CC BY
54
Одна из методик внедрения систем со спектральным уплотнением на действующих линиях связи железнодорожного транспорта
Зелютков ЕА,
Ведущий инженер отдела планирования и оптимизации транспортной сети Московкого региона,
ОАО “ВымпелКом"
ОБЩАЯ ПРОТЯЖЕННОСТЬ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ, ПОСТРОЕННЫХ НА ОСНОВЕ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ, СОСТАВЛЯЕТ 52,5 ТЫС. КМ [1]. НА СЕТИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА РОССИИ ВСЕ 17 ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ - ФИЛИАЛЫ ОАО "РЖД", ОБЕСПЕЧЕНЫ ВЫСОКОСКОРОСТНЫМИ ЦИФРОВЫМИ КАНАЛАМИ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТЬЮ ДО 10 Гбит/с.
Использование технологии DWDM, позволяющей многократно увеличить пропускную способность существующих телекоммуникационных систем на оптическом волокне по рекомендации МСЭ-Т G-652 без прокладки дополнительных кабелей и установки на каждое волокно нового мультиплексного оборудования уже реализуется на ОАО "РЖД".
Согласно [2] основным ограничением по длине регенерационного участка являются дисперсионные искажения. Учитывая то, что пре передаче на большие расстояния оптические волокна работают в диапазоне длин волн 1460-1625 нм, следует обратить внимание на основные исходные данные.
Как известно [3] оптические волокна типа G-652, G-655 по рекомендации МСЭ-Т имеют разные значения дисперсионного параметра на длине волны 1,55 мкм. Оптические волокна типа G-652 (A, B, C, D) имеют значение D = 16-18 пс/нм^км, а волокно G-655 имеет значение D = 3-10 пс/нм^км. Поэтому, первый путь увеличения длины регенерационного участка без компенсации дисперсии на ОВ типа G-652 — это его замена на ОВ типа G-655 [4].
Однако, это перспективно при новом строительстве, что позволит уменьшить число оптических усилителей при большей длине усилительных и регенерационных участков. В этом случае, если оптический кабель
с оптическим волокном типа 0-652 по рекомендации МСЭ-Т уже проложен, возможен второй способ сохранения длины участка регенерации без компенсации дисперсии.
Ранее мы определили, что коэффициент затухания на длине волны X =1,55 а=0,25 дБ/км. Энергетический потенциал составляет 5 = 27 дБ при скорости передачи 10 Гбит/с. Запас на старение аппаратуры и ремонт оптического кабеля $1=6 дБ. Затухание разъемного соединения ар = 0,2 дБ, а затухание неразъемного соединения анр = 0,1 дБ при средней строительной длине оптического кабеля 2 км.
В результате длина участка регенерации по затуханию:
г 27 - б - 2 x 0,2 -1 „
L =----------------------= 78,4км.
0,25 +
0,1
0,2
Величина в 1дБ отводится на штраф по дисперсии.
С учетом этой длины, желательно ее пройти без компенсации и предварительного усиления. Согласно [2] дисперсионная длина определяется:
Т2
Ьп = —, км.
Д в
Так, для скорости передачи 10 Гбит/с она составляет:
Ьд = 57,6 км.
При этом потери на дисперсию в 1 дБ будут при длине ОВ I = 44,2 км. Это будет соответствовать действительности при формате модуляции NRZ (без возврата к нулю).
При других форматах модуляции значение I будет меньше 44,2 км. Полученное значение расстояния I = 44,2 км будет соответствовать не только значению потерь 1 дБ на дисперсию, но и вероятности ошибки на приеме Кош = 10-9 при отношении сигнал/ шум, равном при передаче 0 Q=6, а при передаче 1 Q=12. При вероятности ошибки Кош = 10-10 Q=6,4 при передаче 0, и 12,8 при передаче 1, а расстояние I уменьшится до 41,6 км. При расчетах использовалось значение дисперсии групповых скоростей ОВ 0-652, равные Р2 = 21,7 пс2/км, и
Т Тб
Т = ^Г“,
где Tg — битовый интервал для формата NRZ. В случае наличия начальной линейной частотной модуляции гауссовского импульса длина I может измениться в рассматриваемом диапазоне длин волн в сторону увеличения и отношение z/Lд будет больше 1:
С +V1 + 2С 2
Ь
Д
где C — параметр вводимой линейной модуляции.
