Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь FAQ Написать работу КАТЕГОРИИ:  Археология Биология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия ЭкологияТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву 
Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Промышленные системы спектрального уплотненияСодержание книги Поиск на нашем сайте
ЗАДАНИЕ И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ К ПРОЕКТИРОВАНИЮ Каждый студент выполняет задание по индивидуальным исходным данным, получаемым от преподавателя. В ходе работы над заданием студент выполняет следующее: • производит выбор аппаратуры для спектрального уплотнения; • приводит карту распределения частот для выбранного спектрального диапазона; • выбирает тип световодов и частоты каналов в соответствии с используемой картой каналов; • производит расчет дисперсии для канала с максимальным быстродействием и с максимальной и минимальной спектральной несущей;. • производит расчет затухания участка между двумя квантовыми усилителями; • определяет отношение сигнал/помеха и строит диаграмму уровней для магистрали; • строит подробную структурную схему линейного тракта с промежуточными участками. Для выполнения расчетов, при проектировании, задаются следующие исходные данные: L - длина трассы передачи, км; L1 - длина секции, км; М - число каналов спектрального уплотнения; Используемая в каналах электрическая аппаратура уплотнения (SТМ-N, АТМ, IР и др.), и соответствующее число каналов для каждой системы уплотнения (М1 М2, М3 и т.д.); Наличие пунктов ввода-вывода; Спектральный диапазон, в котором производится уплотнение; Строительная длина волокна, км.
2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СИСТЕМАХ И СЕТЯХ СПЕКТРАЛЬНОГО УПЛОТНЕНИЯ
Мультиплексирование с разделением по длине волны (WDM), также называется волновым мультиплексированием или спектральным уплотнением. Есть и развитие этой технологии — "плотное" DWDМ. Возможности временного уплотнения пока исчерпаны SТМ-256 со скоростью передачи 40 Гбит/с. В последние годы отмечается стремительный рост каналов, но если прирост речевого трафика составляет 8% в год, то трафика данных-35% в год. На 80-100% растет ежегодно объем трафика Интернета. Решить проблемы роста объема передаваемой информации можно тремя способами: 1. Прокладкой новых кабелей (длительный и дорогостоящий процесс); 2. Переходом к более производительной аппаратуре с временным мультиплексированием; 3. Применением WDM или DWDM.
Переход на скорости передачи с использованием систем синхронной передачи - 40 Гбит/с и более проблематичен из-за сложностей с электронными компонентами аппаратуры и ростом дисперсии. Но, даже переход на скорости в 40 Гбит/с сулит использование информационной емкости оптического волокна в 25 Тбит/с не более 0.1%. Внедрение технологии WDM и DWDМ опирается на технические реализации (рис. 1), основанные на использовании волновых мультиплексоров и демультиплексоров обеспечивающих в настоящее время возможность уплотнения с шагом до 100 ГГц (0,8 нм), хотя и возможно уплотнение и с шагом 50 ГГц (0,4 нм). Однако, при шаге в 50 ГГц даже при скорости передачи в 10 Гбит/с спектры перекрываются.
Рис 1. Гипотетические архитектуры мультиплексных оптических линий на основе каналов SDH: а) система 32´STM-16; б) система 8´STM-64.
Переход к этим технологиям требует использования широкополосных квантовых оптических усилителей на оптических волокнах, легированных эрбием. Такие усилители выпускаются трех видов: усилители мощности (МУ), линейные усилители (ЛУ) и предварительные усилители (ПУ). Для эффективного использования технологий WDM предпочтительны оптические световоды с ненулевой смещенной дисперсией (другие перечисленные необходимые компоненты рассмотрены более подробно далее). Выделим и рассмотрим те новые возможности, которые открываются с применением систем спектрального уплотнения: 1. В настоящее время принято классифицировать такие системы на три типа: а) Обычные (WDМ), для которых разнос каналов составляет не менее 200 ГГц, это даёт возможность в окне прозрачности 1530-1560 нм получить ³ 16 спектральных каналов; б) Плотные (DWDМ), для которых разнос каналов составляет не менее 100 ГГц (0.8 нм) и даёт возможность мультиплексировать в спектре 1530-1560 нм не более 32-40 каналов;
Таблица 1. Частотное распределение с шагом 100 и 200 ГГц для диапазона1528-1560 нм.
с) Высокоплотные (НDWDM), для которых разнос каналов составляет 50 ГГц и позволяет, в настоящее время, мультиплексировать в спектре 1530-1560 нм до 80 каналов. Можно также дополнительно увеличить число каналов за счет использования окна прозрачности 1560-1620 нм (рис.2.). Наконец, устранив пик поглощения волокна на длине волны ~1400 нм (рис.3.) можно обеспечить сплошной оптический диапазон передачи от 1280 до 1620 нм (рис.3в.). Частотный диапазон передачи составит в этом случае:
Рис.2. Перспективная схема расширенного канального плана.
