Обоснование проектных решений

Содержание

Введение............................................................................................................ 5

1 Обоснование проектных решений.............................................................. 8

1.1 Характеристика оконечных пунктов................................................... 8

1.2 Выбор трассы....................................................................................... 9

1.3 Расчет пропускной способности проектируемой системы DWDM. 11

1.4 Выбор оптического кабеля................................................................ 14

1.5 Обоснование технологии................................................................... 18

2 Конструкция и архитектура аппаратных средств системы DWDM OptiX BWS 1600G.............................................................................................. 20

2.1 Выбор типа аппаратуры.................................................................... 20

2.2 Структура системы............................................................................ 25

2.3 Оптический оконечный мультиплексор (OTM)................................ 25

2.4 Оптический линейный усилитель (OLA)........................................... 26

2.5 Оптический мультиплексор с функцией вставки/выделения (OADM) 27

2.6 Регенератор........................................................................................ 28

2.7 Оптический корректор....................................................................... 29

3 Обоснование технических требований к основным компонентам системы DWDM..................................................................................................... 31

3.1 Мультиплексоры и демультиплексоры............................................ 31

3.2 Оптические усилители....................................................................... 34

3.3 Передатчики....................................................................................... 37

3.4 Фотоприемники................................................................................. 38

3.5 Компенсаторы дисперсии.................................................................. 39

3.6 Аттенюаторы..................................................................................... 41

4 Измерения и настройка систем DWDM.................................................... 42

4.1 Параметры сигналов и компонентов................................................ 42

4.2 Методы измерения и контроля.......................................................... 46

4.3 Анализатор оптического спектра...................................................... 47

4.4 Анализ поляризационно-зависимых потерь..................................... 49

4.5 Рефлектометрические измерения....................................................... 51

5 Расчет параметров регенерационного участка.......................................... 54

5.1 Определение длины участка по затуханию и дисперсии................. 54

5.2 Расчет дисперсии............................................................................... 57

5.3 Расчет энергетического бюджета....................................................... 60

6 Расчет стрелы провеса кабеля................................................................... 63

7 Расчет показателей надежности................................................................ 66

8 Экономическая эффективность инвестиций.............................................. 69

8.1 Исходные данные............................................................................... 69

8.2 Расчет объема капитальных вложений............................................. 69

8.3 Определение объема услуг и доходов от основной деятельности... 72

8.4 Расчет годовой суммы эксплутационных расходов......................... 73

8.5 Расчет прибыли и убытков................................................................ 76

8.6 Определение экономической эффективности проекта...................... 77

9 Расчет интегрального критерия уровня готовности к информационному обществу.................................................................................................. 81

10 Защита от электростатического разряда (ESD)....................................... 89

11 Охрана труда и техника безопасности..................................................... 92

12. Безопасность жизнедеятельности, природопользование и охрана окружающей среды при разработке проекта........................................ 95

Заключение.................................................................................................... 107

Библиография................................................................................................ 108

Введение

В последние два десятилетия прошедшего и в начале текущего века происходит смена эпохи индустриально-технологического развития передовых государств эпохой информационно-технологической. Ярким проявлением этого процесса является невиданный по скорости и результатом прогресс в создании новых методов и средств телекоммуникаций. Бурное развитие технологии производства систем и средств связи с практически неограниченной пропускной способностью и дальностью передачи и массовое их использование, по сути, привели к информационно-технологической революции и формированию глобального информационного общества. Сегодня телекоммуникации - это одна из самых быстроразвивающихся высокотехнологических и наукоемких отраслей мировой экономики. Уровень развития технологических разработок, производства и внедрения в различные сферы деятельности телекоммуникационных систем во многом формируют положительный образ передового государства.

Значение магистральных сетей в мире связи очень велико. Именно от их надежной работы зависит функционирование международной и междугородней телефонной связи, Internet, корпоративных сетей многих крупных компаний.

