Волоконно – оптические системы передачи

Содержание конспекта лекций Введение ............................................................................................................................... 4 Список сокращений и обозначений ............................................................................... 5 Лекция 1 ............................................................................................................................... 7 Тема 1. Основные задачи техники цифровых оптических систем передачи…...7 Введение…....……………………………………………………………………….. 7 Раздел 1.1. Основные задачи техники цифровых оптических систем передачи .7 Выводы……………………………………………………………………………....11 Контрольные вопросы………………………………………………………………11 Лекция 2 ……………………………………………………………………………………12 Тема 2. Структура оптических цифровых телекоммуникационных систем ..... 12 Введение ................................................................................................................. 12 Раздел 2.1 Структура оптических цифровых телекоммуникационных систем...12 Выводы по теме ..................................................................................................... . 20 Контрольные вопросы . ......................................................................................... .. 20 Лекция 3 .............................................................................................................................. 21 Тема 3. Линейные коды ВОСП и оценка их параметров. ……...………… ……21 Введение .................................................................................................................. 21 Раздел 3.1 Линейные коды ВОСП и оценка их параметров…….. ..…………….21 Выводы……………………………………………………………………………… 23 Контрольные вопросы ............................................................................................. 23 Лекция 4 .............................................................................................................................. 24 Тема 4. Регенерация сигналов в ВОСП…………………………...………… ……24 Введение .................................................................................................................. 24 Раздел 4.1 Регенерация сигналов в ВОСП………………………….…………….24 Выводы……………………………………………………………………………… 27 Контрольные вопросы ............................................................................................. 27 Лекция 5 …………………………………………………………………………………… 28 Тема 5. Спектральное уплотнение. Технология DWDM (плотные WDM)..…….28 Введение .................................................................................................................. 28 Раздел 5.1 Технология DWDM (плотные WDM) ................................................. 28 Выводы……………………………………………………………………………….34 Контрольные вопросы ............................................................................................. 34 Лекция 6 .............................................................................................................................. 35 Тема 6. Технология CWDM ..……………………………………………… ……35 Введение .................................................................................................................. 35 Раздел 6.1 Технология CWDM ............................................................................... 35 Выводы……………………………………………………………………………… 39 Контрольные вопросы ............................................................................................. 39 Список использованных источников…...…………………………………………………40 Глоссарий………………………………………………………………………………….…41 3 Введение Целью и задачами преподавания дисциплины «Волоконно – оптические системы передачи» является изучение общих принципов построения и функционирования волоконно – оптических систем передачи (ВОСП), принципов организации и расчета параметров цифровых волоконно-оптических линейных трактов (ОЛТ), методов расчета параметров каналов и групповых трактов, организованных посредством ВОСП, а также вопросов их технической эксплуатации. Кроме того, целью преподавания дисциплины является ознакомление студентов с российскими и международными стандартами в области телекоммуникаций и перспективами развития оптических цифровых телекоммуникационных систем. Освоение курса ВОСП базируется на основных смежных курсах: «Физика», «Теория электрической связи», «Основы построения телекоммуникационных систем и сетей», «Устройства цифровой обработки сигналов», «Нелинейная оптика», «Физические основы волоконной и интегральной оптики», «Оптоэлектронные и квантовые приборы и устройства», «Микропроцессорная техника в оптических системах связи», «Оптические направляющие среды и пассивные компоненты ВОЛС». 4 Список обозначений и сокращений АЛ АМТС АРУ АСК АРП АТС АСТЭ ВЗГ ВОЛП ВОЛС ВСС ГСЭ ГТС ДП ЗС ИКМ К.З. ЛАЦ ЛД ЛТ ЛФД МДМ МСЭ-Т НРП НС ОВ ОК ОП ОРП ОЦК ПОМ ПОРП ПРОМ ПЦИ ПЭГ РАТС РП РС РТМ РТЦ РУ СКТВ СЛ СТМ СЦИ ТКС ТМ ТО ТРС ТС ТСЛ - абонентская линия; - автоматическая междугородняя телефонная станция; - автоматическая регулировка уровня; - аппаратно-студийный комплекс; - аппаратура регенерационного пункта; - автоматическая телефонная станция; - автоматическая телефонная станция электронная; - ведомый задающий генератор; - волоконно-оптическая линия передачи; - волоконно-оптическая линия связи; - взаимоувязанная сеть связи; - генератор сетевого элемента; - городская телефонная сеть; - дистанционное питание; - звуковое сообщение; - импульсно-кодовая модуляция; - короткое замыкание; - линейно-аппаратный цех; - лазерный диод; - линейный тракт; - лавинный фотодиод; - минимальная детектируемая мощность; - Международный Союз Электросвязи, комитет по Телефонии; - необслуживаемый регенерационный пункт; - неразъемное соединение; - оптическое волокно; - оптический кабель; - оконечный пункт; - обслуживаемый регенерационный пункт; - основной цифровой канал; - передающий оптический модуль; - полуобслуживаемый регенерационный пункт; - приёмный оптический модуль; - (PDH) плезиохронная цифровая иерархия; - первичный эталонный генератор; - районная АТС; - регенерационный пункт; - разъемный соединитель; - руководящий технический материал; - радио -, телецентр; - регенерационный участок; - система кабельного телевидения; - соединительная линия; - (STM) синхронный транспортный модуль; - (SDH) синхронная цифровая иерархия; - телекоммуникационная система; - терминальный (оконечный) мультиплексор; - техническое обслуживание; - токораспределительная сеть; - транспортная сеть или система; - транссибирская линия; 5 ТСС ТЭ УВС УИС УС ФД ЦСП ЦУС ЭПУ APS ADM B-ISDN BBER DCC DM DCCM DCCR ECC ESR ETSI FS IEEE LAN - тактовая сетевая синхронизация; - техническая эксплуатация; - узел входящих сообщений; - узел исходящих сообщений; - узел связи; - фотодетектор; - цифровая система передачи; - центральный узел связи; - электропитающее устройство; - автоматическое защитное переключение; - мультиплексор ввода/вывода; - широкополосная сеть с интеграцией служб; - Кош по блокам с фоновыми ошибками; - канал передачи данных; - несрочная сигнализация; - канал передачи данных в мультиплексной секции; - канал передачи данных в регенерационной секции; - канал управления; - Кош по секундам, с ошибками; - Европейский институт стандартов в области связи; - балласт; - институт инженеров по электронике и радиотехнике; - локальная вычислительная сеть; 6 Лекция 1 Тема 1. Основные задачи техники цифровых оптических систем передачи. Введение. В лекции рассматривается принцип построения ВОСП. Любую систему передачи можно представить в виде трех основных частей: - каналообразующего оборудования (КОО); -оборудования сопряжения (ОС); -оборудования линейного тракта (ОЛТ). Каждая часть оборудования выполняет строго свои функции в тракте передачи и приема. В настоящей и последующих лекциях рассматриваются последовательно принципы построения каждой части ВОСП. Раздел 1.1 Основные задачи техники цифровых оптических систем передачи. Структура оптических цифровых телекоммуникационных систем В настоящее время ускорение технического прогресса невозможно без совершенствования средств связи, систем сбора, передачи и обработки информации. В вопросах развития сетей связи во всех странах большое внимание уделяется развитию систем передачи и распределения (коммутации) информации. Наиболее широкое распространение в последнее время получили ВОСП с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ), работающие по волоконно-оптическим кабелям (ОК). В настоящее время волоконно-оптическая связь широко применяется не только для организации телефонной связи, но и для кабельного телевидения, видеотелефонии, радиовещания, передачи данных и т.д. Дальнейшему развитию методов и аппаратуры волоконно-оптических систем передачи (ВОСП) способствуют уникальные свойства волоконно-оптических линий связи (ВОЛС): - малые затухание и дисперсия оптических волокон (ОВ); - гибкость в реализации требуемой полосы пропускания; - широкополосность; - малые габаритные размеры и масса ОВ и ОК; - невосприимчивость к внешним электромагнитным полям; - отсутствие искрения при обрывах, коротком замыкании и ненадёжных контактах; - допустимость изгиба световода под малым радиусом; - низкая стоимость материала световода; - возможность использования ОК, не обладающих электропроводностью и индуктивностью; - высокая скрытность связи; - высокая прозрачность ОВ; - возможность постоянного усовершенствования системы связи по мере появления источников с улучшенными характеристиками. Отечественными и зарубежными фирмами разработана и продолжает разрабатываться широкая номенклатура волоконных световодов и оптических кабелей для ВОСП различных предназначений и структур. Для широкополосных систем дальней связи, в частности магистральных, изготавливаются кабели с одномодовыми волокнами, т.е. волокнами, в 7 которых распространяется лишь основной тип колебаний. Здесь одновременно предъявляются и наиболее высокие требования по снижению затухания и дисперсионных искажений. Изготавливаются волокна, обеспечивающие сохранение поляризации в распространяющемся оптическом излучении. Такие кабели, предназначенные для магистральной связи, весьма сложны в изготовлении и относительно дороги. Кроме того, их использование предусматривает сочетание с лазерными передающими оптическими модуляторами (ПОМ), к которым также предъявляются повышенные требования в отношении спектральной чистоты излучения, высокой стабильности всех характеристик излучения и т.д. Например, АО «Самарская оптическая кабельная компания» для использования на Взаимоувязанной сети связи (ВСС) производит оптические кабели ОКЛ, встраиваемые в грозозащитный трос и самонесущие кабели. В них используется оптические волокна фирмы Corning – крупнейшего производителя ОВ в мире. В последнее время на ВСС широко внедряются ТКС синхронной цифровой иерархии (СЦИ, англ. SDH) работающих, также по ВОЛС. SDH – это набор цифровых структур, стандартизированных с целью транспортирования нужным образом адаптированной нагрузки по физическим цепям. В SDH реализуется комплексный процесс перемещения информации, включающей в себя не только передачу сигналов, но и глубокую автоматизацию функций контроля, управления и обслуживания (ОАМ – Operation, Administration and Management). SDH разработана с учетом недостатков РDH и по сравнению с последней имеет следующие преимущества: 1. Возможность передачи широкополосных сигналов, предполагаемых в будущем. 2. Синхронизация сети и синхронная техника мультиплексирования. 3. Использование синхронной схемы передачи с побайтным мультиплексированием. 4. Временное выравнивание за счет побайтового двухстороннего стаффинга. 5. При мультиплексировании осуществляется синхронизация под входные сигналы. 6. Возможность плезиохронной работы при необходимости. В этом случае стаффинг осуществляется за счет двустороннего побитового выравнивания. 7. SDH удачно сочетается с действующими системами РDH и позволяет существенно улучшить управляемость и эффективность этих сетей. 8. Мультиплексирование с использованием техники указателей (пойнтеров). Фазовые соотношения между циклом SТМ и полезной нагрузкой записывается с помощью указателей. Таким образом, доступ к определенному каналу возможен за счет использования указателя. 9. Сокращение потребности в аппаратуре вследствие эффективности ввода/вывода потоков без разуплотнения группового сигнала. Это позволяет выделять сигналы только требуемых каналов для взаимодействия между системами и при реализации ответвлений. При этом требуется меньше оборудования, снижается потребление энергии, уменьшается занимаемая площадь, снижаются затраты на эксплуатацию. 10. Создается возможность ввода/вывода компонентных сигналов на любом пункте. 11. Встроенная система оперативного переключения сокращает потребности в аппаратуре, улучшает производительность и надежность сети, позволяет выполнять кросс- коммутацию потоков на различных уровнях согласно планируемой конфигурации сети, а также ускоряет процедуры восстановления сети в аварийных ситуациях. 12. SDH обеспечивает надежную трассу передачи системой указателей, которая способствует безупречной работе даже в случае, когда узлы не синхронизированы. Для стыковки сигналов РDH применяется юстификация по битам. Все это вместе гарантирует исключительно низкий коэффициент ошибок по битам. 13. Кольцевые сети SDH обеспечивают экономичное резервирование маршрута и оборудования без сложных схем резервирования сети. 14. Высокая надежность и само восстанавливаемость сети с использованием резервирования и автоматического переключения в обход поврежденного участка за счет полного мониторинга сети и использования кольцевых топологий. 8 15. Простота перехода с одного уровня SDH на другой. Структура мультиплексированного сигнала SТМ – N идентична структуре сигнала SТМ-1. Скорости транспортировки сигналов SТМ – N определяются умножением базовой скорости 155,52 Мбит/с на N, поэтому при мультиплексировании не требуется формирования нового цикла. 16. Гибкая структура цикла предоставляет возможность для наращивания пропускной способности системы. 17. Прозрачность сети SDH для передачи любого трафика, обусловленная использованием виртуальных контейнеров. 18. Возможность прямого преобразования электрического сигнала в оптический без сложного линейного кодирования. Управление за счет контроля количества ошибок на различных участках передачи информации. Традиционное оконечное линейное оборудование становится не нужным, оно объединяется с аппаратурой мультиплексирования для повышения эффективности. 19. Единый всемирный стандарт для производителей оборудования, высокий уровень стандартизации SDH технологий и стандартизованный линейный код NRZ обеспечивают совместимость мультиплексного и линейного оборудования разных фирм – изготовителей. 