Способы уплотнения оптических кабелей

ВОСП со спектральным уплотнением или мультиплексированием с разделением длин волн(wavelength division multiplexing, WDM) предполагает, что по одному ОВ одновременно передается несколько спектрально разнесенных оптических несущих, каждая из которых модулируется многоканальным сигналом, сформированным соответствующим каналообразующим оборудованием.

Возможность построения таких систем основывается на сравнительно слабой зависимости коэффициента затухания ОВ в пределах соответствующего окна прозрачности от частоты (или длины волны) оптической несущей. Поэтому, применяя метод частотного разделения, по одному ОВ можно организовать несколько широкополосных оптических каналов, увеличив тем самым результирующую скорость передачи информации.

Структурная схема ВОСП со спектральным разделением оптических каналов показана на рис. 5, где к уже принятым обозначениям добавляются новые: ОФМС - оборудование формирования многоканального сигнала, представляющего совокупность каналообразующего оборудования (КОО) и оборудования сопряжения (ОС), предназначенного для формирования электрического сигнала, параметры которого согласованы с оптическим передатчиком (ОПер) и оптическим приемником (ОПр); УСО или MUX - мультиплексор; УСР или DMUX - демультиплексор.

Рисунок 5 - Структурная схема ВОСП со спектральным разделением

На передающей станции имеются n систем передачи (однотипных или разнотипных), сигналы которых подаются на n оптических передатчиков, излучающих различные оптические несущие .

С помощью УСО осуществляется ввод различных несущих в ОВ.

На приемной стороне в УРС оптические несущие разделяются и подаются на оптические приемники и далее на ОФМС. Таким образом, по одному ОВ организуется n спектрально разделенных оптических каналов, т.е. пропускная способность ОВ увеличивается в n раз по сравнению с традиционным построением оптических систем передачи.

Кроме того, этот метод позволяет обеспечить развитие сетей связи без проведения дополнительных строительных работ, а также создавать разветвленные сети любой структуры с пассивными элементами спектрального уплотнения в местах разделения или выделения световых потоков. При этом расширяются возможности передачи различных сигналов (телефонии, телевидения, телеметрии, передачи данных и др.) с различными скоростями или шириной полосы частот и типами модуляции - цифровой и аналоговой. Это обеспечивает создание экономичных многофункциональных телекоммуникационных систем и сетей.

Для объединения и разделения оптических несущих могут использоваться различные оптические спектральные устройства: мультиплексоры, демультиплексоры, работа которых основана на явлениях физической оптики: дисперсия, дифракция и интерференция. В основе структуры мультиплексоров и демультиплексоров может быть оптическая призма, многослойный диэлектрик, дифракционная решетка и др.

ВОСП с частотным или гетеродинным уплотнением. В системах передачи с частотным мультиплексированием исходным многоканальным сигналам различных источников в линейных трактах отводятся определенные полосы частот. В этом случае для получения группового линейного оптического сигнала требуются близко расположенные стабильные оптические несущие. Однако нестабильность частоты оптического излучения, особенно при высокоскоростной модуляции, приводит к тому, что расстояние по спектру между рабочими длинами волн соседних каналов во много раз превышает полосу информационного сигнала. Поэтому для получения близко расположенных спектральных каналов в ВОСП используются различные несущие не от разных источников, а от одного, но достаточно стабильного, с помощью соответствующего сдвига оптической несущей. Уплотнение с таким принципом формирования оптических несущих, называется частотным (гетеродинным) уплотнением.

Структурная схема, поясняющая принцип формирования группового оптического сигнала, приведена на рис. 6.

Рисунок 6 - Схема формирования группового оптического сигнала при частотном уплотнении

Оптическое излучение с выхода источника оптического излучения ИИ, содержащего ряд несущих , поступает на анализатор А₁, представляющий собой спектральную призму Глана-Тейлора, а затем, пройдя четвертьволновую призму - на фильтр первого канала Ф₁. Это фильтр пропускает оптическую несущую первого канала к оптическому модулятору ОМ₁ где она и модулируется информационным оптическим сигналом OC₁.

Оптическое излучение с частотами (т.е. кроме ) отражается фильтром и возвращается к анализатору А₁. По пути оно вторично проходит через четвертьволновую призму и попадает на анализатор A₂. Оптическая несущая первого канала, промодулированная в OM₁ информационным сигналом, отражаясь от зеркала также возвращается к анализатору А₁.

Плоскость поляризации оптического сигнала, дважды прошедшего четвертьволновую призму, поворачивается на по отношению к плоскости поляризации исходного колебания, в связи с чем световой пучок отклоняется в призме и выходит из нее. Далее общий сигнал поступает на анализатор A₂ и процесс повторяется, с той лишь разницей, что модулируется оптическое излучение с частотой . Таким образом, формируется оптический групповой сигнал, поступающий в оптическое волокно кабеля.

Принимаемый групповой оптический сигнал, содержащий ряд промодулированных оптических несущих, поступает на анализатор А₁ (рис. 7), а затем после прохождения через четвертьволновую призму и фильтр первого канала - на оптический смеситель ОСМ.

