Приложение 4. Характеристики оптических интерфейсов стандарта G.959.1 для сетей OTN-OTH и SDH
Таблица П4.1. Оптические многоканальные интерфейсы
| Характеристики | Ед. | Оптические многоканальные интерфейсы | |||
| P16S1-1D2 P16S1-1D5 | P16I1-2D2 P16I1-2D3 P16I1-2D5 | P16S1-2B2 P16S1-2B5 | P16S1-2C2 P16S1-2C3 P16S1-2C5 | ||
| Общая информация Макс. число каналов Скорость/линейный код Макс. коэфф. ошибок Тип волокна | Гбит/с | 2,5 /NRZ 10-12 G.652, G.655 | 10/NRZ 10-12 G.652,G. 653,G.655 | 10/NRZ 10-12 G.652, G.655 | 10/NRZ 10-12 G.652,G. 653,G.655 |
| Интерфейс в точ MPI-SM: -макс. уровень мощности на выходе канала -мин. уровень мощности на выходе канала -макс. общий уровень мощности на выходе -центральная частота -интервал между каналами -макс. девиация частоты -мин. коэфф. гашения | дБм дБм дБм ТГц ГГц ГГц дБ | -4 -10 +8 192,1+0,2m (0…15) 8,2 | -3 -6 +9 192,1+0,2m (0…15) 8,2 | +3 +15 192,1+0,2m (0…15) 8,2 | -7 -11 +5 192,1+0,2m (0…15) 8,2 |
| Оптический тракт (один интервал) от MPI-SM до MPI-RM: -максимальное затухание -минимальное затухание -макс. хроматич. дисперсия -минимальные оптические возвратные потери MPI-SM -максимальное дискретное отражение между MPI-SM и MPI-RM -максимальная дифф. групповая задержка | дБ дБ пс/нм дБ дБ пс | -27 | -27 | -27 | -27 |
| Интерфейс в точ MPI-RM: -макс. уровень мощности на входе канала -мин. уровень мощности на входе канала -макс. общий уровень мощности на входе -макс. штраф оптич. тракта -мин. эквивал. чувств. -макс. отражение оптич. сетевого элемента | дБм дБм дБм дБ дБм дБ | -6 -21 +6 -22 -27 | -3 -12 +9 2 и 1 -14 и -13 -27 | +3 -11 +15 2 и 1 -13 и -12 -27 | -7 -22 +5 2 и 1 -24 и -23 -27 |
Таблица П4.2. Одноканальные оптические интерфейсы компонентных сигналов протяженных линий 2,5Гбит/с с волокном G.652
| Характеристики | Ед. | Одноканальные оптические интерфейсы | ||
| P1L1-1D1 | P1L1-1D2 | 1L1-1D2F | ||
| Общая информация Макс. число каналов Скорость/линейный код Макс. коэфф. ошибок Тип волокна | Гбит/с | 2,5 /NRZ 10-12 G.652 | 2,5/NRZ 10-12 G.652 | OTU1/NRZ FEC 10-12 G.652 |
| Интерфейс в точке MPI-S: -диапазон волн -тип источника - ширина спектра на уровне -20дБ -подавление боковых мод -макс. уровень мощности на выходе -мин. уровень мощности на выходе канала -мин. коэффиц. гашения | нм нм дБ дБм дБм дБ | 1280-1335 ОМЛ +3 -2 8,2 | 1500-1580 ОМЛ +3 -2 8,2 | 1500-1580 ОМЛ +3 -2 8,2 |
| Оптический тракт от MPI-S до MPI-R: -максимальное затухание -минимальное затухание -макс. хроматич. дисперс. -минимальные оптические возвратные потери MPI-S -максимальное дискретное отражение между MPI-S и MPI-R -макс. дифференц. групповая задержка | дБ дБ пс/нм дБ дБ пс | - -27 | L-16.2 по G.957 -27 | L-16.2 по G.957 -27 |
| Интерфейс в точке MPI-R: -макс. уровень мощности на входе канала -мин. уровень мощности на входе канала -макс. штраф оптич. тракта -макс. отражение оптич. сетевого элемента | дБм дБм дБ дБ | -9 -25 -27 | -9 -26 -27 | -9 -28 -27 |
Таблица П4.3. Одноканальные оптические интерфейсы компонентных сигналов сверх протяженных линий 2,5Гбит/с
| Характеристики | Ед. | Одноканальные оптические интерфейсы | ||
| P1U1-1A5 | 1U1-1B2F, 5F | 1U1-1B3F | ||
| Общая информация Макс. число каналов Скорость/линейный код Макс. коэфф. ошибок Тип волокна | Гбит/с | 2,5 /NRZ 10-12 G.655 | OTU1/NRZ FEC 10-12 G.652, G.655 | OTU1/NRZ FEC 10-12 G.653 |
| Интерфейс в точке MPI-S: -диапазон волн -тип источника - ширина спектра на уровне -20дБ -подавление боковых мод -макс. уровень мощности на выходе -мин. уровень мощности на выходе канала -мин. коэфф. гашения | нм нм дБ дБм дБм дБ | 1530-1565 ОМЛ - +15 +12 8,2 | 1530-1565 ОМЛ - +18 +15 8,2 | 1530-1565 ОМЛ - +18 +15 8,2 |
| Оптический тракт от MPI-S до MPI-R: -максимальное затухание -минимальное затухание -макс. хроматич. дисперс. -минимальные оптические возвратные потери MPI-S -максимальное дискретное отражение между MPI-S и MPI-R -макс. дифференц. групповая задержка | дБ дБ пс/нм дБ дБ пс | -27 | 3200 по G.652 1600 по G.655 -27 | -27 |
| Интерфейс в точке MPI-R: -макс. уровень мощности на входе канала -мин. уровень мощности на входе канала -макс. штраф оптич. тракта -макс. отражение оптич. сетевого элемента | дБм дБм дБ дБ | -18 -34 -27 | -9 -31 -27 | -9 -30 -27 |
Таблица П4.4. Одноканальные оптические интерфейсы компонентных сигналов коротких линий 10Гбит/с с волокном G.652
| Характеристики | Ед. | Одноканальные оптические интерфейсы | |||
| P1S1-2D1 | P1S1-2D2a | P1S1-2D2b | 1S1-2D2bF | ||
| Код применения по G.691 | S-64.1 | S-64.2a | S-64.2b | ||
| Общая информация Макс. число каналов Скорость/линейный код Макс. коэфф. ошибок Тип волокна | Гбит/с | 10 /NRZ 10-12 G.652 | 10/NRZ 10-12 G.652 | 10/NRZ 10-12 G.652 | OTU2/NRZ FEC 10-12 G.652 |
