Основы ВОЛС
КОМПОНЕНТЫ DWDM СИСТЕМ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ Предлагаемая вниманию читателей статья представляет собой расширенный перевод учебных материалов (Tutorial) компании Xtera Communications Inc. [1]. Она дает наглядное и ясное определение основных понятий, описывает принципы работы и характеристики важнейших компонентов систем плотного спектрального мультиплексирования (DWDM). Статья «Компоненты DWDM систем и их характеристики» является продолжением статьи [2], описывающей общие принципы работы WDM систем передачи информации и входящих в них элементов (мультиплексоров, усилителей и т.д.). В данной статье уделяется особое внимание влиянию параметров компонентов DWDМ систем на характеристики ее работы.
Что такое DWDM?
Расстояние между усилителями
DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing – плотное волновое мультиплек-
(рис. 2) – Меньшее расстояние между линейными усилителями (ILAs)
сирование) заключается в том, что независимые оптические информационные потоки
позволяет уменьшить необходимую выходную мощность усилителей, повышая тем самым устойчивость сиг-
объединяются (мультиплексируются) и передаются по одному волокну на разных длинах волн (рис. 1). Это значит, что операторы связи могут увеличить пропускную способность своих волокон без серьезных капиталовложений, связанных со строительством или арендой (лизингом) новых волокон. Передавая сигналы на n длинах волн (т.е. по n каналам), можно увеличить пропускную способность сети в n раз и, таким образом, повысить возможный доход в n раз.
Передатчики 1
Суммарный информационный поток
различные волокна обладают разной дисперсией и разными нели-
2 3
4
4 Передающее волокно
5
...
...
n
6 Демультиплексор (разъединяет сигналы)
Рис. 1. Схематическое изображение DWDM системы
ния отношения сигнал/шум2. Однако усиление нелинейных искажений сигнала накладывает ограничение на максимальное значение выходной мощности усилителя.
50
www.lightwave-russia.com
Скорость передачи на канал (канальная скорость) – Увеличение канальной скорости
нейными свойствами. Число каналов – Увеличе-
также приводит к увеличению пропускной способности линии. Но искажения сигналов
ние числа каналов повышает пропускную способ-
в DWDM-линии, например вследствие поляризационной модовой дисперсии (ПМД),
ность сети, при этом усиление сигналов, передаваемых по каждому каналу, должно быть примерно одинаковым. Это значит, что увеличение числа ка-
сильнее сказывается на качестве связи при больших скоростях передачи.
налов требует увеличения необходимой суммарной мощности усилителя.
1 Выходная мощность усилителя – это мощность сигнала на выходе усилителя, PS out . Она определяется из соотношения PS out = G⭈PS in, где G – коэффициент усиления усилителя, PS in, – мощность сигнала на входе усилителя. 2
Span n из n
Рис. 2. Расположение линейных усилите лей между регенераторами в DWDM линии связи
при этом выходную мощность усилителей. Кроме того, при выборе типа волокон необходимо учитывать, что
3
Выходная мощность усилителя1 – Повышение мощности усилителя позволяет увеличить расстояние между линейными усилителями (ILAs – in-line amplifiers) за счет увеличе-
Span 1 из n Span 2 из n
поэтому сигналы можно передавать на большие расстояния, не повышая
Приемники
Основные факторы, определяющие работу DWDM линии связи
Расстояние между ILAs
оптических волокон обладают меньшими потерями, чем старые,
1
Мультиплексор (объединяет сигналы)
Участок линии связи (Span)
налов к нелинейным эффектам. Тип волокна – Новые поколения
2
5
Линия связи (Link) Расстояние между регенераторами
Отношение сигнал/шум (OSNR – optical signal to noise ratio) – это отношение мощности полезного сигнала к мощности шума в спектральном интервале , определяемом полосой пропускания фильтра или демультиплексора на приемной стороне [6].
