Модернизация волоконно-оптической линии передачи с использованием аппаратуры спектрального уплотнения

- минимальные вносимые потери;

- минимальный уровень вносимой  ПМД;

- минимальный уровень нелинейных  искажений.

При выборе типа DCF для модернизации ВОЛП с использованием спектрального уплотнения следует учитывать необходимость компенсации во всем рабочем диапазоне с учетом наклона дисперсионной характеристики.

  (15)

где - относительный наклон дисперсионной характеристики компенсирующего и телекоммуникационного волокна, используемого на ЭКУ, соответственно 1/нм.

RDS=S/D (16)

RDS=0,081/15,502=0,00522 1/нм

где S- наклон дисперсионной кривой (пс/(*км))

D- коэффициент дисперсии (пс/(нм*км))      

Таблица 7. Параметры волокон компенсации дисперсии.

Марка DCF	пс/(нм*км)	,     пс/(*км)	дБ/км	, пс/	,	, 1/нм
St.-DCF	-100	-0,23	0,43	0,24	20	0,0023
EWB-DCF	-120	-0,44	0,45	0,25	21	0,0036
HS-DCF	-95	-0,65	0,42	0,27	15	0,0068
EHS-DCF	-120	-1,20	0,45	0,29	14	0,0100
UHS-DCF	-130	-2,10	0,48	0,31	14	0,0161
LL-DCF	-170	-0,70	0,46	0,35	18	0,0041

 

Так как  RDS волокна марки LL-DCF максимально близок (по отношению с RDS других марок) к RDS нашего телекоммуникационного волокна то совершенно очевидно что мы выбираем именно это волокно. 

 

Расчет  параметров модуля компенсации дисперсии.

Требуемая длина DCF определяется по формуле:

  (17)

Расчет  производится для средней длины  волны (λ4).

  км 

  км                                          

  км                                           

  км

Для каждого модуля DCM рассчитаем величину дисперсии:

  (18)

Расчет  коэффициента дисперсии DCF в зависимости от длины волны производится по формуле:

      (19)       

-172,611 пс/

-171,764  пс/

-170,644  пс/

-944,355 пс/нм

-939,721  пс/нм

-933,593  пс/нм

-1259,197  пс/нм

-1253,018  пс/нм

-1244,848  пс/нм

-1574,040  пс/нм

-1566,316  пс/нм

-1556,103  пс/нм

-1888,882  пс/нм

-1879,613  пс/нм

-1867,357  пс/нм

 

Приступим к расчету суммарного затухания  модуля компенсации:

  (20)

коэффициент затухания DCF, дБ/км

длина DCF, км

затухание на сварном соединении DCF и пиг-тейла, (0,3 дБ)

затухание на разъемном соединении, (0,5 дБ)

0,46*5,471+1,6=4,117 дБ

0,46*7,295+1,6=4,956 дБ

0,46*9,119+1,6=5,795 дБ

0,46*10,943+1,6=6,634 дБ

 

Поскольку DCF обладает повышенным уровнем ПМД, необходимо оценить величину накопленной ПМД:

  пс  (21)

0,35*0,819  пс

0,945  пс

1,057  пс

1,158  пс

Результаты  расчетов сведем в таблицу 8.

 

Таблица 8. Параметры модулей компенсации дисперсии.

	DCM-A	DCM-B	DCM-C	DCM-D
, км	60	80	100	120
(λ1), пс/нм	-944,355	-1259,197	-1574,040	-1888,882
(λ4), пс/нм	-939,721	-1253,018	-1566,316	-1879,613
λ8), пс/нм	-933,593	-1244,848	-1556,103	-1867,357
, дБ	4,117	4,956	5,795	6,634
, пс	0,819	0,945	1,057	1,158

 

 

 

4. Выбор и размещение модулей компенсации дисперсии.

 

 

Рисунок 2 Выбор и размещение модулей компенсации дисперсии

Модули  компенсации дисперсии могут  размещаться на промежуточных усилительных пунктах, а также на передающей и  принимающей стороне.

Как правило, модуль компенсации размещается  между двумя каскадами оптического  усилителя, что позволяет скомпенсировать  собственное затухание модуля и  в тоже время не вызвать увеличения нелинейных эффектов.

 

Расчет  остаточной недокомпенсированной дисперсии (для λ4):

 пс/нм (22)

Сравниваем  полученное значение с допустимым значением:

для 40 Гбит/с  пс/нм

Остаточная  дисперсия превышает максимально-допустимое значение! Но в дальнейшем правильный выбор кодера и формата манипуляции устранит данную проблему.

 

Таблица 9. Размещение модулей компенсации дисперсии.

Пункт	Тип DCM
НУП1	100
НУП2	100
НУП3	120
НУП4	100
ОП2	120

 

 

Рассчитаем  как изменится накопленная хроматическая  дисперсия на регенерационном участке:

  (23)

Результаты расчетов сводим в таблицу 10 и строим График зависимости накопленной дисперсии от длины регенерационного участка.

 

Таблица 10. Изменение дисперсии на регенерационном участке.