20. Нет необходимости в отдельной сети управления, так как сигнал SТМ содержит стандартные сигналы контроля и управления. Управление сетью можно сосредоточить в одном узле. 21. Предоставление услуг по требованию, обеспечиваемое гибкими элементами сети и эффективным управлением сетью. 22. Сокращение издержек технической эксплуатации (ТЭ) и технического обслуживания (ТО) вследствие широких возможностей сетевого управления в системах SDH. Управление функциями передачи, резервирования, оперативного переключения, ввода/вывода и контроля на каждой станции и во всей транспортной системе осуществляется программно и дистанционно по каналам, встроенным в цикл STM, полная автоматизация процессов эксплуатации сети SDH, радикально повышает её гибкость и надежность, а также качество связи. Особенности ВОСП 1. Высокая помехоустойчивость. 2. Независимость качества передачи от длины линии связи – и цифровой транзит не снижает качества связи. 3. Стабильность параметров каналов ВОСП. 4. Эффективность использования пропускной способности ВОСП для передачи дискретных сигналов, так как: - ввод может быть осуществлен непосредственно в групповой тракт; - при вводе дискретного сигнала на временные позиции, соответствующие 1-му каналу ТЧ, могут передаваться со скоростью 64 кбит/с; - ввод дискретных сигналов в групповой тракт позволяет значительно снизить требования к частотной и фазовой характеристикам канала ТЧ; 5. Возможность построения цифровой сети связи: - при этом считаются принципы построения ЦСП и оборудования коммутации цифровых сигналов; - помехозащищенность оборудования транзита и коммутации является достаточно высокой; - параметры каналов практически не зависят от структуры сети; - высокая надежность сети. 6. Высокие технико-экономические показатели: - большой удельный вес цифрового оборудования; - высокая степень унификации оборудования; - нет необходимости регулировки узлов аппаратуры; - снижение стоимости оборудования и ее габаритов. 7. Более простая математическая обработка передаваемых сигналов (ЦОС). ЦОС направлена на устранение избыточности в исходных сигналах, перекодирование передаваемых сигналов. Например, в результате перекодирования телевизионный сигнал, исходная скорость которого 114 Мбит/с уменьшается до 35 Мбит/с. 9 ЦОС – цифровая обработка сигналов для формирования спектра, объединение и разделение сигналов, оценки характеристик и параметров сигналов (например, спектра). По-сравнению с аналоговыми методами ЦОС позволяет достигать более высокой точности и технологичности. Области применения ВОСП 1. Уплотнение соединительных линий на ГТС. 2. Интегральная система связи электронных АТС. 3. Радиорелейные системы передачи прямой видимости и тропосферные системы передачи. 4. Спутниковые системы передачи с многостанционным доступом. 5. Волноводные и оптические системы передачи. Параметры каналов ТЧ ЦСП. ВОСП формируют стандартные каналы ТЧ, параметры которых нормируются и во многом совпадают с соответствующими параметрами каналов АСП. Особенности обусловлены операциями дискретизации по времени, квантованием по уровню и кодированием сигнала. Обобщенная схема оптической цифровой телекоммуникационной системы (ВОСП) показана на рис.1.1 ОЛТ А 1 2 КОО ОС ОВ ОПер Б ОВ ОР ОПр ОС N КОО 1 2 N Промежуточная станция Рисунок 1.1. Принцип организации волоконно-оптической связи На передающей станции А (рис. 1.1 ) первичные сигналы в электрической форме поступают на каналообразующего оборудования (КОО), с выхода которой групповой сигнал подается в оборудование сопряжения (ОС). В ОС электрический сигнал преобразуется в форму, целесообразную для передачи по волоконно-оптическому линейному тракту. Оптический передатчик (ОПер) преобразует электрический сигнал с помощью модуляции оптической несущей в оптический сигнал. при распространении последнего по оптическому волокну (ОВ) происходят его ослабление и искажение. Для увеличения дальности связи через определенное расстояние, называемое участком ретрансляции, устанавливаются промежуточные обслуживаемые и необслуживаемые станции (оптические ретрансляторы – ОР), где осуществляются коррекция искажений и компенсация затухания. Аппаратура КОО содержит индивидуальное и групповое оборудование. Индивидуальное оборудование служит для дискретизации передаваемых аналоговых сигналов на передаче и выделения спектра этих сигналов из спектра их отсчетных значений на приемном конце. Групповое оборудование предназначено для кодирования группового сигнала, передачи сигналов в цифровом виде и декодировании группового цифрового потока в тракте приема (рис.1.2). На промежуточных станциях главным образом по техническим причинам целесообразно производить обработку (усиление, коррекцию, регенерацию и т.д.) электрического сигнала. Поэтому промежуточные станции ВОСП строятся с преобразованием на входе оптического сигнала в электрический сигнал и обратным 10 преобразованием на выходе. В настоящее время возможно построение чисто оптических ретрансляторов на основе оптических квантовых усилителей и регенераторов. На приемной оконечной станции Б осуществляется обратное преобразование оптического сигнала в электрический. Для модуляции оптической несущей информационным сигналом можно использовать частотную модуляцию, фазовую, амплитудную, модуляцию по интенсивности (МИ), поляризационную модуляцию (ПМ) и др. В подавляющем большинстве случаев применяется модуляция по интенсивности оптического излучения. При фиксированных пространственных координатах мгновенное значение электрического поля монохроматического оптического излучения можно записать в виде: E(t)=Eмcos(ω0t+φ0), где Eм – амплитуда поля; ω0 и φ0 – соответственно частота и фаза оптической несущей. Тогда мгновенное значение интенсивности равно: Pмг= E2(t)=Eм2cos2(ω0t+φ0), а усреднение по периоду T0=2π/ω0 дает величину P=0,5Eм2, которая называется средней интенсивностью или мощностью. При МИ именно величина Р изменяется в соответствии с модулирующим сигналом с(t). Обладая волновой природой, оптическое излучение в то же время дискретно. Оно излучается и поглощается только в виде дискретных квантов (фотонов) с энергией hf0, где h—постоянная Планка. Поэтому мощность оптического излучения Р можно характеризовать интенсивностью (количеством в единицу времени) потока фотонов J=Р/hf0. Следовательно, при модуляции интенсивности J(t) ~ с(t). Применение МИ объясняется тем, что этот вид модуляции в широком диапазоне частот выполняется для используемых в оптических передатчиках полупроводниковых источников излучения (светодиодов, лазерных диодов) простыми техническими средствами. Для управления интенсивностью излучения полупроводникового источника достаточно изменять ток инжекции (накачки) в соответствии с модулирующим сигналом. Это легко обеспечивается электронной схемой возбуждения в виде усилителя тока. Модуляция по интенсивности оптического излучения приводит и к простым решениям обратного преобразования оптического сигнала в электрический сигнал. Действительно, фотодетектор, входящий в состав фотоприемника, является квадратичным прибором, выходной, ток которого пропорционален квадрату амплитуды оптического поля, т. е. мощности падающего на фоточувствительную поверхность оптического сигнала. Рассмотренный принцип приема оптического сигнала относится к методу прямого фотодетектирования (некогерентный, энергетический прием). Другим методом приема является метод фотосмещения (когерентный, гетеродинный и гомодинный прием), Выводы. 1. Любую систему передачи можно представить в виде трех основных частей: - каналообразующего оборудования (КОО); -оборудования сопряжения (ОС); -оборудования линейного тракта (ОЛТ). 2. Каждая часть оборудования выполняет строго свои функции в тракте передачи и приема. 3. В подавляющем большинстве случаев применяется модуляция по интенсивности оптического излучения. Контрольные вопросы. 1. Назначение КОО? 2. Назначение ОС? 3. Назначение ОЛТ? 4. Что такое модуляция по интенсивности оптического излучения? 11 Лекция 2 Тема 2. Структура оптических цифровых телекоммуникационных систем Введение. В лекции рассматривается принцип построения ВОСП. Любую систему передачи можно представить в виде трех основных частей: - каналообразующего оборудования (КОО); -оборудования сопряжения (ОС); -оборудования линейного тракта (ОЛТ). Каждая часть оборудования выполняет строго свои функции в тракте передачи и приема. В настоящей и последующих лекциях рассматриваются последовательно принципы построения каждой части ВОСП. Раздел 2.1 Обобщенная схема волоконно-оптических систем передачи (ВОСП) (продолжение) Гетеродинный прием реализуется значительно сложнее метода прямого детектирования и требует совмещения волнового фронта поля гетеродинного излучения с волновым фронтом поля сигнала. В результате фотодетектирования суммарного поля выделяется сигнал промежуточной (разностной) частоты, амплитуда, частота и фаза которого соответствуют указанным параметрам принимаемого оптического сигнала. Гомодинный прием отличается от гетеродинного тем, что частоты излучений гетеродина и передатчика совпадают. Он дает дополнительное улучшение отношения сигнал-шум до 3 дБ, но его практическая реализация еще более затруднена в связи с необходимостью фазовой автоподстройки частоты лазерного гетеродина. В настоящее время в качестве оконечной аппаратуры ВОСП используются цифровые системы передачи, т. е. ВОСП строятся как цифровые. Это объясняется существенными преимуществами цифровых СП по сравнению с аналоговыми: высокой помехоустойчивостью; малой зависимостью качества передачи от длины линейного тракта; высокими технико-экономическими показателями и др. Аналоговые СП не применяются на волоконно-оптических трактах из-за сравнительно высокой нелинейности источников оптического излучения и технической сложности обеспечения требуемой помехозащищенности. Тем не менее, исследования в области аналоговых ВОСП показывают их перспективность в ряде областей (оптическое кабельное телевидение, телеметрия, системы оперативной и служебной связи). В настоящее время ВОСП строятся как двухволоконные однополосные однокабельные. При таком построении передача и прием оптических сигналов ведутся по двум волокнам и осуществляются на одной длине волны λ. Каждое 0В является эквивалентом двухпроводной физической цепи. Так как взаимные влияния между оптическими волокнами кабеля практически отсутствуют тракты передачи и приема различных систем организуются по одному кабелю, т. е. ВОСП являются однокабельными. Принцип построения двухволоконной однокабельной однополосной ВОСП показан на рис. 2.1, где приняты обозначения: КОО - каналообразующее оборудование; ОС оборудование сопряжения; ОПер - оптический передатчик; ОВ - оптическое волокно; Опр оптический приемник. Достоинством такой ВОСП является использование однотипного оборудования трактов передачи и приема оконечных и промежуточных станций, а недостатком весьма низкий коэффициент использования пропускной способности ОВ. 12 1 2 ОВ ОС ОПер ОПр 1 2 ОС КОО КОО ОС N ОПр ОПер ОС N ОВ Рис. 2.1 Принцип построения двухволоконной однополосной однокабельной ВОСП С учетом того, что доля затрат на кабельное оборудование составляет значительную часть стоимости ВОСП, а цены на оптический кабель в настоящее время остаются достаточно высокими, возникает задача повышения эффективности использования пропускной способности 0В за счет одновременной передачи по нему большего объема информации. Этого можно добиться, например, передачей информации во встречных направлениях по одному 0В (однополосные одноволоконные однокабельные ВОСП) при использовании на оконечных станциях оптических развязывающих устройств (ОРУ) (рис.2.3). Особенностью данной схемы является использование 0В для передачи сигналов в двух направлениях на одной длине волны. ОС 1 2 ОПер ОПр ОС 1 ОВ КОО ОРУ ОС N 2 ОРУ ОПр КОО ОПер ОС N Рис. 2.2. Принцип построения одноволоконной однополосной однокабельной ВОСП Принципиальной особенностью двусторонних (дуплексных) систем является наличие переходных помех между информационными потоками, распространяющихся во встречных направлениях. Переходные помехи возникают за счет обратного рэлеевского рассеяния в 0В, ответвителях, из-за отражения света от сварных стыков и разъемных соединений на концах линии, что ограничивает длину участка ретрансляции. Принцип построения одноволоконной двухполосной однокабельной ВОСП, при которой передача в одном направлении ведется на длине волны оптического излучения 1 в одном окне прозрачности, а прием осуществляется в другом окне прозрачности на длине волны 2, показан на рис. 2.3 Разделение направлений передачи и приема осуществляется с помощью направляющих оптических фильтров (ОФ), настроенных на соответствующие длины волн оптического излучения. ОС 1 2 ОПер ОФ ОФ 1 1 ОВ 1 ОПр ОС КОО N 1 2 КОО ОС ОПр ОФ ОФ 2 2 ОПер ОС N 2 Рис. 2.3. Принцип построения одноволоконной двухполосной однокабельной ВОСП Так же системы строятся как двухволоконные многополосные однокабельные. На передающей станции электрические сигналы от N .систем передачи поступают на передатчики, излучающие оптические несущие с длинами волн λ1, λ2, λ3……… λn. С помощью мультиплексоров (МП) и демультиплексоров (ДМ) осуществляется их ввод в одно волокно на передаче и разделение на приеме. Таким образом, по одному 0В организуется N 13 спектрально разделенных оптических каналов, что значительно увеличивает коэффициент использования пропускной способности волокна. Высокоскоростные системы строятся как двухволоконные многополосные однокабельные (рис. 2.1). На передающей станции электрические сигналы от N .систем передачи поступают на передатчики, излучающие оптические несущие с длинами волн λ1, λ2, λ3……… λn. С помощью мультиплексоров (МП) и демульти - плексоров (ДМ) осуществляется их ввод в одно волокно на передаче и разделение на приеме. Таким образом, по одному 0В организуется N спектрально разделенных оптических каналов, что значительно увеличивает коэффициент использования пропускной способности волокна. 1 1 коо N 1 ОС λ1 коо ОС λ1 ,λ2, ……..λn МП λ2 ДМ П ОС коо ОС ОПр N 1 N 1 λn λn коо коо λ1 λ2 ОПер N 1 ОС ОПр ОПер ОС ОПр ОПер коо N N Рис. 2.4. Структурная схема двухволоконной многополосной однокабельной ВОСП TX S T M 1 6 S T M 1 6 S S1 T X1 S RX SD1 RM1 1 RT2 1 S2 T X2 ОМ/ ОА R’ S’ R’ S’ MPI-S MPI-R OA/ OD RMn STM-16 SDn STM-16 Rn n n OSC ST2 R R X2 2 Sn T Xn SD2 R2 2 RTn R S T M 1 6 LA RM2 ST1 R X1 R1 OSC S A T M RT1 OP STn R XN S T M 1 6 R A T M OSC - оптический соединитель Рис. 2.5. Структурная схема ВОСП – WDM Как следует из рис. 2.4, структурная схема ВОСП-WDM содержит оптический передатчик (ТХ), оптический приемник (RX) и главный оптический тракт (ОР). Оптический передатчик содержит канальные приемопередатчики (транспондеры) TXi÷TXn, которые, в частности, преобразуют длину волны STM-N (или ATM) λ0 в длины волн спектра каналов λ1 ÷λn, Как правило, операцию преобразования выполняют конверторы, входящие в состав транспондеров. На выходе ТХi образуется канальный сигнал, спектр которого соответствует скорости передачи STM-N. Канальные сигналы, а, следовательно, и их спектры объединяются с помощью оптического мультиплексора (ОМ); на его выходе образуется групповой сигнал, спектр которого содержит суммарный спектр канальных сигналов: f гс f кс (n 1) f нчр , где ΔfГС - спектр группового сигнала; ΔfКС - спектр канального сигнала; ΔfНЧР - номинальное частотное разнесение (НЧР) каналов. 