Одним из основных направлений современного научно-технического прогресса является всестороннее развитие волоконно-оптических систем связи, обеспечивающих возможность доставки на значительные расстояния чрезвычайно большого объёма информации с наивысшей скоростью. Уже сейчас имеются волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) большой информационной емкости с длиной регенерационных участков более 200 км. Однако область применения волоконно-оптических систем передачи (ВОСП) не ограничивается передачей данных на большие расстояния для непосредственной связи, а имеет более широкий спектр, от бортовых систем до локальных (LAN) и глобальных (WAN) волоконно-оптических телекоммуникационных сетей. Весьма перспективно использование волоконно-оптической техники в кабельном телевидении, так как она позволяет с одной стороны обеспечить высокое качество передачи изображения, а с другой — существенно расширить возможности информационного обслуживания абонентов. Развитие телекоммуникационных технологий по пути многоцелевого назначения для телефонной и телеграфной связи, телевидения, передачи данных, мультимедиа приложений и т. д. как единой цифровой сети интегрированного обслуживания (ISDN), а затем появившейся технологии асинхронного режима переноса (АТМ) как связующей с транспортными сетями синхронной цифровой иерархии (SDH) вообще немыслимо без использования ВОЛС.

Пропускная способность оптических сетей никогда не бывает избыточной. Волоконно-оптические линии, не задействованные сегодня, уже завтра будут загружены “под завязку”. Преобладание трафика Internet и других пакетных сетей в суммарном объеме всей передаваемой информации требует совершенно новых подходов к организации каналов связи и приводит к проблеме нехватки волокна. Преодолеть ее можно было бы за счет прокладки дополнительных линий, однако на это требуются огромные затраты.

Потребности в дальнейшем наращивании пропускной способности систем передачи информации стимулировала исследования в направлении поиска новых методов решения этой задачи. Одной из перспективных технологий систем передачи с использованием ВОЛС является технология WDM. Эта технология становится актуальной, когда оператор заинтересован в увеличении скорости передачи своих сетей. На междугородной сети с появлением новых услуг и технологий (мультисервисных сетей, АТМ технологий, мультимедиасвязи, и.т.д.) Потребность в увеличении пропускной способности сетей связи удваивается каждый год, и этот темп вряд ли замедлится в ближайшие десять лет. Снижение цен поставщиками, ослабление монопольных позиций государства в телекоммуникациях и неослабевающий интерес к использованию Интернета приводят только к увеличению спроса на скорость передачи. На сегодняшний день технология DWDM обеспечивает самый быстрый и экономичный рост полосы пропускания, на практике показывая свою надежность. Во многих случаях благодаря применению технологии DWDM пропускная способность оптической линии связи может быть увеличена в сотни раз.

По-видимому, данная технология еще не скоро достигнет своего предела по пропускной способности. В опытных системах уже достигнута передача нескольких сотен каналов по одному оптическому волокну. Дальнейший рост числа каналов возможен за счет уменьшения спектрального расстояния между ними, использования усилителей EDFA с большей шириной спектра, или за счет применения специализированных волокон, позволяющих осуществлять передачу в диапазоне шириной до 1200 нм без дополнительного усиления.

Впечатляющий рост пропускной способности достигается при увеличении скорости передачи данных в каждом канале. В современных цифровых системах передачи эта скорость составляет 2.5 Гбит/с или 10 Гбит/с. Были продемонстрированы опытные образцы систем со скоростью передачи 40 Гбит/с на канал, причем уже возможна одновременная передача данных по 192 каналам со скоростью 40 Гбит/с в каждом. Это соответствует суммарной скорости передачи более 5 Тбит/с по одному волокну.

Чтобы получить дополнительные цифровые каналы с наименьшими капитальными затратами, и предлагается использовать спектральное уплотнение. При этом получаемые длины волн эквивалентны по пропускной способности оптическим волокнам при технологии SDH. Внедрение систем DWDM определяется несколькими факторами:

- увеличение пропускной способности волоконно-оптического кабеля с помощью мультиплексирования на основе DWDM может оказаться более экономичным, чем строительство новых кабельных линий;

- появляются новые службы – "пожиратели полосы пропускания";

- сигнал, мультиплексированный в системе DWDM, переносится в оптической форме без промежуточных преобразований.

В качестве магистральной системы передачи наиболее перспективно использование технологии DWDM, поэтому темой дипломного проекта является проект транспортной сети с использованием технологии спектрального уплотнения на участке ст. Свердловск – ст. Тюмень железной дороги.

