В. Г. Фокин Когерентные оптические сети
 Скачать 13.92 Mb.
|
|
1 2 = (i с 2 ) + (i ф 2 ) + (i темнов 2 ) + (i 0 2 ) + (i т 2 ). (1.7) При отсутствии сигнального излучения: 0 2 = (i ф 2 ) + (i темнов 2 ) + (i 0 2 ) + (i т 2 ). (1.8) Если мощность излучения местного гетеродина много больше мощности принимаемого сигнала, то следует считать флуктуации шума с нормальным за- коном распределения: 1 2 = 0 2 = 2 . SNR = A 2 / 2 = 4G 2 × S 2 (P 0 × P c )/ 2 (1.9) При равновероятном приеме информационных «1» и «0» порогом приня- тия решения можно считать А/2. Также можно воспользоваться табулирован- ными значениями интеграла вероятности для определения вероятности ошибки: P ош = 0,5erfc[A/2 × (2 ) 0,5 ]. (1.10) При гомодинном приеме требуемая полоса частот в отличие от гетеродин- ного приема уменьшается вдвое, что позволяет получить выигрыш 3 дБ: P ош = 0,5 erfc[A/(2 ) 0,5 ]. (1.11) В [8] теоретическими расчетами показано, что между коэффициентом ошибок и числом сигнальных фотонов, падающих на фотодетектор, существует прямая зависимость (табл. 1.1), где также большую роль играет выбранный вид модуляции оптической несущей частоты. 24 Табл. 1.1. Чувствительность при различных видах синхронного приема Форматы оптической модуляции Формула определения битовой ошибки Число фотонов N p на бит при P ош < 10 -9 ASK гетеродин 1 2 ( ) 72 ASK гомодин 1 2 ( ) 36 PSK гетеродин 1 2 ( ) 18 PSK гомодин 1 2 ( 2 ) 9 FSK гетеродин 1 2 ( ) 36 Прямое детектирование 0,5exp(-ηN p ) 20 Гомодинный прием в современных оптических высокоскоростных систе- мах является основным из-за более высокой чувствительности, однако на прак- тике требует более жесткий частотный, фазовый и поляризационный режимы стабилизации квантовых генераторов и применение автоподстройки частоты, фазы и поляризации на приемной стороне, что достигнуто уже в настоящее время благодаря созданию новой элементной базы. Кроме того, выигрыш гомо- динного приема позволяет реализовать не только модуляцию оптического излучения с двумя уровнями передачи сигнальной мощности, но и перейти к фазовым методам многопозиционной модуляции оптических сигналов (DPSK, QPSK, 8PSK, 16PSK) и многоуровневым методам модуляции интенсивности (16QAM, 64QAM, 256QAM). Это, в свою очередь, позволяет создавать оптиче- ские сигналы с управляемой полосой частот и наращивать скорости передачи информации в оптических каналах. 1.3. Волоконные световоды для когерентных систем передачи и их характеристики. Ограничения возможностей передачи сигналов в волоконных световодах В технике когерентных систем передачи используются одномодовые опти- ческие волокна (ООВ) с хорошо известными характеристиками [9], соответ- ствующие международным стандартам ITU-T: G.652(a, b, c, d), G.653, G.654, G.655(a, b, c, d, e), G.656(a, b). G.652 – характеристики одномодового оптиче- ского волокна SMF (Single Mode Fiber) или NDSF (Non-Dispersion Shifted Fiber) и кабеля. G.653 – характеристики одномодового оптического волокна и кабеля со смещенной дисперсией ZDSF (Zero Dispersion Shifted Fiber). G.654 – харак- теристики одномодового оптического волокна и кабеля со смещенной длиной волны отсечки. G.655 – характеристики одномодового оптического волокна и кабеля с ненулевой смещенной дисперсией NZDSF. G.656 – характеристики одномодового оптического волокна и кабеля с ненулевой дисперсией для ши- 25 рокополосных транспортных сетей (также NZDSF). Для всех одномодовых во- локон определены волны отсечки. Минимальная длина волны, при которой во- локно поддерживает только одну распространяемую моду, называется длиной волны отсечки λ сс . Этот параметр характерен для одномодового волокна. Если рабочая длина волны меньше длины волны отсечки, то имеет место многомо- довый режим распространения света. В этом случае появляется дополнитель- ный источник дисперсии — межмодовая дисперсия, ведущий к уменьшению полосы пропускания волокна. Последняя редакция Рекомендации G.652 (2005 г.) содержит параметры и