Частотное согласование Частотный план ITU T3 Для согласования работы различных участков телекоммуникационной сети возникает необходимость преобразовывать частоты передаваемых сигналов, так как на различных участках они могут передаваться на различных длинах волн. Все компоненты DWDM-систем работают на стандартизован-
3
Частотный план ITU-T – набор стандартных частот на основе базовой частоты 193 100 ГГц. Стандартные частоты располагаются выше и ниже этой частоты с интервалом 100, 50 и 25 ГГц [14]. ITU – International Telecommunications Union – Telecommunications sector – Международный союз электросвязи – сектор телекоммуникаций (МСЭ).
LIGHTWAVE Russian Edition №2 2005
Основы ВОЛС
ных частотах из частотного плана ITU-T. Для преобразования электрического сигнала на входе в DWDM-систему в оптический
DWDM Mux
сигнал на нужной ITU-частоте используют • DWDM-передатчики (рис. 3а). Для соответствующего преобразования оптического сигнала (до входа в DWDM-систему его частота не входит в частотную сетку ITU-T) применяют
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
6
• DWDM-транспондеры (или частотные адаптеры) (рис. 3б). Наконец, если внутри DWDM-системы частоты одного DWDM-устройства не совпадают с частотами другого (при этом все эти частоты входят в сетку ITU-T), для согласования работы этих устройств используют • волновые конверторы4 (рис. 3в).
каналы, в то время как OADM нового поколения позволят осуществлять селективный ввод-вывод.
6
Суммарный информационный поток
...
n
требовалось два последовательных DWDM-терминала. Большинство современных OADM добавляют или выводят конкретные
DWDM Demux
...
7
Регенератор (повторитель)
Рис. 4. Схема мультиплексирования/демультип лексирования каналов в DWDM системе
ным волокнам, в один суммарный информационный поток для передачи по одному оптическому волокну (рис. 4).
Зачем он нужен? Оптический усилитель производит одно «восстанавливающее действие» (1R6) (рис. 6) по отношению к сигналу – усиление, в процессе которого
• Обычно DWDMа)
DWDM-передатчик Электрический
Оптический сигнал
сигнал
на частоте ITU-1
б)
мультиплексоры
1
поддерживают частотный план ITU с
2
расстоянием между каналами 100 ГГц и 50 ГГц.
DWDM-транспондер Оптический сигнал
DWDM-демультиплексор (Demux)
сигнал (не DWDM)
на частоте ITU-1
• Пространственно разделяет сигналы,
Оптический сигнал
Оптический сигнал
на частоте ITU-1
на частоте ITU-2
Рис. 3. Схемы частотного согласования на входе в DWDM систему (а, б) и внутри DWDM системы (в)
DWDM-мультиплексор (Mux) • Пространственно объединяет различные
4
DWDM Mux
5
3 4
DWDM Demux
5 6
Вывод каналов
n
Ввод каналов
n
Рис. 5. Схема мультиплексора ввода вывода
входившие в суммарный информационный
Волновой конвертер
DWDM мультиплексор/ демультиплексор5
2
каналы
3
6
Оптический
в)
1
Optical Add/Drop Multiplexer (OADM) «Экспресс»-
поток (см. рис. 4).
усиливается также и шум. На каждом участке линии после усилителя усиленный шум суммируется, что приводит к ухудше-
Технологии, применяемые при создании Mux/Demux нию отношения сигнал/шум и, соответ• тонкие пленочные свето1R Усиление фильтры;
• волоконные брэгговские решетки; • дифракционные решетки; • решетки на основе массива волноводов (AWG – Arrayed Waveguide Gratings); • сварные биконические разветвители.
Исходный импульс
Полученный импульс
Усиленный импульс
3R Регенерация
оптические сигналы, пришедшие по раз4 Волновой конвертор может, например, осуществлять полностью оптическое преобразование длины волны приходящего сигнала в другую длину волны. Принцип действия такого преобразования (-конверсии) основан на эффектах нелинейного взаимодействия (например, четырехволнового смешения – см. ниже) исходного оптического сигнала со специальным сигналом от лазера накачки, в результате чего образуется излучение новой длины волны [4]. 5 Более подробно об устройстве и работе мультиплексоров/демультиплексоров можно прочитать в [2].
