О времени нарастания фронтов импульсов и накопленная дисперсия в оптическом канале системы передачи

20 декабря 2011 г. 12:16

ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЩЕСТВА

О времени нарастания фронтов импульсов и накопленная дисперсия в оптическом канале системы передачи

Представлены решения для определения зависимости времени нарастания гауссовского импульса в зависимости от хроматической и поляризационной дисперсий,что связано с дисперсионной длиной, числом усилителей и компенсаторами дисперсии. В результате более точно будет оценено время нарастания сигнала в линии от источника до приемника.

Портмов ЭЛ.,

д.т.н., профессор, заведующей кафедрой линии связи МТУСИ

Григорьян А.К.,

аспирант кафедры линий связи МТУСИ

Время нарастания фронтов передающих импульсов системы передачи в большинстве случаев для узкополоных источников при высоких скоростях передачи определяется временем нарастания в оп-т^еской линии связи с учетом наличия оптических усилителей и компенсаторов дисперсии. Поэтому, прежде чем рассматривать время нарастания следует определить длину регенерационного участка (РТУ) по затуханию, общее кол^ество этих участков на участке регенерации, число компенсаторов дисперсии, так как усилители и компенсаторы дисперсии являются источниками поляризационномодовой дисперсии (ПМД) вместе с оптическим волокном (ОВ).

Длина РТУ определяется при наличии указанных факторов по следующему выражению:

Ьэку =

Длина элементарного кабельного участка (ЭКУ) или регенерационного участка (РТУ) без промежуточных усилителей опрелелится в виде выражения:

L,„ = Роч, - lOlgm - Ар/

(21

Согласно [ 11, при распространении по оптическому волокну гауссовский импульс сохраняет свою форму.

При этом:

И)

где Т0 — полуширина гауссовского импульса на уровне 1/е и составляет 0,35Т6, па I — рассматриваемая длина 06, кал; О — отношение сигнал/шум.

При уши рении импульса на 25% потери за счет дисперсии составят 1 дБ а при уширении импульса на 60 % потери составят от хроматической дисперсии 2 дБ, при

т! «5

1С = -* с1^ — дисперсионная длина, км Ра

$2 = ” ^7 — дисперсия групповых скоростей, пс2/ км Э — дисперсионный параметр, пс/нм-км X — рассматриваемая длина волны, мкм с — скорость света ~3 • 105 клу'с

где 1ргу — длина РТУ,км, Р пер — уровень оптической мощности на передаче,дБм, m — количество оптических каналов, Рус — фактор шума оптического усилителя, дБ. Асш — минимально допустимое отношение мощности оптического сигнала к мощности оптического шума на входе приемника В ОСП, дБ, К — количество ЭКУ на участке регенерации ВОСП, а К-1 — количество оптических усилителей Ма — системный запас ВОЯП по кабелю, дБ, Мд — запое по дисперсии и нелинейным искажениям в ОВ, дБ, Pase — усиленное спонтанное излучение, приведенное ко входу оптического усилителя, дБм, Ар — потери на разъемном соединении, дБ . Ан — потери на неразъемном соединении ОВ, дБ, 1стр — строительная длина оптического кабеля, км Ак — затухание, вносимое компенсатором дисперсии длиной L.

= IL5b = . . л1

' 8В. 2.77'в*

где Т0 5— ширина гауссовского импульса на уровне 0,5 его амплитуды, пс.