характеристики четырех типов одномодовых ОВ, несколько отличающихся по свойствам и, соответственно, по назначению (табл. 1.2). В частности, для воло- кон типов G.652C и G.652D как раз характерен «сглаженный водный пик» (рис. 1.10). Так же волокна отличаются диаметром поля моды MFD (Mode Field Diametr), где сосредоточено до 87 % энергии оптического излучения, и что необходимо для оценки совместимости волокон. Современные одномодовые ОВ имеют ограничивающие факторы для пе- редачи оптических сигналов: коэффициент хроматической дисперсии порядка 2–3,5 пс/(нм × км) на длине волны 1310 нм и 17–18 пс/(нм × км) на длине волны 1310 нм; коэффициент поляризационной модовой дисперсии от 0,5 до 0,1 пс/√км ; коэффициент затухания – соответственно 0,32–0,38 дБ/км (1310 нм) и 0,17–0,25 дБ/км (1550 нм); длина волны отсечки около 1250 нм. Табл. 1.2. Характеристики волокон по стандартам ITU-T Рекомендация ITU-T Диаметр поля моды (MFD) Допустимое отклонение MFD, мкм Центральная ра- бочая волна, нм минимальный, мкм максимальный, мкм G.652a, b 8,6 9,5 0,6 1310 G.654a 9,5 10,5 0,7 1550 G.654b 13,0 G.654c 10,5 G.652c, d 8,6 9,5 0,6 1310 G.653a, b 7,8 8,5 0,8 1550 G.655a 8,0 11,0 0,7 1550 G.655b G.655c G.655d G.655e G.656 7,0 11,0 0,7 1550 Различия в применении волокон G.652 четырех видов рассмотрены ниже. Волокна G.652A находят сейчас самое широкое применение. Они предна- значены для работы в составе оптического кабеля (ОК) на транспортных сетях связи для поддержки систем передачи SDH до STM-16 (2,5 Гбит/с), ограничен- 26 но STM-64 (10 Гбит/с) и STM-256 (40 Гбит/с) для внутристанционных соедине- ний. Кроме того, относительно низкая стоимость позволяет их активно исполь- зовать для построения оптических сетей доступа, например, пассивных оптиче- ских сетях PON (Passive Optical Network) при скорости передачи до 2,5 Гбит/с, а также в локальных сетях для поддержки Gigabit Ethernet и 10 Gigabit Ethernet для внутренних и кампусных (до 40 км) линий. Волокна G.652B отличаются более низкими коэффициентами затухания и поляризационной дисперсии, что позволяет использовать их на транспортных сетях более высокоскоростных систем передачи – до STM-64, OTU-2 (10 Гбит/с) и STM-256, OTU-3 (40 Гбит/с) для внутристанционных и межсете- вых интерфейсов. Также возможно использование в системах с WDM для пере- дачи потоков до STM-64, OTU-2 (10 Гбит/с) при ограниченном числе несущих в диапазоне длин волн 1550 нм (диапазон C). Волокна G.652C аналогичны виду G.652A, однако имеют подавленный водный пик на 1383 нм, благодаря чему их можно использовать, кроме всех указанных применений, еще и в диапазоне Е (1360–1460 нм). Волокна G.652D подобны виду G.652В, но также имеют подавленный вод- ный пик на 1383 нм и могут быть использованы в диапазоне Е (1360–1460 нм), а системы WDM – в расширенном диапазоне длин волн 1360–1565 нм (диапа- зоны E, S, C). Рис. 1.10. Характеристики волокон G.652 (NDSF) Максимум дальности и широкополосности обеспечивают волокна G.653. Практика использования ОК с одномодовыми волокнами в 1980-х гг. пока- зала не самые лучшие показатели работы во втором (1310 нм) и третьем (1550 нм) «окне прозрачности» (оптическом диапазоне). На длине волны 1310 нм 27 ООВ имели минимальную дисперсию, а, следовательно, и максимальную про- пускную способность, в то время как на длине волны 1550 нм – минимальный коэффициент затухания (около 0,15 дБ/км) и, как результат, максимальную длину регенерационного участка ВОЛС. Поэтому были разработаны волокна с более сложными профилями показателя преломления (треугольный, трапецие- видный и др.), позволяющие сместить спектральную характеристику дисперсии таким образом, чтобы ее минимальное значение находилось в диапазоне 1550 нм. Используя подобные ООВ со смещенной дисперсией (DSF), можно было обеспечить максимальную широкополосность и дальность связи в одном «окне прозрачности». Этот тип волокон был стандартизирован ITU-T впервые в 1988 г. Свое распространение они получили в