CC BY
53
20 декабря 2011 г. 12:16
ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЩЕСТВА
О времени нарастания фронтов импульсов и накопленная дисперсия в оптическом канале системы передачи
Представлены решения для определения зависимости времени нарастания гауссовского импульса в зависимости от хроматической и поляризационной дисперсий,что связано с дисперсионной длиной, числом усилителей и компенсаторами дисперсии. В результате более точно будет оценено время нарастания сигнала в линии от источника до приемника.
Портмов ЭЛ.,
д.т.н., профессор, заведующей кафедрой линии связи МТУСИ
Григорьян А.К.,
аспирант кафедры линий связи МТУСИ
Время нарастания фронтов передающих импульсов системы передачи в большинстве случаев для узкополоных источников при высоких скоростях передачи определяется временем нарастания в оп-т^еской линии связи с учетом наличия оптических усилителей и компенсаторов дисперсии. Поэтому, прежде чем рассматривать время нарастания следует определить длину регенерационного участка (РТУ) по затуханию, общее кол^ество этих участков на участке регенерации, число компенсаторов дисперсии, так как усилители и компенсаторы дисперсии являются источниками поляризационномодовой дисперсии (ПМД) вместе с оптическим волокном (ОВ).
Длина РТУ определяется при наличии указанных факторов по следующему выражению:
Ьэку =
Длина элементарного кабельного участка (ЭКУ) или регенерационного участка (РТУ) без промежуточных усилителей опрелелится в виде выражения:
L,„ = Роч, - lOlgm - Ар/(А + А,р/1.р)
(21
Согласно [ 11, при распространении по оптическому волокну гауссовский импульс сохраняет свою форму.
При этом:
(3)
И)
где Т0 — полуширина гауссовского импульса на уровне 1/е и составляет 0,35Т6, па I — рассматриваемая длина 06, кал; О — отношение сигнал/шум.
При уши рении импульса на 25% потери за счет дисперсии составят 1 дБ а при уширении импульса на 60 % потери составят от хроматической дисперсии 2 дБ, при
т! «5
1С = -* с1^ — дисперсионная длина, км Ра
$2 = ” ^7 — дисперсия групповых скоростей, пс2/ км Э — дисперсионный параметр, пс/нм-км X — рассматриваемая длина волны, мкм с — скорость света ~3 • 105 клу'с
где 1ргу — длина РТУ,км, Р пер — уровень оптической мощности на передаче,дБм, m — количество оптических каналов, Рус — фактор шума оптического усилителя, дБ. Асш — минимально допустимое отношение мощности оптического сигнала к мощности оптического шума на входе приемника В ОСП, дБ, К — количество ЭКУ на участке регенерации ВОСП, а К-1 — количество оптических усилителей Ма — системный запас ВОЯП по кабелю, дБ, Мд — запое по дисперсии и нелинейным искажениям в ОВ, дБ, Pase — усиленное спонтанное излучение, приведенное ко входу оптического усилителя, дБм, Ар — потери на разъемном соединении, дБ . Ан — потери на неразъемном соединении ОВ, дБ, 1стр — строительная длина оптического кабеля, км Ак — затухание, вносимое компенсатором дисперсии длиной L.
= IL5b = . . л1
' 8В. 2.77'в*
(4)
где Т0 5— ширина гауссовского импульса на уровне 0,5 его амплитуды, пс.