Выбор типа аппаратуры

На всей сети ТрансТелеКом используется оборудование китайской фирмы Huawei Technologies. При выборе аппаратуры DWDM будем руководствоваться не только техническими данными аппаратуры, но и данными корректной совместной работы оборудования, без применения аппаратуры согласования.

Разработанная компанией Huawei магистральная оптическая система передачи DWDM OptiX BWS 1600G, является магистральным оптическим оборудованием передачи нового поколения большой ёмкости. Она разработана с учетом современного состояния и развития в будущем оптических сетей.

Модульная конструкция, поддержка разнообразных конфигураций и гибкие возможности резервирования позволяют системе OptiX BWS 1600G играть ведущую роль в оптической сети передачи. Ёмкость доступа оптических волокон может быть плавно увеличена от 10 Гбит/с до 1600 Гбит/с. При расширении системы отсутствует необходимость отключать оборудование или прерывать предоставление услуг. Необходимо всего лишь установить новые аппаратные средства или новый узел. В типичной конфигурации с резервированием даже добавление узла OADM не окажет влияние на работу системы.

Система может быть развернута с использованием топологии "точка-точка", линейной и кольцевой сети. Являясь магистральным уровнем сети, она используется для соединения сетей крупных городов и пропуска большого объёма трафика оптической коммутационной аппаратуры, оборудования DWDM городской сети (MAN, metropolitan area network), оборудования SDH или маршрутизаторов.

Система OptiX BWS 1600G передает однонаправленные сервисные сигналы по одному оптическому кабелю, то есть двунаправленная передача осуществляется двум оптическим волокнам, одно оптоволокно используется для передачи, а другое для приема. Использование мультиплексоров/демультиплексоров AWG-типа, эрбиевых волоконно-оптических усилителей, усилителей Рамана, источников сигналов со стабильными длинами волн, функции балансировки мощности каналов, устранение "чирпирования" (pre-chirp), компенсации дисперсии, универсальной и централизованной системы управления сетью делает OptiX BWS 1600G высоконадежной с точки зрения рабочих характеристик и гибкой с точки зрения организации сети.

Система управления сетью передачи, разработанная компанией Huawei (сокращенно NMS - network management system), не только поддерживает управление оборудованием DWDM, но также поддерживает и управление всей серией оборудования OptiX, включая оборудование SDH и METRO. Согласно Рекомендациям ITU-T NMS поддерживает большой набор функций технического обслуживания сети. Она позволяет осуществлять обработку отказов, управление рабочими характеристиками, конфигурацией, резервированием, техническим обслуживанием и тестированием всей сети OptiX. NMS также поддерживает функцию сквозного управления согласно требованиям пользователей. Она повышает качество сетевых услуг, снижает эксплуатационные расходы и гарантирует рациональное использование сетевых ресурсов.

Используемая в системе OptiX BWS 1600G NMS обладает мощными и современными функциональными возможностями и предоставляет дружественные пользователю интерфейсы “человек-машина”. Используемый в её конструкции объектно-ориентированный подход позволяет пользователю активизировать или деактивизировать любую услугу в соответствии с возможностями физической сети. В сети OptiX BWS 1600G NMS поддерживает сквозное управление каналами (длинами волн), статистический анализ ресурсов длин волн, управление аварийной сигнализацией, управление рабочими характеристиками, управление системой, управление и техническое обслуживание оборудования и т.д.

Технические характеристики системы представлены в таблице 2.1 [3].

Таблица 2.1 – Технические характеристики системы DWDM производства Huawei Technologies,КНР OptiX BWS 1600G.[3]

Модель	OptiX BWS 1600G
Диапазон длин волн	C,L
Количество длин волн в базовой системе
Тип используемого волокна	Одномодовое в соответствии с G.652, G.655, G. 653
Расширение количества длин волн	До 192
Наличие служебной связи	Да, аналоговые телефоны
Система управления	T2000

