Обоснование технических требований к основным компонентам системы dwdm 31 1 Мультиплексоры и демультиплексоры 31 (стр. 6 из 21)
Для надежной работы к компонентам системы DWDM предъявляются такие требования, как достаточное количество мультиплексированных каналов, малые вносимые потери, эффективное уменьшение перекрестных помех, широкая полоса пропускания и т.д.
3.1 Мультиплексоры и демультиплексоры
Как показано на рисунке 3.1 основная функция мультиплексора заключается в объединении нескольких длин волн сигналов по одному оптическому волокну. Основная функция демультиплексора заключается в разделении нескольких длин волн сигналов, передаваемых по одному оптическому волокну. Мультиплексор и демультиплексор являются одинаковыми по принципу действия и требуют только изменения направлений входа и выхода.
Рисунок 3.1 - Мультиплексор и демультиплексор
Оптическое мультиплексирование и демультиплексирование основано на комбинированных или расположенных последовательно друг за другом узкополосных фильтрах. В частности, для фильтрации применяют тонкопленочные фильтры, волоконные или объемные брэгговские дифракционные решетки, сварные биконические волоконные разветвители, фильтры на основе жидких кристаллов, устройства интегральной оптики. В настоящее время наибольшее распространение получили устройства оптического мультиплексирования и демультиплексирования с частотным интервалом между отдельными каналами в 100 ГГц (~0,8 нм). Появляющиеся в последнее время мультиплексные устройства могут обеспечить большую плотность размещения каналов с частотным интервалом 50 ГГц и меньше на тонкопленочном фильтре.
3.1.1 Характеристики мультиплексоров – демультиплексоров
Хотя технологии при изготовлении мультиплексоров и демультиплексоров схожи, изготовление последних является более сложной задачей. Демультиплексор характеризуется параметром, который называют изоляцией – способностью изолировать друг от друга входные и выходные каналы, а мультиплексор характеризуется направленностью. Чем меньше значения каждого из этих параметров, тем выше характеристики устройства. По мере уменьшения интервала между каналами и увеличения числа каналов изготовление демультиплексора становиться более сложным.
Полоса пропускания каждого канала характеризуется следующими параметрами: центральная длина волны, интервал между каналами, полоса пропускания по уровню –3 дБ, изоляция и дальние перекрестные помехи, неравномерность пика мощности в спектре канала и однородность каналов. Рассмотрим подробнее значения каждого из этих параметров.
Центральная длина волны – это среднее арифметическое значение верхней и нижней длины волны отсечки. Длины волн отсечки – это длины волн, на которых вносимые потери достигают заданного уровня. Часто относительные слабые отклонения в форме спектра приводят к заметному изменению центральной длины волны. Номинальную длину волны передатчика стараются делать как можно ближе к центральной длине волны, как правило, это одна из длин волн соответствующих частотному плану ITU.
Интервал между каналами должен соответствовать частотному плану системы DWDM. Используются как равномерные, так и неравномерные частотные сетки каналов. Наиболее распространенным является частотный план ITU с равномерным частотным интервалом между каналами 100 ГГц. Неравномерные интервалы между каналами могут применяться для того, чтобы минимизировать или устранить нелинейность четырехволнового смешения, когда в результате нелинейного взаимодействия излучения в волокне на двух или более частотах возникают сигналы с новой частотой. При неравномерных интервалах между каналами четырехволновое смешение может привести к дополнительным шумам на длинах волн, не используемых для передачи полезного сигнала. Новый паразитный сигнал может совпасть по частоте с существующими сигналами других каналов, что может привести к возникновению перекрестных помех, при использовании равномерных интервалов между каналами.
Полоса пропускания по уровню –3 дБ. Полоса пропускания – это та часть спектра передаваемого сигнала, в пределах которой все спектральные составляющие превышают некоторый пороговый уровень. Полоса пропускания определяет тот спектральный диапазон, в пределах которого устройство может быть эффективно использовано. Конкретное пороговое значение ширины полосы пропускания зависит от степени изоляции соседних каналов [4].