Соотношение между О и (32 определяется выражением 2кс/Х2 и приведено в табл. 1
Прежде, чем рассматривать время нарастаню фронтов в системе необходимо определиться с длиной оптической кабельной линии, типом оптического волокна и длиной элементарного участка кабельной линии по затуханию. Из соотношения длины линии по затуханию и дисперсионной длины определяются с количеством усилительных пунктов и необходимым количеством компенсирующих устройств на кабельной линии. Для этого при расчете необходимо
Зависимость соотношения между D и Р2 от Длины волны
Таблица 1
/..нм 1260 1360 1460 1530 1550 1565 1625 1675 1700
2т- Л! 1.187 1.02 0.884 0.805 0.784 0.77 0.713 0.67 0.652
T-Comm, #8-2011
85
Таблица 2
Дисперсионные характеристики различных ОВ
Тип ОВ A+t.vKu' X,D,.VK4 D. "C HM*-KM (C - диапазон) s ?e HM* ■ KM
G-652 Coming 80 1.302- 1.322 16- 19 0,09
G-652 AllWavc Luccnt 80 1,3-1.322 17-20 0.088
Alcatcl Color Lock 80 1.3-1,32 16-19 0,09
G-652 Coming VasCode 101 1.3-1,31 18-20 0.06
G-655 Truc-Wave-RS 50 1,47- 1.49 2.6-6 0.05
G-655 Coming LEAF 72 1.49- 1,5 2-6 0.06
G-655 Luccnl TrueWave XL 72 1.57-1.58 1.4- 1.6 0.112
G-655 Alcatcl Тега Light 65 1.44-1.45 5.5-10 0.058
знать; выходную мощность источника света, потери в волокне, потери но сварных и разъемных соединениях, дополнительные потери мощности и допуски, усиление оптических усилителей потери изоляторов, разветвителей, фильтров и другие потери пассивных элементов.
Основываясь на рекомендациях МСЭ-Т С-957 для системы передачи ВОСП-СР -64 в диапазоне 1530-1565 нм при максимальном уровне излучаемой мощности 13 дБм с диапазоном перекрываемого тракта 16-22 дБ с уровнем чувствительности -14 дБм допустимая хроматическая дисперсия не должна превышать 1600 пс/нм а суммарная поляризационная дисперсия 10 пс При этом дополнительные потери оптического тракта не должны превышать 2 дБ при использовании пассивных компенсаторов дисперсии.
Согпосно [2], время нарастания сигнала в системе Ту определяется временем нарастания составляющих ее элементов
15)
где Тпвр, Т^^ — времена нарастания передатчика сигнала, в оп-п^еском волокне оптического кабеля и приемнике соответственно.
Для высокоскоростных систем передачи 10 Гбит/с и выше время наростання передатчика и приемника сигнала составляет в общей сложности меньше 10% от времени нарастания в оптическом волокне при расстоянии более 30 км для формата модуляции N1^ и 10 км для формата модуляции І&.
Однако, суммарное время нарастания для ВОЛ С при формате модуляции N1^ не должно превышать 0,7Т6 и для формата модуляции №05 — 0,35Т6.
Для узкополосных источников:
Т ■ 0.7 • Т| £
1Д* 1\ЭЛ|»гк + пм*>!ч + П>Ч(к'1) + ПМ4'11-(*-1)-Ра1»(1'-1)
16)
Г»Ц«,-Ц=Х-1*
0,7 • Т6 * Тг для формата модуляции N1^, а потери на дисперсию в ОВ будут составлять 1,0 дБ.
ПМД — поляризационно-модовая дисперсия ОВ, пс/\ км;
ПМДу — поляризационно-мс1довоя дисперсия оптического усилителя, пс;
ПМДк — поляризационно-модовая дисперая компенсатора дисперсии, пс/\км;
Рл — Дисперсия групповых скоростей компенсатора дисперсии, гх^/км;
1к — длина волокна для компенсации дисперсии, км;
В этом случае О — фактор в оптическом канале определится в виде:
<Эо “ __________________________________________________
тк||^М\ик+ПМД! 1.»ПМД,(к-1) + п«Д:кЦ(к-1)-|1аЦ(к-1)
17)
Без указанных элементов в самом простом виде меньшая величина, чем в выше приведенной формуле:
<го = ть-<1тл/рГт (в)
И самое большое значение О^,-фактора при правильном расчете компенсации дисперсии без учета поляризационно-модовой дисперсии.
