Расчёт минимальной мощности канала

При проектировании и эксплуатации систем WDM необходимо знать какова должна быть минимальная мощность в канале в конце срока службы. Это необходимо для поддержания нужного соотношения «оптический сигнал/шум», которое, в свою очередь, влияет на коэффициент ошибок (BER). Итоговая минимальная оптическая мощность канала не зависит от числа каналов, и расчёт может быть использован как в одноканальных, так и в многоканальных системах.

Расчёт отношения «сигнал/шум» (OSNR):

Здесь – выходная мощность на канал, дБм;

NF – шум-фактор усилителя, дБ;

N – число пролётов (участков между усилителями или ЭКУ) в линии;

– оптическая ширина полосы, нм

В полосе 1550 нм последнее слагаемое =-58дБм;

– потери на длине пролёта между усилителями.

– коэффициент спонтанного шума. При расчётах брать

G –усиление (не в дБ, а в разах), h – постоянная Планка, ν –оптическая частота.

– потери на входе усилителя за счёт интерфейсной стыковки. При расчётах брать /

 

6. Расчёт максимальной мощности канала:

Расчёт максимальной мощности необходим для оценки близости к порогу появления нелинейных оптических эффектов, а также для соблюдения правил лазерной безопасности. Для лазеров с классом безопасности 3А максимальная мощность в канале может быть рассчитана по следующей формуле:

Где М – число работающих каналов

Примечание: Лазерные изделия в зависимости от генерируемого излучения подразделяются на четыре класса опасности.

Класс I. Лазерные изделия безопасные при предполагаемых условиях эксплуатации.

Класс 2. Лазерные изделия, генерирующие видимое излучение в диапазоне длин волн от 400 до 700 им. Защита глаз обеспечивается естественными реакциями, включая рефлекс мигания.

Класс ЗА. Лазерные изделия безопасные для наблюдения незащищенным глазом. Для лазерных изделий, генерирующих излучение в диапазоне длин волн от 400 до 700 им, защита обеспечивается естественными реакциями, включая рефлекс мигания. Для других длин волн опасность для незащищенного глаза не больше чем для класса 1.

Непосредственное наблюдение пучка, испускаемого лазерными изделиями класса ЗАс помощью оптических инструментов (например, бинокль, телескоп, микроскоп), может быть опасным.

Класс 3 В. Непосредственно наблюдение таких лазерных изделий всегда опасно. Видимое рассеянное излучение обычно безопасно.

Примечание — Условия безопасного наблюдении диффузного отражения для лазерных изделий класса ЗВ в видимой области: минимальное расстояние для наблюдения между глазом и экраном — 13 см, максимальное время наблюдения — 10 с.

Класс 4. Лазерные изделия, создающие опасное рассеянное излучение. Они могут вызвать поражение кожи, а также создать опасность пожара. При их использовании следует соблюдать особую осторожность.

Любая часть защитного устройства, при снятии или смещении которой возможен доступ персонала к лазерному излучению с уровнем выше ДПИ для класса I, должна иметь табличку с надписью: «Внимание! При открывании — лазерное излучение». Кроме того, в зависимости от класса опасности лазерного изделия таблички должны иметь дополнительно надписи:

а) если уровень лазерного излучения не превышает ДПИ для класса 2: «Не смотреть в пучок»;

б) если уровень лазерного излучения не превышает ДПИ для класса ЗА: «Не смотреть в пучок и не наблюдать непосредственно с помощью оптических инструментов»;

в) если уровень лазерного излучения не превышает ДПИ для класса ЗВ: «Избегать облучения пучком»;

г) если уровень лазерного излучения превышает ДПИ для класса ЗВ: «Избегать облучения глаз или кожи прямым или рассеянным излучением».

 

При расчётах брать (единицы измерения необходимо перевести в дБм).

7. Расчёт максимальной полной мощности:

ЗдесьB – эффективная полоса ASE. B =25нм для одного усилителя и 15 нм для цепочки усилителей. В расчётной формуле NF и αL подставляют в децибелах, а остальные члены выражены в линейных единицах.