Рисунок 7 - Схема приема группового оптического сигнала при частотном (гетеродинном) уплотнении

Фильтр Ф₁ пропускает только оптический сигнал с несущей частотой , сигнал с другими частотами отражается и поступает на А₂. Оптическая промодулированная несущая частота перемножается в ОСМ с частотой местного гетеродина Гет, затем промежуточная частота выделяется полосовым фильтром ПФ и поступает на фотодетектор ФД, на выходе которого формируется электрический информационный сигнал. Таким образом, прием осуществляется гетеродинным способом. Аналогично происходит детектирование сигнала во всех остальных каналах.

Достоинства метода частотного (гетеродинного) уплотнения заключаются в том, что длина регенерационного участка за счет гетеродинного приема возрастает до 200 км и значительно повышается коэффициент использования пропускной способности ОВ. Недостатками данного метода является то, что требуется оптический тракт приема и передачи с сохранением поляризации, а также ряд дополнительных устройств: сдвигателей частоты, оптических вентилей, контроллеров поляризации, оптических усилителей, систем автоподстройки частоты и т.п., что значительно усложняет и увеличивает стоимость ВОСП.

Цифровые ВОСП с временным уплотнением (с временным мультиплексированием) предполагают, что несколько информационных или компонентных потоков объединяются в один, и для передачи каждого компонентного потока по одному ОВ отводится свой временной интервал. Объединение может быть осуществлено на уровне электрическихА сигналов и на уровне оптических сигналов.

Временное мультиплексирование на уровне электрических сигналов приведено на рис. 8, где приняты следующие обозначения: 1,…, N - источники компонентных информационных потоков, представляющих многоканальные электрические сигналы; MUX - временной мультиплексор, который, создавая групповой электрический сигнал, последовательно подключает компонентные многоканальные электрические сигналы к общему оптическому передатчику ОПер на определенный временной интервал; ОВ - оптическое волокно; ОПр - оптический приемник, преобразующий оптический сигнал в групповой электрический, содержащий N компонентных многоканальных электрических сигналов; DMUX - временной демультиплексор, распределяет принятые компонентные многоканальные электрические сигналы по соответствующим приемникам 1,…, N.

Рисунок 8 - Временное мультиплексирование на уровне электрических сигналов

Мультиплексор и демультиплексор должны работать синхронно. Отметим, что компонентные информационные потоки могут быть сформированы как на основе систем передачи с частотным разделением каналов, так и на основе систем передачи на основе импульсных и цифровых методов модуляции.

Схема с временным мультиплексированием (уплотнением) на уровне оптических сигналов приведена на рис. 9, где приняты следующие обозначения: - оптические передатчики 1,…, N компонентных информационных потоков (многоканальных электрических сигналов аналоговых или цифровых, преобразованных в оптические сигналы); OMUX - оптический мультиплесор, осуществляющий задержку оптического сигнала от каждого ОПер на величину (здесь N - число компонентных информационных потоков или многоканальных оптических сигналов), объединяющий N многоканальных оптических сигналов в групповой оптический поток и направляющий его в оптическое волокно (ОВ); ODMUX - оптический демультиплексор, осуществляющий на приеме обратные преобразования.

Рисунок 9 - Временное мультиплексирование на уровне оптических сигналов

При временном мультиплексировании как на уровне электрических сигналов, так и на уровне оптических, требуется передача коротких (наносекундных) световых импульсов. Однако передача субнаносекундных импульсов предъявляет чрезвычайно высокие, близкие к предельным, требования к быстродействию оптоэлектронных компонентов оптических передатчиков и приемников ВОСП. Кроме того, скорость передачи или широкополосность оптических трактов ограничивается дисперсионными свойствами ОВ.

Основными достоинствами временного мультиплексирования являются увеличение коэффициента использования пропускной способности ОВ (уже достигнуты скорости передачи до 16 и выше Гбит/с) и возможность создания полностью оптической сети связи.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Дана ВОСП SDH схема, которую нужно реконструировать в ВОСП со спектральным разделением канала.

Рисунок 10 – Схема синхронной цифровой иерархии.

Но прежде чем начать реконструкцию, нужно произвести серию расчетов. Данные для расчетов будут браться из таблиц.

Таблица 1

Таблица 2

Таблица 3

Таблица 4

Таблица 5

Таблица 6

Таблица 7

Таблица 8

Таблица 9

Таблица 10

Таблица 11

Таблица 12

Таблица 13

Сначала нужно определить длину волны λ, просмотрев технические характеристики оборудования (см. табл.5). Можно использовать либо 1310 нм либо 1550. В данном расчете за длину волны λ возьмем значение 1310 нм.

Далее выясним код применения по параметрам оптических секций (см. табл.1 и 2). Так как мы имеем сеть STM-16, то код применения L-16.1 (Д-16.1).

Затем выбираем стандарт оптического кабеля по коду применения (см.табл.3). Выбор падает на стандарт кабелей G.652. В итоге устанавливаем в сеть между всеми пунктами кабель ОКЛ-01.