Цифровые системы передачи связи на железнодорожном транспорте

В системе используются два типа эрбиевых волоконно-оптических усилителей (EDFA, erbium doped fiber amplifier): EDFA С-диапазона используется для усиления сигналов С-диапазона (1529.16 - 1560.61 нм), a EDFA L-диапазона используется для усиления сигналов L-диапазона (1570.42 - 1603.57 нм).

з) технология фиксации усиления и технология управления переходным процессом;

Для обеспечения независимости коэффициента усиления каждого канала от количества каналов и предотвращения ошибок пакетов канала при вставке или выделении каналов в оптических усилителях системы DWDM используется технологии фиксации усиления и управления переходным процессом. В системе типа I применяются EDFA с автоматической функцией фиксации усиления;

и) технология усиления Рамана;

Помимо усиления при помощи EDFA система также поддерживает усиление сигналов в оптоволокне при помощи технологии Рамана. Комбинированное использование усилителей Рамана и EDFA позволяет достичь большого диапазона коэффициента усиления, низкого шума системы и низкого уровня нелинейных взаимных помех при усилении оптических сигналов, что обеспечивает передачу сигналов на большее расстояние;

к) функция подавления джиттера;

Благодаря использованию современных технологий подавления джиттера и выделения тактовых сигналов, характеристики джиттера (включая функцию измерения передаточной характеристики джиттера, устойчивость к джиттеру, генерацию джиттера) в системе OptiX BWS 1600G являются лучше требуемых в системах DWDM и определяемых соответствующими Рекомендациями ITU-T. Компания Huawei использует в OTU для проверки битовых ошибок Bl, В2 и извлечения J0 свою собственную технологию. Таким образом, при взаимодействии с оборудованием SDH система может быстро определить, произошла ли битовая ошибка в секции SDH или в оптическом тракте. Это позволяет проанализировать причину битовых ошибок. Эта функция имеет огромное значение, когда система OptiX BWS 1600G взаимодействует с оборудованием SDH различных производителей.

л) автоматическое управление уровнем (ALC, Automatic Level Control);

ALC обеспечивает нормальный уровень мощности в оптоволокне. При ухудшении рабочих характеристик оптического кабеля из-за старения некоторой секции оптоволокна в системе для коррекции выходной мощности оптического усилителя используется функция ALC. Это позволяет сохранить нормальный уровень параметров оптических сигналов и соответственно предотвратить снижение входной/выходной мощности лазерного излучения в канале нисходящего направления. Тем самым не только улучшается качество передаваемых сигналов, но также повышается эксплуатационная надежность оборудования^

м) интеллектуальное регулирование мощности (IPA, Intelligent Power Adjustment);

IPA используется для защиты персонала от воздействия лазерного излучения, испускаемого из открытых частей интерфейса или из поврежденных оптических волокон. При наличии утечки оптической мощности система уменьшает оптическую мощность ниже безопасного уровня. После восстановления работоспособности системы уровень мощности восстанавливается до исходного значения;

н) автоматическая балансировка мощности (АРЕ, Automatic Power Equilibrium);

При передаче сигналов на большие расстояния неравномерность значений показателя OSNR в разных каналах на принимающей стороне становится серьезной проблемой. При помощи функцией АРЕ система OptiX BWS 1600G автоматически корректирует выходную оптическую мощность каждого канала. Таким образом достигается равномерное распределение мощности на принимающей стороне и улучшается OSNR. Функция АРЕ в основном применяется в конфигурациях с большим числом секций (участков);

о) передача прецизионных тактовых сигналов;

Система поддерживает уникальные функции передачи в сети сигналов синхронизации. То есть помимо передачи по оптическому контрольному каналу контрольной информации имеется возможность передачи трех прецизионных синхросигналов;

п) мониторинг оптических рабочих характеристик в процессе эксплуатации;

Использование интерфейсов мониторинга оптических рабочих характеристик гарантирует нормальную работу системы в процессе мониторинга рабочих характеристик. При помощи данных интерфейсов анализатор оптического спектра или мультиволновой измеритель могут непосредственно подключаться к мультиплек- сору/демультиплексору, оптическому усилителю и интерфейсу оптического волокна.

Встроенный анализатор оптического спектра (МСА) осуществляет анализ оптического спектра и управление рабочими характеристиками (OSNR канала, оптическая мощность и центральная длина волны). При помощи МСА и интерфейсов мониторинга оптических рабочих характеристик в режиме "онлайн" из централизованной системы управления можно осуществлять наблюдение за такими характеристиками оптического спектра, как оптическая мощность, центральная длина волны и OSNRj

р) масштабируемая возможность вставки/выделения каналов.