2. Переход на технологии спектрального уплотнения обеспечивает возможность транспортировки различных сигналов (АТМ, IР, РDН) без их упаковки и обработки посредством структуры мультиплексирования SDН (рис.4.).
Рис.3. Спектральные кривые коэффициента затухания стандартных одномодовых волокон с несмещенной дисперсией: а) SMF-28 (Соrning); б) Matched Cladding; в) All Wave (Lucent Technologies).
Тем самым повышается эффективность передачи в целом (уменьшается длина необходимых заголовков, упрощается построение систем).
Рис. 4. Модель взаимодействия основных транспортных технологий: а) до внедрения технологий WDM; б) после внедрения технологий WDM
3. Наличие оптических несущих даёт возможность проводить оперативное изменение ёмкости сети при изменении потребностей в информации. 4. Имеется возможность использовать для маршрутизации каналы определённой длины волны вместо использования электронных средств коммутации; 5. Реальна возможность создания полностью оптических сетей передачи.
Обозначения * TransXpress Infinity WL 8/16/32 допускает 48каналов для STM-16 ** Расстояние удваивается установкой регенератора *** Используется электронная система SDH SL256 з Топология «звезда» к Топология «кольцо» к2 Топология «двойное кольцо с защитой» к4 Топология «сдвоенное двойное кольцо с защитой» т-т Топология «точка-точка» т-мт Топология «точка-многоточка» я Топология «ячеистой сети» вв/выв Ввод/вывод каналов на промежуточных узлах допуск Максимально допустимое значение накопленной дисперсии секции ВОЛС
Таблица 3
Новые разработки систем c WDM
Примечания: · - есть ○ - нет
4. Топология в системах спектрального уплотнения может быть такая же как и в обычных оптических системах: а) «точка-точка» без возможности ввода-вывода трибов SDH; б) «линейная цепь» с возможностью ввода-вывода трибов SDH; в) «звезда» или «точка- много точек», реализуемые с помощью концентратора; г) «кольцо» одинарное, двойное, счетверённое; д) ячеистая сеть с динамической маршрутизацией. 5. Секция. Понятие «секция»-это расстояние либо между регенераторами, либо терминальными (оконечными) мультиплексорами. По сути, секция-участок, где дисперсия или помехозащищённость (коэффициент ошибок) не выходит за пределы допустимого. В пределах секции возможно применение только квантовых усилителей. Секции могут быть короткими (50-90 км, без оптических усилителей), средними (80-150 км, они содержат бустеры- мощные усилители и предусилители). Данные таблицы 3 свидетельствуют, что длина секции уже может достигать более 1000 км. 6. Дистанция - максимальное расстояние на которое могут быть переданы данные или сигналы. Это расстояние определяется числом секции и длиной одной секции. Очевидно что использование нескольких секций приведет к появлению регенераторов. Правда, возможен и вариант использования стыковки терминальных мультиплексоров. 7. Скорость входных данных. Она может изменяться от скоростей систем РDН и АТМ до максимальной скорости SТМ -256 в 40 Гбит/с в зависимости от фирмы производителя. 8. Канал управления организуется на дополнительной несущей, лежащей за пределами используемой полосы. Основные стандартные несущие канала управления: 1310, 1480,1510, 1532, 1625 нм. 9. Управление. При использовании систем SDН управление базируется на основе ТМN с помощью интерфейса Q и F, а так же возможно применение специально разработанной системы управления сетью WDМ, которая включает в себя мониторинг волоконно-оптических каналов.
СВЕТОВОДЫ В силу значительной дисперсии многомодовые волокна не используются в современных сетях SDH и WDM. Стандартные волокна со ступенчатым показателем преломления-SSF (рис.5) использовались до настоящего времени очень широко. Их затухание на λ= 1,55 нм было понижено до 0.22-0.19 дБ/км, но они обладали существенным недостатком-на длине волны λ = 1,55 мкм их хроматическая дисперсия составляла 17÷20пс/нм×км. При современном использовании их дисперсия может быть скомпенсирована вставками из волокна для компенсации дисперсии (ВКД). В таблице 8 даны параметры таких вставок. Применение вставок дает возможность использовать такой кабель в системах WDМ.
Рис. 5. Профили показателя преломления одномодовых оптических волокон: а) с несмещённой дисперсией; б) со смещённой дисперсией (Corning); в) со смещённой дисперсией (Lucent Technologies).
Рис. 6. Нелинейный четырёхволновой эффект: 1-спектральные сигналы; 2-сигналы помехи: ln1 = 2l1 - l2; ln2 = 2l2 - l1.
