Оптические системы связи с волновым уплотнением.
Одноволновые СП пришли к пределу скорости передачи ограничивающаяся возможностями электрической части, т.е. электрические компоненты на 10 Гбит/с работают на пределе своих физических возможностей.
Выходом из этой ситуации стали многоволновые системы передач. По одному волокну передают сигнал на нескольких оптических несущих. Каждая оптическая несущая представляет собой отдельный оптический канал на котором скорость передачи может достигать 2,5 Гбит и даже 10 Гбит.
Число каналов в настоящее время может достигать 80 и более 100.
32 кан.* 2,5=80 Гбит/с
В одно волокно сигналы: λ1, λ2, … , λn.
План частот: вводимые в волокно оптические не сущие должны быть расположены на определенных частотах. Эти частоты находятся в диапазоне 1528нм .. 1560 нм. В этом диапазоне работают оптические усилители, т.е. усилители непосредственно оптического сигнала без преобразования в электрический.
Между λn и λn+1 применяется различный разнос для различных систем.
В настоящее время принято 50 ГГц – разнос между λ (HWDM)- высокоплотные системы.
100 ГГц (WDM)- невысокоплотные системы.
Могут быть 200 ГГц, 400 ГГц и более - низкоплотные (CWDM).
Каждая из этих систем имеет различное число каналов: CWDM – 8..4 каналов
HWDM – 80..100 каналов.
Есть системы с разносом 25 ГГц, но это слишком близко.
Проблемы:
Большинство проложенных в настоящее время волокон, не рассчитаны на многоволновые системы. SMF – стандартное ступенчатое одномодовое волокно. У него нулевая дисперсия соответствует 1310 нм. 15..17 пс/нм∙км – если источник имеет ширину 1 км, то на длине 1 км будет такая дисперсия.
|
|
|
На этом волокне могут использоваться системы с малым числом волновых каналов.
Если лежит волокно SMF, то увеличение пропускной способности за счет использования уплотнения с высоким числом каналов.
DSF – волокно со смещенной нулевой дисперсией.
Это волокно, у которого нулевая дисперсия лежит в диапазоне 1550 мкм. Оно разработано для обеспечения минимума дисперсии в одноволновом режиме. Здесь возможно применение многоволновых систем невысокой плотности (100). Проблема возникает в связи с нелинейными эффектами. Поэтому здесь много каналов реализовать нельзя. Для многоволновых систем создано спец волокно.
NZDSF – ноль дисперсии вынесен за диапазон работы многоволновых систем. Это волокно создано для многоволновых систем и работает на 50 ГГц и меньше (при разносе).
Сейчас надо, чтобы центральная сердцевина волокна имела больший размер (одноволновый режим).
Первая ступень проблем – волокно.
Вторая ступень проблем – параметры сигнала на каждой из волновых несущих.
|
|
|
Небольшой разнос по частоте между каналами требует высокостабильных источников световых несущих. Чем меньше разнос между λ, тем хуже.
Спектры излучения несущих не должны перекрываться. Частоты должны быть стабильными, поэтому модуляция внутренняя (когда коммутируется ток накачки) в таких системах недопустима. Модуляция должна быть внешней. Всё это должно функционировать длительное время. Каждая оптическая несущая должна обеспечивать связь не хуже, чем другие. Поэтому характеристики дисперсии от волны должны иметь минимальный наклон.
Мультиплексоры, обеспечивающие суммирование по длине волны, должны быть такими чтобы не создавать межканальных помех. В решении этой проблемы помогают оптические фильтры на приемной стороне, для каждого канала свой приемник. Все они должны иметь одну и туже квантовую эффективность. Поэтому многволновые системы обязательно имеют канал мониторинга всех параметров. Он организуется двояким способом: либо на одном из волн λn, либо на длине волны 1310 нм. Эти системы обладают высокими требованиями к отдельным элементам системы, а общая функциональная схема получается следующая:
|
|
|
Т – транскодер
Каналы не связаны с сеткой частот многоволновой системы.
На выходе Т λ* – несущие в соответствии с планом частот данной системы.
М – мультиплексор (все это складывается в волокно, а на выходе оптический усилитель).
ОУ создает необходимый уровень сигнала на всех λi. На приеме стоит ОУ, демультиплексор (Д).
Выходят λ1* ..λn*.
На этом выходе могут быть оптические фильтры, чтобы отсечь все составляющие.