0о = \ • ЛРЛи-к-Ра.-Ч-О'-’) (9)
Общую дисперсию и затухание линии можно представить в виде известных формул формул:
^о«ш D0. • L0B + Deiw • Logw
®ввв ®ei ’ Ло«« ’ ^ма
(Ю)
(11)
86
T-Comm, #8-2011
Таблицо 3
Типовые значения дисперсионных характеристик ОВ
Тип ОВ Дисперсия пс/им*км Наклон дисперсии лс/мм‘#км RDS 1/нм
6-652 17 0.052 0.0034
Truc- wavc-RS 4,5 0.045 0.010
LEAF 4,2 0.09 0.021
FOM =
Р;.ц
*0««
овт '
RD„SOI = RD
где RDS = -п
В таблице 3 приведены значения для различных ОВ.
Сравним с ранее полученным результатом расчета 00-фактора для регенерационною кабельного участка(З) для скорости передачи 10 Гбит/с Ть - 100 пс,с!т — N1^.
В качестве примера рассмотрим стандартное ОВ по рекомендации МСЭ-Т С-652 на длине волны 1550 нм:
Qo = Tbdm/2-v'Trr^: = i.6
о*)
Если требуется компенсация дисперсии, то длина 1(Жв выбирается таким образом, чтобы = 0.
Однако, из-за нелинейных эффектов и возможной модуляции в передатчике полная компенсация не всегда оптимальна. В случае использования ОВКД для дискретной компенсации в усилителе общим недостатком ОВКД является увеличение затухания оптического сигнала. Добавочное затухание должно быть скомпенсировано добавочным усилением оптического усилителя (ОУ), что приводит к деградации отношения сигнал/шум и увеличению стоимости системы в целом. Для преодоления этой проблемы ОВКД важно иметь как можно более значительную отрицательную дисперсию и низкое затухание.
Мера качества ОВКД — ЮМ определяется как:
1д “57,6км, L ■ 43,4км, Ipry ■ [д Lk должно быть 5,5 км для того, чтобы была полная компенсация, но в результате мы должны получить Оо-фактор, при котором уширение импульса давало бы Т1Д0= 1,25,т.е.патерив 1 дБ(Оо= 1,6).
При 0=17пс/нм*км (52 = 21,7пс2/км, примем ПАДЦу ■ Inc, ПМДк = 0,08 пс/\ км.
Dk=-1 00 пс/нм*км - Р2к= 127,6пс2Дч к = 4.
Qo=Tb.dB/2 = 1.6
(17)
(12)
При выборе LOMa так, что 0^=0, общие потери определяются: °<И1ш = ■ К. (1 3)
Для многоканальных высокоскоростных WDM систем компенсация дисперсии необходима в широком диапазоне длин волн. Это означоет, что кроме дисперсии, также необходимо компенсировать наклон дисперсионной характеристики.
Общий наклон характеристики дисперсии определяется:
(14)
Отсюда видно, чтобы достигнуть компенсации наклона дисперсионной характеристики необходимо иметь отрицательный наклон ОВКД. Если длина ОВ выбрана так, что °общ"0’ то для компенсации наклона Бое необходимо, чтобы:
П5)
Расчет по формуле с учетом ПМДдает значение -1,55.
Полученные результаты позволяют определить допустимые длины регенерационного или усилительного участков с учетом нормативных значений вероятности ошибки на основании определения О-фактора, который определяет отношение сигнал/шум в оптическом канале при применении ОВ для компенсации дисперсии и учете поляризационно-модовой дисперсии.
Литература
1. Г. Агршал. Нелинейная волоконная оптика. — М.: Мир, 1996. — 324 с
2 Р. Фрим». Волоконно-оптические системы связи — М: Техносфера,
2003. - 448 с
3 Портной ЭЛ.Кроп АЛ„Зелсговэв ЕА Влияние поляризаимонно-мо-доеой дисперсии на передачу сигнала/ Друды Московского технического университета связи и »**форматики. — М: ИД Медиа Паблишер, 2008. — Т.1. —С341-344.
^ ЗелотковЕА О времен нарастания и отношении сигнал/шум. Материалы третьей отраслевой научной конференции-форума ‘Технологии Информационного общества" — М: МТУСИ, 2009. — С36.
T-Comm, #8-2011
87