Оптический мультиплексор ввода вывода (OADM – optical add drop multiplexer)
Исходный импульс
Полученный импульс
Восстановленный импульс
Рис. 6. Усиление и регенерация импульсов Зачем он нужен? OADM добавляет или выводит из суммарного многоканального информационного потока отдельные частотные 6 R – от англ. Regeneration – восстановление: каналы прямо в линии связи, выполняя 1R – Re-amplification – усиление; 2R – Re-amplification & Re-shaping функцию ввода-вывода на оптическом (восстановление формы), 3R – Re-amplification, уровне (рис. 5). До появления OADM для Re-shaping & Re-timing (восстановление доступа к отдельной длине волны в линии синхронизации).
LIGHTWAVE Russian Edition №2 2005
www.lightwave-russia.com
51
Основы ВОЛС
Исходный импульс
Импульс с дисперсией
Блок компенсации дисперсии (DCU) • Обычно применяется компенсирующее дисперсию волокно.
Импульс после компенсации
• Действие отрицательной дисперсии (более короткие «синие» длины волн распространяются мед-
DCU
Дисперсия
Передающее волокно
Положительная дисперсия
0 км
леннее, чем более длинные «красные») нейтрализует действие положительной дисперсии в передающем волокне, т.е. позволяет отс-
Отрицательная дисперсия
n км
Расстояние
тавшим компонентам частотного спектра догнать опередившие. Рис. 7. Компенсация дисперсии в DCU
• Волокна, используемые в DCU, имеют большое значение
ственно, к ухудшению качества сигнала. После того как сигнал прошел через нес-
Бустер
Мощность сигнала
колько усилителей (их количество определяется при проектировании конкретной линии связи), требуется регенератор для восстановления первоначальной формы сигнала. Регенератор производит тройное «восстанавливающее действие» (3R) (см.
Линейный усилитель
Линейный усилитель
Линейный усилитель (ILA) Устанавливается в промежуточных точках линии связи, примерно через каждые 80–100 км8, нужен для усиления сигнала, ослабленного из-за затухания в оптоволокне или других компонентах линии. ILA работает с сигналом только в оптическом диапазоне и выполняет только одно «восстанавливающее действие» (1R) – усиление. Предусилитель (preamplifier) Устанавливается непосредственно перед приемником для усиления сигнала до уровня, входящего в диапазон чувствительности приемника Стандартные типы усилителей • эрбиевые волоконные усилители (EDFA – erbium doped fiber
Предусилитель
amplifiers); • рамановские (ВКР) волоконные усилители (ВКР – вынужденное
Чувствительность приемника
комбинационное рассеяние);
• полупроводниковые оптические усилители (SOA – semiconductor
Длина участка линии связи
рис. 6) по отношению к сигналу: восстановление формы, восстановление синхро-
optical amplifiers). Рис. 8. Усиление сигнала в DWDM линии связи
низации и усиление. При использовании современных технологий это тройное действие осуществляется оптоэлектрооптическим преобразованием. Возможно, в будущем это можно будет сделать полностью оптическим путем.
Эрбиевый волоконный усилитель (EDFA – Erbium doped fiber коэффициента хроматической дисперсии на единицу длины, что позволяет делать их значительно короче, чем передающее
amplifier)9 Преимущества эрбиевых волоконных усилителей
волокно.
• эффективная накачка; • минимальная зависимость от поляризации;
Блок компенсации дисперсии (DCU – dispersion compensation unit)
Оптическое усиление
Зачем он нужен? DCU компенсирует дисперсию передающего
Затухание света в волокне ограничивает дальность передачи рассто-
(телекоммуникационного) волокна. Чтобы компенсировать «расплывание» (уширение)
янием, на котором уровень сигнала падает ниже уровня чувствитель-
импульса под действием положительной дисперсии передающего волокна, используется DCU с отрицательной дисперсией (рис. 7).
ности приемника. Усиление позволяет увеличить дальность передачи (рис. 8). К сожалению, усилители при этом увеличивают шум и различные искажения импульса.