14 Групповой сигнал усиливается оконечным оптическим усилителем ОА (бустером), с помощью которого в интерфейсе MPI-S устанавливается необходимая общая средняя мощность линейного сигнала PЛС. Главный оптический тракт (ОР) содержит линейные оптические усилители (LOA), компенсирующие затухание, вносимое участками оптических волокон длиной l1…li…lk. Вместо любого из усилителей может быть включен мультиплексор ввода/вывода каналов OADM с такими же интерфейсами R' и S', как и у оптического усилителя. Приемник (RX) содержит предварительный оптический усилитель (ОА), усиливающий линейный сигнал, оптический демультиплексор (OD), разделяющий групповой сигнал на канальные сигналы, приемные транспондеры RXi, в состав которых, в частности, входят конверторы, преобразующие длины волн λ1 ÷λn, в длину волны λ0, соответствующую STM-N или ATM. Оптический служебный канал (OSC) организуется на длине волны, лежащей либо вне диапазона спектра WDM, либо внутри его. OSC вводится и выводится как в оптических передатчике и приемнике, так и в линейных усилителях и мультиплексорах ввода/вывода (OADM) оптического тракта. Таким образом, при построении ВОСП-WDM используются три вида усилителя: линейный, предварительный и усилитель мощности. Классификация WDM. История разработки и использования окон прозрачности. Первоначально, в 70-х годах, системы волоконно-оптической связи использовали первое окно прозрачности, поскольку выпускаемые в то время GaAs-лазеры работали на длине волны 850 нм. В настоящее время этот диапазон из-за большого затухания используется только в локальных сетях. В 80-х годах были разработаны лазеры на тройных и четверных гетероструктурах, способные работать на длине волны 1310 нм и второе окно прозрачности стало использоваться для дальней связи. Преимуществом данного диапазона явилась нулевая дисперсия на данной длине волны, что существенно уменьшало искажение оптических импульсов. Третье окно прозрачности было освоено в начале 90-х годов. Преимуществом третьего окна является не только минимум потерь, но и тот факт, что на длину волны 1550 нм приходится рабочий диапазон волоконно-оптических эрбиевых усилителей (EDFA). Данный тип усилителей, имея способность усиливать все частоты рабочей области, предопределил использование третьего окна прозрачности для систем со спектральным уплотнением (WDM). Четвёртое окно прозрачности простирается до длины волны 1620 нм, увеличивая рабочий диапазон систем WDM. Пятое окно прозрачности появилось в результате тщательной очистки оптического волокна от посторонних примесей. Таким образом, было получено оптическое волокно AllWave, имеющее малые потери во всей области от 1280 до 1650 нм. Исторически первыми возникли двухволновые WDM системы, работающие на центральных длинах волн из второго и третьего окон прозрачности кварцевого волокна (1310 и 1550 нм). Главным достоинством таких систем является то, что из-за большого спектрального разноса полностью отсутствует влияние каналов друг на друга. Этот способ позволяет либо удвоить скорость передачи по одному оптическому волокну, либо организовать дуплексную связь. На начальном этапе развития технологии WDM, были рекомендованы к освоению три окна прозрачности – 0.85, 1.3 и 1.55 мкм. В зависимости от расположения каналов в этих окнах ОЦСП-WDM подразделялись на: 15 - простыеWDM – системы (номинальное частотное разнесение каналов, НЧР, не менее 200 ГГц, число каналов не более 8); - плотные WDM – системы DWDM (частотное разнесение каналов не менее 100 ГГц, число каналов не более 40); - сверхплотные WDM – системы HDWDM (частотное разнесение каналов порядка 50, 25 и 12.5 ГГц , число каналов порядка 80, 160 и 320). При этом на этапе внедрения технологии WDM предполагалось, их использование в третьем и четвертом окнах прозрачности спектра ОВ (рис. 2.3). Весь спектр разбит на два диапазона С и L (С - Band, L - Band). С-диапазон разбит на два поддиапазона S(R) и L(R). Границами этого диапазона являются длины волн 1528,77 нм и 1569,59 нм (соответственно частоты 191,0 ТГЦ и 196,2 ТГц). L-диапазон характеризуется граничными длинами волн 1569,59 нм и 1612,55 нм (соответственно 191,0 ТГЦ и 185,9 ТГц). Таким образом, ширина спектра С - диапазона - 40,8 нм (5,2 ТГц), L - диапазона - 43,1 нм (5,1 ТГц). C(B) S(R) L(R) L(B) 40,82 1528,77 196,2 1545,32 194 5,2 43 1569.59 1612,65 185,9 191,0 , нм f, ТГц 5,1 Рис. 2.3. Спектр ОЦСП-WDM Современные WDM системы на основе стандартного частотного плана (ITU-T Rec, G.692) можно подразделить на три группы: грубые WDM (Coarse WDM — CWDM) — системы с частотным разносом каналов не менее 200 ГГц, позволяющие мультиплексировать не более 18 каналов. (Используемые в настоящее время CWDM работают в полосе от 1260 до 1620 нм, промежуток между каналами 20нм (200 Ghz), можно мультиплексировать 18 спектральных каналов.) плотные WDM (Dense WDM — DWDM) — системы с разносом каналов не менее 100 ГГц, позволяющие мультиплексировать не более 40 каналов. высокоплотные WDM (High Dense WDM — HDWDM) — системы с разносом каналов 50 ГГц и менее, позволяющие мультиплексировать не менее 64 каналов. Следует отметить, что в последнее время в литературе к плотным WDM относят, также и высокоплотные – HDWDM. В связи с расширением рабочего диапазона оптических волокон Международным союзом электросвязи были утверждены новые спектральные диапазоны в интервале 1260…1675 нм (табл. 2.1). 16 Таблица 2.1. Окна прозрачности оптического волокна Обозначе ние O E S C L U Диапазо Английское Русское название н, нм название 1260…13 Основной Original 60 1360…14 Расширенный Extended 60 1460…15 Коротковолновый Short wavelength 30 1530…15 Стандартный Conventional 65 1565…16 Длинноволновый Long wavelength 25 1625…16 Сверхдлинноволн Ultra-long 75 овый wavelengh Современные ВОСП-WDM рассчитаны для работы в третьем и четвертом окнах прозрачности спектра ОВ (рис. 18.4). Весь спектр разбит на два диапазона С и L (С - Band, L - Band). С-диапазон разбит на два поддиапазона S(R) и L(R). Границами этого диапазона являются длины волн 1528,77 нм и 1569,59 нм (соответственно частоты 191,0 ТГЦ и 196,2 ТГц). L-диапазон характеризуется граничными длинами волн 1569,59 нм и 1612,55 нм (соответственно 191,0 ТГЦ и 185,9 ТГц). Таким образом, ширина спектра С - диапазона - 40,8 нм (5,2 ТГц), L - диапазона - 43,1 нм (5,1 ТГц). В зависимости от расположения каналов в этих спектрах ВОСП-WDM подразделяются на: - простыеWDM – системы (номинальное частотное разнесение каналов, НЧР, не менее 200 ГГц, число каналов не более 8); - плотные WDM – системы DWDM (частотное разнесение каналов не менее 100 ГГц, число каналов не более 40); - сверхплотные WDM – системы HDWDM (частотное разнесение каналов порядка 50 и 25 ГГц , число каналов порядка 80 и 160). Во всех случаях частотное разнесение каналов определяется следующими факторами: линейными переходами между каналами, возникающими в мультиплексорах, демультиплексорах и между оптическими фильтрами, расположенными в блоке OA/OD; нелинейными переходами между каналами, возникающими в ОВ. Наиболее опасными являются переходы из-за четырехволнового смешивания (FWM). Так как для ОВ различных типов мощности помех от этих переходов разные, то частотные планы разрабатываются отдельно для каждого типа волокон. В рекомендации МСЭ-Т G.692 разработаны частотные планы только для третьего окна прозрачности и волокон, соответствующих рекомендациям G.652, G.655, G.653. Один из частотных планов, предложенных для волокон G.652/G.655 приведен в табл. 2.2. В ней даны значения оптических несущих для DWDM с числом каналов п = 40 (этот же план можно применить при любом числе каналов п > 8, и НЧР = 1000 ГГц), а также значения оптических несущих при НЧР = 200 ГГц (4 < п < 20), для п = 8 (НЧР = 500 ГГц), п = 4 (НЧР = 600 ГГц и НЧР = 1000 ГГц). Для уменьшения влияния четырехволнового смешивания при организации ВОСПWDM на волокнах G.653 предлагается использовать неодинаковое НЧР между каналами. 17 Заметим, что максимальная скорость передачи Вмах ВОСП-WDM во многом определяется приятым частотным планом. Bmax Bch n, где Вch - максимальная скорость передачи в канале; п - число каналов. Поэтому увеличить скорость передачи системы WDM можно, увеличивая скорость передачи в канале. Например, если п = 4, В= 2,5 Гбит/сек (STM-16), то Smax= 10 Гбит/с, что соответствует 64-му уровню STM-N. C(B) S(R) L(R) L(B) 40,82 1528,77 196,2 1545,32 194 5,2 43 1569.59 1612,65 185,9 191,0 , нм f, ТГц 5,1 Рис. 2.4. Спектр ВОСП-WDM Строгая регламентация оптических частот для систем HDWDM, DWDM делает весьма актуальной постановку вопроса о стабильности и точности установления частот оптических несущих(λ1…λN). В рекомендации ITU-T G.692 отмечается, что эта проблема находится в стадии изучения и поэтому, в документах пока нет числовых значений этих параметров. Тем не менее, исходя из установленных значений спектральных каналов и частотного интервала между ними можно с достаточной точностью оценить допустимую ширину спектральной линии излучения лазера (Δ), а также допустимую величину нестабильности оптической частоты. При передаче потоков STM-64 методом DWDM при спектральных интервалах 100 ГГц спектральная ширина линии излучения Δ не должна превышать величину Δ = ± 0,08 нм, нестабильность оптической несущей не более 10 ГГц. В случае передачи методом DWDM цифровых потоков STM-16 допустимые значения ширины спектральной линии могут быть увеличены. Выше отмечалось, что оптические интерфейсы аппаратуры WDM и DWDM должны быть совместимыми с аппаратурой. Однако, согласно рекомендациям МСЭ G.957 для систем СЦИ (SDH) допустимые значения спектральных параметров на выходных оптических стыках (интерфейсах) имеют следующие значения: ширина спектральной линии Δ = 0,5 нм (для STM-16), для STM-64 - Δ = 0,1 нм , а центральная оптическая длина волны может иметь любое значение в пределах диапазона 1530... 1565 нм. Очевидно, что если на оптические входы мультиплексоров подать сигналы с выходов оптических передатчиков мультиплексируемых каналов SDH, то такая система работать не будет. Поэтому на входы оптического мультиплексора должны поступать оптические сигналы, параметры которых, в особенности спектральные, должны строго соответствовать стандартам, определенным рек. G.692. Такое соответствие достигается благодаря применению в аппаратуре DWDM специального устройства - транспондера. Это устройство имеет количество оптических входов и выходов, равное числу уплотняемых оптических сигналов. Но если на любой вход транспондера может быть подан оптический сигнал, параметры которого определены рек. G.957, то выходные его сигналы должны по параметрам соответствовать рек. G.692. При этом, если уплотняется N оптических сигналов, 18 то на выходе транспондера длина волны каждого канала должна соответствовать только одному из них в соответствии с сеткой частот, т.е. допустим для первого канала оптический сигнал должен иметь длину волны λ1 , для второго λ2 и т.д. до λN. С выходов транспондера эти оптические сигналы поступают на строго определенные входы оптического мультиплексора, соответствующие указанным длинам волн λ1…λN. Следует отметить, что при оптическом уплотнении по длинам волн в оптическом мультиплексоре (ОМ) происходят значительные потери. Так, например, в системе передачи DWDM 32-x спектральных каналов OptiX BWS 320G фирмы Huawei Technologies потери ОМ на канал составляют ~ 7... 9 дБ (на одной стороне). С учетом потерь на обеих сторона (на передаче и на приеме) их общая величинасоставит14...18 дБ. Такие потери значительно сокращают энергетический потенциал системы, поэтому без оптических усилителей возможна передача на весьма небольшие расстояния. Для того чтобы скомпенсировать энергетические потери в ОМ, на передаче применяется волоконно-оптический усилитель мощности (BOOSTER). Если же этой мощности оказывается недостаточно, то оптический усилитель применяется и на приемной стороне. После мультиплексирования, как уже отмечалось, групповой оптический информационный поток чаще всего также подвергается усилению в оптическом усилителе. При этом суммарная оптическая мощность группового потока, вводимого в линейное ОВ, может существенно превысить величину 10 мВт. Известно, что при такой мощности становится заметным влияние оптических нелинейных явлений, возникающих в ОВ в процессе распространения оптического излучения. Это следующие явления: самомодуляция фазы (SPM) оптической несущей, перекрестная модуляция фазы (СРМ), четырехволновое смешивание (FWM). Эти явления проявляются начиная с указанной мощности в виде дополнительных шумов и перекрестных помех при многоканальной передаче. Начиная с величин оптической мощности несколько десятков мВт становится заметным также эффект вынужденного рассеяния Бриллюэна SBS ( или ВРМБ - вынужденное рассеяние Манделынтамм - Бриллюэна), а при мощностях порядка 200 мВт преобладающим становится влияние вынужденного рассеяния Рамана SRS (или ВКР - вынужденное комбинационное рассеяние). Величина суммарной оптической мощности в системах WDM, вводимой в оптическое линейное волокно, регламентируется рекомендациями МСЭ (ITU-T) G.692 и ограничивается на уровне +17дБм (50 мВт). Такой уровень обосновывается двумя факторами — допустимым влиянием нелинейных явлений и требованиями безопасности обслуживающего персонала. В этом же документе предложен алгоритм определения величины мощности каждого компонентного оптического сигнала. Следует сказать, что величина +17 дБм установлена не окончательно и в последующих вкладах в рекомендации ITU-T увеличена до +23 дБм. Особо следует отметить, что с внедрением технологии WDM появилась возможность создавать многофункциональные системы передачи. Пример одной из таких схем организации связи приведен на рис. 2.5. 19 Рис. 2.5. Схема организации связи. Выводы. 1. Любую систему передачи можно представить в виде трех составляющих: каналообразующее оборудование (КОО), оборудование сопряжения (ОС) и оборудования линейного тракта. 2. Каждая составляющая системы передачи выполнят свою функцию. 3. Каналообразующее оборудование формирует стандартные цифровые потоки Е1, Е2, Е3, Е4 и Е5. 4. Оборудование сопряжения преобразует электрический сигнал в оптический на передаче и осуществляет обратное преобразование на приеме. 5. Оборудование линейного тракта осуществляет передачу оптического сигнала по линейному тракту. В ОЛТ входят оптические передатчики, ВОК, ретрансляторы и оптические приемники. Контрольные вопросы. 1. Назовите составляющие оптической цифровой системы передачи. 