| Интерфейс в точке MPI-S: -диапазон волн -тип источника - ширина спектра на уровне -20дБ -подавление боковых мод -макс. уровень мощности на выходе -мин. уровень мощности на выходе канала -мин. коэфф. гашения | нм нм дБ дБм дБм дБ | 1290-1330 ОМЛ - +5 +1 | 1530-1565 ОМЛ - -1 -5 8,2 | 1530-1565 ОМЛ - +2 -1 8,2 | 1530-1565 ОМЛ - +2 -2 8,2 |
| Оптический тракт от MPI-S до MPI-R: -максимальное затухание -минимальное затухание -макс. хроматич. дисперс. -минимальные оптические возвратные потери MPI-S -максимальное дискретное отражение между MPI-S и MPI-R -максимальная дифф. групповая задержка | дБ дБ пс/нм дБ дБ пс | -27 | -27 | -27 | -27 |
| Интерфейс в точке MPI-R: -макс. уровень мощности на входе канала -мин. уровень мощности на входе канала -макс. штраф оптич. тракта -макс. отражение оптич. сетевого элемента | дБм дБм дБ дБ | -1 -11 -14 | -8 -18 -27 | -1 -14 -27 | -1 -16 -27 |
Таблица П4.5. Одноканальные оптические интерфейсы компонентных сигналов коротких линий 10Гбит/с с волокнами G.653, G.655
| Характеристики | Ед. | Одноканальные оптические интерфейсы | ||
| P1S1-2D3a, 5a | P1S1-2D3b, 5b | 1S1-2D3bF 1S1-2D5bF | ||
| Код применения по G.691 | S-64.3a S-64.5a | S-64.3b S-64.5b | ||
| Общая информация Макс. число каналов Скорость/линейный код Макс. коэфф. ошибок Тип волокна | Гбит/с | 10 /NRZ 10-12 G.653, G.655 | 10/NRZ 10-12 G.653, G.655 | OTU2/NRZ FEC 10-12 G.653, G.655 |
| Интерфейс в точке MPI-S: -диапазон волн -тип источника - ширина спектра на уровне -20дБ -подавление боковых мод -макс. уровень мощности на выходе -мин. уровень мощности на выходе канала -мин. коэфф. гашения | нм нм дБ дБм дБм дБ | 1530-1565 ОМЛ - -1 -5 8,2 | 1530-1565 ОМЛ - +2 -1 8,2 | 1530-1565 ОМЛ - +2 -2 8,2 |
| Оптический тракт от MPI-S до MPI-R: -максимальное затухание -минимальное затухание -макс. хроматич. дисперс. -минимальные оптические возвратные потери MPI-S -максимальное дискретное отражение между MPI-S и MPI-R -максимальная дифф. групповая задержка | дБ дБ пс/нм дБ дБ пс | -27 | -27 | -27 |
| Интерфейс в точке MPI-R: -макс. уровень мощности на входе канала -мин. уровень мощности на входе канала -макс. штраф оптич. тракта -макс. отражение оптич. сетевого элемента | дБм дБм дБ дБ | -8 -17 -27 | -1 -13 -27 | -1 -15 -27 |
Таблица П4.6. Одноканальные оптические интерфейсы компонентных сигналов протяженных линий 10Гбит/с с волокном G.652
| Характеристики | Ед. | Одноканальные оптические интерфейсы | ||
| P1L1-2D1 | P1L1-2D2 | 1L1-2D2F | ||
| Код применения по G.691 | L-64.1 | |||
| Общая информация Макс. число каналов Скорость/линейный код Максим. коэфф. Ошибок Тип волокна | Гбит/с | 10 /NRZ 10-12 G.652 | 10/NRZ 10-12 G.652 | OTU2/NRZ FEC 10-12 G.652 |
| Интерфейс в точке MPI-S: -диапазон волн -тип источника - ширина спектра на уровне -20дБ -подавление боковых мод -макс. уровень мощности на выходе -мин. уровень мощности на выходе канала -мин. коэфф. гашения | нм нм дБ дБм дБм дБ | 1290-1320 ОМЛ - +7 +3 | 1530-1565 ОМЛ - +4 | 1530-1565 ОМЛ - +4 -1 8,2 |
| Оптический тракт от MPI-S до MPI-R: -максимальное затухание -минимальное затухание -макс. хроматич. дисперс. -минимальные оптические возвратные потери MPI-S -максимальное дискретное отражение между MPI-S и MPI-R -максимальная дифф. групповая задержка | дБ дБ пс/нм дБ дБ пс | -27 | -27 | -27 |
| Интерфейс в точке MPI-R: -макс. уровень мощности на входе канала -мин. уровень мощности на входе канала -макс. штраф оптич. тракта -макс. отражение оптич. сетевого элемента | дБм дБм дБ дБ | -9 -20 -27 | -7 -24 -27 | -7 -25 -27 |
Таблица П4.7. Одноканальные оптические интерфейсы компонентных сигналов сверх протяженных линий 10Гбит/с
| Характеристики | Ед. | Одноканальные оптические интерфейсы | |||
| P1S1-2D1 | P1S1-2D2a | P1S1-2D2b | 1S1-2D2bF | ||
| Общая информация Макс. число каналов Скорость/линейный код Максим. коэфф. ошибок Тип волокна | Гбит/с | 10 /NRZ 10-12 G.652 | OTU2/NRZ FEC 10-12 G.652 | 10/NRZ 10-12 G.655 | OTU2/NRZ FEC 10-12 G.655 |
| Интерфейс в точке MPI-S: -диапазон волн - центральная частота -девиация центр. частоты -тип источника - ширина спектра на уровне -20дБ -подавление боковых мод -макс. уровень мощности на выходе -мин. уровень мощности на выходе канала -миним. коэфф. гашения | нм ТГц ГГц нм дБ дБм дБм дБ | - 192,1 ОМЛ - +7 +4 | - 192,1 ОМЛ - +7 +3 | 1530-1565 - - ОМЛ - +13 +10 | 1530-1565 - - ОМЛ - +13 +10 8,2 |
| Оптический тракт от MPI-S до MPI-R: -максимальное затухание -минимальное затухание -макс. хроматич. дисперс. -минимальные оптические возвратные потери MPI-S -максимальное дискретное отражение между MPI-S и MPI-R -макс. дифф. групповая задержка | дБ дБ пс/нм дБ дБ пс | -27 | -27 | -27 | -27 |