основном на североамериканских магистраль- ных сетях большой протяженности. В европейских странах, где нет особой по- требности в таких масштабах, эти ООВ почти не применялись из-за явно более высокой стоимости вследствие сложности изготовления. В последнее время, в связи с внедрением систем WDM, возникла проблема их использования с волокнами типа G.653. Оказалось, что при отсутствии дис- персии в диапазоне С практически невозможно достичь спектрального уплот- нения из-за сильного влияния нелинейных эффектов. В какой-то степени выход был найден: системы WDM с неравномерным шагом несущих, не соответству- ющим стандартной сетке частот (рекомендация ITU-T G.692, G.694 и др.). Последняя версия рекомендации G.653 (2006 г.) рассматривает два вида одномодовых ОВ этого типа (табл. 1.2). Более поздняя разработка G.653В, в частности, содержит не просто фиксированное значение коэффициента хрома- тической дисперсии, а еще и две ограничивающие кривые (рис. 1.11). Современные одномодовые G.653 ОВ имеют обычно коэффициент хрома- тической дисперсии порядка 2...3,5 пс/(нм × км), а коэффициент затухания 0,19...0,25 дБ/км на длине волны 1550 нм. Несмотря на свою высокую стоимость, они продолжают оставаться хорошим средством построения участков сетей зна- чительной протяженности для передачи больших объемов информации. Волокна G.653A обычно находят свое применение на транспортных сетях связи на участках с большой протяженностью для поддержки систем передачи SDH до STM-64 (10 Гбит/с) и STM-256 (40 Гбит/с) для внутристанционных со- единений. Также возможно их использование в системах с WDM для передачи потоков до STM-64 (10 Гбит/с) с неравномерным разносом несущих для работы в диапазоне длин волн вблизи значения 1550 нм (диапазон C). Волокна G.653B аналогичны виду G.652A, однако, за счет уменьшенной поляризационной модовой дисперсии (ПМД), могут применяться и для систем SDH STM-256 (40 Гбит/с) для ВОЛС протяженностью более 400 км (табл. 1.3). 28 Рис. 1.11. Характеристики волокон G.653 Поскольку для таких волокон коэффициент хроматической дисперсии стандартизирован в диапазоне длин волн от 1460 нм до 1625 нм, то возможно использование систем с разреженным волновым мультиплексированием (CWDM) в расширенном диапазоне S–C–L. Однако для скорости передачи свыше 100 Гбит/с ПМД может стать непреодолимым пределом, если не приме- нить принципиально новые волокна с минимальной ПМД и иными форматами модуляции, например, DQPSK в системе с оптическим каналом OTU-4 (112 Гбит/с) оптической транспортной иерархии. Табл. 1.3. Ограничения волоконных световодов для ПМД при внешней модуля- ции оптического излучения форматом сигнала без возвращения к нулю на тактовом интервале NRZ (Non return to zero) Тип волокна Длина волокна на скорости 10 Гбит/с Длина волокна на скорости 40 Гбит/с Длина волокна на скорости 100 Гбит/с Старое волокно ПМД 0,5 пс/км 0,5 400 км 2 км 0,4 км Современное волокно ПМД 0.1 пс/км 0,5 >4000км >400 км 100 км Перспективное волокно ПМД 0,05 пс/км 0,5 >10000 км >2500 км 400 км Через моря и океаны обеспечивают связь волокна G.654. Появление этого типа волокон связано с прокладкой первых морских и трансокеанских ВОЛС в середине 1980-х гг. В таких линиях требовалось, в первую очередь, обеспечить очень большие длины регенерационных участков, т. е. минимизировать коэффициент затухания. Для этого в качестве сердцевины использовался не легированный оксидом германия кварц (как это делается в 29 волокнах G.652), а чистый кварц. А необходимая разность показателей прелом- ления сердцевины и оболочки обеспечивалась добавлением фтора в кварцевый материал оболочки ООВ. Характерно, что дисперсия при этом не минимизиро- валась в районе 1550 нм (как в волокнах G.653). Это связано с тем, что не было смысла применять на длинных линиях дорогостоящие волокна, да и потребно- сти в передаче по океанским кабелям сверхскоростных потоков тоже особой не было. Впервые ITU-T подготовил рекомендацию G.654 поэтому типу