2. Поясните принцип построения одноволоконной однополосной однокабельной ВОСП. 3. Принцип построения двухволоконной однополосной однокабельной ВОСП. 4. Принцип построения одноволоконной двухполюсной однокабельной ВОСП. 5. Принцип построения одноволоконной двухполосной однокабельной ВОСП. 6. Нарисуйте схему спектрального уплотнения и поясните принцип ее работы. 20 7. Требования к источникам излучения при спектральном уплотнении. 8. Какие системы WDM относятся к грубым WDM? 9. Какие системы WDM относятся к плотным WDM? 10. Какие системы WDM относятся к сверхплотным WDM? 11. Сколько окон прозрачности рекомендованы МСЭ для освоения? Лекция 3 Тема 3. Линейные коды ВОСП и оценка их параметров. Введение. Для формирования линейных сигналов ВОСП используются блочные коды вида nВmВ, где n означает число кодируемых цифровых разрядов, В определяет двоичное основание системы счисления исходного кода, т — число передаваемых по 0В двухуровневых сигналов, соответствующих п разрядам. Рассмотрим более детально алгоритмы формирования линейных кодов Раздел 3.1. Линейные коды ВОСП и оценка их параметров. К линейным сигналам ВОСП предъявляются следующие требования: - спектр сигнала должен быть узким и иметь ограничение как сверху, так и снизу. Чем уже спектр сигнала, тем. меньше требуется полоса пропускания фотоприемника, а соответственно уменьшаются мощность шума н его влияние. Ограничение спектра сверху снижает уровень межсимвольной помехи, а ограничение снизу—флуктуации уровня принимаемого сигнала в электрической части фотоприемника, имеющего цепи развязки по постоянному току. Минимальное содержание низкочастотных составляющих позволяет также обеспечивать устойчивую работу цепи стабилизации выходной мощности оптического передатчика; - код линейного сигнала должен обеспечивать возможность выделения колебания тактовой частоты, необходимой для нормальной работы тактовой синхронизации; 21 - код линейного сигнала должен обладать максимальной помехоустойчивостью, которая позволяет получать при прочих равных условиях максимальную длину участка регенерации; - код линейного сигнала должен обладать избыточностью, которая позволяет по нарушениям правила образования кода судить о возникновении ошибок; - код линейного сигнала должен быть простым для практической реализации преобразователей кода. Для формирования линейных сигналов ВОСП используются блочные коды вида nВmВ, где n означает число кодируемых цифровых разрядов, В определяет двоичное основание системы счисления исходного кода, т — число передаваемых по 0В двухуровневых сигналов, соответствующих п разрядам. Например. 1В2В обозначает, что входной блок состоит из одного разряда (n=1), затем он передается в линию в виде блока из двух разрядов (m=2) и относительная скорость передачи в линейном тракте в 2 раза выше скорости входных символов. 1 0 0 1 1 0 0 G 0 1 1 1 0 а t NRZ б t RZ в t BIF г t 2B3B д t CMI е t M t Рисунок 3.1. Линейные коды ВОСП M NRZ 0,8 CMI BIF 0,4 RZ 0,4 0,8 1,2 1,6 f/fт Рисунок 3.2 Нормированные спектры линейных кодов ВОСП Наиболее простыми линейными кодами являются так называемые МК2 - КОДЫ (без возвращения к нулю, NRZ) и К2-коды (с возвращением к нулю, RZ). В МК2-коде «I» передается импульсами, а «0»—паузой (рис. 3.1, а). В К2-коде «I» передается последовательностью из импульса и паузы, причем имеет в 2 раза меньшую длительность, а «0», как и раньше, передается паузой (рис. 3.1, б). Нормированные спектры кодов МК2 и К2 показаны на рис. 3.2. Недостатком кода К2 по сравнению с М'К2 является необходимость использования более широкой полосы передачи из-за применения импульсов меньшей длительности, а преимуществом его является то, что источник оптического излучения в этом случае работает в течение меньшего времени и соответственно степень деградации его параметров снижается. Согласно принятому определению К2-код является примером 1В2Вснгнала. Недостаток рассмотренных кодов заключается в том, что они не удовлетворяют перечисленным требованиям (за исключением последнего пункта), поэтому такие коды могут быть рекомендованы лишь на линиях небольшой протяженности при отсутствии регенерационных участков. Для снижения содержания в спектре сигналов низкочастотных компонент применяют манчестерский, или бифазный, код В1F, в котором 0 - передается последовательностью из паузы и импульса, а I—последовательностью из импульса и паузы, причем длительность импульса в 2 раза меньше длительности «I» (рис. 3.1, в). В данном коде отсутствуют подряд более чем два идентичных символа, что определяет снижение в спектре низкочастотных компонент. Такой код также целесообразен при передаче в линиях малой протяженности без регенераторов и является примером 1В2В-сигнала. Пример кода 2ВЗВ 22 приведен на рис. 3.1, г. Алгоритм образования следующий: разряды О0 заменяются на 001; 01 на 010; 10 на 100 и 11 на 011. Такой код обеспечивает возможность снижения скорости передачи в линии по сравнению с 1В2В-сигналами. К общим недостаткам рассмотренных кодов относятся следующие: невысокая помехозащищенность, сложности с выделением тактовой частоты, а также с обнаружением ошибки. По этой причине коды не могут быть рекомендованы для организации линейного тракта ВОСП большой протяженности. Введение корреляционных связей между амплитудами передаваемых двухуровневых сигналов позволяет устранять отмеченные недостатки. Примером сигнала с корреляционными связями является код СМ1 или код с поочередной инверсией токовых сигналов, временные диаграммы и энергетический спектр которого показаны на рис. 3.1, д и рис. 3.2. Введение корреляционных связей в СМ1 позволяет обнаруживать ошибки, приводящие к сбою чередования комбинаций 11 и 00 при передаче двоичной 1. Одной из разновидностей сигналов 1В2В является код Миллера (М). Этот код, в котором кодовой посылке 0 бинарного сигнала ставится в соответствие кодовое слово 11 или 00, а кодовой посылке 1—01 или 10, причем последовательность нулей исходного бинарного сигнала передается чередованием кодовых слов 11 или 00. При других комбинациях посылок бинарного сигнала первая кодовая посылка кодового слова должна быть такой же, как последняя предыдущего кодового слова (рис. 3.1е, и 3.2). Например, бинарная последовательность 01100 передается в линейном тракте последовательностью 1110011100. В результате соседние переходы вида 10 или 01 в линейном сигнале будут находиться не ближе, чем на тактовый интервал Т, и не дальше, чем на 2Т, вследствие чего основная часть энергетического спектра линейного сигнала сосредоточена в области ниже тактовой частоты ^т и низкочастотная составляющая энергетического спектра оказывается частично подавленной (составляет 30% низкочастотной составляющей бинарного сигнала в формате МК2). Контроль за появлением переходов с частотой, большей 1/Т, позволяет просто осуществлять оперативный контроль за появлением ошибок в регенераторе. В качестве перспективных для использования в цифровых волоконно-оптических системах связи МСЭ предлагает двухуровневые коды 1В2В, 2ВЗВ, 5В6В. 6В8В и М51Р, где символ 1Р обозначает добавление одной балансовой посылки к М бинарным (например, таким образом, чтобы число единиц и нулей в кодовом слове всегда было четным или нечетным). В цифровых ВОСП для первичной ступени ИКМ иерархии целесообразно использовать код СМ1; для вторичной — СМ1 и В1F; для третичной — В1F и код Миллера; для более высоких ступеней — код Миллера и скремблированный бинарный сигнал в формате МК2. Использование многоуровневых кодов по сравнению с двух уровневыми на городских, зоновых и магистральных сетях связи приводит к снижению энергетического потенциала системы на 15...20 дБ. Поэтому многоуровневые коды рекомендуется использовать во внутриобъектовых линиях связи специального назначения. Выводы. 1. Для формирования линейных сигналов ВОСП используются блочные коды вида nВmВ, где n означает число кодируемых цифровых разрядов, В определяет двоичное основание системы счисления исходного кода, т — число передаваемых по 0В двухуровневых сигналов, соответствующих п разрядам. 2. В цифровых ВОСП для первичной ступени ИКМ иерархии целесообразно использовать код СМ1; для вторичной — СМ1 и В1F; 23 для третичной — В1F и код Миллера; для более высоких ступеней — код Миллера и скремблированный бинарный сигнал в формате МК2. Контрольные вопросы 1. Сформулируйте требования к линейным кодам ОЦТС. 2. Что такое блочные коды? 3. Рекомендации по использовании блочных кодов 1В2В. Лекция 4 Тема 4.1. Регенерация сигналов в ВОСП Введение. Для компенсации затухания и искажений, регенерации, в ВОСП используются регенераторы вносимых участком Раздел 4.1. Регенерация сигналов в ВОСП Передача информации по ОВ ограничивается максимальной мощностью излучения передатчика, затуханием и дисперсией ОВ, а также чувствительностью приемника. Эти обстоятельства накладывают ограничения на дальность передачи и объясняют необходимость установки ретрансляторов сигнала через участок определенной длины. Ретрансляторы строятся как чисто оптические, так и с преобразованием оптических сигналов в электрические, с последующей регенерацией электрических сигналов и обратным преобразованием. Оптические ретрансляторы корректируют и усиливают световые сигналы непосредственно, не преобразуя их в электрические. Они содержат лазерный усилитель (оптический квантовый усилитель) и нелинейный поглотитель для частичной регенерации световых импульсов. Усилитель компенсирует потери передачи сигнала в световоде и нелинейном поглотителе, т. е. возвращает световым импульсам их первоначальную интенсивность. Нелинейный поглотитель сужает импульсы и тем самым частично компенсирует расширение импульсов и их перекрытие, которое происходит в 0В из-за дисперсии материала и разброса времени пробега. Принцип работы оптического усилителя и нелинейного поглотителя были рассмотрены в главе 3 данного пособия. Наибольшее применение в технике оптической связи получили ретрансляторы с преобразованием оптического сигнала в электрический и последующей обработкой и регенерацией сигнала электронными схемами (рис. 4.1). Оптический ретранслятор отличается от регенераторов проводных ЦСП только наличием оптических модулей (ПрОМ и ПОМ). Электронный регенератор (ЭР) содержит решающее устройство (РУ), устройство тактовой синхронизации (УТС) и формирователь сигналов (ФС). 24 ОВ ОВ ПрОМ РУ ФС ПОМ УТС Рисунок 4.1. Структурная схема линейного ретранслятора для цифровых ВОСП рпер р пр T U а) п б) в) Рис. 4.2. Временные диаграммы работы линейного ретранслятора рпр min l уч Рис. 4.3. Зависимость уровня мощности оптического сигнала от длинны участка ретрансляции Процесс регенерации в ЭР происходит следующим образом. Значения передаваемых символов (0 или 1) оцениваются решающим устройством, которое анализирует поступающий сигнал и принимает решение о том, какой символ передается по ОВ. В регенераторах при оценке значений символов используется прием методом однократного отсчета, что позволяет при относительно простой реализации получать высокую помехоустойчивость. Временные диаграммы (рис. 4.2) приведены для случая, когда с оконечной ВОСП передается в оптическую линию двухуровневый код с пассивной паузой (рис. 4.2а). При этом в решающем устройстве периодически с тактовой частотой ft=1/T производится стробирование сигнала на выходе ПрОМ и сравнение полученного отсчета с порогом. При превышении порога в формирователе сигнала формируются импульсы прямоугольной формы с определенной амплитудой и длительностью (рис. 8.4,в). Стробирование сигнала осуществляется с помощью узких импульсов, которые вырабатываются устройством тактовой синхронизации (рис 4.2,б). При передаче сигналов по 0В величина ослабления и искажений зависит от длины участка регенерации lуч. При увеличении lуч уровень оптического сигнала Pпр падает плавно на строительных отрезках 0В и скачком в точках их соединении. Для восстановления сигнала необходимо, чтобы на входе ЭР уровень сигнала Pпр≥ Pпр min где Pпр min —минимальный уровень приема оптического излучения, при котором происходит полное восстановление сигнала, т. е. можно записать Pпер —αв—np αp—nн αн — lуч≥ Pпр, где Pпер — уровень передачи на выходе станции или регенератора; αв —потери при вводе и выводе излучения в волокно; ар, ан — потери в разъемных и неразъемных соединениях на длине регенерационного участка. Это выражение удобно записать в виде: 25 α lуч+ np αp+nн αн≤ Q, где Q= Pпер — αв — Pпр min — энергетический потенциал ВОСП. Из данного выражения можно получить значение lуч по затуханию: lуч ≤(Q— np αp—nн αн )/α. Кроме затухания 0В длина участка регенерации ограничивается за счет дисперсионных потерь. Для уменьшения межсимвольной интерференции необходимо выполнение неравенства B≤0,25/σ, где В—скорость передачи информации; σ—среднеквадратическая ширина импульсной характеристики в кабеле длиной lуч. Из приведенного выражения следует, что lуч ≤0,25/(σ0B), где σ0—среднеквадратическое уширение импульса в 0В длиной 1 км. Следовательно, для определения максимальной длины регенерационного участка необходимо решить систему неравенств: lуч≤(Q- npαp—nнαн) / α , lуч≤ 0,25/(σ0B). Расчеты по определению lуч показывают существенные преимущества оптических систем передачи, где регенерационные расстояния превышают 100 км. При использовании коаксиальных кабелей длина lуч составляет 1,5 ...6 км. Оптические регенераторы. В настоящее время разработаны полностью оптические регенераторы. Достоинством таких регенераторов является то, что возможно создать сети прозрачные для оптического сигнала. Использование таких регенераторов позволяет снизить потребление энергии, уменьшить вес, габариты и повысить надежность оборудования. Размеры модуля 19 х 39 мм. Пространственное разделение индивидуальных каналов для последующей обработки сигналов и последующее их объединение в один оптический поток производится соответственно оптическими демультиплексором и мультиплексором. Полностью оптический регенератор (3R) описан во многих работах. Напомним, что 3R обозначает следующее: 1R (amplification — resharping) — восстановление амплитуды; 2R — восстановление амплитуды и формы (resharping — reforming) и 3R — восстановление амплитуды, формы и временных соотношений цифрового сигнала (resharping — reforming — retiming). На рис. 4.2а - представлена схема последовательности операций при регенерации оптического цифрового сигнала, на рис. 4.2б — осциллограммы сигналов в процессе регенерации. О разработке готовых к практическому применению полностью оптических 3Rрегенераторов сообщается в докладах на конференциях ЕСОС-01, ЕСОС-02, ЕСОС-03, OFC01, OFC-02 и OFC-03. Таким образом, использование в главном оптическом тракте полностью оптических ОУ, компенсаторов дисперсии и оптических регенераторов свидетельствует о том, что для протяженных ВОСП-СР задача полной фотонизации на участке оптического тракта может считаться решенной. 