После разделения и фильтрации все идет как в обычной одноволновой СП.
Оптические усилители (ОУ)
ОУ – прибор, который усиливает оптический сигнал без преобразования его в электрический.
В настоящее время существует несколько типов ОУ:
1) Полупроводниковые ОУ;
2) Эргиевые ОУ (EDFA);
3) Усилители, используемые нелинейные эффекты в волокне.
В настоящее время распространены усилители EDFA. Свое название они получили из-за того что в них в качестве среды в которой усиливается сигнал, используется оптическое волокно, легированное атомами эргия. Это волоконный усилитель (усиление в волокне).
Механизм такой: в волокно легированное эргием подается сигнал накачки на определенной λ. Под действием сигнала накачки е эргия переходят на более высокий энергетический уровень. Если в такое волокно подать сигнал, длина волны которого отличается от длины волны накачки, то е переходят на более низкий уровень, отдавая энергию волне. Важно, что длина волны накачки и сигнала не совпадают.
|
|
|
Такие устройства могут обеспечивать усиление до 30 дб и более при хорошем отношение с/ш. Важное свойство усилителя EDFA в том, что они не чувствительны к поляризации сигнала. По своему принципу усилители различаются по длине волны накачки, по способу введения сигнала накачки, по другим параметрам. Они могут выполнять функции усилителя мощности предварительного усилителя (чтобы обеспечить необходимый уровень сигнала на приеме) и линейного усилителя (чтобы скомпенсировать потери в волокне).
Наиболее применяемы эргиевые усилители накачки осуществляется на λ=980 нм и 1480 нм. (Чем больше λ, тем устойчивее усилитель).
0 – вход усиливаемого сигнала;
1 – оптический вентиль;
2 – мультиплексор оптический;
3 – генератор накачки;
4 – оптический вентиль или оптический фильтр;
5 – волокно, легированное эргием;
6 – оптический фильтр.
2 генератора накачки: У первого сигнала идет попутно с входным сигналом, у 2-навстречу усил. сигналу. Возможны усилители у которых функциональные схемы представляют собой 2 последовательно включенных усилителя. Все дело в конкретных свойствах, которые должны получить от оптического усилителя.
С ростом входного сигнала коэффициент усиления усилителя падает.
Усилители на эрги дают наибольшее усиление на малых входных сигналах ~35 дБм насыщения ~ 0 дб , усиление в максимуме порядка 35 дб . Оптический усилитель порождает шумы как всякий усилитель. Коэффициент шума ~ 3..5 дб. За счет того, что е под действием накачки переходят на верхние уровни, а потом спонтанно на низкие, возникает шум.
Под действием сигнала, те е которые колебались, более дружно перемещаются на более низкий энергетический уровень. Поэтому спонтанный шум при наличии сигнала уменьшается. Оптический усилитель имеет неравномерный коэффициент усиления в рабочей полосе частот.
В силу неравномерности надо принимать меры выравнивания коэффициента усиления, чтобы обеспечить все каналы одинаковыми уровнями. Для этого используются оптические фильтры или выравнивание характеристик самого усилителя.
В идеале:
Усилители этого типа слабо реагируют на поляризацию сигнала, это позволяет не контролируя поляризацию усиливать большое число сигналов не различая оптических несущих.
Когерентные системы передачи
Наряду с системами передачи в которых оптический сигнал на приеме превращается в видеосигнал, возможно построение приемника по принципу супергетеродинного радиоприемника. Преимущество супергетеродинного приема в том, что чувствительность такого приемника гораздо выше, чем чувствительность приемника прямого детектирования. Цифровые системы передачи (оптические) построены по принципу прямого детектирования. Переход на супергетеродинный прием позволяет повысить чувствительность до 20 дб.
На передающей стороне когерентной системы должен быть применен внешний модулятор:
1 – источник оптического сигнала (лазер)
2 – вентиль
3 – модулятор на который подается сигнал подлежащий передаче. Здесь может быть реализовано либо модуляция по интенсивности , либо модуляция по частоте оптической или фазе.
4 – оптическое волокно
5 – фотоприемник
6 – усилитель промежуточной частоты
7 – демодулятор
8 – блок обратной связи, с выхода которого сигнал подается на гетеродин 9.
Сигнал с выхода 8 обеспечивает подстройку частоты гетеродина 9 и подстройку поляризации сигнала гетеродина, поступающего на блок 5.