| Интерфейс в точке MPI-R: -макс. уровень мощности на входе канала -мин. уровень мощности на входе канала -макс. штраф оптич. тракта -макс. отражение оптич. сетевого элемента | дБм дБм дБ дБ | -14 -30 -27 | -14 -31 -27 | -7 -24 -27 | -7 -24 -27 |
Таблица П4.8. Одноканальные оптические интерфейсы компонентных сигналов 40Гбит/с
| Характеристики | Ед. | Одноканальные оптические интерфейсы | ||||
| P1S1-3C2 P1S1-3C3 P1S1-3C5 | P1L1-3A2 P1L1-3A3 P1L1-3A5 | 1L1-3C2FD 1L1-3C3FD 1L1-3C5FD | 1L1-3C2F 1L1-3C3F 1L1-3C5F | |||
| Общая информация Макс. число каналов Скорость/линейный код Макс. коэфф. ошибок | Гбит/с | 40 /NRZ 10-12 | 40/NRZ 10-12 | OTU3/NRZ FEC 10-12 | OTU3/NRZ FEC 10-12 | |
| Тип волокна | - | G.652, G.653, G.655 | ||||
| Интерфейс в точке MPI-S: - центральная частота -девиация центр. частоты -тип источника - ширина спектра на уровне -20дБ -подавление боковых мод -макс. уровень мощности на выходе -мин. уровень мощности на выходе канала -миним. коэфф. гашения | ТГц ГГц нм дБ дБм дБм дБ | 192,1 ОМЛ - +3 -3 8,2 | 192,1 ОМЛ - +8 +5 | 192,1 ОМЛ - +5 +2 | 192,1 ОМЛ - +5 +2 | |
| Оптический тракт от MPI-S до MPI-R: -максимальное затухание -минимальное затухание -макс. хроматич. дисперсия -минимальные оптические возвратные потери MPI-S -максимальное дискретное отражение между MPI-S и MPI-R -максимальная дифф. групповая задержка | дБ дБ пс/нм дБ дБ пс | 800, 140, 400 -27 7,5 | 1600, 280, 800 -27 7,5 | 1600, 280, 800 -27 7,5 | 1600, 280, 800 -27 7,5 | |
| Интерфейс в точке MPI-R: -макс. уровень мощности на входе канала -мин. уровень мощности на входе канала -макс. штраф оптич. тракта -макс. отражение оптич. cетевого элемента | дБм дБм дБ дБ | +3 -17 -27 | -3 -20 -27 | -6 -22 -27 | -6 -23 -27 | |
Примечание: величины хроматической дисперсии приведены в порядке записи стандартов волокон G.652, G.653, G.655.
Приложение 5. Расчёт характеристик оптических каналов
Расчёт характеристик оптических каналов выполняется при проектировании оптической транспортной сети с выбором конкретного оборудования с известными характеристиками, топологии сети, с определёнными расстояниями между узлами сети, требуемой ёмкостью оптических каналов и скоростью передачи информационного трафика. Также в расчёт должны входить параметры волоконных световодов кабельных линий.
Ниже приводятся примеры расчётов для двух топологий транспортных оптических сетей («линейная цепь» и «кольцо» с защитой соединений). Исходные данные формулируются в постановке задачи на проектирование и привлекаются известные характеристики оборудования ROADM/PXC, оптических усилителей и интерфейсов оптических сетей.
Целью выполняемых расчётов является проверка правильности принятых проектных решений по конфигурации оптической сети и оптических каналов, по выбору оборудования и интерфейсов, по выполнению заданных соотношений OSNR в каналах, по дисперсионным искажениям в каналах и т.д.
1 Расчёт характеристик каналов оптической сети типа «линейная цепь»
В постановку задачи проектирования оптической сети входят:
- таблица с заданием числа оптических каналов и скоростью передачи в них информационных потоков, организуемых в сети между узлами, виды информационных потоков (SDH, Ethernet, OTH, TP-MPLS и т.д.);
- расстояние между узлами линейной цепи (географическая территория);
- типы и характеристики волокон оптического кабеля;
- предлагаемое оборудование известного производителя;
- необходимость защиты секций оптического мультиплексирования или отдельных оптических каналов.
Пример постановки задачи расчёта представлен таб.1.
Табл.1. Требуемое число оптических каналов по направлениям
| № | Направление | Число оптических каналов рабочих/для развития | Скорость передачи в канале и информационный поток |
| А-Б | 10Гбит/с Ethernet | ||
| А-В | 10Гбит/с Ethernet | ||
| А-Г | 10Гбит/с Ethernet | ||
| А-Д | 10Гбит/с Ethernet | ||
| А-Е | 2/6 | 10Гбит/с Ethernet |
Расстояния между узлами линейной сети:
А-Б 82км; Б-В 77км; В-Г 168км; Г-Д 83км; Д-Е 40км.
Оптический кабель компании «Еврокабель» для прокладки в грунт ОГЦ-24Е-7 с центральным оптическим модулем, в котором расположены 24 одномодовых волокна стандарта G.652, с бронепокровом из одного повива стальных оцинкованных проволок, с наружной оболочкой из материала, не распространяющего горение, на растягивающее усилие 7кН. Погонное затухание волокна <0,2дБ/км на волне 1550нм. Величина хроматической дисперсии <18пс/нм×км в диапазоне волн 1530 - 1560нм. Величина коэффициента поляризационной модовой дисперсии <0,2пс/√км.