Передающее (телекоммуникационное) волокно
• Стандартное одномодовое волокно (SSMF)7 обладает положительной дисперсией (более короткие «синие» длины волн распространяются быстрее, чем более длинные «красные»). • Значение дисперсии на длине волны
Активное волокно, легированное эрбием
Усиленные Лазер накачки
Рис. 9. Схема волоконного эрбиевого усилителя
(например, лазерного диода) и предназначен для дополнительного усиления передаваемого сигнала.
1550 нм для SSMF равно 17 пc/нм⭈км.
7
Стандартное одномодовое волокно – SSMF – standard single-mode fiber. Более подробно о нем и о других типах волокон написано ниже.
52
www.lightwave-russia.com
Выходной изолятор
накачки
Усилитель мощности (бустер, postamplifier) Устанавливается сразу после передатчика
8
Селективный волновой соединитель
Входной изолятор
Приведено типичное значение для линий связи с эрбиевыми оптическими усилителями. Использование комбинации эрбиевых и рамановских усилителей позволяет увеличить расстояние между ILAs до 150–160 км.
• высокая выходная мощность; • низкий уровень шума; • минимальные вносимые искажения и перекрестные помехи. Недостатки эрбиевых волоконных усили телей • работают только в C- и L-областях; 9
Подробнее см. в [6,15].
LIGHTWAVE Russian Edition №2 2005
Основы ВОЛС
a) Активное волокно
Соединитель Выходной изолятор
Входной изолятор
накачки Усиленные Лазер накачки
Рамановский оптический усилитель
полупроводниковое устройство, что позволяет интегрировать его в другие элементы и де-
(рис. 10) Физика усиления Рамановские усилители
лает возможным его массовое производство. • Широкий спектр усиления. Недостатки полупроводниковых усилителей
построены на эффекте вынужденного комбинационного рассеяния (ВКР)10, при котором
• большой уровень шума по сравнению с эрбиевыми или рамановскими усилителями; • низкая выходная мощность; • большие перекрестные помехи между каналами;
мощность накачки преобразуется в излучение на
б) Узел 1
Узел 2 Передающее волокно
Линейный Входной усилитель изолятор
Выходной Линейный Соединитель изолятор усилитель
частоте сигнальной волны. Преимущества рамано вских усилителей
• Широкий спектр усиления, позволяющий приме-
накачки Усиленные
нять рамановские усилители в C-, L- и S-областях. • Рамановское усиление можно получить в стан-
Лазер накачки
Рис. 10. Схемы рамановских усилителей (а – дискретного, б – распределенного)
дартных волокнах. • Большая, чем у EDFA, эффективность при
• менее эффективны, чем рамановские усилители, при большой мощности накач-
Исходный импульс
• чувствительность к поляризации входящего света; • большие вносимые потери; • трудности соединения SOA с передающим волокном.
Искажения сигналов в DWDM системе Фазовая самомодуляция (ФСМ)11 Физика процесса Показатель преломления волокна зависит от интенсивности оптического сигнала (эффект Керра), что приводит к зависимости набега фазы от интенсивности. ФСМ приводит к частотному сдвигу на переднем и зад-
Частотный сдвиг в «синюю» область спектра
ки (при использовании большого числа каналов). Лазер накачки Источником накачки обычно служит лазер, излучающий на длине волны 980 или 1480 нм (рис. 9).
Частотный сдвиг в «красную» область спектра
этих областях интенсивность, а значит, и набег фаз меняются. Как это влияет на каче ство сигнала? В присутствии дисперсии
Волокно, легированное эрбием Одномодовое волокно, легированное ионами эрбия, служит активной средой, преобразующей излучение накачки в из-
Рис. 11. Частотные сдвиги на переднем и заднем фронтах импульса вследствие ФСМ
лучение на частоте сигнальной волны (см. рис. 9). Селективный волновой соединитель
больших мощностях накачки (возможность применения при большем числе каналов). Недостатки рамановских усилителей
(coupler) Вводит излучение лазера накачки с длиной волны 980 или 1480 нм в активное волокно, при этом вносит минимальное затухание сигнала (см. рис. 9).