Трудности:
Построение передающей части должно обеспечивать высокую стабильность оптической частоты источника, т.к. fлаз-fгет=fпром.част. Учитывая, что fлаз~2*1014 fпром мала по сравнению с fлаз. Гетеродин должен подстраиваться под fпром.част., т.е. это должен быть источник особый. В качестве детектора (5) может быть использован обычный pin-демодулятор, но на него подается 2 сигнала. Если Uc и Uгетер ортогональны, то на выходе получается 0.
Надо обеспечивать сигнал, чтобы Uc и Uгетер имели совпадающую поляризацию. При распространении по волокну поляризация может хаотически изменяться. Это приводит к тому, что сигнал максимален: Uпром.мах.
Задача согласования поляризации. Для этого идут 2 путями:
а) волокно должно сохранять поляризацию. Для этого нужно специальное волокно – «панда». У этого волокна есть анизотропия (неодинаковые электромагнитные свойства в разных направлениях). Это не позволяет вектору волны занимать произвольное положение.
б) контролировать поляризацию гетеродина. Для этого существует система обратной связи. Блоки 8-9 получаются очень сложными. По этим причинам элементы должны быть высокоточными. Коммерческого успеха эти системы не добились. Эти системы могут обеспечивать узкую полосу поэтому можно реализовать большое число оптических несущих.
Контроль оптических СП
Очень важной задачей при эксплуатации ВОС является контроль за параметрами системы. Такой контроль осуществляется по-разному в зависимости от вида системы связи. Например многоволновые системы (WDM) имеют специальный канал контроля состояния системы. В обычных цифровых системах (не в многоволновых) основным элементом контроля является рефлектометр. Этот прибор позволяет определять состояние линейного тракта на расстояниях до 300 км.
Принцип действия рефлектометра:
В линию посылается закодированный сигнал рефлектометра, который отражается на всех неоднородностях линии и отраженный сигнал поступает на рефлектометр. По задержке и величине сигнала (отраженного), а также по его характеру можно получить информацию о состоянии линейного тракта. В результате получаем рефлектограмму:
Даже если обрыва нет, все равно продолжение – это уже шумы. Принятый такой сигнал обусловлен расстоянием. Но это уже идеальный вариант. На самом деле есть стыки, неоднородности и т.п. и рефлектограмма представляет собой причудливую кривую. По рефлектограмме можно определить место неоднородности. Рефлектограмма обрабатывается ЭВМ. Есть для этого ПО. Результаты выдаются в соответствующей форме, на мониторе рефлектометром высвечивается результат. В настоящее время L достигает 300 км, p-порядка 30..40 дб.
В начале есть участок который мы не можем контролировать. Мертвая зона должна быть как можно короче. Для этого делают более короткий зондирующий импульс, создаются не только импульсы рефлектором, но идут разработки ЧМ рефлекторов, использующих ЛЧМ-сигнал (часто меняется по линейному закону).
Корреляционные рефлектометры:
Вся система контроля полностью под управлением ЭВМ. Контроль состояния системы при многоволновом режиме работы гораздо сложнее, т.к. необходимо контролировать спектральные характеристики каждого волнового канала. Он включает в себя оценку несущих частот и ширину спектра каждого канала. Это требует высокоточные спектроанализаторы в оптическом диапазоне.
С учетом того, что разнос между каналами маленький, трудности создания таких анализаторов очень велики. Надо учесть, что все эти контролирующие приборы должны поверяться. Но процедура поверки требует приборов на порядок более точных, чем поверяемые. Оказывается, что системы оптические эффективны, но если учесть необходимость контроля и мониторинг состояний, получается очень дорогая эксплуатация.
В обычных цифровых системах эффективным средством контроля служит рефлектометр. У многоволновых систем сложнее.
Помимо этого есть и другие приборы, позволяющие осуществлять экспресс-контроль полевых условий. К ним относятся рефлектометры, тестеры, позволяющие измерить оптическую мощность, затухание в волноводе, что необходимо в процессе монтирования системы передачи. В процессе строительства СП возникает задача не только сварки строительной длинны, но и подбор свариваемых элементов по близким параметрам. Для этого необходимо измерительная аппаратура, позволяющая оценить затухание волокна и его параметры (числовая аппаратура) .
Lc~2 км
Диаметры стыкуемых кусков (сердцевины) должны быть максимально близкими.
Разработан целый ряд приборов для измерений в полевых условиях.
Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 756; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!