Предлагаемое оборудование ROADM NEC DW4200 с волновыми блокираторами и узлами оптической кроссовой коммутации. Максимальные по длине участки передачи с точки зрения потерь оптической мощности для участков увеличенной протяженности (без учёта потерь в компенсаторах хроматической дисперсии КХД) в волокне G.652: 23дБ; 25дБ; 30дБ; 33дБ. С учетом потерь в компенсаторе хроматической дисперсии: 20дБ (в волокне 11дБ); 21дБ (в волокне 12дБ); 22дБ (в волокне 13дБ); 23дБ (в волокне 14дБ); 24дБ (в волокне 15дБ); 25дБ (в волокне 16дБ); 26дБ (в волокне 17дБ); 27дБ (в волокне 18дБ).
Без использования отдельных волоконно-оптических линий для защиты соединений.
Этапы расчета характеристик оптических каналов:
- выбор оптического диапазона длин волн для организации связи, интервала между несущими частотами и конкретных несущих частот из стандартной сетки (CWDM или DWDM) с учётом перспективы развития;
- оценка необходимости размещения промежуточных станций оптического усиления, компенсаторов хроматической дисперсии между заданными узлами сети и применения оптического оборудования заданного производителя в подходящем варианте комплектации по числу каналов и энергетическому потенциалу;
- составление схемы организации связи с указанием организуемых каналов по всем участкам между станциями, расстояниями между узлами и в том числе с возможными оптическими усилителями, компенсаторами хроматической дисперсии;
- расчёт OSNR с использованием характеристик группового оптического оборудования и транспондеров отдельных каналов, сравнение рассчитанного и допустимого OSNR в канале с принятием решения о использовании FEC;
- построение диаграммы уровней оптического канала с указанием уровней передачи и OSNR;
- расчёт остаточной хроматической дисперсии и поляризационной модовой дисперсии волоконной линии и оптического оборудования ROADM, PXC и сравнение с допустимой величиной дисперсии в канале;
- при каскадировании более 8 оптических элементов должна рассчитываться общая полоса пропускания оптического канала, которая должна соответствовать полосе частот канала при заданной скорости передачи цифровых данных и подходящем виде внешней модуляции, т.е.
ΔFоптического канала>ΔFоптического сигнала.
При этом необходимо учесть, что стандартной методики (от ITU-T или др. организаций), дающей точный результат расчёта полосы канала пока нет, однако есть примеры [3] по приближенной оценке, которыми можно воспользоваться.
В случае несоответствия полос частот канала и сигнала должны быть пересмотрены решения по выбору оптических несущих, интервала между ними. Также допустима замена оборудования на оборудование с более широкой полосой пропускания для оптических каналов. Или необходим выбор транспондеров со схемами оптического кодирования и модуляции для известных полос частот канала уже выбранного оборудования.
Конечным результатом выполнения всех этапов по расчёту оптических каналов должна быть схема организации связи с обозначением всех видов оборудования (мультиплексоров, транспондеров), соединений, величин OSNR в каждом канале и выводами о возможности пропуска через оптические каналы указанного по технологии (SDH, Ethernet и т.д.) трафика.
Выполнение этапов расчёта характеристик оптических каналов
1. В предложенном оборудовании предусмотрено использование двух оптических диапазонов (C, L), в каждом по 40 оптических каналов (DWDM) с интервалом 100ГГц и скоростью передачи до 10Гбит/с. Меньшие потери мощности оптических сигналов в стекловолокне и меньшая дисперсия находятся в диапазоне C (1530-1562нм). Предлагается использовать частоты 195,90 – 0,1×n ТГц, где n=1,2,3,…16. Эти частоты соответствуют волнам: 1530,33; 1531,12; 1531,90; 1532,68; 1533,47; 1534,25; 1535,04; 1535,82; 1536,61; 1537,4; 1538,19; 1538,98; 1539,77; 1540,56; 1541,35; 1542,14нм.
2. Для оценки необходимости размещения промежуточных станций оптического усиления, компенсаторов хроматической дисперсии между заданными узлами сети производится расчёт затухания и дисперсии волокон оптического кабеля для выбранного диапазона волн.
Расчёт затухания рекомендуется произвести по формуле (1) согласно рекомендации МСЭ-Т G.652:
, (1)
где: α типовой коэффициент затухания волокна в кабельной линии (на волне 1550нм 0,19дБ/км); αs средние потери в месте сращивания волокон (0,05дБ); х – число мест сращивания в линии между двумя соседними мультиплексорами; αс средние потери на разъёмных соединителях (0,1дБ); y – число разъёмных соединителей; L длина линии между двумя соседними мультиплексорами (км). В расчёт также необходимо принять эксплуатационный запас (на устранение возможных повреждений и старение кабеля). Его величина устанавливается по статистике повреждений в местах прокладки существующих кабельных линий. В расчёте следует принять 1дБ для линии длиной до 100км и 3 дБ для линии длиной от 100 до 200км.
Расчёт хроматической дисперсии рекомендуется произвести по формуле (G.652):
(пс/нм), (2)
где: L длина линии между двумя соседними мультиплексорами (км); D1550 коэффициент хроматической дисперсии на волне 1550 нм для G.652 (17 пс/нм×км); S1550 крутизна хроматической дисперсии на волне 1550нм (0,056 пс/нм2×км); λ текущая длина волны (нм).
Типовая строительная длина кабеля 4 – 6 км. Также возможны длины до 10 км.
В расчёте принята строительная длина 6км. Число сварных стыков волокон вычисляется по формуле:
, где Е обозначает целое число, Lc строительная длина кабеля. Число разъёмных соединителей 4. Итоги расчёта представлены в табл.2.