Рис. 7. Хроматическая дисперсия одномодовых волокон в окне 1550 нм. Дисперсия волокна SSF была нулевой на λ~1,3 мкм. Волокна со смещенной дисперсией DSF имеют нулевую дисперсию на λ = 1,55 мкм, что достигается изменением показателя преломления волокна (рис. 5 б, в), но при их использовании для систем спектрального уплотнения возникают нелинейные эффекты приводящие к появлению паразитных оптических каналов. Этот эффект наиболее сильно проявляется вне точки нулевой дисперсии. Для полезных сигналов с длиной волны λ1 и λ 2 возникают сигналы помех (рис. 6). В силу сказанного были созданы волокна с ненулевой смещенной дисперсией NZDSF для которых сдвиг нуля дисперсии осуществлен к началу или к концу окна прозрачности 1530-1560 нм. Это достигается незначительным изменением W- образного или треугольного профиля показателя преломления (рис. 5 б, в). Соответствующие кривые дисперсии показаны на рис.7. Дисперсия таких волокон в окне прозрачности составляет ~2-4 пс/нм×км. Сочетание волокон такого типа NZDSF+ и NZDSF- даёт возможность достичь минимальных хроматических дисперсий без появления сигналов помех. При этом участки между квантовыми усилителями поочерёдно реализуются на волокнах NZDSF+ и NZDSF-. Основные параметры всех видов одномодовых волокон приведены в таблице 9. При использовании систем STM-64 и STM-256 со скоростями передачи 10-40 Гбит/с важным показателем становится поляризационная модовая дисперсия. Этот показатель, связанный с различием скоростей передачи двух взаимноперпендикулярных составляющих моды.
Таблица 11 Основные параметры оптических усилителей типа EDFA
Таблица 12 Параметры квантовых оптических усилителей компании ОРТОСОМ
Приложение 1
ЗАДАНИЕ И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ К ПРОЕКТИРОВАНИЮ Каждый студент выполняет задание по индивидуальным исходным данным, получаемым от преподавателя. В ходе работы над заданием студент выполняет следующее: • производит выбор аппаратуры для спектрального уплотнения; • приводит карту распределения частот для выбранного спектрального диапазона; • выбирает тип световодов и частоты каналов в соответствии с используемой картой каналов; • производит расчет дисперсии для канала с максимальным быстродействием и с максимальной и минимальной спектральной несущей;. • производит расчет затухания участка между двумя квантовыми усилителями; • определяет отношение сигнал/помеха и строит диаграмму уровней для магистрали; • строит подробную структурную схему линейного тракта с промежуточными участками. Для выполнения расчетов, при проектировании, задаются следующие исходные данные: L - длина трассы передачи, км; L1 - длина секции, км; М - число каналов спектрального уплотнения; Используемая в каналах электрическая аппаратура уплотнения (SТМ-N, АТМ, IР и др.), и соответствующее число каналов для каждой системы уплотнения (М1 М2, М3 и т.д.); Наличие пунктов ввода-вывода; Спектральный диапазон, в котором производится уплотнение; Строительная длина волокна, км.
2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СИСТЕМАХ И СЕТЯХ СПЕКТРАЛЬНОГО УПЛОТНЕНИЯ
Мультиплексирование с разделением по длине волны (WDM), также называется волновым мультиплексированием или спектральным уплотнением. Есть и развитие этой технологии — "плотное" DWDМ. Возможности временного уплотнения пока исчерпаны SТМ-256 со скоростью передачи 40 Гбит/с. В последние годы отмечается стремительный рост каналов, но если прирост речевого трафика составляет 8% в год, то трафика данных-35% в год. На 80-100% растет ежегодно объем трафика Интернета. Решить проблемы роста объема передаваемой информации можно тремя способами: 1. Прокладкой новых кабелей (длительный и дорогостоящий процесс); 2. Переходом к более производительной аппаратуре с временным мультиплексированием; 3. Применением WDM или DWDM.
Переход на скорости передачи с использованием систем синхронной передачи - 40 Гбит/с и более проблематичен из-за сложностей с электронными компонентами аппаратуры и ростом дисперсии. Но, даже переход на скорости в 40 Гбит/с сулит использование информационной емкости оптического волокна в 25 Тбит/с не более 0.1%. Внедрение технологии WDM и DWDМ опирается на технические реализации (рис. 1), основанные на использовании волновых мультиплексоров и демультиплексоров обеспечивающих в настоящее время возможность уплотнения с шагом до 100 ГГц (0,8 нм), хотя и возможно уплотнение и с шагом 50 ГГц (0,4 нм). Однако, при шаге в 50 ГГц даже при скорости передачи в 10 Гбит/с спектры перекрываются.