• Меньшая, чем у EDFA, эффективность при
Изолятор Пропускает излучение, распространяющееся в прямом направлении (направлении
тель (SOA) Физика усиления Как и в полупроводниковом лазере, в
распространения сигнала) и препятствует распространению света во встречном направлении. В частности, выходной изолятор препятствует попаданию в усилитель излучения, отраженного от внешних элементов линии связи (см. рис. 9).
SOA накачка активной среды создается инжекцией носителей заряда в рабочую область. Для предотвращения возникновения паразитной генерации на торцы активного элемента наносят антиотражающие покрытия.
10
Преимущества полупроводниковых усилителей
В англоязычной литературе ВКР называется эффектом Рамана. Более подробно об этом эффекте можно прочитать в [3].
нем фронте спектра импульса (рис. 11), так как в
Импульс после ФСМ
меньших мощностях накачки (неудобство применения при небольшом числе каналов). Полупроводниковый оптический усили-
• Усилитель представляет собой маленькое
LIGHTWAVE Russian Edition №2 2005
этот частотный сдвиг может привести к сужению, расширению или другому искажению формы импульса.
Поляризационная модовая дисперсия (ПМД) Физика эффекта В одномодовом волокне на самом деле распространяются две моды с ортогональными поляризациями. Эти поляризации называются собственными состояниями поляризации (ССП). Например, в сохраняющем поляризацию волокне ССП совпадают с осями двулучепреломления. В передающем волокне двулучепреломление меняется сложным образом под действием случайных факторов (неидеальности круговой симметрии сердцевины волокна, микроизгибов, условий окружающей среды), поэтому направления ССП также слу-
11
Более подробно об этом эффекте можно прочитать в [3].
www.lightwave-russia.com
53
Основы ВОЛС
t2
t3
tn
Быстрая ось ССП
Рис. 12. Изменение направления ССП вдоль волокна. Разность груп повых задержек (РГЗ)
чайным образом меняются вдоль волокна. Различие скоростей распространения световых импульсов, поляризованных вдоль быстрой и медленной оси ССП (т.е. скоростей двух поляризованных мод) приводит к отставанию одной моды от другой –
того, что показатель преломления материала волокна (кварцевого стекла) изменяется в зависимости от длины волны оптического излучения. Волноводная
ПМД приводит к уширению импульса, что повышает вероятность ошибок при распознавании сигнала. ПМД – основной фактор, ограничивающий дальность передачи при высоких скоростях передачи (10 Гбит/с и выше). Почему так трудно ослаблять эффект ПМД? Потому что условия окружающей среды (температура, вибрации), которые приводят к случайным изменениям направления ССП вдоль передающего волокна, сами случайным образом меняются со временем.
t0
tn
Рис. 13. Уширение импульса из за хроматической дисперсии
13
Хроматическая дисперсия (ХД)
Что это такое? Уширение формы сигнала при его распрост12
Подробно о ПМД написано в [7–11].
13
Подробнее о ХД можно прочитать в [12–13].
54
www.lightwave-russia.com
Вынужденное комбинационное (рамановское) рассеяние (ВКР)15 В чем проявляется ВКР? ВКР проявляется в перекачке мощности от сигнала с меньшей длиной волны к сигналу
дисперсия – это зависимость задержки светового импульса от длины волны, связанная с изменением скорости его распространения в волокне из-за волноводно-
с большей длиной волны. Что приводит к ВКР? Взаимодействие световых волн с колеблющи-
го характера распространения. Как ХД влияет на качество сигнала?
мися молекулами кварца приводит к их рассеянию, при котором энергия перекачивается от
Из-за расширения сигнала, вызванного ХД в линии, повышается вероятность возникновения ошибок.
к разности групповых задержек (РГЗ) между модами (рис. 12). Усредненное значение РГЗ и есть поляризационная модовая дисперсия (ПМД)12. Как это влияет на качество сигнала?
сигнале уменьшает эффект ЧВС. Поэтому он особенно сильно проявляется вблизи нулевой дисперсии волокна.