Табл. 2. Итоги расчёта затухания волоконно-оптической линии
| Направление | Длина, км | Затухание, дБ | Энергетический потенциал оборудования, дБ | Вывод |
| А-Б | 16,43+1 | 27 (18+ КХД) | Норм. каскад | |
| Б-В | 15,63+1 | 26 (17+КХД) | Норм. каскад | |
| В-Г | 33,67+3 | 33 без учёта КХД | Необходим усилитель | |
| Г-Д | 16,83+1 | 27 (18+КХД) | Норм. каскад | |
| Д-Е | 8,3+1 | 20 (11+КХД) | Норм. каскад |
Только для одного участка (В-Г) оптической сети требуется использование промежуточной станции усиления. В реальных условиях такая станция с оптическим усилителем размещается на защищённой территории населённого пункта, промышленного или иного объекта, на котором имеется надёжное энергообеспечение и подъезд для транспорта. При этом желательно разбиение всего участка на две равные секции усиления. В предлагаемом примере деление по расстоянию составляет (В - оптич. усилитель 80км, оптич. усилитель – Г 88км). Промежуточный усилитель должен содержать компенсатор дисперсии для линии в 80км и иметь усиление не менее 17дБ (26 дБ с КХД). В обратное направление «Г - оптич. усилитель» должен быть помещён усилитель с повышенным коэффициентом усиления т.к. расстояние 88 км и усиления нормального каскада недостаточно (требуется около 19 дБ). Предлагается использовать каскад повышенного усиления на 23 дБ со встроенным компенсатором дисперсии, затухание которого уже учтено. Такой же каскад необходимо применить на участке «оптич. усилитель - Г».
Далее производится расчёт хроматической дисперсии для всех длин оптического кабеля с волокнами G.652 с целью принятия решения о использовании компенсаторов дисперсии (КХД), которые выпускаются для известных диапазонов волн (1525-1565 нм) и длин компенсируемых участков (10, 20, 40, 60, 80, 100 км). Примеры характеристик КХД можно найти по адресу www.avanex.com.
После подстановки в соотношение (2) длин волн оптических каналов от 1530 нм до 1542 нм получено изменение дисперсии в пределах от 15,9 пс/нм×км до 16,5 пс/нм×км, а итоги расчётов по всем участкам представлены в табл. 3.
Табл. 3. Итоги расчётов хроматической дисперсии волоконно-оптической линии
| Параметры | А-Б | Б-В | В - ОУ | ОУ - Г | Г-Д | Д-Е |
| Расстояние, км | ||||||
| D(1530нм)= 15,9пс/нм×км | 1303.8 пс/нм | 1224,3 пс/нм | 1272 пс/нм | 1399,2 пс/нм | 1319,7 пс/нм | 636 пс/нм |
| D(1542нм)= 16,5пс/нм×км | 1353 пс/нм | 1270,5 пс/нм | 1320 пс/нм | 1452 пс/нм | 1369,5 пс/нм | 660 пс/нм |
| КХД, км, пределы компенсации, пс/нм | 1183-1448 | 1183-1448 | 1183-1448 | 1183-1448 | 1183-1448 | 588-727 |
| Вносимые потери КХД, дБ | От 6 до 6,9 | От 6 до 6,9 | От 6 до 6,9 | От 6 до 6,9 | От 6 до 6,9 | От 3,2 до 4,1 |
Расчёт хроматической дисперсии показывает, что она практически полностью подавляется КХД на всех участках и для всех длин волн за одним исключением для участка ОУ-Г, где недокомпенсация может составить 4пс/нм. Эта величина может быть компенсирована транспондерами каналов. В качестве КХД предлагается использовать отрезки волокон с отрицательной дисперсией DCF (Dispersion Compensation Fiber), которые выполнены в виде катушек – модулей (DCFM, DCM-80-SMF-C и DCM-40-SMF-C AVANEX), размещаемых в каркасах оборудования ROADM/PXC.
Необходимо также отметить, что расчёт дисперсии должен учитывать и ПМД, которую создают волоконные световоды, КХД, мультиплексоры и кроссовые коммутаторы. Этот расчёт выполняется совместно с расчётом остаточной хроматической дисперсии.
3.Схема организации связи примера линейной оптической сети с ROADM представлена на рис.1, где обозначены: оптические мультиплексоры оконечных станций А и Е; мультиплексоры ROADM станций Б, В, Г, Д; промежуточный оптический усилитель OA; расстояния между станциями в км; компенсаторы дисперсии DCF80 и DCF40, совмещаемые с приёмными устройствами; организуемые оптические каналы с 1 по 10; каналы на перспективное развитие с 11 по 16; суммарные ёмкости каналов в линейных трактах (10+6, 8+6, и т.д.).
Рис.1. Схема организации связи линейной оптической сети с ROADM
4. Расчёт оптического отношения OSNR производится с использованием технических характеристик GW4200 [3, 5] и расчётных соотношений (8.20 и 8.21) из главы 8.
Итог расчёта представлен в табл. 4, где использованы данные из табл. 2 для определения затухания по участкам оптического кабеля с учётом потерь компенсаторов хроматической дисперсии АКХД. Также в таблице применены обозначения: оуА, оуБ и т.д., оптические усилители передатчиков станций А, Б и т.д.; участки обозначены А-Б, Б-В, оптические усилители ОА и т.д. Расчёт производится для самого протяжённого оптического канала участка А-Е и наихудших условий (40 оптических каналов и минимальный возможный уровень передачи в каждом канале +2,5дБм при учёте максимума коэффициентов шума). Контрольные точки используются для построения диаграммы уровней передачи и отметок OSNR.