Продолжение таблицы 2.1

Интерфйсы	Fibre Channel 1 Gbps,Gigabit Ethernet, SDH (STM-16/64), SONET: OC-48c/192c, 10 Gigabit Ethernet
Разнос несущих, ГГц	50/100
Транспондеры	На фиксированную длину волны перестраиваемые
Построение OADM	С выделением 2хN оптических каналов или 40 каналов
Режим работы	3R восст.вх.сигнала 3R+инкапсуляция клиентского графика G.709 FEC функция коррекция ошибок,AFEC(усовершенствованный
Базовый мультиплексор/демультиплексор	На 40 длин волн
Сервисные интерфейсы	RS-232/422, сухие контакты 16 входов, вывод сигнализации 8 портов
Предельный OSNR на участке усиления	17дБ
Компенсаторы дисперсии	L,C на 10,40,60,80 км
Оптические усилители	Автоматическая регулировка
Канал управления	OSC управляющий оптический канал
Резервирование	Без;1+1 два транспондера и два клиентских интерфейса (маршрут); Y-кабель 2 транспондера один интерфейс

Так как обмен трафиком производится на не небольшом расстоянии, на участке ст.Свердловск - ст.Тюмень, поэтому для передачи трафика преобразование O-E-O (оптический-электрический-оптический) осуществляется только на конечных узлах, а в промежуточных узлах - лишь усиление сигнала. Для связи на большие расстояния требуется восстанавливать групповой сигнал через каждые 600 км. И тогда вместо OADM в некоторых точках необходимо установить регенераторы. Данный участок не превышает 600 км, поэтому не требуется регенератор.

Оптическая система передачи DWDM OptiX BWS 1600G включает статив, подстатив, блок питания, блок вентиляторов (включая воздушный фильтр), полку модуля компенсации дисперсии (Dispersion Compensation Module, DCM) и полку концентраторов. В стативе крепятся подстативы с различными комбинациями плат Основной полкой является статив с закрепленной задней панелью и съемными боковыми панелями с обеих сторон. Блок питания установлен сверху. Полка модуля компенсации дисперсии DCM и полка концентраторов установлены в основании статива.

В одном стативе может быть смонтировано до трех подстативов в верхней, средней и нижней частях статива. Для каждого подстатива имеется блок вентиляторов и воздушный фильтр.

Подстатив OptiX BWS 1600G разделен на четыре части: верхняя часть – это область выхода интерфейсных кабелей или, проще говоря, область интерфейсов. Здесь подключаются все внешние электрические интерфейсы, принадлежащие подстативу.

Средняя часть предназначена для установки плат и называется областью установки плат.

В нижней части помещаются область для прокладки оптоволоконных кабелей и блок вентиляторов.

Рассмотрим по подробнее область установки плат:

Всего в стативе находится 13 разъемов (IU1-IU13), которые пронумерованы слева направо как IU1, IU2, IU3 … IU13. Разъем IU7 имеет ширину 24 мм. и зарезервирован для SCC/SCE (Платы: управления системой и связи). Остальные разъемы IU (блоков интерфейсов) имеют ширину 38 мм. Все оптические интерфейсы выводятся на передние панели плат.

На рисунке 2.1 представлен фасад DWDM-оборудования, на котором изображено расположение используемых плат.

V40 – блок мультиплексирования на 40 каналов,
FIU – блок интерфейса оптоволоконного кабеля,
SCC и SCE – блок связи и управления системой,
MCA – многоканальный блок анализатора спектра,
D40 – блок демультиплексирования на 40 каналов,
OPU – блок оптического предварительного усилителя,

LWFS – блок преобразования длины волны линии приема-передачи STM64 с функцией FEC,

OAE – блок оптического усилителя

Рисунок 2.1 - Фасад DWDM оборудования

По мере роста трафика пропускная способность может быть увеличена, причем наращивание каналов будет проходить без прерывания работы сети. С введением в эксплуатацию DWDM-сети оператор сможет предлагать каналы большой емкости, что позволит воспользоваться услугами новым клиентам, которым требуется оперативно передавать очень большие объемы информации.

Преимущества DWDM очевидны. Эта технология позволяет получить наиболее масштабный и рентабельный способ расширения полосы пропускания волоконно-оптических каналов в сотни раз. Пропускную способность оптических линий на основе систем DWDM можно наращивать, постепенно добавляя по мере развития сети в уже существующее оборудование новые оптические каналы.

