СПОСОБ РЕКОНСТРУКЦИИ И УВЕЛИЧЕНИЯ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОЙ ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ
METHOD OF RECONSTRUCTING AND INCREASING THROUGHPUT OF FIBRE-OPTIC TRANSMISSION LINE

Изобретение относится к области волоконно-оптической техники связи и может быть использовано при реконструкции протяженных волоконно-оптических линий передачи для увеличения их пропускной способности.
Известен способ увеличения пропускной способности волоконно-оптической линии передачи, заключающийся в том, что по концам участка линии передачи последовательно оптическим волокнам линии передачи включают компенсирующие оптические волокна, хроматическая дисперсия которых имеет знак противоположный знаку хроматической дисперсии оптических волокон линии передачи [1]. При использовании данного способа уменьшается только результирующая хроматическая дисперсия волоконно-оптической линии передачи. Из-за действия факторов нелинейности, в частности эффекта четырехволоконного смешения, характерного для систем со спектральным разделением каналов, область применения данного способа и его возможности по увеличению пропускной способности волоконно-оптических линий передачи ограничены.
Влияние хроматической дисперсии и факторов нелинейности существенно снижается при использовании режима работы волоконно-оптической линии передачи, при котором в ней распространяются солитоны [2]. Известен способ [2-4] увеличения пропускной способности волоконно-оптической линии передачи, заключающийся в том, что в волоконно-оптическую линию передачи с заданным интервалом включают оптические усилители и обеспечивают режим распространения солитонов с управлением потерями. Для этого расстояние между оптическими усилителями (длина усилительного участка), параметры оптических сигналов, параметры оптических усилителей и параметры оптических волокон линии передачи выбирают так, чтобы в волоконно-оптической линии передачи выполнялись условия распространения солитонов. Для практической реализации данного способа длина усилительного участка должна быть достаточно мала - около 30-50 км. Вместе с тем, расстояния между контейнерами необслуживаемых пунктов с гарантированным электропитанием на введенных в эксплуатацию линиях передачи составляет в среднем 80-120 км. Как следствие, применение данного способа при реконструкции волоконно-оптической линии передачи требует оборудования дополнительных необслуживаемых пунктов, что делает его использование для этих целей экономически невыгодным.
Известны способы [2, 5-10] увеличения пропускной способности волоконно-оптической линии передачи, заключающиеся в том, что в линии передачи обеспечивают режим распространения солитонов с управлением дисперсией. Для этого в волоконно-оптической линии передачи периодически включают оптические усилители и регулируют хроматическую дисперсию линии передачи. Волоконно-оптическая линия передачи с «регулируемой дисперсией» - это линия передачи, содержащая оптическое волокно с положительной дисперсионной характеристикой, а также волокно с отрицательной дисперсионной характеристикой, в которой полная дисперсия близка к нулю [10]. При этом выбирают расстояния между оптическими усилителями, параметры сигнала и параметры оптических волокон линии передачи, которые обеспечивают условия распространения солитонов.
В способах [4-8] период изменения хроматической дисперсии в линии может существенно превышать длину усилительного участка (расстояния между оптическими усилителями). Такой подход используется в основном для сверхпротяженных транснациональных волоконно-оптических линий связи. Он обеспечивает значительное увеличение протяженности регенерационных участков, однако длина усилительных участков при этом увеличивается незначительно. Это ограничивает его применение для наземных волоконно-оптических линий передачи и, в частности, делает его экономически неэффективным для их реконструкции.
В способе [9] дисперсию в линии передачи регулируют на плотных дисперсионных картах (период изменения дисперсии в линии существенно меньше длины усилительного участка), на которых абсолютное значение хроматической дисперсии оптических волокон с положительной и отрицательной дисперсией одинаково, что позволяет значительно увеличить длину усилительного участка. Вместе с тем, практически невозможно изготовить оптические волокна с положительной и отрицательной хроматической дисперсией, имеющие идентичные по абсолютной величине дисперсионные характеристики в относительно широком диапазоне длин волн, что необходимо для систем со спектральным разделением каналов.
Согласно [10] оптический кабель содержит последовательное соединение волокон двух типов - с положительной и отрицательной дисперсией. В этом случае период изменения дисперсии равен строительной длине кабеля. На практике после прокладки оптического кабеля расстояния между муфтами, как правило, отличаются от номинальных значений, предусмотренных проектом. При использовании данного способа уменьшение строительной длины в полевых условиях ведет к увеличению остаточной дисперсии в линии передачи и в итоге к нарушению условий распространения солитонов.
Известен способ [11] увеличения пропускной способности волоконно-оптической линии передачи, заключающийся в том, что в линии передачи обеспечивают режим распространения солитонов с управлением дисперсией, при этом в волоконно-оптической линии передачи с заданным интервалом включают оптические усилители и регулируют хроматическую дисперсию, участок между оптическими усилителями разбивают на элементарные секции с оптическим волокном, хроматическая дисперсия которого больше среднего значения хроматической дисперсии линии передачи в целом, и с оптическим волокном, хроматическая дисперсия которого меньше среднего значения хроматической дисперсии линии передачи в целом, а длину и дисперсию оптических волокон на секции выбирают из условия:
i
i
0
i
i
m
(L+L′)/Z<0.35/[1+0.2·max(D,D′)/D],
i
i
i
i
где L, L′ - длины участков элементарной секции, на которых соответственно оптическое волокно имеет дисперсию больше среднего значения дисперсии линии передачи в целом (L) и меньше среднего значения дисперсии линии передачи в целом (L′);
i
i
i
i
D, D′ - значения дисперсии участков элементарной секции, на которых соответственно оптическое волокно имеет дисперсию больше среднего значения дисперсии линии передачи в целом (D) и меньше среднего значения дисперсии линии передачи в целом (D′);
m
D - среднее значение хроматической дисперсии волоконно-оптической линии передачи в целом;
0
Z - длина оптического солитона;
i - порядковый номер элементарной секции.