Табл. 4. Расчёт OSNR для одного оптического канала участка А-Е
| Участок | oуA | А-Б | oуБ | Б-В | оуВ | В-ОА | ОА-Г | оуГ | Г-Д | оуД | Д-Е |
| α×L, дБ | 17,43 | 16,63 | 17,25 | 18,82 | 17,83 | 9,3 | |||||
| α×L+Aкхд, дБ | 24,33 | 23,53 | 24,15 | 25,72 | 24,73 | 13,3 | |||||
| Pвх, дБ | -11,3 | +2,5 | -11,3 | +2,5 | -11,3 | +2,5 | +2,5 | -11,3 | +2,5 | -11,3 | +2,5 |
| Pвых, дБ | +2,5 | -21, 83 | +2,5 | -21, 03 | +2,5 | -22, 65 | -23, 22 | +2,5 | -22, 23 | +2,5 | -10,8 |
| NF, дБ | 6,5 | 6,7 | 6,5 | 6,7 | 6,5 | 7,5 | 7,8 | 6,5 | 6,7 | 6,5 | 6,7 |
| OSNR, дБ | 38,2 | 27,63 | 26,8 | 24,5 | 24,3 | 22,14 | 20,32 | 20,3 | 19,44 | 19,38 | 19,33 |
| Контроль-ная точка |
Полученные значения OSNR для оптического канала на скорости 10Гбит/с при модуляции NRZ со скремблированием показывают в сравнении с характеристиками стандартных одноканальных интерфейсов, например, DN100C-2A2(C)F, что выполняется требование по минимальной величине OSNR=16 дБ. Однако с учетом дополнительных ухудшающих факторов (допустимый штраф 5 дБ за дисперсионные потери, нелинейные искажения и т.д.) требование по устойчивости приёма (16 дБ) может быть не выполнено.
Построение диаграммы уровней с отметками OSNR позволит наглядно определить проблемные участки оптической сети.
5.Построение диаграммы уровней передачи и OSNR производится в одну сторону от А к Е для упрощения и наглядного отображения, однако реально нужно рассчитывать и строить диаграмму и в обратную сторону от Е к А (рис. 2).
На входе OMX (станция А) показан уровень мощности оптического сигнала, поступающего от передатчика транспондера (-6,3 дБм). Оптический мультиплексор – пассивное устройство с потерями мощности 5 дБ. Итоговый уровень мощности -11,3 дБм. После канального аттенюатора, мультиплексора и оптического усилителя передачи уровень мощности составляет +2,5 дБм.
Далее в станциях Б, В, Г, Д, Е также учтены потери мощности внутри станций и шумы оптических усилителей на входе и выходе. В каждой станции, включая промежуточный оптический усилитель OA, определено значение OSNR.
Рис. 2. Диаграмма уровней оптического канала и точки контроля OSNR
Наиболее проблемный участок, где существенно понижается OSNR, В-Г с оптическим усилителем. Все оптические каналы после этого участка не укладываются в норматив по OSNR.
Если использовать в этой линии только 16 оптических каналов вместо 40 (как указано по техническим характеристикам), то можно составить расчёт максимального уровня мощности для каждого канала при максимальной допустимой мощности всех каналов +18,5 дБм:
.
При этом пересчитанное значение OSNR=23 дБ для самого протяжённого оптического канала (А-Е). Применение уровня передачи +6,5 дБ позволит увеличить OSNR до нормативного значения (см. выше норматив 21дБ). Также несколько повысить OSNR (0,5-1,0 дБ) можно увеличив уровень мощности оптического канала на входе каждого оптического усилителя передачи от -11,3 дБм до -3 дБм, что выполняется управляемыми аттенюаторами в схеме WB.
Также для увеличения OSNR в оптических каналах можно использовать на проблемных участках оптические интерфейсы для повышенной дальности передачи.
6. Определение остаточной хроматической дисперсии и поляризационной модовой дисперсии необходимо для оценки правильности выбора компенсаторов дисперсии и транспондеров по устойчивости к дисперсии.
В приведённом примере уже вычислена остаточная хроматическая дисперсия 4 пс. Далее подсчитывается ПМД стандартного стекловолокна (σ = 0,5 пс/√км) на всём протяжении линии и компенсаторов хроматической дисперсии. Также должна учитываться дисперсия в ROADM и оптических усилителях.
Расчётная формула [3]:
После подстановки численных значений:
В стандартном интерфейсе для транспондера DW4200 нет указания на величину допустимой дисперсии. Однако международными стандартами (G.698.2) такая величина нормирована, например, для транспондера с интерфейсом DW100C-2A2(C) допустимая хроматическая дисперсия составляет (от -300 до +800 пс/нм), а величина поляризационной дисперсии нормируется 30 пс. Полученные числовые данные показывают, что в рассчитанной схеме для самого протяженного оптического канала выполняются условия по дисперсии. Также необходимо учитывать, что при более высокой скорости передачи (40 Гбит/с и более) и использовании различных видов модуляции (DB, NRZ, DPSK, DQPSK и т.д.) требования по ПМД могут быть более жесткими, а их несоблюдение приведёт к увеличению штрафа OSNR и, как следствие, к пересмотру возможностей оптических интерфейсов в сторону увеличения энергетического потенциала. Кроме того, потребуется учесть статистические коэффициенты Максвелла для ПМД оптических компонентов (comp) [3, 5], которые используются в качестве множителей для суммарной квадратичной величины:
,
где DGD – дифференциальная групповая задержка (в оптическом канале OCh, в волоконно-оптической линии FO); S – коэффициент Максвелла (3<S<4,6).
При использовании модуляции NRZ со скремблированием известны указания по нормированию величины ПМД, т.е. DGDmax≤0,1Т (периода следования импульсов) [3].
2 Расчёт характеристик каналов оптической сети типа «кольцо»
В кольцевой оптической сети необходимо соблюдать общий порядок расчёта, который приведён в разделе 1.
На рис. 3 представлена схема организации связи в оптическом кольце с однонаправленными оптическими каналами. Такая схема используется для построения внутризоновых транспортных сетей. В схеме указаны: узлы с размещением ROADM (8 узлов, обозначенных буквами); расстояния между узлами в километрах; выделяемые и вводимые оптические каналы в каждом узле (по одному OCh). Оптический кабель со стандартными одномодовыми волокнами G.652. Предполагаемое оборудование ROADM DW4200. Необходимо выполнить основные расчёты оптических каналов аналогично ранее рассмотренному примеру.
В табл. 5 указано число проектируемых оптических каналов с учетом перспективного развития транспортной сети, предполагаемая скорость передачи и технология транспортировки. Общее число оптических каналов с однонаправленной передачей и учётом перспективы развития составит 21 на каждой секции мультиплексирования с односторонней передачей в одном волокне. При 2-х волоконной схеме организации секций мультиплексирования первое волокно рабочее, а второе волокно предназначено для резервирования.