 

Приложение 1.

1. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ СВЯЗИ СО СПЕКТРАЛЬНЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ КАНАЛОВ.

Основные понятия

Система связи со спектральным разделением каналов предназначена для работы не с одной, а со многими длинами волн света, передаваемых в одном волокне одновременно.Такая технология использования оптического волокна позволила резко увеличить скорость передачи до 10 Тбит/с и выше.

Рис.2. Схема волнового мультиплексирования.

Суть метода волнового мультиплексирования заключается в объединении (мультиплексировании) нескольких оптических несущих на передающей стороне, передаче полученного суммарного сигнала по одному волокну и выделении (демультиплексировании) отдельных оптических несущих на приёмной стороне. Каждая несущая в мультиплесированном сигнале может предавать поток цифровых сигналов, сформированных в соответствии с правилами любой сетевой технологии. Например, в составе такого сложного сигнала могут передаваться трафик АТМ, гигабитнйEthernet, SDH, PDHи другие. Для этого надо промодулироватьоптические несущие цифровым сигналом в соответствии с передаваемым трафиком.

Для одновременной передачи оптических несущих по одному волокну они должны иметь строго фиксированное значение в соответствии с так называемым частотным планом. Междунесущими должен оставаться промежуток, соответствующий одному из следующих значений:

0,1 нм (12,5 ГГц), 0,2 нм (25 ГГц), 1,6 нм (200 ГГц), 3,2 нм (400 ГГц), 4,8 нм (600 ГГц), 8,0 нм (1000 ГГц).

Стандартом Международного Союза Электросвязи (МСЭ) предложено использовать для формирования частот несущих в Тгц с последующим пересчётом в длину волны использовать (для шага не более 0,1 Тгц) общую формулу вида:

где f – шаг частотной сетки в ТГц (0,0125 или 0,025 или 0,05 или 0,1), а n – целое число, соответствующее номеру канала.

Таблица 1. Номинальные центральные частоты для систем DWDM:

Номинальные центральные частоты (в ТГц) для сетки с шагом

100 GHz и выше

50 GHz

25 GHz

12.5 GHz

Аппроксимированные центральные длины волн (в нм)

2. Классификация систем со спектральным разделением каналов.

Современные системы передачи со спектральным уплотнением делятся на два основных типа:

1. разреженные системы WDM или CWDM;

2. плотные системы WDM или DWDM.

Системы CWDM — это системы, использующие сетку длин волн с разнесением каналов на 20 нм. В таких системах используется не более 18 несущих в диапазоне от 1271 нм до 1611 нм. Общая ширина полосы занимает 340 нм. Поскольку диапазон полосы очень велик, разница в затухание несущих, находящихся на крайних местах слишком велика и затрудняет приём, делая его слишком сложным и дорогостоящим. Поэтому диапазон систем CWDMчасто ограничивают до величины 140 нм (1471 — 1611 нм) и количеством несущих равным 8.

Системы DWDMобычно используют шаг по частоте 100 ГГц, 50 ГГц или иногда 25 и 12,5 ГГц, позволяющий объединять в одном волокне любое число каналов в рамках частотного плана в диапазоне длин волн от 1530,04нм до 1624,89нм. В таблице 1 приведена сетка частот для систем DWDM с разным частотным шагом.

Существуют двунаправленные и однонаправленные системы. В двунаправленных системах для передачи в одном волокне в обоих направлениях применяются две несущих, а оптический тракт строится по одноволоконной схеме. В однопаправленных системах на канал отводится одна несущая и волокно используется для передачи только в одном направлении. Для передачи в противоположном направлении применяется другое волокно. Вследствие этого однонаправленные системы называются также системами с двухволоконным линейным трактом.