Требуется внедрить плотное спектральное уплотнение на п каналов при переходе с основной передачи 10 Гбит/с на п •ІО Гбит/с.
Следует рассмотреть задачу при работе одноволновой передачи на длине волны X = 1,55 мкм, которая решена при следующих условиях:
1. Используется оптическое волокно 0-652 по рекомендации МСЭ-Т с характеристиками затухания на длине волны X = = 1,55 мкм а = 0,25 дБ/км, хроматической дисперсии D = 17 пс/нм^км; поляризационной модовой дисперсии, равной 0,5 п^,—,
/ -\/км
а эффективная площадь модового поля равна 80 мкм2. Это характеристики оптического волокна.
Заменяя аппаратуру и ее модернизируя, требуется использовать узкополосные источники, когда АХ < 0,025 нм, и, во-вторых, используя на каждом канале на источ-
нике линейную модуляцию. Например, С = 0,707 в данном окне прозрачности X = 1,55 мкм. При применении п = 8;16;32 каналов и учете нелинейного показателя преломления П2 = 2,6^ 10-20 м/Вт.
Следует определиться также с расстоянием между каналами. Оптимальным расстоянием между каналами является расстояние 100 ГГц, то есть 0,8 нм. В этом случае при появлении нелинейных эффектов на каналы не будут влиять: фазовая кросс-модуляция и четырехволновое смешивание.
Мощность источника излучения принимается 1 мВт в канале.
Решая данную задачу необходимо определить: дисперсионную длину, длину участка по затуханию, нелинейную длину, эффективную длину, длину участка по поляризационной дисперсии.
При создании одноволновой системы использовался формат модулции NRZ (невозврата к нулю) без вводимой линейной модуляции.
При этом расстояние между пунктами усиления (регенерации) составляли при скорости передачи 10 Гбит/с без компенсаторов дисперсии при вероятности ошибки на входе приемника 10-10 ^=6,4)
4,62 • /п • dм
I = ------= 41,6,
2
где dм — коэффициент заполнения битового интервала для NRZ dм = 1.
В результате, штраф по дисперсии будет составлять 0,9 дБ.
При равенстве I = lдQ = 4,62, что соответствует вероятности ошибки BER = 10-6, и приемник может не распознать этот сигнал.
Ясно, что протяженность данной линии определяется не затуханием, а дисперсией, так как длина по затуханию определилась и составила:
Ь =
£ - 2ар - ад - ^
асш +
I
Sз — запас на ремонт и старение аппаратуры и ОВ, равный 3 дБ;
В результате,
Ь =
27 - 0,4 - 0,9 - 6
0,25 +
0,1
2
= 65,7км.
Ранее было принято решение ставить усилители без компенсаторов дисперсии на расстоянии 40 км.
В результате, предкомпенсацию дисперсии потребовалось на каждом усилителе (типа 2R) на длину, равную 40 км.
При 5 усилителях было пройдено расстояние 240 км.
Все это явилось исходными данными для внедрения на этой линии спектрального уплотнения на 32 канала со скоростью 10 Гбит/с.
Дисперсионная длина без параметра линейной модуляции известна и равна 57,6 км. Введение линейной модуляции позволяет увеличить дисперсионную длину в ~1,5 раза и перейти на формат модуляции RZ. При переходе на формат модуляции RZ 0,67 дисперсионная длина уменьшится:
_ 2 г] 2
Ь = _—м = 25,9 км = 26 км.
Й 8 &
Можно ли пройти расстояние большее с большим числом усилителей, не увеличивая расстояние между усилителями?
Для этого следует обратить внимание на поляризационную дисперсию. Для проложенного оптического волокна 0-652 МСЭ-Т она составляет 0 5
Допустимая норма на поляризационную модовую дисперсию составляет 0,1 Т6.
0,5
1_6)2 - п ■ ПМД2 - к■ПМД2,
где 5 — энергетический потенциал системы, дБ;
ар — затухание на разъемных соединениях, равное 0,3 дБ;
анр — затухание на неразъемных соединениях, равное 0,1 дБ;
1с — строительная длина, равная 2 км;
ад — штраф по дисперсии, равный 0,9 дБ;
где I — длина регенерации, км; п — число оптических усилителей; к — число компенсаторов ПМД ПМД — ПМД усилителей ~1,0 пс; ПМДК — ПМД компенсаторов ~1,0 пс. Обычно п = к и ПМДу ~ ПМД к В результате:
0,5 <
- 2п ШІ = 0,6,2„в^^км
0,5 пс/ < /100 2п 1 = 0,48 пс/
/км V 320 / Л/км
где п = 8.