Соотношение между О и (32 определяется выражением 2кс/Х2 и приведено в табл. 1

Прежде, чем рассматривать время нарастаню фронтов в системе необходимо определиться с длиной оптической кабельной линии, типом оптического волокна и длиной элементарного участка кабельной линии по затуханию. Из соотношения длины линии по затуханию и дисперсионной длины определяются с количеством усилительных пунктов и необходимым количеством компенсирующих устройств на кабельной линии. Для этого при расчете необходимо

Зависимость соотношения между D и Р2 от Длины волны

Таблица 1

/..нм 1260 1360 1460 1530 1550 1565 1625 1675 1700

2т- Л! 1.187 1.02 0.884 0.805 0.784 0.77 0.713 0.67 0.652

T-Comm, #8-2011

85

Таблица 2

Дисперсионные характеристики различных ОВ

Тип ОВ A+t.vKu' X,D,.VK4 D. "C HM*-KM (C - диапазон) s ?e HM*  KM

G-652 Coming 80 1.302- 1.322 16- 19 0,09

G-652 AllWavc Luccnt 80 1,3-1.322 17-20 0.088

Alcatcl Color Lock 80 1.3-1,32 16-19 0,09

G-652 Coming VasCode 101 1.3-1,31 18-20 0.06

G-655 Truc-Wave-RS 50 1,47- 1.49 2.6-6 0.05

G-655 Coming LEAF 72 1.49- 1,5 2-6 0.06

G-655 Luccnl TrueWave XL 72 1.57-1.58 1.4- 1.6 0.112

G-655 Alcatcl Тега Light 65 1.44-1.45 5.5-10 0.058

знать; выходную мощность источника света, потери в волокне, потери но сварных и разъемных соединениях, дополнительные потери мощности и допуски, усиление оптических усилителей потери изоляторов, разветвителей, фильтров и другие потери пассивных элементов.

Основываясь на рекомендациях МСЭ-Т С-957 для системы передачи ВОСП-СР -64 в диапазоне 1530-1565 нм при максимальном уровне излучаемой мощности 13 дБм с диапазоном перекрываемого тракта 16-22 дБ с уровнем чувствительности -14 дБм допустимая хроматическая дисперсия не должна превышать 1600 пс/нм а суммарная поляризационная дисперсия 10 пс При этом дополнительные потери оптического тракта не должны превышать 2 дБ при использовании пассивных компенсаторов дисперсии.

Согпосно [2], время нарастания сигнала в системе Ту определяется временем нарастания составляющих ее элементов

15)

где Тпвр, Т^^ — времена нарастания передатчика сигнала, в оп-п^еском волокне оптического кабеля и приемнике соответственно.

Для высокоскоростных систем передачи 10 Гбит/с и выше время наростання передатчика и приемника сигнала составляет в общей сложности меньше 10% от времени нарастания в оптическом волокне при расстоянии более 30 км для формата модуляции N1^ и 10 км для формата модуляции І&.

Однако, суммарное время нарастания для ВОЛ С при формате модуляции N1^ не должно превышать 0,7Т6 и для формата модуляции №05 — 0,35Т6.

Для узкополосных источников:

Т  0.7 • Т| £

1Д* 1\ЭЛ|»гк + пм*>!ч + П>Ч

16)

Г»Ц«,-Ц=Х-1*

0,7 • Т6 * Тг для формата модуляции N1^, а потери на дисперсию в ОВ будут составлять 1,0 дБ.

ПМД — поляризационно-модовая дисперсия ОВ, пс/\ км;

ПМДу — поляризационно-мс1довоя дисперсия оптического усилителя, пс;

ПМДк — поляризационно-модовая дисперая компенсатора дисперсии, пс/\км;

Рл — Дисперсия групповых скоростей компенсатора дисперсии, гх^/км;

1к — длина волокна для компенсации дисперсии, км;

В этом случае О — фактор в оптическом канале определится в виде:

<Эо “ __________________________________________________

тк||^М\ик+ПМД! 1.»ПМД,

17)

Без указанных элементов в самом простом виде меньшая величина, чем в выше приведенной формуле:

<го = ть-<1тл/рГт

И самое большое значение О^,-фактора при правильном расчете компенсации дисперсии без учета поляризационно-модовой дисперсии.