ООВ еще в 1988 г. Тогда она называлась «Характеристики одномодового оптического во- локна и кабеля с затуханием, минимизированным на длине волны 1550 нм». Еще одной особенностью волокон G.654 является смещение длины волны отсечки поближе к несущей 1550 нм, а именно на значении 1530 нм (рис. 1.12). Это обеспечивает более благоприятный электродинамический режим, при ко- тором наибольшая часть передаваемой энергии сосредотачивается в сверхчи- стой кварцевой сердцевине. Во всяком случае, с 2000 г. в названии Рекоменда- ции G.654 вместо минимизации затухания стала фигурировать смещенная дли- на волны отсечки CSF (Cut-off Shifted Fibre). С началом внедрения систем со спектральным уплотнением оказалось, что волокна G.654 достаточно легко позволяют модернизировать системы с одной несущей до систем с WDM. Ведь в диапазоне 1550 нм они имеют достаточно большую дисперсию при малом наклоне кривой, и не очень опасаются нели- нейных эффектов. Тем не менее, хроматическая дисперсия в ОК на таких во- локнах великовата для передачи без ее компенсации потоков 10 Гбит/с и выше на отдельных несущих. Еще одним ограничением является невозможность использования в системах WDM на волокнах G.654 спектральных диапазонов O, E и S из-за слишком большой длины волны отсечки. Рис. 1.12. Характеристики волокон G.654 30 В настоящее время рассматриваемые одномодовые ОВ достаточно активно используются в океанских и морских (реже – протяженных наземных) ВОЛС, как с оптическими усилителями и регенераторами, так и без них, как с систе- мами WDM (при небольшом количестве несущих), так и без них. Возможно, в перспективе для расширения возможностей WDM с волокнами этого типа бу- дет задействован диапазон U (1625–1675 нм). Последняя редакция Рекомендации G.654 (2006 г.) содержит параметры и характеристики трех различных типов одномодовых ОВ (табл. 1.2). Современные одномодовые ОВ со смещенной длиной волны отсечки обычно имеют на длине волны 1550 нм коэффициент хроматической дисперсии порядка 18...20 пс/(нм × км) и коэффициент затухания 0,16...0,18 дБ/км. Волокна G.654A находят применение, в первую очередь, в подводных ОК для передачи по морским и трансокеанским линиям потоков до STM-16 (2,5 Гбит/с) или до STM-64 (10 Гбит/с) с ограничением длины из-за хроматиче- ской дисперсии. Также они могут применяться в системах с WDM в диапазонах С и L. Волокна G.654B имеют параметры, а, соответственно, и возможности при- менения, сходные с G.654A. Однако больший диаметр модового поля предпо- лагает большие возможности использования их совместно с подводными опти- ческими усилителями. Кроме того, более жесткие требования к поляризацион- ной дисперсии позволяют использовать эти волокна для передачи потоков STM-64 (10 Гбит/с) или STM-256 (40 Гбит/с) и на значительные расстояния, при условии компенсации хроматической дисперсии. Волокна G.654C аналогичны виду G.654A, однако благодаря жестким тре- бованиям к поляризационной дисперсии расширяют возможности своего использования для передачи потоков с большей скоростью (до 40 Гбит/с) и на большие расстояния, при условии компенсации хроматической дисперсии. Из новостных сведений о развитии телекоммуникаций, которые публика- ются на порталах «Русской кабельной компании», интернет издания «Техноло- гии и средства связи» и других, от 2014 г. сообщалось, что компания OFS (раз- работчик, производитель и поставщик инновационных продуктов для волокон- но-оптических сетей) представила волокно типа TeraWave в современном, улучшенном исполнении, соответствующее рекомендации МСЭ-T G.654, раз- работанное для когерентной передачи на скоростях 100 Гбит/с и 400 Гбит/с и выше в наземных магистральных сетях связи. Волокно TeraWave позволяет пе- редавать сигнал с большей скоростью и на более протяженные расстояния, с большим числом длин волн, без регенерации сигнала, чем предшествовашие разработки. Волокно TeraWave представляет собой сочетание большой эффек- тивной площади передачи сигнала, улучшенных