Структура системы

Механическая структура системы DWDM OptiX BWS 1600G включает в себя шкаф, подстатив, платы, блок вентиляторов, блок питания и т.д.. В шкаф могут устанавливаться подстативы с различными конфигурациями плат для формирования различных типов оборудования.

Компактное и изящное конструктивное исполнение позволяет более эффективно использовать пространство для установки оборудования. Конфигурация OTM с пропускной способностью 400 Гбит/с может быть реализована с использованием двух шкафов, а одиночный шкаф обеспечивает реализацию конфигурации OLA.

Один шкаф позволяет установить три подстатива, блок питания, полку DCM и полку HUB. В одной полке HUB можно установить максимум два концентратора (HUB), и в полке DCM также устанавливаются максимум две DCM.

В системе имеется пять типов оборудования:

- Оптический оконечный мультиплексор (OTM, Optical terminal multiplexer);

- Оптический линейный усилитель (OLA, Optical line amplifier);

- Оптический мультиплексор вставки/выделения (OADM, Optical Add/Drop Multiplexer);

- Регенератор (REG);

- Оптический корректор (OEQ, Optical equalizer).

В каждом типе оборудования могут быть сконфигурированы до 40 каналов.

Оптический линейный усилитель (OLA)

Блок OLA обеспечивает усиление двунаправленных оптических сигналов и компенсацию дисперсии. Блок OLA увеличивает дальность передачи без регенерации, то есть обеспечивает передачу без использования 3R-функции.

Как показано на рисунке 2.3, модуль OLA состоит из блока оптического усилителя, усилителя Рамана (комбинированное использование усилителей Рамана и EDFA обеспечивает усиление оптических сигналов с низким уровнем собственных шумов усилителей, что позволяет увеличить протяженность участка передачи), блоков DCM, FIU, SC2, SCC и т.д.

Рисунок 2.3 - Блок-схема OLA

Как и OTM, усилители Рамана используются на приемной стороне OLA, как показано на рисунке 2.3. Они выполняют усиление (с низким уровнем собственных шумов) оптических линейных сигналов, а затем посылают эти сигналы в блок FIU.

FIU выделяет оптический контрольный сигнал из основного тракта, для того чтобы система могла извлечь из него контрольную информацию. В то же время, сигналы C-диапазона, содержащиеся в основном тракте, передаются в блок OAU (блок эрбиевого оптического усилителя), где они усиливаются.

DCM обеспечивает компенсацию дисперсии сигналов основного тракта.

Регенератор

Достаточность OLA для передачи сигналов на большие расстояния уже обсуждалась. Но из-за стохастического характера распространения света в некоторых случаях при передаче на большие расстояния необходимо регенерировать исходные сигналы для устранения дисперсии, потери мощности, оптического шума, нелинейности или PMD-эффектов. Регенератор (REG) выполняет 3R-обработку, то есть

восстановление первоначальной формы сигналов (reshaping), восстановление тактовой синхронизации (re-timing) и регенерацию сигналов. REG увеличивает дальность передачи путем регенерации оптических сигналов.

Как показано на рисунке 2.5, станция REG состоит из блоков OAU, D40, OTU, M40, FIU, SC2 и SCC.

Рисунок 2.5 - Блок-схема REG

Следует отметить, что функционально два включенных встречно OTM образуют REG. Единственное отличие заключается в том, что REG не поддерживает вставку/выделение оптических сигналов подобно OTM. Все блоки обработки сигналов и функциональные блоки REG аналогичны блокам OTM, за исключением типа OTU. В REG используется OTU с поддержкой функции регенерации, который реализует 3R-функцию.

Оптический корректор

В системе передачи на сверхдальние расстояния (ELH) протяженность участка передачи без применения регенератора значительно больше по сравнению с системами передачи на большие расстояния, в связи, с чем могут возникать следующие проблемы:

- Накопление неравномерности распределения коэффициентов усиления оптического усилителя и распределения коэффициентов затухания в волоконно-оптической линии вызывают нарушение равновесия (баланса) между величиной оптической мощности и отношением “оптический сигнал/шум” на стороне приема;

- Поскольку крутизна дисперсии DCM не полностью соответствует характеристикам волоконно-оптических линий, невозможно обеспечить полную компенсацию по всем длинам волн и дисперсия на приемной стороне не соответствует требованиям системы.