одной волны к другой. Эффективность процесса увеличивается с ростом мощности, зависит от разности частот и достигает максимального значения при разности
Комбинационный пик приводит к перекрестным помехам в частотном канале f0
частот 13,2 ТГц. Как ВКР влияет на качество сигнала? ВКР приводит к перекрестным поме-
Каналы f1, f2 и f3 взаимодействуют и приводят к появлению комбинационного пика на частоте (f1 + f2 - f3)
хам между каналами, и, что особенно Частота
f0
f1
f2
важно, к неравномерному распределению мощности по частотному диапазону DWDM-системы: на одном кон-
f3
Рис. 14. Проявление эффекта ЧВС
це частотного интервала (в «красной»
Можно ли ее контролировать? Дисперсионные характеристики волокна зависят от его типа. В некоторых волокнах более короткие длины волн могут отставать от более длинных (это значит, что волокно имеет отрицательное значение дисперсии), в других волокнах все может быть наоборот. Хроматическую дисперсию можно компенсировать, добавляя в линию блок компенсации дисперсии (DCU). Четырехволновое смешение (ЧВС)14 В чем проявляется ЧВС? Взаимодействие соседних каналов в WDM-системах приводит к появлению паразитных (комбинационных) пиков, которые, в свою очередь, вызывают перекрестные помехи
области) каналы усиливаются больше, чем нужно, а на другом конце спектра (в «синей» области) – наоборот, быстрее «истощаются». Фазовая кросс-модуляция (ФКМ)16 Физика процесса Показатель преломления волокна зависит от интенсивности оптического сигнала (эффект Керра). При распространении различных каналов по одному волокну из-
Изначальное равномерное распределение мощности
Неравномерное распределение мощности после ВКР
Каналы
Каналы
Мощность
t1
Медленная ось ССП
нии расстояния между каналами эффект усиливается. Четырехволновое смешение также увеличивается при повышении мощности сигнала. Хроматическая дисперсия в
ющих (рис. 13). Что вызывает хроматическую дисперсию? Вклад в хроматическую дисперсию вносят два механизма: материальная дисперсия и волноводная дисперсия. Дисперсия материала возникает вследствие
Мощность
t0
сящих от частот этих каналов. При уменьше-
ранении в волокне из-за различия групповых скоростей его спектральных составля-
Разность групповых задержек (РГЗ)
Рис. 15. Проявление эффекта ВКР
в соседних каналах (рис. 14). Что приводит к ЧВС? При взаимодействии каналов комбинационные пики появляются на расстояниях, зави-
14, 15, 16 Подробнее об этих эффектах можно прочитать в [3].
LIGHTWAVE Russian Edition №2 2005
Основы ВОЛС
Результат действия ФКМ
(40–80 и более) в частотном интервале DWDM необходимо тщатель-
Взаимодействующий импульс
но управлять эффектом ХД. Для этого используются блоки компенсации дисперсии (DCU). Сколько SSMF введено в эксплу атацию? SSMF составляет более одной
Результат действия ФКМ
Рис. 16. Проявление эффекта ФКМ
менения показателя преломления, вызванные световой волной одного канала, могут создавать зависимые от времени фазовые сдвиги в соседних каналах. Изменяющиеся во времени фазовые сдвиги равносильны частотным сдвигам, таким образом, в спектре испытывающего действие эффекта ФКМ-канала изменяется «цвет». Как ФКМ влияет на качество сигнала? Эффект ФКМ похож на эффект фазовой самомодуляции. При наличии дисперсии частотные сдвиги могут приводить к уширению или другому искажению импульса.
0
1310
трети всего эксплуатирующегося в США волокна для наземных систем дальней связи. Сегодня в
Рис. 18. Дисперсионная кривая для DSF
общем объеме прокладываемого во всем мире волокна доля SSMF превышает 90%.