В станции А устанавливается 7 транспондеров для работы и предусматриваются места для размещения 14 транспондеров. В других станциях (Б, В,…., З) устанавливаются по одному транспондеру и предусматриваются места для размещения 2 транспондеров для развития.
Диапазон волн стекловолокна - С (1530-1562 нм). Используются волны из сетки плотного мультиплексирования DWDM с частотным интервалом 100 ГГц: 1530,33 нм; 1531,12 нм; 1531,90 нм; 1532,68 нм; 1533,47 нм; 1534,25 нм; 1535,04 нм, которые указаны в техническом описании оборудования.
Рис. 3. Схема организации связи в кольцевой сети с оптическими однонаправленными каналами
Табл. 5. Требуемое число оптических каналов по направлениям
| № | Направление | Число оптических каналов рабочих/для развития | Скорость передачи в канале и информационный поток |
| А-Б | 1/2 | 10Гбит/с Ethernet | |
| А-В | 1/2 | 10Гбит/с Ethernet | |
| А-Г | 1/2 | 10Гбит/с Ethernet | |
| А-Д | 1/2 | 10Гбит/с Ethernet | |
| А-Е | 1/2 | 10Гбит/с Ethernet | |
| А-Ж | 1/2 | 10Гбит/с Ethernet | |
| А-З | 1/2 | 10Гбит/с Ethernet |
Расчёт параметров оптического канала производится для наиболее протяженного канала А-З, который проходит через 6 промежуточных ROADM, через мультиплексирование в станции А и демультиплексирование в станции З.
С учётом конфигурации оборудования ROADM в расчётах необходимо учесть потери оптической мощности в волоконном кабеле, в стыках, в мультиплексорах и демультиплексорах, в компенсаторах хроматической дисперсии и остаточную дисперсию. Также нужно учесть усиление оптических усилителей и шумы спонтанной эмиссии, вносимые этими усилителями. В итоге расчёта должно быть определено значение OSNR, которое будет зависеть и от комплектующих устройств оптической передачи и приёма.
Необходимо оценить возможности транспондеров по OSNR, по компенсации хроматической дисперсии, по максимальному штрафу оптического тракта для выбора транспондера из данных производителя или данных стандартов.
Для наглядности выполнения расчётов составлена схема оптического канала со всеми его составляющими рис. 4. и табл. 6 с параметрами расчётов по отдельным точкам (с 1 по 14) схемы канала. Расчет производится относительно максимального допустимого уровня мощности многоканального (многоволнового) оптического сигнала на входе в стекловолокно (+18,5 дБм) для выбранного оборудования.
При этом предполагается организация 21 оптического канала на всех участках кольцевой сети, согласно исходного задания на расчёт. По расчётной формуле определено максимальное значение уровня мощности оптического сигнала одного канала на входе в оптическую линию:
Уровень мощности оптического сигнала от транспондера передачи на входе линейного оптического усилителя составляет -11,3 дБм.
Линейные потери оптической мощности определяются по формуле:
,
где: α – километрические потери в стекловолокне кабеля (0,22 дБ/км с учётом запаса на повреждения); L – длина оптической кабельной секции (км) со строительными длинами 6 км; αs – потери на сварных стыках (0,05 дБ на стык); х – число сварных стыков; αс – потери на разъёмных стыках (0,1 дБ на стык, в одной секции y=4 стыка); AКХД – затухание, вносимое компенсатором хроматической дисперсии (используются данные DCM от AVANEX для длин 20 км (2,7 дБ), 40 км (4,1 дБ), 60 км (5,5 дБ)).
Расчётные соотношения для OSNR использованы аналогично выше приведённым для линейной цепи.
Расчёт OSNR показывает, что его величина не меньше нормы для оптического канала со стандартным интерфейсом DW100C-2A2(C) (рек. G.698.2). Даже с учетом максимального штрафа 5 дБ OSNR=22 дБ, что больше нормативного 16 дБ [3].
В приведённом примере вычисляется остаточная хроматическая дисперсия и подсчитывается ПМД стандартного стекловолокна (σПМД = 0,5пс/√км) на всём протяжении линии и компенсаторов хроматической дисперсии. Также учитывается дисперсия в ROADM.
Расчётная формула для остаточной хроматической дисперсии [3]:
,
где σХр удельная хроматическая дисперсия для волокна G.652 в диапазоне волн 1530-1540 нм от 15,9 пс/нм×км до 16,5 пс/нм×км.
.
Расчётная формула для ПМД и расчёт [4]:
Расчеты дисперсии показывают, что остаточная хроматическая и поляризационная модовая дисперсии в совокупности незначительны и существенно меньше компенсационных возможностей транспондеров, которые имеют диапазон компенсации от величины -300 пс/нм до +800 пс/нм.
3 Расчёт характеристик когерентных каналов оптической сети
При реконструкции существующих оптических сетей и проектировании новых сетей различного масштаба и протяженности оптических каналов часто используются интерфейсы когерентного типа на скорости от 100 Гбит/с и выше (200 Гбит/с, 400 Гбит/с и до 1 Тбит/с). При этом в существующем оборудовании возможна замена интерфейсов скорости 10 Гбит/с и 40 Гбит/с на интерфейсы скорости 100 Гбит/с без каких-либо изменений в конфигурации оборудования. Однако при этом необходимо проведение проверочных расчётов для оценки OSNR на существующей сети в наиболее неблагоприятных режимах (на максимальной скорости, наличии нелинейных помех, частом включении ROADM и т.д.).
Особенностью когерентных интерфейсов является автоматическая компенсация дисперсионных искажений в широком диапазоне (±40 000пс/нм, ±70 000пс/нм). При этом могут сохраниться определённые ограничения на ПМД (табл.7), девиацию центральной частоты оптического канала, ширину спектральной линии и др.