Изоляция и дальние перекрестные помехи. Изоляция канала и перекрестные помехи определяют уровень ослабления данного канала в других каналах, где этот сигнал не является основным. Изоляция определяется как минимальная величина ослабления мощности сигнала с выборкой по всем не основным выходным каналам по отношению к основному входному каналу. Перекрестные помехи определяют повышение уровня мощности входного сигнала на определенной длине волны на всей суммарной утекающей мощностью этого сигнала в не основные каналы. Помимо измерения или оценки уровня наихудших перекрестных потерь между каналами в системе необходимо также определять допустимые их уровни.
Неравномерность пика мощности в спектре канала. Пиковое значение вносимых потерь характеризует уровень потерь на фиксированной длине волны, но не определяет полностью разброс уровней потерь во всей полосе пропускания или в отдельном канале. Разброс уровней – это разность между минимальным и максимальным уровнями потерь в измеренной или номинальной полосе пропускания – называют неравномерностью потерь. Неравномерность распределения потерь канала предоставляет информацию о возможном разбросе уровня передаваемой мощности при изменении длины волны передатчика в пределах номинальной полосы пропускания. Большая неравномерность неприемлема во многих практических приложениях.
Однородность каналов является мерой разброса уровня передаваемой мощности или вносимых потерь от канала к каналу в мультиплексоре –демультиплексоре [5].
Как ключевой компонент новых систем оптической передачи, оптический усилитель на волокне, легированном эрбием (EDFA), имеет много преимуществ, а именно, высокий коэффициент усиления, большая выходная мощность, широкая рабочая оптическая полоса пропускания, независимость поляризации, низкий коэффициент шума и характеристики усиления не имеют зависимости от скорости передачи и формата данных.
Усилители EDFA обеспечивают непосредственное усиление оптических сигналов, без их преобразования в электрические сигналы и обратно, обладают низким уровнем шумов, а их рабочий диапазон длин волн практически точно соответствует окну прозрачности кварцевого оптического волокна как показано на рисунке 3.2. Именно благодаря появлению усилителей с таким сочетанием качеств линии связи и сети на основе систем DWDM стали экономически привлекательными.
Рисунок 3.2 - Зависимость коэффициента усиления EDFA от длины волны
Усилитель EDFA состоит из отрезка волокна, легированного эрбием. В таком волокне сигналы определенных длин волн могут усиливаться за счет энергии внешнего излучения накачки. В простейших конструкциях EDFA усиление происходит в достаточно узком диапазоне длин волн – примерно от 1525 нм до 1565 нм. В эти 40 нм умещается несколько десятков каналов DWDM. EDFA полностью "прозрачны" – не зависят от используемых протоколов, форматов, скорости передачи и (в пределах указанных выше ограничений) длины волны оптического сигнала. Поскольку усилители EDFA независимы от сетевого протокола, их можно подключать непосредственно к различному оборудованию – коммутаторам ATM или компонентам протокола IP – не опасаясь, что они помешают друг другу. Такая гибкость – одно из основных преимуществ использования их в системах DWDM. Наряду с этим, при использовании усилителей EDFA требуется тщательно учитывать их неоднородное спектральное усиление и шум, вносимый ими за счет усиленной спонтанной эмиссии ASE (Amplified Spontaneous Emission). Сети с усилителями EDFA имеют многочисленные преимущества. Пропускную способность таких сетей можно наращивать экономично и постепенно, добавляя новые каналы по мере роста потребности.
Усилитель EDFA обеспечивает в системе OptiX BWS 1600G усиление сигналов C-диапазона. В оптическом усилителе реализованы функции фиксации коэффициента усиления и управления переходными процессами, позволяющие поддерживать коэффициент усиления каждого канала на определенном уровне независимо от количества каналов и избегать возникновения большого числа битовых ошибок в существующих каналах во время вставки или выделения каналов.
3.2.1 Классификация усилителей по способам применения
Усилители EDFA могут использоваться по разному в зависимости от выбранной области коэффициента усиления. Применения различают предварительные усилители, линейные усилители и усилители мощности.
Предварительные усилители (предусилители) устанавливаются непосредственно перед оптическим приемником терминального оборудования или на выходе оборудования регенерации. Основная функция данного усилителя заключается в усилении малых сигналов, ослабленных во время передачи по каналу , и увеличении приемной чувствительности оптического приемника. Оптические предусилители часто используются в качестве замены сложных и обычно дорогих когерентных оптических приемников.