характеристик каблирования и снижение затухания. Эти преимущества улучшают параметры когерентной пе- редачи, такие как высокую спектральную эффективность на скорости 100 Гбит/с и 400 Гбит/с, а за счет большей на 50 % эффективной площади по сравнению с G.652.D, волокно TeraWave значительно уменьшает нелинейные искажения для когерентной передачи, позволяя повысить вводимую мощность 31 и увеличить оптическое отношение сигнал/шум (OSNR), что необходимо для современных форматов модуляции и больших дистанций без компенсации дис- персии. Внедрение систем плотного спектрального уплотнения (мультиплексиро- вания) связано прежде всего с волокнами G.655. Использование нескольких не- сущих и, соответственно, увеличение плотности мощности в сердцевине волок- на привело к проявлению при передаче нескольких нелинейных эффектов (че- тырехволновое смешение, перекрестная фазовая модуляция, рассеяние Рамана, рассеяние Бриллюэна и др., рассмотрены ниже). Самое заметное их воздействие возникает в ООВ при значениях дисперсии, близких к нулю. Поэтому были разработаны оптические волокна стандарта G.655, оптимизированные для рабо- ты в «окне прозрачности» 1550 нм в системах с WDM. На этой длине волны та- кие волокна имеют небольшую (для поддержки высокоскоростных приложе- ний), но отличную от нуля хроматическую дисперсию. Причем знак коэффици- ента хроматической дисперсии не имеет особого значения (рис. 1.13). Рис. 1.13. Характеристики дисперсии для сравнительной оценки волокон G.655, G.652, G.653 Реализовать конструкцию такого волокна – задача достаточно непростая. Используются сложные профили показателя преломления (треугольный на «пьедестале» с депрессированной оболочкой и др.). Сейчас лишь несколько ве- дущих производителей в мире стабильно выпускает волокна с ненулевой сме- щенной дисперсией (NZDSF). Поэтому высокой остается и их стоимость. Одна- ко возможность организации работы нескольких несущих по одному ООВ до- статочно быстро окупает такие затраты. 32 В 1996 г. ITU-T впервые стандартизировал этот тип ОВ. К 2000 г. в преде- лах Рекомендации были выделены три различных вида волокон G.655 – G.655A, G.655B, G.655C, – отличающиеся коэффициентом хроматической дис- персии от 1 до 6 пс/(нм × км) и до 10 пс/(нм × км) и коэффициентом поляриза- ционной дисперсии (в пределах 0,5–0,2 пс/км 0,5 ). Последняя версия Рекоменда- ции G.655 определяет еще два вида волокон – G.655D и G.655E, которые имеют стандартную хроматическую дисперсию также в диапазонах S и L (табл. 1.2). В последнее десятилетие тип волокна с ненулевой смещенной дисперсией очень активно используется в ОК при построении транспортных сетей различ- ных уровней с системами спектрального уплотнения. Волокна NZDSF лучше всего подходят для работы систем плотного волнового мультиплексирования (DWDM) в диапазоне C (1530–1565 нм) с оптическими усилителями. Есть по- тенциал для увеличения числа несущих DWDM за счет диапазонов S и L, а также для работы систем CWDM во всем диапазоне 1460–1625 нм. Практически все новые кабельные линии имеют в своем составе хотя бы несколько волокон типа G.655 для будущего развития. Современные одномодовые ОВ имеют обычно в диапазоне С положитель- ный или отрицательный коэффициент хроматической дисперсии порядка 1...10 пс/(нм × км), а также коэффициент затухания в среднем порядка 0,2...0,25 дБ/км (на 1550 нм). Волокна стандарта G.655 разновидности А разработаны специально для оп- тических транспортных сетей типа МЕТРО со спектральным мультиплексирова- нием на ограниченом числе волн (около 20) диапазона С (1530–1565 нм) с интер- валом между каналами 200 ГГц и ограниченной нелинейными эффектами волок- на вводимой совокупной мощностью сигналов. Скорости передачи в этих кана- лах 10 Гбит/с и 40 Гбит/с для систем передачи SDH уровня STM 64 и STM 256. Волокна стандарта G.655 разновидности B имеют повышенный коэффици- ент поляризационной модовой дисперсии (ПМД = 0,5пс/км 0,5 ) и хроматической дисперсии (до 