Для описания современных цифровых систем передачи используют так называемые коды применения (стыковые коды). Интерфейсы систем передачи со спектральным разделением каналов используют следующую маркировку кода применения:

B-nWx-yZ

Наличие буквы Bозначает, что волокно используется для двунаправленной передачи (Bidirectional).Если буква B отсутствует, то используется однонаправленная система.

n – максимальное число рабочих длин волн (или оптических каналов);

W– тип усилительного участка:

При W=L - усилительный участок типа L с максимальным затуханием не выше 22 дБ;

При W=V - усилительный участок типа V с максимальным затуханием не выше 33 дБ;

При W=U - усилительный участок типа U с максимальным затуханием не выше 44 дБ;

x – максимальное число усилительных участков. Если в системе не используются линейные усилители, то данный символ не используется.

y –уровень синхронного транспортного модуля STM-N(N=4, 16, 64)

z – тип оптического волокна, по которому работает система DWDM. При G.652 z=2, при G.653 z=3, при G.655z=5).

3. Обобщённая функциональная схема DWDM.

 

4. Оптическое волокно, применяемое в системах DWDM.

В настоящее время в системах со спектральным разделением каналов применяются все типы одномодовых оптических волокон, стандартизированные Международным Союзом Электросвязи (МСЭ-Т или ITU-T). Основные технические характеристики некоторых волокон можно найти в Таблице 2.

 

 

Таблица 2. Технические характеристики оптических волокон.

Рекомендация МСЭ Параметр	G.652C	G.653B	G.654C	G.655D	G.655.E	G.656
Коэф. затухания, макс., дБ/км	1310 нм	0,4	н/н	н/н	н/н	н/н	н/н
1550 нм	0,4	0,35	0,22	0,35	0,35	0,35
1625 нм	0,4	н/н	н/н	0,4	0,4	0,4
Дисперсия, пс/(нм*км) на 1550 нм		3,5		8,0	2,3	3,0-10,0
Наклон хроматической дисперсии на 1550 нм, пс/(нм2*км)	0,056	0,085	0,070	0,058	0,065	н/д
Диаметр модового поля, мкм	1310 нм	8,6-9,5	н/н	н/н	н/н	н/н	н/н
1550 нм	н/н	7,8-8,5	9,5-10,5	8-11	8-11	7-11
Длина волны отсечки, нм
Дисперсия ПМД, макс, пс/	0,5	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2
Дисперсия: 1530-1565 нм,	н/н	1,0-3,5	н/н	2,0-10,0	1,0-10,0	3,0-10,0

 

Таблица 3. Технические характеристики модулей компенсации дисперсии компании.Corning.

Тип модуля	DCM-20	DCM-40	DCM-60	DCM-80	DCM-95
Компенсируемая длина линии, км (для волокна G.652)
Дисперсия ОВ модуля, пс/(нм*км)	-329	-658	-988	-1317	-1564
Вносимое затухание, дБ
Эффективность модуля (отношение дисперсии ОВ к вносимому затуханию), (пс/нм)/дБ		131,6		153,2	156,4

 

5. Основные параметры систем DWDM.

К основным техническим параметрам систем со спектральным разделением каналов относятся:

1. число оптических каналов;

2. уровень суммарной мощности оптического излучения;

3. центральная длина волны канала, соответствующее выбранному частотному плану;

4. максимальная скорость передачи по оптическому каналу;

5. уровень оптической мощности каждого канала – уровень средней мощности псевдослучайного цифрового оптического канала (значения этого параметра ограничиваются сверху и снизу максимальным и минимальным уровнями соответственно);

6. канальный промежуток – разность между центральными частотами оптических каналов или разнос между центральными частотами (оптическими несущими);

7. полоса пропускания – полоса частот или длин волн, в котором передаётся основная часть средней мощности оптического излучения оптического канала или часть спектра передаваемого по каналу сигнала, в пределах которой все спектральные составляющие превышают некоторый пороговый уровень (обычно -20 дБм, но иногда -3 дБм);

8. оптическое отношение сигнал-шум – отноршение средней мощности оптического излучения сигнала к средней мощности оптического излучения шума в полосе частот оптического канала, выраженное в дБ;

9. неравномерность распределения потерь в полосе пропускания – разность между минимальным и максимальным уровнями потерь в измеренной или номинальной полосе пропускания;

10. однородность каналов – степень разброса уровня передаваемой мощности или вносимых потерь от канала к каналу.