26 Вход искаженных сигналов Оптическая мощность Усилитель для восстановления амплитуды Время Выделение тактовой частоты Восстановление формы и временных соотношений Выход регенератора а) б) Рис. 4.3 Схема последовательности операций при регенерации оптического цифрового сигнала и осциллограммы сигналов в процессе регенерации Одной из ключевых проблем при создании полностью оптических 3R-регенераторов цифровых оптических сигналов является выделение синхрочастоты (тактовой частоты) цифровых сигналов. С помощью этого устройства выделяются тактовые частоты 22-х оптических цифровых сигналов. На рис. 4.4 показаны осциллограммы сигналов тактовой частоты для четвертого и седьмого спектральных каналов. 100 ГГц Входные данные Тактовая частота (канал 4, Тактовая частота (канал 7, 0,25 1533,84нм ) 1536,24нм ) 0,5 Рис. 4.4. Осциллограммы сигналов тактовой частоты 4 и 7 каналов Однако в оконечных пунктах этих ВОСП-СР, а также для гибкого и эффективного управления и конфигурирования оптических сетей, особенно оптических сетей доступа, проблема далека от решения. Как уже отмечалось, для ее разрешения необходимы 27 полностью оптические процессоры, основанные также на полностью оптических элементах, о которых говорилось выше. Выводы. 1. Ретрансляторы строятся как чисто оптические, так и с преобразованием оптических сигналов в электрические, с последующей регенерацией электрических сигналов и обратным преобразованием. 2. В настоящее время разработаны полностью оптические регенераторы. Достоинством таких регенераторов является то, что возможно создать сети прозрачные для оптического сигнала. Использование таких регенераторов позволяет снизить потребление энергии, уменьшить вес, габариты и повысить надежность оборудования. Контрольные вопросы. 4. Назначение ретрансляторов? 5. Перечислите виды ретрансляторов и назовите их особенности. 6. Поясните, в чем отличие 1R, 2R и 3R ретрансляторов? 7. Нарисуйте схему ретранслятора и поясните принцип ее работы. Лекция 5 Тема 5. Технология DWDM (плотные WDM) Введение. В настоящее время на сетях связи активно внедряются системы передачи со спектральным уплотнением, которые позволяют значительно увеличить коэффициент использования пропускной способности оптических волокон. Раздел 5.1. Технология DWDM (плотные WDM) Функциональная схема, поясняющая технологию DWDM, показана на рис. 5.1. По мере прохождения по оптическому волокну сигнал постепенно затухает. Для того чтобы его усилить, используются оптические усилители. Теоретически это позволяет передавать данные на расстояния до 4000 км без перевода оптического сигнала в электрический (для сравнения, в SDH это расстояние не превышает 200 км). 28 ITE-T передатчик GE ОЕО ATM ОЕО Оптический мультиплексор ОМ ввода/вывода ОМ ОА ОАDM ОА DCU ОD ОЕО GE ОЕО ATM Принимающие транспондеры Транспондеры SDH ОЕО Оптический усилитель ОЕО SDH Компенсатор хроматической дисперсии Рис. 5.1. Общая архитектура DWDM системы Преимущества DWDM очевидны. Эта технология позволяет получить наиболее масштабный и рентабельный способ расширения полосы пропускания волоконнооптических каналов в сотни раз. Пропускную способность оптических линий на основе систем DWDM можно наращивать, постепенно добавляя по мере развития сети в уже существующее оборудование новые оптические каналы. Частотный план для DWDM систем определяется стандартом ITU G.694.1. Область применения — магистральные сети. Этот вид WDM систем предъявляет более высокие требования к компонентам, чем CWDM (ширина спектра источника излучения, температурная стабилизация источника и т. д.). Толчок к бурному развитию DWDM сетей дало появление недорогих и эффективных волоконных эрбиевых усилителей (EDFA), работающих в промежутке от 1525 до 1565 нм (третье окно прозрачности кварцевого волокна). Частотный план систем DWDM. Как уже отмечалось выше, попытки использовать спектральное уплотнение каналов для увеличения суммарной скорости передачи в волокне делались достаточно давно, более 18 лет назад. Вначале объединяли диапазоны 850 нм и 1310 нм, потом — 1310 и 1550 нм. Совместное использование этих диапазонов и сейчас предлагают многие стандартные системы SDH. Однако в дальнейшем, с развитием технологии производства лазеров, усилителей и мультиплексоров, открылись возможности формировать несколько десятков каналов в одном волокне, в диапазоне 1550 нм. Чтобы обеспечить взаимную совместимость оборудования различных производителей, было предложено стандартизировать номинальный ряд оптических несущих, т.е. создать канальный или частотный план. Эту задачу решил сектор стандартизации Международного союза электросвязи (МСЭ), разработав стандарт ITU — Rec. G.692. Первоначально в основу проекта стандарта был положен канальный план с равномерным расположением несущих 29 частот каналов, с их разносом на 0,1 ТГц (100 ГГц). Выбранному спектральному диапазону длин волн, от 1528,77 нм до 1569,59 нм, соответствует область частот шириной 5,1 ТГц. При выборе постоянного шага равного 100 ГГц, в этом диапазоне можно максимально разместить 51 канал. При этом шаг по длине волны получается разным — от 0,78 нм до 0,821 нм (или в среднем 0,8 нм). Однако в дальнейшем выяснилось, что целый ряд производителей разработал оборудование, способное формировать и выделять оптические несущие, отстоящие друг от друга на 50 ГГц (0,4 нм). В то же время, для многих приложений не требуется такого плотного заполнения рабочего диапазона и расстояние между каналами можно увеличить до 200 и даже 400 ГГц. Таким образом, окончательная версия стандарта ITU G.692 разрешает расстановку каналов с шагом 50, 100, 200 и 400 ГГц (соответственно 0,4; 0,8; 1,6 и 3,2 нм по длине волны). При шаге в 0,4 нм в диапазоне 1529 — 1565 нм удается разместить до 102 каналов. В настоящее время ITU рекомендовал для использования диапазон между каналами 25 и 12,5 ГГц (0.2 и 0.1 нм). Во всех случаях частотное разнесение каналов определяется следующими факторами: линейными переходами между каналами, возникающими в мультиплексорах, демультиплексорах и между оптическими фильтрами, расположенными в блоке OA/OD; нелинейными переходами между каналами, возникающими в ОВ. Наиболее опасными являются переходы из-за четырехволнового смешивания (FWM). Так как для ОВ различных типов мощности помех от этих переходов разные, то частотные планы разрабатываются отдельно для каждого типа волокон. В рекомендации МСЭ-Т G.692 разработаны частотные планы только для третьего окна прозрачности и волокон, соответствующих рекомендациям G.652, G.655, G.653. Один из частотных планов, предложенных для волокон G.652/G.655 приведен в табл. 5.1. В ней даны значения оптических несущих для DWDM с числом каналов п = 40 (этот же план можно применить при любом числе каналов п > 8, и НЧР = 1000 ГГц), а также значения оптических несущих при НЧР = 200 ГГц (4 < п < 20), для п = 8 (НЧР = 500 ГГц), п = 4 (НЧР = 600 ГГц и НЧР = 1000 ГГц). Аналогичные частотные планы разработаны и для OB G.653. Для уменьшения влияния четырехволнового смешивания при организации ВОСП-WDM на волокнах G.653 предлагается использовать неодинаковое НЧР между каналами. Заметим, что максимальная скорость передачи Вмах ВОСП - WDM во многом определяется приятым частотным планом. Bmax Bch n, где Вch - максимальная скорость передачи в канале; п - число каналов. Поэтому увеличить скорость передачи системы WDM можно, увеличивая скорость передачи в канале. Например, если п = 4, В= 2,5 Гбит/сек (STM-16), то Smax= 10 Гбит/с, что соответствует 64-му уровню STM-N. Строгая регламентация оптических частот для систем HDWDM, DWDM делает весьма актуальной постановку вопроса о стабильности и точности установления частот оптических несущих(λ1…λN). В рекомендации ITU-T G.692 отмечается, что эта проблема находится в стадии изучения и поэтому, в документах пока нет числовых значений этих параметров. Тем не менее, исходя из установленных значений спектральных каналов и частотного интервала между ними можно с достаточной точностью оценить допустимую ширину спектральной линии излучения лазера (Δ), а также допустимую величину нестабильности оптической частоты. При передаче потоков STM-64 методом DWDM при спектральных интервалах 100 ГГц спектральная ширина линии излучения Δ не должна превышать величину Δ = ± 0,08 нм, нестабильность оптической несущей не более 10 ГГц. В случае передачи методом DWDM 30 цифровых потоков STM-16 допустимые значения ширины спектральной линии могут быть увеличены. Выше отмечалось, что оптические интерфейсы аппаратуры WDM и DWDM должны быть совместимыми с аппаратурой. Однако, согласно рекомендациям МСЭ G.957 для систем СЦИ (SDH) допустимые значения спектральных параметров на выходных оптических стыках (интерфейсах) имеют следующие значения: ширина спектральной линии Δ = 0,5 нм (для STM-16), для STM-64 - Δ = 0,1 нм , а центральная оптическая длина волны может иметь любое значение в пределах диапазона 1530... 1565 нм. Очевидно, что если на оптические входы мультиплексоров подать сигналы с выходов оптических передатчиков мультиплексируемых каналов SDH, то такая система работать не будет. Поэтому на входы оптического мультиплексора должны поступать оптические сигналы, параметры которых, в особенности спектральные, должны строго соответствовать стандартам, определенным рек. G.692. Такое соответствие достигается благодаря применению в аппаратуре DWDM специального устройства - трансивера. Это устройство имеет количество оптических входов и выходов, равное числу уплотняемых оптических сигналов. Но если на любой вход трансивера может быть подан оптический сигнал, параметры которого определены рек. G.957, то выходные сигналы должны по параметрам соответствовать рек. G.692. При этом, если уплотняется N оптических сигналов, то на выходе трансивера длина волны каждого канала должна соответствовать только одному из них в соответствии с сеткой частот, т.е. допустим для первого канала оптический сигнал должен иметь длину волны λ1 , для второго λ2 и т.д. до λN. С выходов трансивера эти оптические сигналы поступают на строго определенные входы оптического мультиплексора, соответствующие указанным длинам волн λ1…λN. Следует отметить, что при оптическом уплотнении по длинам волн в оптическом мультиплексоре (ОМ) происходят значительные потери. Так, например, в системе передачи DWDM 32-x спектральных каналов OptiX BWS 320G фирмы Huawei Technologies потери ОМ на канал составляют ~ 7... 9 дБ (на одной стороне). С учетом потерь на обеих сторона (на передаче и на приеме) их общая величина составит 14...18 дБ. Такие потери значительно сокращают энергетический потенциал системы, поэтому без оптических усилителей возможна передача на весьма небольшие расстояния. Для того чтобы скомпенсировать энергетические потери в ОМ, на передаче применяется волоконно-оптический усилитель мощности (BOOSTER). Если же этой мощности оказывается недостаточно, то оптический усилитель применяется и на приемной стороне. После мультиплексирования, как уже отмечалось, групповой оптический информационный поток чаще всего также подвергается усилению в оптическом усилителе. При этом суммарная оптическая мощность группового потока, вводимого в линейное ОВ, может существенно превысить величину 10 мВт. Известно, что при такой мощности становится заметным влияние оптических нелинейных явлений, возникающих в ОВ в процессе распространения оптического излучения. Это следующие явления: самомодуляция фазы (SPM) оптической несущей, перекрестная модуляция фазы (СРМ), четырехволновое смешивание (FWM). Эти явления проявляются, начиная с указанной мощности в виде дополнительных шумов и перекрестных помех при многоканальной передаче. Начиная с величин оптической мощности несколько десятков мВт становится заметным также эффект вынужденного рассеяния Бриллюэна SBS (или ВРМБ - вынужденное рассеяние Мандельштамм - Бриллюэна), а при мощностях порядка 200 мВт преобладающим становится влияние вынужденного рассеяния Рамана SRS (или ВКР - вынужденное комбинационное рассеяние). Величина суммарной оптической мощности в системах WDM, вводимой в оптическое линейное волокно, регламентируется рекомендациями МСЭ (ITU-T) G.692 и ограничивается на уровне +17дБм (50 мВт). Такой уровень обосновывается двумя факторами — допустимым влиянием нелинейных явлений и требованиями безопасности обслуживающего персонала. В этом же документе предложен алгоритм определения величины мощности каждого компонентного оптического сигнала. Следует сказать, что 31 величина +17 дБм установлена не окончательно и в последующих вкладах в рекомендации ITU-T увеличена до +23 дБм. Наибольшее распространение технология DWDM получила в США, где хорошо развит рынок волоконно – оптических систем. Используется она и на сетях связи других регионов мира, особенно в Европе, Азии и Латинской Америке. Более того, DWDM рассматривается уже не только как средство повышения пропускной способности оптического волокна, а как наиболее надежная технология для опорной инфраструктуры мультисервисных и мобильных сетей, обеспечивающая резкое повышение пропускной способности сети и реализующая широкий набор принципиально новых услуг связи. Для построения гибких сетей DWDM используются оптические Add - Drop мультиплексоры (OADM), обеспечивающие непосредственный ввод/вывод каналов в магистраль DWDM на оптическом уровне (без преобразований оптического сигнала в электрический) и позволяющие строить разветвлённые транспортные оптические сети. У большинства ведущих производителей имеется DWDM-оборудование, которое позволяет мультиплексировать в С-диапазоне (1530-1565 нм) до 40 оптических каналов при ширине одного канала 100 ГГц или до 80 оптических каналов при его ширине 50 ГГц. В этом случае максимальная емкость одного оптического канала составляет 10 Гбит/с (уровень STM-64). В диапазоне L (1570-1605 нм) максимальное число оптических каналов может достигать 160 при ширине канала 50 ГГц. При использовании DWDM-оборудования на 160 каналов одновременно в диапазонах C и L (C + L) возникают определенные требования к оптическим кабелям, а именно: затухание в C- и L-диапазонах должно быть примерно одинаковым. Значит, необходимо использовать оптический кабель с симметричными в этих диапазонах характеристиками по затуханию. Такие кабели разработаны сравнительно недавно. В подавляющем же большинстве случаев операторы используют кабели с несимметричными характеристиками в C- и L-диапазонах. Так, для кабелей, соответствующих требованиям рекомендации G.652, разница затухания в указанных диапазонах может достигать 0,02 дБ/км, что в пересчете на один усилительный участок дает разницу до 2 дБ. В этом случае для расчетов расположения оборудования необходимо брать наибольшее затухание, что приводит к необходимости чаще устанавливать передающее оборудование и в конечном счете увеличит его цену. Как DWDM, так и SDH–технологии рассчитаны, прежде всего, на использование в телефонных сетях с коммутацией каналов. Однако, согласно мировым тенденциям, развитие