10 пс/нм × км на волне 1565 нм), определило ограничения на дальност передачи 400 км для STM 64/256 без использования процедур коррек- ци ошибок. При этом допускается большая вводимая мощность и более плотное расположение спектральных каналов (интервал между каналами 50 ГГц, 100 ГГц) в полосе С по причине повышенной дисперсии, которая снижает веро- ятность образования нелинейных помех. Волокна стандарта G.655 разновидности С по своим характеристиками аналогичны волокнам G.655B, однако имеют пониженный коэффициент ПМД 0,2 пс/км 0,5 и позволяют увеличить дистанции для организации оптических ка- налов с потоками на скоростях STM64/256 до 500 км и более без дополнитель- ной коррекци ошибок. Разновидность волона G.655D также предназначена для построения оптиче- ских транспортных сетей c DWDM, т. е. плотным спектральным мультиплексиро- вание, но с расширенным спектром передачи в диапазоне волн 1460–1625 нм, ха- рактерным для волокон с устраненным «водяным пиком», включающем стан- дартные диапазоны S + C + L (165 нм). Такое спектральное расширение создает 33 возможности по применеию волокон с системами CWDM (до 8-ми каналов), где интервал между спектральными каналами составляет 20 нм ± 6–7 нм. Для реализаци большей плотности размещения спектральных каналов (интервал между каналами 12,5 ГГц, 25 ГГц, 50 ГГц) также были разработаны волокна разновидности G.655E, как усовершенствованные волокна G.655D, но с большей величиной наклона характеристики хроматической дисперсии. Разработка волокон стандарта G.656 (рис. 1.14) связана с перспективой со- здания оптических сетей, поддерживающих широкополосные оптические кана- лы на скорости 100 Гбит/с и суперканалы на скорости передачи до 1 Тбит/с. Волокна однозначно определены для режима DWDM с интервалами между волновыми каналами: 0,1 нм; 0,2 нм; 0,4 нм и 0,8 нм. Волокна схожи по харак- теристикам с волокнами G.655E, но отличаются меньшим диаметром поля мо- ды (вместо 8–11 мкм, уменьшено до 7–11 мкм) и большей величиной положи- тельной хроматической дисперсии в диапазонах S + C + L. Стандарт G.656 пока содержит только одну модификацию волокна, однако перспективным является расширеня спектра передачи за счет диапазона E (1360–1460 нм). Системы передачи DWDM наибольшее развитие получили после 2001 г. с принятием стандартов на оптические сети OTN/OTH (рек. ITU-T G.709). Рабо- ты по повышению эффективности использования ресурсов полосы пропускания волоконных световодов проводились по трем направлениям: расширение опти- ческих диапазонов до предельных (O + E + S + C + L + U, 1260–1675 нм); уменьшение спектрального интервала между каналами от 100 ГГц до 12,5 ГГц; применения сложных форматов кодирования оптических сигналов для сокра- щения спектра сигнала в полосе передачи канала при наращивании скорости передачи информационных потоков и подавлении мощности оптической несу- щей для уменьшения непроизводительной передачи оптических сигналов до порога нелинейных эффектов в волокне. При этом решались задачи выравнива- ния затухания в пределах отдельных диапазонов (оптический эквалайзинг ча- стотнозависимыми подстраиваемыми оптическими аттенюаторами), совершен- ствовались средства разделения и объединения оптических сигналов на различ- ных частотах, динамической компенсации дисперсии в устройствах цифровой обработки, точной перестройки по длине волны и мощности излучения одно- модовых лазеров, интерливинговых развязок для снижения взаимных влияний спектральных каналов и т. д. В таких решения наиболее подходящими оказа- лись волокна G.656. 