10 8
Волокно со смещенной дисперсией (DSF – dispersion shifted fiber) Особенности DSF было разработано с целью
6 4 2
-4
оптимизации волоконных систем
-6
дальней связи. Уровень нулевой дисперсии DSF смещен с длины волны 1310 нм в область на-
-8
Дисперсия, пс/нм/км
7
-10 1400
G.653, возможно передать
0
1550 Длина волны, нм
Рис. 17. Дисперсионная кривая для SSMF
- NZDSF
1425
1450
1475
1500
1525
1550
1575
1600
1625
Длина волны, нм Truelight
TrueWave RS
TrueWave +
TrueWave Classic
LEAF
SMF - LS
Рис. 19. Дисперсионные кривые для NZ DSF
единичный оптический сигнал на огромное расстояние без регенерации. Однако в DWDM-системах искажения сигнала из-за четырехволнового смешения и других не-
ления нелинейных эффектов, таких, как четырехволновое смешение и др. Были разработаны волокна, у которых длины
линейных эффектов максимальны в области нулевой дисперсии. Следовательно, при попадании уровня ну-
волн нулевой дисперсии выведены за пределы C-области и смещены либо в сторону длинных волн относительно
Стандартное одномодовое волокно
левой дисперсии в C-область DCF перестает быть пригодна для DWDM-передачи в C-области. Сколько DCF введено в эксплуатацию? DSF составляет небольшую часть исполь-
(SSMF – standard single-mode fiber) Особенности Стандартное одномодовое волокно, или
зуемого в США волокна и более не вводится в эксплуатацию. В больших количествах DSF проложено в Японии, Италии и
ITU-T G.652 (ITU-T – International Telecommunications Union – Telecommunications sector, Международный союз электросвязи – сектор телекоммуникаций), обладает нулевой дисперсией в облас-
Мексике.
ти 1310 нм, таким образом, в области применения DWDM-систем оно обладает значительным уровнем дисперсии. Для эффективной передачи данных при современных
Особенности После неудачи с DSF стало очевидно, что некоторое ненулевое значение хроматической дисперсии необходимо для ослаб-
Волокно с ненулевой смещенной дисперсией (NZ-DSF – Non-Zero Dispersion Shifted Fiber)
LIGHTWAVE Russian Edition №2 2005
+ NZDSF
0 -2
цевого волокна – 1550 нм. По этому волокну, получившему обозначение ITU-T
Распространенные типы одномодовых волокон
1550 Длина волны, нм
именьших потерь для квар-
1310
7
1550 нм, либо в сторону коротких. В C-области дисперсия таких волокон не нуле-
Кривая потерь SSMF
0,5 Затухание, дБ/км
Взаимодействующий импульс
Дисперсия, пс/нм/км
скоростях передачи (2,5 Гбит/с на канал и более) и числе каналов
Сигнальный импульс
Дисперсия, пс/нм/км
Сигнальный импульс
S
0,4
C
L
0,3
0,2
1300
1400 1500 Длина волны, нм
1600
Рис. 20. Спектральные области DWDM систем
www.lightwave-russia.com
55
Основы ВОЛС
NZ-DSF применяется ко всем волокнам, удовлетворяющим требованиям стандарта ITU-T G.655, хотя они могут существенно отличаться друг от друга по своим дисперсионным характеристикам. Сколько NZ DSF введено в эксплуатацию? Впервые появившееся в 1996 году, NZ-DSF сегодня составляет около 60% волокна для
C-область
0,5
Затухание, дБ/км
вая, но в то же время ее значение было существенно меньше, чем в стандартном одномодовом волокне. Обозначение
чи, занимающая интервал от 1570
Кривая потерь SSMF
до 1610 нм. Преимущества L области EDFA могут работать в L-области C-область от 1530 до 1562 нм
Пропускная способность L области L-область имеет спектральную ширину, близкую по размерам к C-области, и, соответственно, сравнимую пропускную способность.
0,4
0,3
0,2
Литература (добавлена при переводе) 1300
систем дальней связи в США. Его популярность в США достаточно высока, но в общем объеме выпускаемого во всем мире волокна его доля сокращается.