Для реализации более качественной коррекции оптической мощности и компенсации дисперсии в системе ELH должен использоваться модуль OEQ.

Оборудование OEQ состоит из корректора оптической мощности и корректора дисперсии.

Корректор оптической мощности. Существует два решения этой проблемы: использование блока динамической коррекции коэффициента усиления (DGE, dynamic gain equalizer unit) для выравнивания оптической мощности каналов в основном тракте и использование блока VMUX.

Коррекция оптической мощности означает, что энергия оптических сигналов всех каналов устанавливается приблизительно равной друг другу для улучшения эффективности передачи.

В системе передачи на сверхбольшие расстояния связывается большое количество оптических усилителей. Поскольку АЧХ оптических усилителей не является прямоугольной, при усилении спектр сигнала изменяется. После прохождения оптических сигналов через несколько усилителей частотная равномерность спектра значительно снижается. Таким образом, ухудшается соотношение сигнал-шум, возрастают битовые ошибки, и эффективность передачи всей системы ограничивается. Для решения вышеупомянутых проблем используется плата DGE, регулирующая плоскостность спектра.

Корректор дисперсии применяется для систем передачи на большие расстояния, использующих технологию SuperWDM. Если расстояние передачи без регенерации превышает 1000 км (благодаря применению технологии SuperWDM), то должна учитываться необходимость коррекции дисперсии. Система передает мультиплексированные сигналы в модуль компенсации дисперсии для выполнения компенсации скорректированной дисперсии посредством платы DSE.

Корректор дисперсии может быть установлен вместе с корректором оптической мощности на одной и той же станции. Рекомендуется устанавливать его на стороне приема последней станции в секции оптического мультиплексирования.

3 Обоснование технических требований к основным компонентам системы DWDM

Основное требование к компонентам DWDM состоит в том, что они должны одинаково обрабатывать все каналы на всем протяжении оптического пути линии связи. Для этого требуется тщательный выбор оптических передатчиков, мультиплексоров, демультиплексоров, усилителей и волокна. При объединении отдельных компонентов в единую систему, небольшие различия их характеристик могут накапливаться и непредсказуемым образом влиять на параметры сети в целом. Для обеспечения гарантированной надежной сети, необходимо выполнять тестирование не только каждого компонента в отдельности, но и всей системы в целом. Важным становится контроль качества оптических характеристик и поведения системы, начиная от производства компонентов, завершая этапом системной интеграции. Такой контроль будет гарантировать ввод системы DWDM в эксплуатацию с расчетными параметрами длительную и устойчивую работу.

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.

Оптические усилители

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.

Линейные усилители устанавливаются в промежуточных точках протяженных линий связи между регенераторами или на выходе оптических разветвителей с целью компенсации ослабления сигнала, которое происходит из-за затухания в оптическом волокне или из-за разветвления в оптических разветвителях, ответвителях, мультиплексорах DWDM. Линейные усилители заменяют оптоэлектронные повторители и регенераторы в тех случаях, когда нет необходимости в точном восстановлении сигнала.

Усилители мощности (бустеры) устанавливаются непосредственно после лазерных передатчиков и предназначены для дополнительного усиления сигнала до уровня, который не может быть достигнут на основе лазерного диода. Бустеры могут также устанавливаться перед оптическим разветвителем, например при передаче нисходящего трафика в гибридных волоконно-коаксиальных архитектурах кабельного телевидения .

Рисунок 3.3 - Применение разных типов оптических усилителей

Оптический усилитель имеет три существенных преимущества перед регенератором. Во-первых, оптический усилитель конструктивно проще. Во-вторых, оптический усилитель в отличие от регенератора, не привязан к протоколу или скорости передачи и может преобразовывать (усиливать) входной сигнал любого формата. В третьих, оптический усилитель способен одновременно усиливать большое число независимых спектрально разделенных каналов, в то время как регенератор может обрабатывать только один канал, одну длину волны. Перечисленные преимущества оптического усилителя настолько сильны, что отодвигают один из его главных недостатков на задний план – оптический усилитель вносит шум.