телекоммуникаций будущего связано с пакетными и IP–сетями, в связи, с чем уже разрабатывается IP–совместимые оптические методы передачи сигналов. Поэтому в перспективе сети, базирующиеся полностью на SDH–технологии, постепенно потеряют свое значение, однако SDH–функциональность. скорее всего, будет продолжать играть важную роль в IP–инфраструктуре. Особенно это касается действующих IP–сетей, поскольку функциональные возможности оборудования SDH только предполагается реализовать в будущих оптических IP–сетях. Совместное применение оборудования SDH и DWDM и широко распространенного на существующих сетях оборудования стандарта PDH обеспечит гибкий и безболезненный переход к полностью IP–совместимым сетям. Такой сценарий развития удовлетворяет требованиям, как к функциональности, так и к пропускной способности сетей. В настоящее время на рынке появились принципиально новые, солитоновые DWDMсистемы, которые позволяют существенно увеличить пропускную способность каналов и дальность передачи. Основное свойство оптического солитона - возможность распространения оптического импульса без дисперсионного расплывания. Солитон - это модулированный по интенсивности оптический импульс, который за счет нелинейного взаимодействия между спектральными составляющими поддерживает неизменной форму оптического сигнала по мере его распространения в волокне. В линейных средах спектральные составляющие оптического импульса не взаимодействуют между собой, что приводит к дисперсионному расплыванию сигнала. При учете нелинейного эффекта перераспределения энергии между спектральными составляющими можно избежать 32 дисперсионного расплывания сигнала, распространяющегося вдоль волокна. Данная технология представляется наиболее перспективной для передачи сигнала STM-256 (40 Гбит/с) на большие расстояния. Однако солитоновые технологии накладывают определенные требования на оптические кабели, что может повлечь необходимость их полной замены на существующих сетях. Использование технологии DWDM оправданно для передачи больших объемов трафика. С увеличением числа оптических каналов, предаваемых по одному волокну, стоимость передачи единицы информации уменьшается. Так, стоимость передачи одного бита информации по полностью загруженной 160-канальной системе меньше соответствующего показателя для 40/32-канальной системы. Однако при неполной загрузке важно учитывать тот факт, что цена оборудования для 40/32-канальной системы заметно ниже цены 160канальной системы. В настоящее время многие операторы переходят на оборудование уровня STM-64 и рассматривают возможность использовать DWDM-технологии для построения магистральных и городских сетей. Современные городские транспортные сети должны поддерживать работу с неоднородным трафиком, в том числе с узкополосным трафиком на базе SDH-систем и широкополосным ATM- и Ethernet-трафиком. Технология DWDM позволяет объединить передачу разнородного трафика. Для этого каждому типу трафика выделяются свой оптический канал или своя длина волны. Можно утверждать, что технология DWDM становится экономически привлекательной при объеме трафика 40 Гбит/с и выше. Однако экономически эффективной она может быть и при объеме 10 Гбит/с. Возможность уменьшения стоимости DWDM-оборудования - использование "цветных" интерфейсов. Как мы уже говорили, к трансиверу с одной стороны подключается SDHоборудование, с другой оборудование DWDM (оптический мультиплексор/демультиплексор или пассивное оптическое устройство ввода-вывода на базе брегговских решеток). Но если в оборудовании SDH использовать STM-интерфейсы с фиксированной длиной волны и узким спектром излучения, то необходимость в транспондерах отпадает. Такие STM-интерфейсы и называются "цветными". Их использование, означающее не что иное, как отказ от трансиверов, позволяет сократить количество преобразований O-E-O и уменьшить число соединительных оптических кабелей, что повышает надежность оборудования. Кроме того, уменьшаются размеры оборудования и энергопотребление. В технологии DWDM минимальная дискретность сигнала - это оптический канал, или длина волны. Использование целых длин волн с емкостью канала 2,5 или 10 Гбит/с для обмена трафиком между подсетями оправдано для построения больших транспортных сетей. Но транспондеры-мультиплексоры позволяют организовать обмен трафиком между подсетями на уровне сигналов STM-4/STM-1/GE. Уровень распределения можно строить и на базе SDH-технологии. Но DWDM имеет большое преимущество, связанное с прозрачностью каналов управления и служебных каналов (например, служебной связи). При упаковке SDH/ATM/IP-сигналов в оптический канал структура и содержимое пакетов не изменяются. Системы DWDM проводят только мониторинг отдельных байтов для контроля правильности прохождения сигналов. Поэтому соединение подсетей по инфраструктуре DWDM на отдельно взятой длине волны можно рассматривать как соединение парой оптических кабелей. Основными преимуществами сетей DWDM являются: - высокие скорости передачи; - высокая утилизация оптических волокон; - возможность обеспечить 100% защиту на основе кольцевой топологии; - позволяет использование любых технологий канального уровня благодаря прозрачности каналов оптических волокон; - возможность простого наращивания каналов в оптической магистрали. В настоящее время наиболее распространены следующие применения сетей DWDM: - построение высокоскоростных транспортных сетей операторов национального масштаба, 33 на основе топологий «точка-точка» или «кольцо» - построение мощных городских транспортных магистралей, которые могут использоваться большим количеством пользователей с потребностями в высоких скоростях передачи и использующих самые различные протоколы. В сфере сетевой инфраструктуры формируются две основные тенденции — это IP и оптические сети. Если достоинства полностью IP – совместимых сред передачи (как наиболее простых в обслуживании, гибких и «бесшовных» служб на всем тракте от абонента до абонента) уже хорошо разрекламированы, то преимущества параллельной, полностью оптической инфраструктуры недостаточно хорошо известны. Сегодняшние соединительные сетевые структуры неизбежно требуют преобразований и переключений между оптической и электронной частями сети. Если сейчас это проблема решается на уровне системы управления и обслуживания, то в полностью IP–совместимых сетях будущего появятся новые требования к физическому уровню (такие, как маршрутизация, IP–сигнализация и т.д.). Когда и как эти требования будут реализовываться — пока продолжаются дискуссии. Тем временем на рынке специалисты разделились во мнениях при решении вопроса о том, как же, в конце концов, должны взаимодействовать IP– маршрутизаторы с оптическими сетями при завершении соединения между абонентами сети. При рассмотрении сценария развития широкополосных сетей было отмечено, что технология DWDM (совместно с SDH) может сыграть свою важную роль в постепенной миграции сетей к полностью IP–совместимости. Другим многообещающим техническим новшеством в сетях будущего должна стать так называемая «мультипротокольная лямбда– коммутация», которая является дальнейшим развитием технологии, известной под аббревиатурой MPLS (Multi protocol label switching). Лямбда–коммутация, фактически уже доступная для внедрения, заменяет обычный заголовок в IP–формате на короткую метку, тем самым увеличивая скорость обработки информационных данных. Мультипротокольная лямбда–коммутация вносит элемент интеллектуальности в сферу оптических телекоммуникаций, в частности, передающий транспондер теперь может выбирать наиболее короткий и высокоскоростной путь между двумя маршрутизаторами, что позволяет оптимизировать работу сети в целом. Более того, поскольку эта технология разработана на основе MPLS, вопросы о том, каким образом IP–маршрутизатор будет взаимодействовать с оптической средой передачи, как развивать дальнейшую стратегию перехода к полностью оптическим IP–совместимым сетям, решаются сами собой. Несмотря на то, что будущее за IP–совместимыми сетями, DWDM будет продолжать развиваться и совершенствоваться как самостоятельная технология передачи в отношении увеличения количества длин волн, используемых при мультиплексировании. А поскольку пропускная способность была и остается важнейшей проблемой многих операторов связи, роль DWDM как технологии, обеспечивающей поступательное развитие широкополосных мультисервисных сетей, сохранится, возможно, еще в течение длительного времени. Выводы. 1. В настоящее время на сетях связи активно внедряются системы передачи со спектральным уплотнением, которые позволяют значительно увеличить коэффициент использования пропускной способности оптических волокон. 2. Современные системы со спектральным уплотнением подразделяются на технологии DWDM и CWDM. Вопросы для самоконтроля. 1. Какие системы WDM относятся к грубым WDM? 34 2. Какие системы WDM относятся к плотным WDM? 3. Какие системы WDM относятся к сверхплотным WDM? 4. Сколько окон прозрачности рекомендованы МСЭ для освоения? 5. Назовите диапазоны длин волн, используемых для технологии WDM. Лекция 6 Тема 6. Технология CWDM Введение. В настоящее время на сетях связи активно внедряются системы передачи со спектральным уплотнением. Рассмотрим технологию CWDM. Раздел 6.1. Технология CWDM Технология CWDM. Развитие систем WDM (Wavelength Division Multiplexing), цель которых - увеличение ширины полосы канала связи для пользователя, шло сначала по интенсивному пути за счет сокращения шага оптических несущих. Причина была в том, что рабочая полоса систем WDM ограничивалась полосой активного усиления оптических усилителей (ОУ) EDFA, составляющей 30 нм (1530-1560 нм). Системы развивались в направлении WDM - DWDM (Dense WDM) - HDWDM (High-Dense WDM), что вело не только к увеличению числа несущих (то есть к уменьшению их шага), но и к существенному удорожанию плотных (шаг 0,8-0,4 нм) и сверхплотных (шаг 0,2-0,1 нм) систем WDM. Последний фактор стал тормозить процесс их внедрения. 35 Экстенсивный путь развития систем WDM стал возможен только в последние несколько лет благодаря улучшению технологии оптического волокна (OВ), позволившей на порядок расширить рабочую полосу пропускания OВ: с 30 до 340 нм. Затухание в полосе пропускания плавно менялось в относительно небольших пределах: ±3 дБ, что в свою очередь позволило значительно (в 10-50 раз) увеличить шаг несущих и тем самым существенно упростить фильтрацию несущих на приемной стороне, исключив дорогостоящие элементы систем WDM. В результате появился новый класс решений WDM - разреженные системы WDM, или CWDM (Coarse WDM), в которых используется очень большой стандартный шаг между несущими (20 нм) и дешевые средства их выделения - многослойные тонкопленочные оптические фильтры. Системы CWDM быстро завоевали признание специалистов и стали широко применяться в городских сетях (MAN), получив название систем WDM класса Metro. Решения CWDM рассматриваются как дешевая замена более дорогих систем DWDM в тех случаях, когда пользователям требуется не более 8-16 каналов WDM. Применение систем WDM такого класса стало возможным после того, как удалось ликвидировать "водяной" пик поглощения на кривой затухания ОВ в районе длины волны 1383 нм. В соответствии с рекомендацией МСЭ G.694.2 следует использовать не более 18 несущих с фиксированным шагом 20 нм: 1270, 1290, 1310 ... 1570, 1590, 1610, если требуемый диапазон длин волн не превышает 340 нм. Естественно, что затухание на краях такого диапазона достаточно велико, особенно на его левом крае в области коротких волн. Поэтому при передаче сигнала по стандартному одномодовому волокну (SSF) число несущих следует ограничить 8 длинами волн, лежащими в диапазоне 1470-1610 нм шириной в 140 нм. Если требуется использовать больше несущих, то, оставаясь в рамках стандарта CWDM, мы имеем, еще 200 нм полосы, или 10 дополнительных каналов с шагом 20 нм. В 2002 г. МСЭ принял стандарт, определяющий несущие частоты для систем CWDM – рекомендация ITU-T G.694.2. Кроме известных диапазонов C, S и L, в системах CWDM появляются два новых диапазона длин волн – диапазон O (1260-1360нм) и диапазон E (13601460 нм). На рис. 6.1 приведено распределение длин волн по диапазонам: В 2003 г. МСЭ утвердил рекомендацию ITU-T G.695, определяющую допустимые значения затухания сигнала, уровня мощности и перекрываемого расстояния. Рис.6.1. Распределение длин волн по диапазонам 36 Наряду с ранее выбранной скорость 2.5 Гбит/с была регламентирована новая скорость передачи – 1.25 Гбит/с, что позволило упростить и унифицировать применение преобразователей Gigabit Ethernet в мультиплексорах CWDM. Технология CWDM применяется для волнового (спектрального) уплотнения нескольких каналов Gigabit Ethernet в одну пару физического оптоволокна, что экономит ресурс волокна и дает возможность получить новые топологические решения с использованием оптических мультиплексоров. Технология CWDM может применяться везде, где используется передача Ethernet-трафика по оптической линии, и при этом она не предъявляет новых требований к оптоволокну. Таким образом, один и тот же ресурс используется для нескольких Gigabit потоков (на одно волокно – до 9 потоков). CWDM системы используют лазеры, которые не нуждаются в охлаждении. Эти системы обычно используются при температуре от 00 до 700 С с отклонением длины волны лазера от этого диапазона примерно на 6 нм. Это смещение длины волны складывается со смещением, вносимым самим лазером (±3 нм), в результате суммарное отклонение длин волн составляет ±12 нм. Полоса пропускания оптических фильтров и разделение каналов лазера должны быть достаточны широкими, чтобы обеспечить (поддержать) колебание длин волн неохлажденного лазера в системах CWDM (рис.6.2). Разделение каналов в таких системах обычно составляет 20 нм с полосой пропускания канала 13 нм. Рису. 6.2. Колебания длин волн неохлаждаемого лазера с распределенной обратной связью (длина волны – 1.55 нм) Проблемы реализации систем WDM связаны, главным образом, с преодолением воздействия трех факторов: влияния эффекта ЧВС (четырехволнового смешения); воздействия помех от соседних каналов; ограничения суммарной мощности светового сигнала, вводимого в волокно. Влияние первого фактора достаточно успешно снижается за счет использования волокна с ненулевой смещенной дисперсией (NZDSF), неравномерного распределения частот несущих, а также за счет использования схем интерливинга. Волокно G.653 оказалось непригодным для новой стремительно развивающейся технологии спектрального мультиплексирования WDM из-за нулевой дисперсии на 1550 нм, 37 приводившей к резкому возрастанию искажений сигнала от четырехволнового смешения в этих системах. Наиболее приспособленным для плотного и высокоплотного WDM (DWDM и HDWDM) оказалось оптическое волокно G.655, а для разреженного WDM (CWDM) – недавно стандартизованное оптическое волокно G.656 (табл. 34.1). Таблица 6.1. Применение различных типов волокон Тип волокна G.652.C/D G.655 Системы SDH/CWDM/DWDM Основн Магистральная, зоновая, ое городская сеть, кабельное применение телевидение, PON, сети FTTH Замена волокна G.652.A/B с окном прозрачности на 1400 нм G.655, G.656 Системы SDH/DWDM От 2.5 до 10 Gbit/s на один оптический канал Магистральная, зоновая, городская сеть Системы SDH/CWDM/DWDM От 10 до 100 Gbit/s на один оптический канал Магистральная, зоновая, городская сеть Создание волокон без «водяного пика», позволило использовать в системах связи все волны в диапазоне от 1260 до 1625 нм, – т.