленным и имеет некоторую шумовую составляющую (допустим, 3/1). Л У усиливает всё, что в него входит, а значит, усиливает и шум. По выходу из ЛУ сигнал будет иметь, к примеру, ОСШ 6/2. Потом сигнал опять затухнет и к нему опять добавится шумовая составляющая, и на входе в приёмник предусилителя (или аппаратуры демультиплексирования) поступит «грязный» сигнал. Приёмник будет иметь проблемы с детектированием и вообще всё плохо.

Пример, конечно, «взят с потолка», но проблема ясна: усилители – штука сложная, и их выбор требует тщательных исследований трассы на предмет наличия шумов и их составляющей в усиленном/восстановленном сигнале по итогу.

Отдельно следует отметить, что существуют усилители как для красного, так и для синего диапазона, а также усилители во всём диапазоне C и в диапазоне L. Ходят слухи, что в лесах Китайской Народной Республики видели широкополосные усилители для C+L диапазона, но они пока не востребованы.

Для полного понимания на рисунке 3.2 приведена схема расположения каждого типа усилителей.

Рисунок 3.2 – Схема расположения Amplifier Booster (AB), Linear Amplifier (LA)

и Pre-Amplifier (PA) в системе DWDM

Проще говоря, если нужно усилить сигнал – используем мощный усилитель (AB), если требуется регенерировать сигнал где-то «в поле» — ставим линейный усилитель (LA), а если необходимо «вытянуть» сигнал из бездны до вменяемой мощности – используем предусилители (PA). Ниже (Рисунок 3.3) представлена сетка усилений «от» и «до». Как видно из нее, зависимость усиления не линейна.

Рисунок 3.3 – Сетка усиления сигнала в зависимости от мощности сигнала на входе.

Следует отметить большими жирными и красными буквами, что УСИЛИТЕЛЬ УСИЛИВАЕТ ТОЛЬКО В ОДНОМ НАПРАВЛЕНИИ, а это значит, что их нужно два (один усиливает в одну сторону, другой – в другую). А если усилителей нужно два – то они должны работать по двум разным волокнам. А это, в свою очередь, значит, что в дальнобойной DWDM системе с усилителями и катушками компенсации (которых, кстати, в такой системе тоже должно быть две) необходимо использовать те самые мультиплексоры.

Ну вот и добрались почти до самого конца. С дисперсией поборолись, сигнал усилили, пробили невозможное ранее расстояние. Как же это выглядит? Смотрим рисунок ниже.

Рисунок 3.4 – Схема включения DWDM системы

с усилителями и компенсаторами дисперсии.

В качестве последнего штриха хочется отметить, что всю эту двухволоконную схему можно «загнать» в одно волокно, если использовать Фильтр Красного/Синего диапазона (Red/Blue Band Filter). При этом возможность использования линейных усилителей недоступна (по понятным причинам). Также заметим, что катушку компенсатора дисперсии лучше выносить предусилитель, если таковой в системе имеется (снизим общее влияние шумов). Окончательный вариант показан на рисунке 3.5.

Рисунок 3.5 – Схема включения DWDM системы уплотнения

с использованием Red/Blue Band фильтра.

Естественно, в DWDM, так же, как и в CWDM, используются OADM мультиплексоры, однако, использование и на сверхдлинных трассовых пролётах влечет за собой проблемы с затуханием, а также проблемы с приёмниками трансиверов, которые могут «захлебнуться» сигналом высокого уровня, сформированным усилителем.

Следует ещё раз обратить внимание на тот факт, что любой усилитель следует подбирать не только исходя из его выходной мощности, но также учитывать суммарную мощность входного сигнала. То есть, если передатчик трансивера C58 «светит» 4дБм в линию, то примерно через 30км (взято значение затухания 0.3дБм/км) его мощность будет (-5)дБм – максимальная планка, которую способен принять и усилить предусилитель. А если в линию «светят» сразу несколько трансиверов (например, С58 и С59) с одинаковой мощностью 4дБм каждый, то суммарный сигнал, пришедший на вход предусилителя, будет примерно равен (-2)дБм, что уже плохо потому, что предусилитель может просто не среагировать на столь мощный входящий сигнал и не усилить его. Поэтому DWDM хоть и кажется простым, но в действительности является сложной системой с кучей «подводных камней». Однако, если грамотно подойти к построению DWDM системы уплотнения, итогом может стать высококачественная дальнобойная система с гигантскими пропускными способностями.

В заключении хочется отметить, что китайские сетестроители активно используют DWDM при построении городских сетей на одном волокне, при этом обычно суммарное количество каналов в одной DWDM системе ограничивают двенадцатью-четырнадцатью полноценными дуплексными каналами связи. В нашей стране DWDM только начинает подниматься на ноги, и то только в качестве магистральной составляющей. Причина – крайне высокий порог вхождения как по финансовым, так и по техническим причинам. Но следует понимать, что на сегодняшний день стоимость любого трансивера 10G (двухволоконного, WDM, CWDM, DWDM) равна, а это, в свою очередь, значит, что вложив средства в DWDM, можно получить удобную расширяемую одно- или двухволоконную платформу (в отличии от CWDM, которая ограничена всего девятью полноценными дуплексными каналами, да и то с большим количеством вопросов как по дальности работы, так и по пропускной способности).

— DWDM можно использовать как на одном волокне (городская сеть, средне протяжённые магистральные трассы, дальнобойные трассы с использованием усилителей, компенсаторов и фильтров), так и на двух (максимально дальнобойные магистральные трассы);

— DWDM является одной из самых мощных систем уплотнения на сегодняшний день, имеет великое множество каналов и подканалов (зависит от выбранной частотной сетки);

— DWDM является одной из самых дальнобойных систем уплотнения за счет возможности использования EDFA усилителей;

— Стоимость DWDM системы высока на старте, при этом стоимость добавления нового канала ниже, чем у аналогичных систем уплотнения (CWDM);

— DWDM система очень требовательна к цифрам, поэтому для её качественной работы требуется проводить серьёзные расчеты и иметь высококвалифицированный обслуживающий персонал;

— DWDM можно строить как с использованием всех возможных типов усилителей и компенсаторов дисперсии, так и с использованием только необходимого типа (или вообще без усилителей/компенсаторов).

Данные статьи являются обзором, писались исключительно для ознакомления читателя с существующими технологиями (простым языком и для людей) и не претендуют на энциклопедичность. Все формулы и графики максимально упрощены для большего понимания и не претендуют на рабочие; использовать эти данные рекомендуется только в качестве «прикидочного» материала. Все существующие в обзоре схемы включения не являются эталоном и могут быть пересмотрены.

2 Выбор 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,
Lucent
Technologies,
Sumitomo
Electric.
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 DCM
Corning
имеем: тип В — 235x235x40 мм, тип D
— 267x267x40 мм и тип С — 278x432x44 мм; для DCFM
Sumitomo:
228x202x41 мм. В табл. 2.5 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
2.5 Параметры модулей компенсации
дисперсии.

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.

В данном
курсовом проекте была представлена
информация о способах волнового
уплотнения каналов технологии DWDM,
параметрах многоволновых мультиплексных
линий связи, технологиях мультиплексирования,
источниках излучения, лазерных диодах,
реализации усилителей EDFA
и о влиянии дисперсии на параметры ВОЛС,
и методах её компенсации. Продолжив
исследование в данном направлении,
возможен расчёт конкретной ВОЛС.