а
н.р
Для нашей системы Т6 = 100 пс для формата NRZ. Сколько можно поставить усилителей при увеличении расстояния до 360 км?
Можно поставить только 8 усилителей по ПМД при полученных параметрах. Уменьшение ПМД до 0,2 пс/ км и 0,1 пс/км позволяет получить запас по ПМД и нет необходимости ее компенсировать при скорости передачи 10 Гбит/с для рассматриваемого расстояния.
Для увеличения расстояния вводится на каждом канале начальная линейная модуляция.
При С = 0,707 1д = 25,86-1,44 = = 36,6 км 40 км.
Так как
L = Lc(1 + с2) - 0,708 , L =
Lc
C
1
0,7б7
z = L^^ = Lr С Lд = 1,414- Lc.
Отсюда
2 = 4,6236,6 = 6,4 26,1
с вероятностью ошибки 10-10.
При этом требуется дополнительная компенсация дисперсии не на 40 км, а 50 км без учета нелинейных эффектов.
Учитывая мощность сигнала на канал, вычислим нелинейные эффекты, в частности, только самофозовую модуляцию:
1НЛ =
1
Y =
YP0 n22n А0Аэфф Вт- км
1 -= 13,1б- 1
Вт км
Аэфф = 80 мкм2 для ОВ G-652 МСЭ-Т n2 = 2,6^ 10-20 м2/Вт — нелинейный показатель преломления ОВ.
В результате
м2, „-20 „-8 мкм2
Y =
2, б б, 28—10-2010 ________Вт__________Вт
-13,1б —
1
Вт км
Определяем нелинейную длину для данного варианта
1
-= 7б км.
13,16 Вт км 1 мВт Определяем эффективную длину
1 (1 _ е~а • 1ус) 1
1эфф =-!— ---------1«- = 17,4 км.
а /ус а
Самофазовая модуляция будет определяться как
Ьфф = 0,228
а l
Ус
с = 2Фтах = -0,45б.
а 7б
Учитывая линейную модуляцию и само-фазовую модуляцию, оптимальная длина между усилителями будет определяться для формата модуляции RZ как:
4пт =4 ^нл' L = V76-40 = 55 км.
В результате, при расстоянии между усилителями 40 км компенсировать следует 40 км ОВ, через усилитель 15 км, а при расстояниях 80 км следует компенсировать 15 км на каждом усилителе.
Выводы
При переходе на DWDM на действующих линиях связи, построенных на ОВ
0-652А по рекомендации МСЭ-Т на скорости передачи 10 Гбит/с на одной волне 1,55 мкм необходимо:
1. Определить тип оборудования и вид применяемого кода NRZ или RZ.
2. Остановиться на расстояниях между каналами 100 ГГц (0,8 нм) с целью избежать воздействия кросс-модуляции, четрехволно-вого смешивания и поляризационных эффектов.
3. Ввести начальную линейную модуляцию на каждом канале с целью сохранения длины усилительных участков.
4. Определиться с возможностью прохождения наибольшей регенерационной длины с помощью усилителя типа 2R (усилитель + компенсатор дисперсии) из-за воздействия поляризационной модовой дисперсии.
5. Необходимо учесть самофазовую модуляцию на каждом канале, хотя ее влияние при скорости 10 Гбит/с будет незначительно.
6. Несомненно, кроме хроматической и поляризационной дисперсии необходимо определить джиттер и вандер, окно синхронизации: какие дополнительные потери вносят данные характеристики.
Литература
1. Сеть DWDM. www.transtk.ru.
2. Г. Агравал. Нелинейная волоконная оптика. — М.: Мир, 1996. — 323 с.
3. ITU-T. Recommendation G-652. Characteristics of a single-mode optical fiber cable (04.97) ITU-T. Recommendation G-655. Characteristics of non-zero dispersion shifted singlemode optical fiber cable (10.96).
4. Фриман Р.Л. Волоконно-оптические системы связи. — М.: Техносфера. — 2003.
км