е. там, где кварцевое оптическое волокно обладает наибольшей прозрачностью. Влияние второго фактора (который имеет разную природу на передающем и приемном концах) может быть снижено разными способами: увеличением шага несущих (действует на обоих концах), использованием внешнего модулятора (уменьшающего уширение несущей), применением солитонной технологии или техники модуляции с подавлением одной боковой полосы (ОБП). Все три метода действуют на передающем конце. Кроме того, можно применить процедуру интерливинга, при которой плотный набор из n несущих длин волн (с шагом s) разделяется на приемном конце на два или четыре (каскадно 2x2) набора по n/2 (с шагом 2s) или n/4 (с шагом 4s) несущих. Влияние третьего фактора обусловлено тем, что максимальная мощность каждой оптической несущей PC max (в дБм) зависит от полной оптической мощности, подаваемой с выхода транспондера на вход волокна Ptotal (оптическая мощность в дБм на выходе агрегатного канала WDM) и числа мультиплексированных длин волн п. Согласно стандарту, P c max = Pном - 10lgn. Мощность Pном ограничена безопасным уровнем излучения лазера (или допустимым уровнем суммарных нелинейных искажений в сердцевине волокна) и составляет для разных производителей оборудования WDM величину от 17 до 30 дБм. По табл. 4.2 можно оценить, как меняется эта мощность в расчете на 1 несущую для разного числа несущих в системе WDM при равномерном распределении. Таблица 6.2. Максимальная мощность на одну несущую WDM, дБм Число несущих, n Pном=17 дБм 2 4 8 1 3 6 1 2 6 2 4 28 56 1 1 8 5 2 - - 38 4 1 Pном=30 дБм 1 4 7 2 2 2 1 1 1 9 7 4 1 8 5 2 6 Из табл.6.2 видно, что при большом числе несущих падение мощности может составить (против исходного уровня для двух несущих) 21 дБ. В результате не использования WDM исключается возникновение проблемы обеспечения нужного уровня BER в оптическом канале. Единственный способ борьбы с этим - увеличение эффективной площади сечения волокна, то есть использование специально разработанных волокон, например LEAF, Siecor, брэгговских волокон или волокон на основе фотонных кристаллов. Область применения CWDM. Многие сети крупных городов не модернизировались уже десять лет. Постоянное увеличение трафика привело некоторые зоны к тому, что у них уже почти не осталось ресурсов для роста. Недостаточная пропускная способность сети, известная также под названием «истощение волокон», является той проблемой, которую операторы связи хотели бы разрешить незамедлительно. Добавление CWDM в оптическую транспортную систему является простым и экономически выгодным решением проблемы истощения (нехватки) волокон. По уже существующему оптическому волокну может производиться дополнительное обслуживание без прерывания обслуживания уже имеющихся абонентов. Условия, в которых целесообразно применение CWDM систем: - городские и региональные оптические сети; - строительство сети в условиях дефицита ОВ (или высокой стоимости аренды ОВ); - необходимость увеличения пропускной способности существующих сетей на базе ВОЛС; - предоставление множества услуг по оптоволоконной паре; - построение оптических сетей для предоставления в аренду «виртуального» волокна - CWDM решения независимы к различным протоколам передачи информации. Это позволяет создавать различные телекоммуникационные услуги в одной транспортной среде. Выводы. 1. Технология CWDM является пассивной, то есть не содержит в линейном тракте активных узлов. 2. Максимальная дальность связи не превышает 80 – 100 км. 3. Максимальное число спектральных каналов не превышает 18 (9 дупл.) Контрольные вопросы 1. В чем состоит сущность технологии CWDM? 2. В чем состоят принципиальные отличия технологий CWDM и DWDM? 3. Какие требования предъявляются к оптическим мультиплексорам (демультиплексорам)? 4. Какие окна прозрачности предназначены для технологии СWDM? 39 Список использованных источников 1. Оптические системы передачи: Учебник для ВУЗов / Б.В.Скворцов, В.И.Иванов, В.В. Крухмалев и др.; Под ред. В.И.Иванова. – М.: Радио и связь, 1994. - 224 с. 2. Гауэр Дж. Оптические системы связи. - М: Радио и связь, 1989. - 502 с. 3. Руководящий технический материал по применению систем и аппаратуры синхронной цифровой иерархии на сети связи РФ.-М.: ЦНИИС, 1994. - 50 с. 4. Проектирование волоконно – оптических линий связи: Уч. пособие по дипломному и курсовому проектированию для специальностей 2305 и 2306 / В.А. Бурдин и др.Самара: ПИИРС, 1992. - 148 с. 5. Волоконно-оптические системы передачи. Учебное пособие для вузов /В.И. Иванов, Л.В. Адамович/- Самара: ИУНЛ, ПГУТИ.- 2010.- 119 с.: ил. 6. Спектральное уплотнение ВОЛС. Учебное пособие для вузов /В.И. Иванов/- Самара: ИУНЛ, ПГУТИ.- 2010.- 228 с.: ил. 1. Спектральное уплотнение ВОЛС. Учебное пособие для вузов /В.И. Иванов/- Самара: ИУНЛ, ПГУТИ.- 2010.- 228 с.: ил. 7. Цифровые и аналоговые в системы передачи: Учебник для вузов /Иванов В.И., Гордиенко В.Н., Попов Г.Н., и др. Под редакцией В.И. Иванова.- М.: Горячая линия – Телеком, 2003, - 232 с.: ил. 8. Проектирование и техническая эксплуатация систем передачи: Учеб. пособие для вузов / В.В. Крухмалев, В.Н. Гордиенко, В.И. Иванов и др.; Под ред. В.Н. Гордиенко и В.В. Крухмалева. - М.: Радио и связь. - 1996. - 344 с.: ил. 9. Корнилов И.И. Цифровая линия передачи: Учебное пособие по курсовому и дипломному проектированию по курсу МСП.- Самара: ПГАТИ, 2000. - 125 с. 10. Волоконно – оптические системы передачи и кабели: Справочник / И.И.Гроднев, А.Г. Мурадян, Р.М. Шарафутдинов и др. – М.: Радио и связь, 1993.-265 с. 11. Оптические кабели связи российского производства. Справочник./ Воронцов А.С., Гурин О.И., Мифтяхетдинов С.Х., Никольский К.К., Питерских С.Э. -М.: Эко-Трендз, 2003. -228 с.: ил. 40 12. ITU-T G.694.2. Spectral grids for WDM applications: CWDM wavelength grid (6.02). 13. Hinderthur H., Friedric L. WDM hybrid transmission based on CWDM plus DWDM // Lightwave Europe. July 2003. P. 9-12. 14. ITU-T G.692. Optical interfaces for multi-channel systems with optical amplifiers (10.98, Corr. 1,2-6.02). Глоссарий. Информация – совокупность сведений о состоянии какого-либо материального объекта. Сообщение – форма представления информации для ее передачи, хранения, обработки или непосредственного использования. Сигнал – электрическое колебание, отображающее сообщение. Каналом связи - совокупность средств, обеспечивающих передачу сообщений от источника к получателю. Электросвязь – передача сообщений посредством электрических сигналов. Система электросвязи - комплекс технических средств, обеспечивающих передачу сигналов электросвязи. Система передачи – совокупность технических средств, обеспечивающих формирование каналов связи. Канал тональной частоты (ктч) – комплекс технических средств, обеспечивающих передачу сигналов в спектре 0.3 – 3.4 кГц. Волоконно-оптическая система передачи. ВОСП - система передачи, в которой все виды сигналов передают по оптическому кабелю. Волоконно-оптическая линия передачи. ВОЛП - совокупность линейных трактов волоконно-оптических систем передачи, имеющих общий оптический кабель, линейные сооружения и устройства их обслуживания в пределах действия устройств обслуживания. Волоконно-оптическая система передачи со спектральным разделением. ВОСП со спектральным разделением - волоконно-оптическая система передачи, в которой при передаче в одном или двух противоположных направлениях нескольких сигналов по одному волокну оптического кабеля используются источники излучения с различными длинами волн для передачи каждого сигнала. 41 Волоконно-оптическая система передачи с временным разделением. ВОСП с временным разделением - волоконно-оптическая система передачи, в которой для передачи в одном направлении нескольких сигналов по одному волокну оптического кабеля каждому сигналу отводят определенные интервалы времени. Линейный тракт волоконно-оптической системы передачи. Линейный тракт ВОСП - комплекс технических средств волоконно-оптической системы передачи, обеспечивающий передачу сигналов электросвязи в полосе частот или со скоростью, соответствующей данной системе передачи. Многомодовая волоконно-оптическая система передачи. Многомодовая ВОСП волоконно-оптическая система передачи, в которой используется оптический кабель с многомодовым волокном. Одномодовая волоконно-оптическая система передачи. Одномодовая ВОСП волоконно-оптическая система передачи, в которой используется оптический кабель с одномодовым волокном. Компонент волоконно-оптической системы передачи. Компонент ВОСП - изделие оптики, оптоэлектроники или оптико-механическое изделие, являющееся частью волоконно-оптической системы передачи, которое может быть выделено как самостоятельное изделие с точки зрения требований к испытаниям, приемке, поставке и эксплуатации, и предназначенное для выполнения одной или нескольких функций по формированию, передаче, распределению, преобразованию и обработке оптического сигнала. Оптический волновод ВОСП - направляющая среда, структура которой обеспечивает распространение оптического излучения вдоль нее. Оптическая цепь ВОСП - совокупность компонентов ВОСП, соединенных таким образом, чтобы обеспечить передачу оптического сигнала между ними. Оптическая коммутация ВОСП - замыкание или размыкание оптической цепи под влиянием внешнего управляющего воздействия. Оптический плюс. Полюс - место ввода или вывода оптического излучения в компонент ВОСП. Оптическое соединение - сочленение оптических полюсов компонентов ВОСП, обеспечивающее передачу оптического излучения между ними. Оптические вносимые потери. Вносимые потери - отношение суммарной мощности оптического излучения на входных оптических полюсах компонента ВОСП к суммарной мощности оптического излучения на выходных полюсах компонента ВОСП, выраженное в децибелах. Коэффициент передачи между оптическими полюсами. Коэффициент передачи между полюсами - отношение мощности оптического излучения на одном из оптических полюсов компонента ВОСП к мощности оптического излучения на другом из его оптических полюсов, выраженное в децибелах. Деградация компонента ВОСП. Деградация - ухудшение одного или нескольких параметров компонента ВОСП в период его эксплуатации. Нестабильность параметра компонента ВОСП. Нестабильность - относительное изменение значения какого-либо параметра компонента ВОСП в процессе воздействия неконтролируемых внешних факторов. Передатчик ВОСП - совокупность передающего оптоэлектронного модуля с дополнительными устройствами преобразования электрического сигнала. Приемник ВОСП - совокупность приемного оптоэлектронного модуля с дополнительными устройствами преобразования электрического сигнала. Аналоговый ретранслятор ВОСП - устройство волоконно-оптической системы передачи, предназначенное для преобразования аналогового оптического сигнала в электрический сигнал, его усиления и последующего преобразования в оптический сигнал. 42 Регенерационный ретранслятор ВОСП - устройство волоконно-оптической системы передачи, предназначенное для преобразования цифрового оптического сигнала в электрический, его регенерации и последующего преобразования в оптический сигнал. Оптический усилитель ВОСП - устройство волоконно-оптической системы передачи, предназначенное для усиления оптического сигнала без преобразования его в электрический. Оптическое волокно. Волокно - оптический волновод ВОСП, выполненный в виде нити из диэлектрических материалов с покрытием. Оболочка оптического волокна. Оболочка - внешняя поверхность оптического волокна, имеющая постоянное значение показателя преломления по поперечному сечению и определяющая совместно с сердцевиной структуру поля распространяющегося оптического излучения. Сердцевина оптического волокна. Сердцевина - центральная поверхность оптического волокна, имеющая больший показатель преломления, чем окружающая оболочка оптического волокна, и определяющая совместно с нею структуру поля распространяющегося оптического излучения. Примечание. Область сердцевины определяется заданной частью разности между максимальным значением показателя преломления и значением показателя преломления оболочки оптического волокна. Защитное покрытие оптического волокна. Защитное покрытие - покрытие, наносимое на оболочку оптического волокна с целью его защиты от внешних воздействий. Примечание. Защитное покрытие называется первичным, если оно наносится на оболочку оптического волокна, и вторичным, если оно наносится на первичное покрытие. Одномодовое оптическое волокно. Одномодовое волокно - оптическое волокно, по которому может распространяться только одна мода. Многомодовое оптическое волокно. Многомодовое волокно - оптическое волокно, по которому может распространяться более одной моды. Градиентное оптическое волокно. Градиентное волокно - оптическое волокно, профиль показателя преломления которого является монотонной убывающей функцией радиуса в пределах его сердцевины. Ступенчатое оптическое волокно. Ступенчатое волокно - оптическое волокно, значение показателя преломления которого постоянно в пределах сердцевины. Дисперсия оптического волокна. Дисперсия - различие групповых скоростей различных составляющих оптического излучения. Межмодовая дисперсия оптического волокна. Межмодовая дисперсия - дисперсия оптического волокна, обусловленная различием групповых скоростей его мод. Внутримодовая дисперсия оптического волокна. Внутримодовая дисперсия составляющая дисперсии, обусловленная нелинейной зависимостью постоянной распространения данной моды оптического волокна от длины волны оптического излучения. Дисперсия материала оптического волокна. Дисперсия материала - дисперсия оптического волокна, обусловленная зависимостью показателя преломления материала сердцевины и оболочки от длины волны оптического излучения. Оптический кабель - кабельное изделие, содержащее один или несколько оптических волокон, объединенных в единую конструкцию, обеспечивающую их работоспособность в заданных условиях эксплуатации. Примечание. При необходимости оптический кабель может содержать также токопроводящие жилы. Диаметр сердцевины (оболочки, защитного покрытия) оптического волокна. Диаметр сердцевины (оболочки, защитного покрытия) - диаметр окружности, 43 определяющий центр сердцевины (оболочки, защитного покрытия) на поперечном сечении оптического волокна. Профиль показателя преломления оптического волокна. Профиль - распределение показателя преломления оптического волокна вдоль диаметра его поперечного сечения. Коэффициент затухания оптического волокна. Коэффициент затухания - величина, характеризующая уменьшение мощности оптического излучения при его прохождении по оптическому волокну, выраженное в децибелах, отнесенное к длине оптического волокна. Примечание. Коэффициент затухания следует измерять в режиме равновесия мод. Спектральная кривая затухания оптического волокна. Спектральная кривая затухания - зависимость коэффициента затухания оптического волокна от длины волны оптического излучения. Полоса пропускания оптического волокна. Полоса пропускания - интервал частот, в котором значение амплитудно-частотной модуляционной характеристики оптического волокна больше или равно половине ее максимального значения. Коэффициент широкополосности оптического волокна. Широкополосность полоса пропускания оптического волокна длиной 1 км, выраженная в мегагерцах, умноженных на километр. Передающий оптоэлектронный модуль. ПОМ - изделие оптоэлектроники, предназначенное для преобразования электрических сигналов в оптические. Примечание. Типичный передающий оптоэлектронный модуль включает источник излучения ВОСП (излучатели полупроводниковых лазеров и излучающие диоды), электронные схемы (или их элементы) для преобразования входных электрических сигналов и стабилизации режимов работы, оптический соединитель или отрезок оптического кабеля, выполненные в едином конструктивном исполнении. Аналоговый (цифровой) передающий оптоэлектронный модуль. Аналоговый (цифровой) ПОМ - передающий оптоэлектронный модуль, предназначенный для преобразования аналоговых (цифровых) сигналов электросвязи. Входное напряжение передающего оптоэлектронного модуля. Входное напряжение ПОМ - значение напряжения электрического сигнала на входе передающего оптоэлектронного модуля, работающего в заданном режиме эксплуатации. Средняя мощность излучения передающего оптоэлектронного модуля. Средняя мощность ПОМ - среднее значение мощности оптического излучения на выходном оптическом полюсе передающего оптоэлектронного модуля за заданный интервал времени, в заданном телесном угле и при заданном входном напряжении. Спектральная характеристика передающего оптоэлектронного модуля. Спектральная характеристика ПОМ - зависимость спектральной плотности средней мощности излучения передающего оптоэлектронного модуля от длины волны оптического излучения. Рабочая длина волны передающего оптоэлектронного модуля. Рабочая длина волны ПОМ - длина волны оптического излучения на выходном оптическом полюсе передающего оптоэлектронного модуля, на которой нормированы его параметры. Ширина спектра передающего оптоэлектронного модуля. Ширина спектра ПОМ максимальное расстояние между абсциссами точек спектральной характеристики передающего оптоэлектронного модуля, соответствующих заданному уровню спектральной мощности оптического излучения. Полоса пропускания передающего оптоэлектронного модуля. Полоса пропускания ПОМ - интервал частот, в котором значение амплитудно-частотной характеристики аналогового передающего оптоэлектронного модуля больше или равно половине ее максимального значения. 44 Скорость передачи передающего оптоэлектронного модуля. Скорость передачи ПОМ - скорость передачи символов цифрового сигнала электросвязи на входе передающего оптоэлектронного модуля, при которой его параметры сохраняют заданные значения. Примечание. В зависимости от области применения может быть задана максимальная скорость передачи передающего оптоэлектронного модуля или допустимый диапазон ее значений. Приемный оптоэлектронный модуль. ПРОМ - изделие оптоэлектроники, предназначенное для преобразования оптических сигналов, передаваемых в волоконно-оптической системе передачи в электрические сигналы. Примечание. Типичный приемный оптоэлектронный модуль включает приемник излучения ВОСП, электронные схемы обработки электрического сигнала и стабилизации режимов работы, оптический соединитель или отрезок оптического кабеля, выполненные в едином конструктивном исполнении. Аналоговый (цифровой) приемный оптоэлектронный модуль. Аналоговый (цифровой) ПРОМ - приемный оптоэлектронный модуль, предназначенный для преобразования аналоговых (цифровых) оптических сигналов электросвязи. Приемно-передающий оптоэлектронный модуль - изделие оптоэлектроники, выполняющее функции приемного и передающего оптоэлектронных модулей и выполненное в едином конструктивном исполнении с одной или несколькими блочными частями оптических соединителей или отрезками оптического кабеля. Аналоговый (цифровой) приемно-передающий оптоэлектронный модуль приемно-передающий оптоэлектронный модуль, выполняющий функции аналоговых (цифровых) приемного и передающего оптоэлектронных модулей. Аналого-цифровой приемно-передающий оптоэлектронный модуль - приемнопередающий оптоэлектронный модуль, выполняющий функции аналогового и цифрового приемно-передающих оптоэлектронных модулей. Спектральная характеристика приемного оптоэлектронного модуля. Спектральная характеристика ПРОМ - зависимость вольтовой чувствительности приемного оптоэлектронного модуля от длины волны принимаемого оптического излучения. Рабочая длина волны приемного оптоэлектронного модуля. Рабочая длина волны ПРОМ - длина волны принимаемого оптического излучения, для которой нормированы параметры приемного оптоэлектронного модуля. Полоса пропускания приемного оптоэлектронного модуля. Полоса пропускания ПРОМ - интервал частот, в котором значение амплитудно-частотной характеристики аналогового приемного оптоэлектронного модуля больше или равно половине ее максимального значения. Скорость передачи приемного оптоэлектронного модуля. Скорость передачи ПРОМ - скорость передачи символов цифрового сигнала электросвязи на входном оптическом полюсе цифрового приемного оптоэлектронного модуля, при которой его параметры сохраняют заданные значения. Примечание. В зависимости от области применения может быть задана максимальная или минимальная скорость передачи цифрового приемного оптоэлектронного модуля, или допустимый диапазон ее значений. Напряжение шума приемного оптоэлектронного модуля. Напряжение шума ПРОМ - среднее квадратическое значение флуктуации выходного напряжения приемного оптоэлектронного модуля в заданной полосе частот в отсутствии оптического сигнала на его входном оптическом полюсе. Отношение сигнал-шум приемного оптоэлектронного модуля - отношение амплитуды переменной составляющей выходного напряжения приемного оптоэлектронного модуля при заданных характеристиках принимаемого оптического сигнала к среднему квадратическому значению флуктуации выходного напряжения 45 при приеме немодулированного оптического излучения той же средней мощности. Коэффициент ошибок приемного оптоэлектронного модуля. Коэффициент ошибок ПРОМ - Отношение числа ошибок в цифровом сигнале электросвязи на выходе цифрового приемного оптоэлектронного модуля за заданный интервал времени к числу символов в этом интервале. Порог чувствительности приемного оптоэлектронного модуля. Порог чувствительности ПРОМ - минимальная средняя мощность оптического сигнала на входном полюсе приемного оптоэлектронного модуля при заданных характеристиках этого сигнала, при которой обеспечивается заданное отношение сигнал-шум или заданный коэффициент ошибок. Оптический соединитель. Соединитель - устройство, предназначенное для оптического соединения компонентов ВОСП. Разъемный оптический соединитель - оптический соединитель, допускающий многократное оптическое соединение. Неразъемный оптический соединитель - оптический соединитель, допускающий только однократное оптическое соединение. Однополюсный оптический соединитель оптический соединитель, предназначенный для оптического соединения одного выходного полюса с одним входным полюсом компонентов ВОСП. Многополюсный оптический соединитель оптический соединитель, предназначенный для соединения нескольких выходных оптических полюсов с таким же числом входных оптических полюсов компонентов ВОСП. Комбинированный оптический соединитель - оптический соединитель, предназначенный для одновременного создания оптического и электрического соединения. Вносимые потери оптического соединителя - потери, определяемые отношением мощности оптического излучения во входном оптическом полюсе к мощности на сочленяемом с ним выходном оптическом полюсе, выраженной в децибелах. Оптический разветвитель. Разветвитель - пассивный оптический многополюсник, в котором оптическое излучение, подаваемое на часть входных оптических полюсов, распределяется между остальными его полюсами. Оптический ответвитель. Ответвитель - оптический разветвитель с одним входным и двумя выходными оптическими полюсами, предназначенный для ответвления заданной части мощности оптического излучения. Спектрально-селективный разветвитель оптический разветвитель, коэффициенты передачи между оптическими полюсами которого зависят от длины волны в заданном диапазоне длин волн оптического излучения. Общегосударственная система автоматизированной телефонной связи. National automatic telephone communication system - комплекс технических средств и совокупность определенных принципов построения, систем нумерации, сигнализации, учета стоимости, тарификации, эксплуатации, обслуживания и управления общегосударственной автоматически коммутируемой телефонной сети. Общегосударственная автоматически коммутируемая телефонная сеть. ОАКТС Общегосударственная телефонная сеть, представляющая собой совокупность автоматических телефонных станций, коммутационных узлов, линий, каналов телефонной сети, оконечных абонентских устройств для обеспечения потребности населения, учреждений, организаций и предприятий в автоматизированной телефонной связи. Телефонная связь. Telephony - вид электросвязи, обеспечивающий передачу сигналов, отображающих речь, на расстояние с заданной полосой частот между абонентами и (или) операторами. 46 Средства телефонной связи. Telephone communication resources - технические устройства, в основу функционирования которых положены принципы телефонной связи. Временной канал вторичной сети. Timedividing Channel - канал вторичной сети ЕАСС, образованный на базе первичной сети, по которому передача сигналов, относящихся к одному сообщению, осуществляется в специально отведенные дискретные интервалы времени. Коммутация в сетях связи. Switching at the network - процесс образования соединительного пути для передачи информации при помощи технических средств. Коммутационная станция. Switching exchange - совокупность технических средств связи, обеспечивающая коммутацию абонентских, соединительных линий, каналов вторичной сети ЕАСС при осуществлении оконечных и транзитных телефонных соединений. Примечание. В зависимости от вида передаваемой информации коммутационной станции присваивается название: телефонная, телеграфная и др. станции. Коммутационная система. Switching system - совокупность управляющих устройств, коммутационного поля и станционных и линейных комплектов для построения коммутационных станций и узлов вторичных сетей ЕАСС. Примечание. В зависимости от типа коммутационных приборов и управляющих устройств различают: декадно-шаговые, координатные, квазиэлектронные, электронные и другие коммутационные системы. Телефонная сеть. Telephone Network - вторичная сеть ЕАСС, предназначенная для передачи сигналов электросвязи, отображающих речь на расстояние с заданной полосой частот. Цифровая телефонная сеть. Digital telephone Network - телефонная сеть, обеспечивающая передачу цифровых сигналов электросвязи, отображающих речь. Аналоговая телефонная сеть. Analog telephone Network. Аналого-цифровая телефонная сеть. Analog to digital telephone network. Междугородная телефонная сеть. Междугородная сеть. Trunk telephone Network - часть ОАКТС, представляющая собой совокупность междугородных телефонных станций, телефонных узлов автоматической коммутации и каналов телефонной сети, соединяющих их между собой, и обеспечивающая телефонной связью абонентов различных зон нумерации. Зоновая телефонная сеть. ЗТС. Zone telephone Network - часть ОАКТС, представляющая собой совокупность внутризоновой и местных телефонных сетей, расположенных в зоне нумерации 47 Список обозначений и сокращений АЛ АМТС АРУ АСК АРП АТС АСТЭ ВЗГ ВОЛП ВОЛС ВСС ГСЭ ГТС ДП ЗС ИКМ К.З. ЛАЦ ЛД ЛТ ЛФД МДМ МСЭ-Т НРП НС ОВ ОК ОП ОРП ОЦК ПОМ ПОРП ПРОМ - абонентская линия; - автоматическая междугородняя телефонная станция; - автоматическая регулировка уровня; - аппаратно-студийный комплекс; - аппаратура регенерационного пункта; - автоматическая телефонная станция; - автоматическая телефонная станция электронная; - ведомый задающий генератор; - волоконно-оптическая линия передачи; - волоконно-оптическая линия связи; - взаимоувязанная сеть связи; - генератор сетевого элемента; - городская телефонная сеть; - дистанционное питание; - звуковое сообщение; - импульсно-кодовая модуляция; - короткое замыкание; - линейно-аппаратный цех; - лазерный диод; - линейный тракт; - лавинный фотодиод; - минимальная детектируемая мощность; - Международный Союз Электросвязи, комитет по Телефонии; - необслуживаемый регенерационный пункт; - неразъемное соединение; - оптическое волокно; - оптический кабель; - оконечный пункт; - обслуживаемый регенерационный пункт; - основной цифровой канал; - передающий оптический модуль; - полуобслуживаемый регенерационный пункт; - приёмный оптический модуль; 48 ПЦИ ПЭГ РАТС РП РС РТМ РТЦ РУ СКТВ СЛ СТМ СЦИ ТКС ТМ ТО ТРС ТС ТСЛ ТСС ТЭ УВС УИС УС ФД ЦСП ЦУС ЭПУ APS ADM B-ISDN BBER DCC DM DCCM DCCR ECC ESR ETSI FS IEEE LAN - (PDH) плезиохронная цифровая иерархия; - первичный эталонный генератор; - районная АТС; - регенерационный пункт; - разъемный соединитель; - руководящий технический материал; - радио -, телецентр; - регенерационный участок; - система кабельного телевидения; - соединительная линия; - (STM) синхронный транспортный модуль; - (SDH) синхронная цифровая иерархия; - телекоммуникационная система; - терминальный (оконечный) мультиплексор; - техническое обслуживание; - токораспределительная сеть; - транспортная сеть или система; - транссибирская линия; - тактовая сетевая синхронизация; - техническая эксплуатация; - узел входящих сообщений; - узел исходящих сообщений; - узел связи; - фотодетектор; - цифровая система передачи; - центральный узел связи; - электропитающее устройство; - автоматическое защитное переключение; - мультиплексор ввода/вывода; - широкополосная сеть с интеграцией служб; - Кош по блокам с фоновыми ошибками; - канал передачи данных; - несрочная сигнализация; - канал передачи данных в мультиплексной секции; - канал передачи данных в регенерационной секции; - канал управления; - Кош по секундам, с ошибками; - Европейский институт стандартов в области связи; - балласт; - институт инженеров по электронике и радиотехнике; - локальная вычислительная сеть; 49