Реализация данного способа требует замены оптического волокна на участках линии передачи, что, в свою очередь, требует замены строительных длин оптического кабеля, что, как правило, связано с большим объемом земляных работ и существенными затратами. Это делает данный способ экономически неэффективным для реконструкции линий передачи, введенных в эксплуатацию, и соответственно ограничивает область его применения.
Сущностью предлагаемого изобретения является расширение области применения.
Эта сущность достигается тем, что согласно способу увеличения пропускной способности волоконно-оптической линии передачи, заключающемуся в том, что в линии передачи обеспечивают режим распространения солитонов с управлением дисперсией, при этом в волоконно-оптической линии передачи с заданным интервалом включают оптические усилители и регулируют хроматическую дисперсию с периодом изменения дисперсии волоконно-оптической линии передачи меньше длины солитона, кроме того, с заданным интервалом вдоль волоконно-оптической лини передачи оптический кабель заданной длины с компенсирующими оптическими волокнами, дисперсия которых имеет знак противоположный дисперсии оптических волокон линии передачи, укладывают кольцами около муфт, в которые вводят концы строительных длин оптического кабеля линии передачи и оба конца длины оптического кабеля с компенсирующими волокнами, в муфтах компенсирующие оптические волокна включают последовательно оптическому волокну линии передачи, регулируют усиление оптических усилителей и выбирают расстояния между муфтами, в которые включаются оптические кабели с компенсирующими оптическими волокнами, длины оптического кабеля с компенсирующими оптическими волокнами и параметры компенсирующих оптических волокон так, чтобы в волоконно-оптической линии передачи выполнялись условия распространения солитонов.
На чертеже представлена структурная схема устройства для реализации заявляемого способа.
Устройство содержит волоконно-оптическую линию передачи 1, в которой с заданным интервалом включены оптические усилители 2, муфты 3 и строительные длины оптического кабеля 4 с оптическими волокнами линии передачи 5, оптические кабели 6 с компенсирующими оптическими волокнами 7, хроматическая дисперсия которых имеет знак противоположный хроматической дисперсии оптических волокон линии передачи 5, при этом концы строительных длин оптического кабеля линий передачи 4 и оба конца оптического кабеля 6 с компенсирующими оптическими волокнами 7 введены в порты муфты 3, компенсирующие оптические волокна 7 последовательно включены в оптические волокна линии передачи 5, при этом коэффициент усиления оптических усилителей, расстояния между муфтами, в которые включаются оптические кабели с компенсирующими оптическими волокнами, длины оптического кабеля с компенсирующими оптическими волокнами и параметры компенсирующих оптических волокон таковы, что выполняются условия распространения в волоконно-оптической линии передачи солитонов.
Устройство работает следующим образом. За счет периодического включения оптических усилителей и выбора их параметров регулируют распределение уровней оптической мощности сигнала вдоль волоконно-оптической линии передачи. За счет периодического включения компенсирующих оптических волокон регулируют хроматическую дисперсию волоконно-оптической линии передачи. Выбирают расстояния между муфтами, в которые включаются оптические кабели с компенсирующими оптическими волокнами, длины оптического кабеля с компенсирующими оптическими волокнами и параметры компенсирующих оптических волокон такими, чтобы были выполнены условия распространения в волоконно-оптической линии передачи солитонов, что и обеспечивает увеличение пропускной способности волоконно-оптической линии.
Включение компенсирующих волокон, хроматическая дисперсия которых имеет знак противоположный хроматической дисперсии оптических волокон линии передачи, выполняется периодически вдоль волоконно-оптической лини передачи в локальных точках, что в отличие от известного способа, которым является прототип, не требует прокладки оптического кабеля. В результате существенно сокращается объем строительных работ и затраты на реконструкцию волоконно-оптических линий передачи, введенных в эксплуатацию, и, как следствие, расширяется область применения. При этом имеет место возможность адаптации расстояний между муфтами, в которые включаются оптические кабели с компенсирующими оптическими волокнами, длин оптического кабеля с компенсирующими оптическими волокнами и параметров компенсирующих оптических волокон с характеристиками реконструируемой волоконно-оптической линии передачи для создания устойчивого режима распространения солитонов управляемых дисперсией. Никаких специальных требований к муфтам при реализации данного способа не предъявляется.
Литература
1. US 5680491.
2. Кившарь Ю.С., Агравал Г.П. Оптические солитоны. От волоконных световодов к фотонным кристаллам. - М.: Физматлит, 2005. - 648 с.
3. Mollenauer L.F., Neubelt M.J., Haner М., Lichtman E.,Evangelides S.G., Nyman B.M. Demonstration of error-free soliton transmission at 2.5 Gbit/s over more than 14,000 km // Electronic Letters, vol.27, No 22, 1991. - p.2055-2056.
4. US 5642215.
5. US 2004067032.
6. GB 2299473.
7. US 5471333.
8. WO 0038356.
9. Liang A., Toda H., Hasegawa A. High speed optical transmission with dense dispersion managed soliton // ECOC'99, P3.8, vol.1, 1999. - pp.386-387.
10. RU 2173940.
11. US 5764841 плотное управление.