1400 1500 Длина волны, нм
1600
1. http://63.120.210.50/solutions/tutorials.cfm, 2. Наний О.Е. Основы технологии спект рального мультиплексирования каналов пе
Рис. 22. С область
редачи // Lightwave Russian Edition, 2004, № 2, с. 47. 3. Агравал Г. Нелинейная волоконная опти
Спектральные области в DWDM системах Области спектра вблизи третьего окна прозрачности кварцевого волокна (1550 нм)
Определение C-область – это центральная и традицион-
ка. М.: Мир, 1996. 4. Убайдуллаев Р.Р. Волоконно оптические
разбиты на три спектральных диапазона: Sобласть (1485–1520 нм), C-область
ная (C – conventional) область DWDM-передачи, занимающая интервал от 1530 до
сети. М.: ЭКО ТРЕНДЗ, 2000. 5. Жирар А. Руководство по технологии и
(1530–1562 нм) и L-область (1570–1610 нм).
1562 нм. Все DWDM-системы, введенные в эксплуатацию до 2000 года, работали в C-
тестированию систем WDM / Пер. с англ. под ред. А.М. Бродниковского, Р.Р. Убайдул
S-область
области. Преимущества C области
лаева, А.В. Шмалько. Общая редакция А.В. Шмалько. – М.: EXFO, 2001. 6. Убайдуллаев Р.Р. Протяженные ВОЛС на
Кривая потерь SSMF
S-область от 1485 до 1520 нм
0,4
0,3
0,2
1300
1400 1500 Длина волны, нм
1600
Рис. 21. S область
Определение S-область – это коротковолновая (S – short, «короткая») область DWDM-передачи, занимающая интервал от 1485 до 1520 нм. При добавлении «S+» области это спектральное окно можно расширить в область < 1485 нм. Преимущества S области Низкая восприимчивость к потерям из-за микроизгибов волокна. Самая низкая дисперсия для волокна SSMF. Пропускная способность S области S-область имеет спектральную ширину, близкую по размерам к C-области, и, соответственно, сравнимую пропускную способность.
56
www.lightwave-russia.com
основе EDFA // Lightwave Russian Edition,
за микроизгибов волокна. Эрбиевые усилители работают в C-области. Пропускная способность C области
2003, № 1, с. 22. 7. Гладышевский М.М., Щербаткин Д.Д. По ляризационная модовая дисперсия в опти
В соответствии со стандартами ITU опре-
ческом волокне // Lightwave Russian Edition,
делены следующие частотные интервалы между каналами: 50 ГГц, 100 ГГц, 200 ГГц. Количество каналов для C-области в реальных DWDM-системах сос-
2005, № 1, с. 48 8. Гладышевский М.М., Щербаткин Д.Д. Чем опасна поляризационная модовая диспер
тавляет от 16 до 96. L-область Определение L-область – это длинноволновая (L – long, «длинная») область DWDM переда-
0,5
Затухание, дБ/км
Затухание, дБ/км
0,5
Самые маленькие потери для SSMF волокна. Низкая восприимчивость к потерям из-
Кривая потерь SSMF
L-область от 1570 до 1610 нм
0,4
0,3
сия? // Lightwave Russian Edition, 2004, № 4, с. 33. 9. Гладышевский М.М., Щербаткин Д.Д. Из мерения ПМД в России // Lightwave Russian Edition, 2005, № 1, с. 38. 10. Бродский М. и др. Шарнирно секционная модель ПМД // Lightwave Russian Edition, 2005, № 1, с. 24. 11. Оде Фрэнсис. ПМД, ее источники и из мерение в полевых условиях // Lightwave Russian Edition, 2004, № 2, с. 38. 12. Наний О.Е. Методы компенсации хрома тической дисперсии. В сб.: Волоконная оп тика, с. 52. 13. Гладышевский М.А. и др. Измерение дисперсии. В сб.: Волоконная оптика, с. 82. 14. ITU T Rec. G.694.1, Study Groyp 15,
0,2
1300
1400 1500 Длина волны, нм
Рис. 23. L область
1600
«Spectral grids for WDM applications: DWDM frequency grid», Juny, 2002. 15. Курков А.С., Наний О.Е. Эрбиевые воло конно оптические усилители // Lightwave Russian Edition, 2003, № 1, с. 14.
LIGHTWAVE Russian Edition №2 2005