Табл.7. Оптические характеристики для когерентного канала на основе 100G DP-(D)QPSK Coherent Tunable Transponder
| Параметр | Ед. измер. | Миним. | Типовое. | Максим. | |
| Tx | Скорость | Гбит/с | 111,81/127,16 | ||
| Волновой интервал | нм | 1528,77 | 1563,66 | ||
| Оптическая мощность | дБм | +1 | +4 | ||
| Ширина спектральной линии | кГц | ||||
| SMSR (подавление боковых мод) | дБ | ||||
| RIN (шум передатчика) | дБ/Гц | -140 | |||
| Rx | Диапазон принимаемой оптической мощности | дБм | -20 | ||
| Время взаимодействия | мс | ||||
| Компенсация дисперсии | пс/нм | ±40 000 | |||
| Устойчивость OSNR при BER=10-2 для 127,16 Гбит/с | дБ | ||||
| Устойчивость к ПМД | пс | ||||
| Устойчивость к частотной девиации | ГГц | -2,5 | +2,5 |
Ниже приводится пример оценки OSNR для 100 Гбит/с передачи в оптическом канале оптической сети типа «линейная цепь» при замене интерфейса 10 Гбит/с на интерфейс 100 Гбит/с. В примере используется схема рис.1 для линейной цепи с исключением компенсаторов хроматической дисперсии (рис.5.), т.к. транспондеры позволяют на указанных дистанциях оптических каналов полностью компенсировать ХД (табл.7).
Рис.5. Схема организации оптических каналов 100 Гбит/с в линейной цепи для реконструкции
Устранение компенсаторов дисперсии внесёт изменение в диаграмму уровней передачи, потребует коррекции уровней оптических сигналов на отдельных секциях мультиплексирования и возможно замены усилителей. Исходя из минимального уровня мощности оптического передатчика транспондера (+1 дБм), количества оптических каналов (40 каналов со скоростью 100 Гбит/с в каждом) и соответствующей допустимой величины совокупной мощности не более +18,5 дБм согласно технических данных, определяется максимальный уровень мощности одного оптического канала на выходе бустерных усилителей всех станций (терминалов OMX, ROADM, оптического усилителя):
Далее производится расчёт диаграммы уровней и отношения OSNR (табл. 8). Полученные значения OSNR=27,1 дБ/0,1нм сравниваются с допустимым по табл. 7 (OSNR=14 дБ/0,1нм). Величина 0,1нм является нормативным параметром, которому соответствует шум ASE равный -58 дБм. Результирующая хроматическая дисперсия не превышает 6000пс/нм, т.е. существенно меньше 40 000пс/нм из данных когерентного транспондера.
Табл. 8. Расчёт OSNR для одного оптического канала 100 Гбит/с
участка А-Е
| Участок | oуA | А-Б | oуБ | Б-В | оуВ | В-ОА | ОА-Г | оуГ | Г-Д | оуД | Д-Е |
| α×L, дБ | 17,43 | 16,63 | 17,25 | 18,82 | 17,83 | 9,3 | |||||
| Pвх, дБ | -11,3 | +2,5 | -11,3 | +2,5 | -11,3 | +2,5 | +2,5 | -11,3 | +2,5 | -11,3 | +2,5 |
| Pвых, дБ | +2,5 | -14,93 | +2,5 | -14, 13 | +2,5 | -14, 75 | -16, 32 | +2,5 | -15, 33 | +2,5 | -6,8 |
| NF, дБ | 6,5 | 6,7 | 6,5 | 6,7 | 6,5 | 7,5 | 7,8 | 6,5 | 6,7 | 6,5 | 6,7 |
| OSNR, дБ | 40,2 | 35,1 | 32,3 | 31,2 | 29,9 | 28,5 | 28,2 | 27,5 | 27,3 | 27,1 | |
| Контроль-ная точка |
Контрольные точки соответствуют: 1 – выход услителя А; 2- вход ст. Б; 3 – вых. ст. Б; 4 – вход ст.В; 5 – вых. ст.В и т.д.
В качестве заключительных замечаний необходимо указать на большое разнообразие структур оптических сетей, в которых необходимо производить расчёты характеристик оптических каналов. При этом оптические каналы должны быть сконструированы по оптимальным маршрутам (оптимальны по критериям OSNR, длине пути, числу точек коммутации, полосе передачи и др.) и также эффективны по загрузке информационным трафиком. Одним из критериев эффективности может быть минимум числа оптических каналов в каждой секции мультиплексирования, т.к. это способствует увеличению OSNR и увеличению дальности передачи между оптическими усилителями, между оптическими мультиплексорами ROADM и коммутаторами PXC. Другой критерий эффективности оптической сети это использование ресурсов каждого оптического канала для переноса оплачиваемой нагрузки – трафика пользователей с заданным качеством. Вопросам оптимального использования ресурсов оптических сетей уделяется большое внимание, как в научных исследованиях, так и в международных стандартах. Обобщённым термином определения эффективности оптической сети с 1998 года принято считать «GROOMING». Этот термин ввёл в пользование Sasaki. У термина нет однозначного перевода на русский язык, но его можно трактовать как «группирование нагрузки» или просто «группирование», или «ухаживание за нагрузкой», или «перегруппировка».
Приложение 6. Схема мультиплексирования в развитии оптической транспортной иерархии
Список литературы
1 Фокин В.Г. Когерентные оптические сети. Учебное пособие. Новосибирск, СибГУТИ, 2015. – 371 с.
2 Фокин В.Г., Ибрагимов Р.З. Оптические системы с терабитными и петабитными скоростями передачи. Учебное пособие. Новосибирск, СибГУТИ, 2016. – 161 с.
3 Фокин В.Г. Оптические мультиплексоры OADM/ROADM и коммутаторы PXC в мультисервисной транспортной сети. Учебное пособие. Новосибирск, СибГУТИ, 2011. – 204 с.
4 Листвин В.Н., Трещиков В.Н. DWDM системы. Научное издание. М.: Наука, 2013. - 300 с.
5 Фокин В.Г. Проектирование оптической мультисервисной транспортной сети. Учебное пособие. – Новосибирск, СибГУТИ. 2009. -205 с.
6 Фокин В.Г. Оптические системы передачи и транспортные сети. Учебное пособие. – М.: Эко-Трендз, 2008. - 288 с.
7 Мальке Г., Гессинг П. Волоконно-оптические кабели. Основы. Проектирование кабелей. Планирование систем. Перев. С нем. под ред. В.Г. Фокина. Издание 2-е. 2001. Лингва-9. Новосибирск. - 350 с.