Передатчики

Современные передатчики имеют гибридную конструкцию. Лазеры и интегральные микросхемы, модулирующие излучение, объединены в единый компактный модуль, что позволяет достичь больших частот модуляции и высокой надежности. Такой модуль является электронно-оптическим преобразователем, в котором интенсивность выходного светового сигнала модулируется входным цифровым электрическим сигналом. При низких скоростях передачи модулируется управляющий ток (лазеры с внутренней модуляцией), при высоких – сам оптический сигнал (лазеры с внешней модуляцией). В системах DWDM наиболее широко применяют специализированные лазеры с распределенной обратной связью (DFB), предназначенные для работы в окне 1550 нм и обеспечивающие скорость передачи до 10 Гбит/с [4].

Полоса пропускания системы DWDM распределяется между многочисленными каналами с различными длинами волн. Все эти длины волн должны разместиться в рабочей области усилителя. Если в системе много каналов, то каждый из них необходимо тщательно контролировать. Успешное решение данной задачи определяется характеристиками источников излучения каждого канала. Системы DWDM с малым частотным интервалом можно использовать только при наличии лазера с узкой линией излучения. Узкая ширина линии минимизирует искажения импульсов, вызываемых дисперсией волокна, позволяет применять на входе перед приемником узкополосные фильтры для улучшения отношения сигнал/шум. Сильное подавление остаточных боковых полос источника излучения применяется для того, чтобы сигнал источника не взаимодействовал с другими каналами.

Передатчик не должен менять длину волны излучения со временем, т.е. оставаться в пределах полосы пропускания канала системы. Лазер оптически изолируют и на него не должны влиять паразитные отражения от среды передачи, особенно возвращающиеся от первого оптического усилителя в линии связи. Эффект старения в системах DWDM – это предельная мощность, длина волны максимума излучения и подверженность чирпированию (уширение линии излучения) источника излучения при долговременном и кратковременном использовании. Данный эффект должен оставаться в допустимых пределах.

Лазерные источники должны быть защищены от обратных отражений, так как они могут вызвать нестабильность генерации источника. Лазерные модули сами по себе довольно дороги и их замена может потребовать сложной и дорогостоящей операции по разборке и последующей перенастройки компонентов, обеспечивающих эффективную работу линии. Поддержка постоянной температуры лазерного источника обеспечивается термоэлектрическими холодильниками, которые поглощают ту часть энергии, которая не преобразуется в световую. Она рассеивается в виде тепла и влияет на характеристики лазера (длина волны, мощность) и вызывает нестабильность.

Фотоприемники

Оптический фотоприемник преобразует входные оптические сигналы в электрические и осуществляет, таким образом, их демодуляцию. Фотоприемник должен быть полностью совместим с передатчиком как по спектральной области чувствительности в пределах номинальных длин волн, так и временным характеристикам модуляции излучения. Кроме того, фотоприемник должен обладать устойчивостью к ошибкам, которые могут возникнуть в сигнале при прохождении других оптических компонентов.

Оптический сигнал подается на фотоприемник непосредственно из волокна, что обеспечивается традиционным способом – их торцевой стыковкой. Полученный на фотоприемнике электрический сигнал необходимо усилить до требуемого уровня, внеся при этом как можно меньше шумов. Может понадобиться также электронная фильтрация, для сглаживания эффективного частотного отклика усилителя. Все эти операции выполняются одним гибридным модулем, на который поступает входной оптический сигнал из волокна. Обычно в качестве фотоприемников используется два типа фотодиодов: PIN- фотодиоды и лавинные фотодиоды APD.

Важнейшие характеристики при выборе фотоприемника – это спектральная чувствительность, пороговая чувствительность, динамический диапазон, уровень шума. Эффективность приемника измеряется относительным уровнем ошибок по битам BER, которые он может обеспечить.

Необходимо также учитывать окружающие условия и конструктивные особенности, включая размер, вес, требуемую мощность и приемлемую температурную чувствительность приемника (особенно для лавинных фотодиодов), а также простоту его обслуживания и замены.

Компенсаторы дисперсии

Оптическое волокно и некоторые компоненты систем DWDM обладают хроматической дисперсией. Показатель прел<