34 Рис. 1.14. Характеристики волокон G.656 Современные волокна G.656 в расширенном диапазоне S–C–L обычно имеют положительный коэффициент хроматической дисперсии порядка 1...14 пс/(нм × км), а также коэффициент затухания порядка 0,2...0,25 дБ/км (диапазон С) и 0,25...0,3 дБ/км (в диапазонах S и L). Важно подчеркнуть роль хроматической дисперсии при организации пере- дачи спектральных каналов в одномодовых волокнах и при использовании средств компенсации дисперсии. В исследовании [12] показано воздействие хроматической дисперсии на величину коэффициента ошибок в спектральных каналах ВОСП-DWDM с различным канальным интервалом (полосой пропус- кания) на скорости передачи 100 Гбит/с в формате NRZ (рис. 1.15). Недоком- пенсация хроматической дисперсии или ее накопление в волокнах и других оптических компонентах приводит к быстрому снижению помехоустойчивости, вызванной линейными искажениями в полосе оптического канала. Чем больше полоса пропускания оптического канала, тем меньшее искажение формы опти- ческих импульсов (затягивание фронта и среза оптического импульса) и мень- ше вероятность ошибки на приеме при одинаковом соотношении сигнал/шум (в приведенном эксперименте 32 дБ). Рис. 1.15. Зависимость коэффициента ошибок от величины некомпенсирован- ной хроматической дисперсии при различных спектральных интервалах оптического канала 35 Нелинейные свойства волоконных световодов также являются предметом детального анализа для выработки рекомендаций по использованию в широко- полосных оптических сетях DWDM с каналами на скоростях от 40 Гбит/с и выше. Нелинейные свойства волокна достаточно хорошо изучены и определе- ны [10] как паразитные, т. е. мешающие, ограничивающие явления для переда- чи информационных сигналов, так и рекомендуемые для применения, напри- мер, в рамановских усилителях или солитонных системах. Базовые решения по ограничениям волокон в нелинейном режиме вытекают из нелинейного уравне- ния Шредингера NLSE (Non Linear Schrodinger Equation), которым описывается эволюция оптического поля в сердцевине волокна E(z, t): = − − + | | Затухание Дисперсия Эффект Керра Эффект Керра проявляется в зависимости показателя преломления сердце- вины волокна от мощности вводимого излучения, который принято характери- зовать коэффициентом нелинейности n 2 (возможные значения от 2,0 × 10 -20 до 3,5 × 10 -20 м 2 /Вт [11]), точная оценка которого в настоящее время производится в рамках исследовательской комиссии 15 ITU-T. Коэффициент n 2 связан с ко- эффициентом Керра γ следующим соотношением: = эфф Изменение показателя преломления в зависимости от интенсивности излу- чения может быть представлено простой формулой = + I= + эфф , где n 0 показатель преломления в линейном режиме, А эфф площадь волокна (от 55 до 120 мкм 2 ), соответствующая полю моды, в которой сосредоточена основ- ная часть оптической энергии, характеризуемой мощностью P, соотношение P/А эфф называется интенсивностью, обозначаемой индексом I. Представляет ин- терес оценка каждого из видов ОВ на предмет максимальной допустимой мощ- ности оптического излучения P для передачи информационных сигналов, при которой роль нелинейных эффектов еще может быть сопоставима по помехам и искажениям, образующимся в оптических передатчиках, приемниках, оптических усилителях и коммутаторах. Такую обобщенную оценку приводит ITU-T в рекомендации G.663 (4/2011). Она представлена в табл. 1.4, где рассмат- риваются четыре нелинейных эффекта: фазовая самомодуляция SPM ( Self-Phase Modulation ) и кросс-фазовая модуляция XPM (Cross-Phase Modulation) ; четыре- хволновое или четырехфотонное смешивание FWM ( Four-Wave Mixing) ; стиму- 36 лированное Брюэлленовское рассеяние SBS (Stimulated Brillouin Scattering); сти- мулированное Рамановское рассеяние SRS (Stimulated Raman Scattering). В таб- лице обозначены причины эффектов, краткие характеристики проявления нели- нейных эффектов, критические величины мощностей и последствия эффектов для передачи информационных сигналов. Однако приведенные характеристики нелинейных эффектов не являются достаточными для точных (насколько это возможно и необходимо) оценок возможностей систем передачи с DWDM раз- ной плотности (12,5 ГГц, 25 ГГц, 50 ГГц, 100 ГГц, 200 ГГц и т. д.) размещения спектральных каналов в диапазонах от 1260 нм до 1625–1675 нм. Табл. 1.4. Нелинейные эффекты в стандартных волоконных световодах |