0о = \ • ЛРЛи-к-Ра.-Ч-О'-’)

Общую дисперсию и затухание линии можно представить в виде известных формул формул:

^о«ш D0. • L0B + Deiw • Logw

ввв ei ’ Ло«« ’ ^ма

86

T-Comm, #8-2011

Таблицо 3

Типовые значения дисперсионных характеристик ОВ

Тип ОВ Дисперсия пс/им*км Наклон дисперсии лс/мм‘#км RDS 1/нм

6-652 17 0.052 0.0034

Truc- wavc-RS 4,5 0.045 0.010

LEAF 4,2 0.09 0.021

FOM =

Р;.ц

*0««

овт '

RD„SOI = RD

где RDS = -п

В таблице 3 приведены значения для различных ОВ.

Сравним с ранее полученным результатом расчета 00-фактора для регенерационною кабельного участка(З) для скорости передачи 10 Гбит/с Ть - 100 пс,с!т — N1^.

В качестве примера рассмотрим стандартное ОВ по рекомендации МСЭ-Т С-652 на длине волны 1550 нм:

Qo = Tbdm/2-v'Trr^: = i.6

о*)

Если требуется компенсация дисперсии, то длина 1(Жв выбирается таким образом, чтобы = 0.

Однако, из-за нелинейных эффектов и возможной модуляции в передатчике полная компенсация не всегда оптимальна. В случае использования ОВКД для дискретной компенсации в усилителе общим недостатком ОВКД является увеличение затухания оптического сигнала. Добавочное затухание должно быть скомпенсировано добавочным усилением оптического усилителя (ОУ), что приводит к деградации отношения сигнал/шум и увеличению стоимости системы в целом. Для преодоления этой проблемы ОВКД важно иметь как можно более значительную отрицательную дисперсию и низкое затухание.

Мера качества ОВКД — ЮМ определяется как:

1д “57,6км, L  43,4км, Ipry  [д Lk должно быть 5,5 км для того, чтобы была полная компенсация, но в результате мы должны получить Оо-фактор, при котором уширение импульса давало бы Т1Д0= 1,25,т.е.патерив 1 дБ(Оо= 1,6).

При 0=17пс/нм*км (52 = 21,7пс2/км, примем ПАДЦу  Inc, ПМДк = 0,08 пс/\ км.

Dk=-1 00 пс/нм*км - Р2к= 127,6пс2Дч к = 4.

Qo=Tb.dB/2 = 1.6

При выборе LOMa так, что 0^=0, общие потери определяются: °<И1ш =  К.

Для многоканальных высокоскоростных WDM систем компенсация дисперсии необходима в широком диапазоне длин волн. Это означоет, что кроме дисперсии, также необходимо компенсировать наклон дисперсионной характеристики.

Общий наклон характеристики дисперсии определяется:

Отсюда видно, чтобы достигнуть компенсации наклона дисперсионной характеристики необходимо иметь отрицательный наклон ОВКД. Если длина ОВ выбрана так, что °общ"0’ то для компенсации наклона Бое необходимо, чтобы:

П5)

Расчет по формуле с учетом ПМДдает значение -1,55.

Полученные результаты позволяют определить допустимые длины регенерационного или усилительного участков с учетом нормативных значений вероятности ошибки на основании определения О-фактора, который определяет отношение сигнал/шум в оптическом канале при применении ОВ для компенсации дисперсии и учете поляризационно-модовой дисперсии.

Литература

1. Г. Агршал. Нелинейная волоконная оптика. — М.: Мир, 1996. — 324 с

2 Р. Фрим». Волоконно-оптические системы связи — М: Техносфера,

2003. - 448 с

3 Портной ЭЛ.Кроп АЛ„Зелсговэв ЕА Влияние поляризаимонно-мо-доеой дисперсии на передачу сигнала/ Друды Московского технического университета связи и »**форматики. — М: ИД Медиа Паблишер, 2008. — Т.1. —С341-344.

^ ЗелотковЕА О времен нарастания и отношении сигнал/шум. Материалы третьей отраслевой научной конференции-форума ‘Технологии Информационного общества" — М: МТУСИ, 2009. — С36.

T-Comm, #8-2011

87