Участок	, пс/нм
	λ1	λ4	λ8
ЭКУ1	75,638	76,896	78,417
ЭКУ2	-35,48	-32,232	-28,206
ЭКУ3	21,013	25,905	31,937
ЭКУ4	-12,29	-5,713	2,414
ОП2	-173,679	-164,604	-153,323

 

 

 

 

 

График  изменения накопленной дисперсии от длины регенерационного участка

 

 

 

 

 

 

5. Выбор и размещение оптических усилителей.

ОУ  являются важнейшим элементом экономически эффективных ВОЛП. В настоящее  время наиболее широко применяются  ОУ на основе волокна, легированного  эрбием - EDFA. EDFA обеспечивают непосредственное усиление оптических сигналов без их преобразования в электрические и обратно, их рабочий диапазон длин волн практически точно соответствует окну прозрачности кварцевого ОВ в C и L диапазоне. ОУ работают независимо от протокола сигнала или метода модуляции оптического сигнала. Кроме EDFA усилителей на сетях связи также получают распространения усилители, основанные на явлении вынужденного комбинационного (рамановского) рассеяния. Подобные усилители позволяют добиться низкого уровня собственных шумов и, как правило, используются на протяженных ЭКУ.

В зависимости от местоположения на регенерационном  участке ОУ может быть классифицирован  как усилитель передачи- бустер, линейный усилитель и предварительный  усилитель.

 

Произведем  расчет суммарного затухания для всех ЭКУ по формуле:

  (24)

где: α(λ) - коэффициент затухания ОВ на длине волны λ, дБ/км

- протяженность ЭКУ, км

- затухание на сварных соединениях,  дБ

- количество оптических муфт

- затухание на оптических разъемных  соединениях, (0,5 дБ)

- количество оптических разъемных  соединений, дБ

- затухание вносимое блоком  интерфейса оптических волокон  (FIU), (1,5 дБ)

 

- строительная длина ОК, (6 км)

int- округление до большего целого

  дБ 

  дБ

  дБ

  дБ

  дБ

По  результатам расчетов заполним таблицу.

 

Таблица 11. Затухание ЭКУ.

Участок	, дБ
ЭКУ1	27,55
ЭКУ2	24,99
ЭКУ3	31,56
ЭКУ4	26,05
ОП2	28,60

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Расчет отношения сигнал/шум на ВОЛП с оптическими усилителями.

Важным  фактором деградации оптического сигнала  ВОЛП является шум, вносимый оптическими  усилителями. Т.о., необходимым этапом при реконструкции ВОЛП является оценка качества передачи путем контроля отношения оптический сигнал/помеха (OSNR).

Необходимо  определить OSNR в точках главного оптического тракта MPI-S, MPI-R и в контрольных точках ОУ.

OSNR=  (25)

где: - уровень выходной мощности одного канала в точке MPI-S, дБм

, дБм

n- последняя цифра зачетки

- номер ЭКУ

h- постоянная Планка

- частота, соответствующая расчетному  оптическому каналу

- оптическая полоса канала, (12,5 ГГц)

- суммарное затухание на усилительном  участке

=-58 дБ 

 

OSNR1(λ4)=3,5-(27,55+5,795)-5,5+58=22,65  дБ

OSNR2(λ4)=3,5-(24,99+5,795)-5,5-3,01+58=22,20  дБ

OSNR3(λ4)=3,5-(31,56+6,634)-5,5-4,77+58=13,04  дБ

OSNR4(λ4)=3,5-(26,05+5,795)-5,5-6,02+58=18,14  дБ

OSNR5(λ4)=3,5-(28,60+6,634)-5,5-6,99+58=13,77  дБ

 

График  изменения OSNR в контрольных точках

 

Отношения сигнал/шум в каждом оптическом канале в точках MPI-S и MPI-R для различных кодов применения в зависимости от максимального числа ЭКУ (х) должны быть не менее, дБ:

 

19+х+10Lgх - в точке MPI-S (27)

19+х-к+10Lg - в точке MPI-R (28)

к- порядковый номер линейного ОУ.

 

MPI-S=19+х+10Lgх=31 дБ

MPI-R1=26,98

MPI-R2=24,22

MPI-R3=21,97

MPI-R4=20,00

MPI-R5=18,21

 

Сравнивая полученные значения OSNR с нормами для точки MPI-R делаем вывод что качество сигнала находится в неудовлетворительном состоянии. Следует принять меры по увеличению OSNR.

 

Для обеспечения оптимального уровня OSNR решено выбрать кодер упреждающей коррекции ошибок RSxRS, который дает чистый выигрыш = 7,1 дБ.

 

Как будет видно далее из расчетов работоспособность нашей линии  находится под вопросом из-за влияния  ПМД. В связи с чем было решено сменить формат манипуляции с NRZ на DQPSK - это даст дополнительный выигрыш OSNR+ 3,5 дБ, а также увеличит порог влияния ПМД до 8 пс.

 

В итоге имеем чистый выигрыш = 10,6 дБ - данного значения вполне хватит чтобы  поднять OSNR выше нормированного уровня.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Расчет накопленной ПМД.

На  ВОЛП с компенсацией хроматической  дисперсии при скорости передачи 10 Гбит/с и выше ограничивающим фактором может оказаться ПМД.