Рис 1. Гипотетические архитектуры мультиплексных оптических линий на основе каналов SDH: а) система 32´STM-16; б) система 8´STM-64.
Переход к этим технологиям требует использования широкополосных квантовых оптических усилителей на оптических волокнах, легированных эрбием. Такие усилители выпускаются трех видов: усилители мощности (МУ), линейные усилители (ЛУ) и предварительные усилители (ПУ). Для эффективного использования технологий WDM предпочтительны оптические световоды с ненулевой смещенной дисперсией (другие перечисленные необходимые компоненты рассмотрены более подробно далее). Выделим и рассмотрим те новые возможности, которые открываются с применением систем спектрального уплотнения: 1. В настоящее время принято классифицировать такие системы на три типа: а) Обычные (WDМ), для которых разнос каналов составляет не менее 200 ГГц, это даёт возможность в окне прозрачности 1530-1560 нм получить ³ 16 спектральных каналов; б) Плотные (DWDМ), для которых разнос каналов составляет не менее 100 ГГц (0.8 нм) и даёт возможность мультиплексировать в спектре 1530-1560 нм не более 32-40 каналов;
Таблица 1. Частотное распределение с шагом 100 и 200 ГГц для диапазона1528-1560 нм.
с) Высокоплотные (НDWDM), для которых разнос каналов составляет 50 ГГц и позволяет, в настоящее время, мультиплексировать в спектре 1530-1560 нм до 80 каналов. Можно также дополнительно увеличить число каналов за счет использования окна прозрачности 1560-1620 нм (рис.2.). Наконец, устранив пик поглощения волокна на длине волны ~1400 нм (рис.3.) можно обеспечить сплошной оптический диапазон передачи от 1280 до 1620 нм (рис.3в.). Частотный диапазон передачи составит в этом случае:
Рис.2. Перспективная схема расширенного канального плана.
2. Переход на технологии спектрального уплотнения обеспечивает возможность транспортировки различных сигналов (АТМ, IР, РDН) без их упаковки и обработки посредством структуры мультиплексирования SDН (рис.4.).
Рис.3. Спектральные кривые коэффициента затухания стандартных одномодовых волокон с несмещенной дисперсией: а) SMF-28 (Соrning); б) Matched Cladding; в) All Wave (Lucent Technologies).
Тем самым повышается эффективность передачи в целом (уменьшается длина необходимых заголовков, упрощается построение систем).
Рис. 4. Модель взаимодействия основных транспортных технологий: а) до внедрения технологий WDM; б) после внедрения технологий WDM
3. Наличие оптических несущих даёт возможность проводить оперативное изменение ёмкости сети при изменении потребностей в информации. 4. Имеется возможность использовать для маршрутизации каналы определённой длины волны вместо использования электронных средств коммутации; 5. Реальна возможность создания полностью оптических сетей передачи.
ПРОМЫШЛЕННЫЕ СИСТЕМЫ СПЕКТРАЛЬНОГО УПЛОТНЕНИЯ
В таблицах 2, 3 приводятся данные промышленных систем, получивших развитие в последние годы. Ряд фирм разрабатывали системы со спектральным уплотнением для глобальных сетей SDН, в то же время другие компании использовали их для локальных сетей. К последним относятся ОSIСОМ, IТС, IВМ, ЕОNIХ, СIЕNА, САМВRIАН, АDVА. Интерфейсы для преобразования форматов сигналов на входе и выходе у них предназначены для обработки сигналов данных. Компании АLCAТЕL, ЕСI, LUСЕNТ, NЕС, NОКIА, NОRТЕL, РIRELLI, SIEMENS - выпускают аппаратуру для глобальной связи. Скорости передачи у этих компаний достигали 100-400 Гбит/с. По приводимым паспортным данным можно судить о ряде параметров присущих системам: 1. Тип системы - дуплексная или двунаправленная (D), использует две оптические несущие на канал и полудуплексные (S) - одна несущая на канал в световоде. Если же число каналов просто даётся, то это полудуплексная система с n-каналами, или дуплексная с n/2 каналами При создании дуплексных систем каналы одного направления могут быть отделены от другого защитным зазором в несколько каналов по длине волны. 2. В высокоскоростных системах предпочтение отдается коду NRZ, для которого объём информации передаваемой за единицу времени наиболее высокий. 3. Число каналов ввода-вывода. С точки зрения топологии наиболее легко реализуется топология «точка-точка», где ввод-вывод каналов, как электрических, так и оптических либо не требуется, либо ограничен. Таблица 2 Промышленные системы с WDM
|
Процесс создания столь широкополосных систем отдален несовершенством световодов и отсутствием столь широкополосных квантовых оптических усилителей. Не менее актуальна и проблема равномерности амплитудно-волновых характеристик таких усилителей.