6. Топологические схемы построения систем DWDM

Схема многоканальной системы DWDMс оптическими усилителями.

Схема многоканальной системы DWDMдля городских сетей.

 

Двунаправленная система DWDM

 

Схема организации связи магистральной СП со спектральным разделением каналов:

Приложение 2.

Таблица 4. Технические характеристики оптического интерфейса STM-4

Характеристика	Ед. изм.	Значение
Цифровой сигнал		STM-4 согласно рекомендации МСЭ-Т G.707
Номинальная скорость передачи данных	Кбит/с
Прикладной код		I-4	S-4.1	S-4.2	L-4.1	L-4.2	L-4.3
Рабочий диапазон длин волн	нм	1261 - 1360	1293-1334/1274-1356	1430-1580	1300-1325/1296-1330	1280-1335	1480-1580	1480-1580
Тип источника		МПМ	СД	МПМ	ОПМ	МПМ	ОПМ	ОПМ	ОПМ
Спектральные характеристики: -максимальное СКЗ ширины (σ)	нм	14,5		4/2,5	-	2,0/1,7	-	-	-
-максимальная ширина на -20 дБ	нм	-	-	-		-
Минимальный коэффициент подавления боковой моды	дБ	-	-	-		-
Средняя вводимая мощность -максимальная -минимальная	дБм дБм	-8 -15	-8 -15	-8 -15	-8 -15	+2 -3	+2 -3	+2 -3	+2 -3
Оптический тракт между S и R: -диапазон ослабления -максимальная дисперсия	дБ   пс/нм	0-7	0-7	0-12	0-12	10-24	10-24	10-24	10-24
Приёмник в опорной точке R: -минимальная чувствительность; -максимальная перегрузка	дБм   дБм	-23   -8	-23   -8	-28   -8	-28   -8	-28   -8	-28   -8	-28   -8	-28   -8

 

Таблица 5. Технические характеристики оптического интерфейса STM-16

Характеристика	Ед. изм.	Значение
Цифровой сигнал		STM-16 согласно рекомендации МСЭ-Т G.707
Номинальная скорость передачи данных	Кбит/с
Прикладной код		I-16	S-16.1	S-16.2	L-16.1	L-16.2	L-16.3
Рабочий диапазон длин волн	нм	1266 - 1360	1260-1360	1430-1580	1280-1335	1500-1580	1500-1580
Тип источника		МПМ	ОПМ	ОПМ	ОПМ	ОПМ	ОПМ
Спектральные характеристики: -максимальное СКЗ ширины (σ)	нм		-	-	-	-	-
-максимаольная ширина на -20 дБ	нм	-		<1		<1	<1
Минимальный коэффициент подавления боковой моды	дБ	-
Средняя вводимая мощность -максимальная -минимальная	дБм дБм	-3 -10	-5	-5	+3 -2	+3 -2	+3 -2
Оптический тракт между S и R: -диапазон ослабления -максимальная дисперсия верхнем пределе длины волны; -максимальная дисперсия нижнем пределе длины волны;	дБ   пс/нм   пс/нм	0-7	0-12   НП   НП	0-12	12-24   НП   НП	12-24	12-24
Приёмник в опорной точке R: -минимальная чувствительность; -максимальная перегрузка	дБм   дБм	-18   -3	-18	-18	-27   -9	-28   -9	-27   -9
НП – не применяется (значение определяется по другим показателям)

 

 

 

Термины и обозначения

Сеть связи (телекоммуникационная сеть) – технологическая система, состоящая из линий и каналов связи, узлов, оконечных станций и предназначенная для обеспечения пользователей связью с помощью абонентских терминалов, подключаемых к оконечным станциям.

Сеть доступа – часть сети связи, связывающая источник (приёмник) сообщений с узлом доступа, являющимся граничным между сетью доступа и транспортной сетью.