Используя каскадное соединение оптических модулей (MR2), любая станция OADM осуществляет вставку/выделение до 32 каналов. Вставка/выделение различных каналов может осуществляться на различных участках. Для реализации вставки/выделения в OADM более чем 32 каналов рекомендуется использовать два включенных встречно ОТМ; с) надежность;

Система OptiX BWS 1600G поддерживает эффективный механизм резервирования, включая резервирование оптического канала, резервирование оптической линии и резервирование блоков на уровне оборудования. При помощи плат ТС1/ТС2 блока синхронизации обеспечивается резервирование по схеме «1 + 1» передаваемых системой сетевых тактовых сигналов;

т) эффективные возможности обслуживания оптического волокна. Конструкция шкафов и подстативов системы OptiX BWS 1600G полностью соответствует требованиям к обслуживанию оптического волокна. В системе имеются различные каналы для прокладки кабеля и отсеки для хранения оптического волокна. Подобная конструкция облегчает обслуживание оптического волокна внутри шкафа и между шкафами, а также упрощает установку и техническое обслуживание системы;

у) интеллектуальный мониторинг температуры окружающей среды. Для гарантирования нормальной работы системы и стабильной температуры окружающей среды система OptiX BWS 1600G поддерживает такие интеллектуальные функции как мониторинг и предоставление информации о температуре окружающей среды, а также соответствующие аварийные сигналы; ф) унифицированное интеллектуальное управление сетью. Система управления оптической сетью передачи, разработанная компанией Huawei, не только поддерживает управление оборудованием DWDM, но также поддерживает и управление всей серией оборудования OptiX, включая SDH, SONET и оборудование METRO.

Топология "точка-точка"

Благодаря существенным преимуществам данной сетевой топологии применение системы ОРВХ BWS 1600G в конфигурации "точка-точка" является в настоящее время наиболее популярным. В данной топологии используются только OTM u OLA. Применение усовершенствованных методов коррекции ошибок, функций FEC и EFEC обеспечивает передачу сигналов на большие расстояния с различными промежуточными участками (секциями). Типичные варианты организации сети в конфигурации "точка-точка" с использованием функции FEC включают в себя: 5 секцийх20 дБ (типичное расстояние: 5х72 км), 2 секциих24 дБ (типичное расстояние 2 х87 км), 1 секциях28 дБ (типичное расстояние 101 км) На рисунке 5.1 показаны несколько вариантов организации сети с топологией '"точка-точка".

Рисунок 5.1 Схемы линейных сетей на основе топологии "точка-точка" (однонаправленных)

Линейная сеть

Линейная топология сети является одной из наиболее широко распространенных на магистральных сетях. В данной топологии используется следующее оборудование системы OptiX

BWS 1600G. OTM, OLA, OADM u REG. Другими словами, линейная топология является расширением сетевой топологии «точка-точка», что показано на рисунке 5.2.

Рисунок 5.2 Схема линейной сети (однонаправленной)



На приведенном выше рисунке OTM является оптическим оконечным мультиплексором. Он получает доступ к услугам передачи данных ВТМ-64/STM-16 при помощи платы преобразования длины волны. OTM позволяет вставлять/выделять все 160 длин волн OADM является оптическим мультиплексором вставки/выделения. Он позволяет вставлять/выделять сервисные каналы или определенные длины волн в/из основного оптического тракта для обеспечения непосредственного доступа к сервисным каналам. OLA является оптическим линейным усилителем. Его основными функциями являются компенсация потери мощности и компенсация дисперсии оптических сигналов после передачи их по линии. REG является регенератором. Если отношение "оптический сигнал-шум" (OSNR) выходит за установленный предел, или его величина становится слишком мала, чтобы приемник мог принять информацию без ошибок, то тогда необходимо выполнить восстановление первоначальной формы и регенерацию сигналов.

Кольцевые сети

В местной сети, особенно при построении городских сетей, для формирования кольцевой сети может использоваться оптическая система OptiX BWS 1600G с функциями мультиплексирования и вставки/выделения, как показано на рисунке 5.3. При использовании системы в реальной сети для формирования OADM c целью удаления накопленных шумов усилителя одна станция должна использовать включенные встречно OTMS.



Рисунок 5.3 Схема типичной кольцевой сети (с двумя OADM) OTM: Оптический оконечный мультиплексор OADM. Оптический мультиплексор всавки/выделения

Канал управления сетью

В системах DWDM информация управления сетью передается по оптическому контрольному каналу, который обычно передается в основном потоке по тому же самому оптоволокну. Очевидно, что любая ошибка или отказ в основном потоке затронет контрольный канал, то есть приведет к потере управления сетевым элементом. При большом объеме трафика и передаче сигналов на большие расстояния потеря управления не допустима. Для решения подобных проблем в системе OptiX BWS 1600G используются различные средства, в том числе резервирование контрольного канала.

В кольцевой сети при отказе некоторой секции в определенном направлении (например повреждение оптоволокна) передача информации управления сетью автоматически переключается на оптический контрольный канал в другом направлении кольца. Таким образом управление всей сетью не будет прервано. Однако если произойдет отказ в обоих направлениях, то сетевой элемент будет изолирован, то есть будет отсутствовать возможность контроля или доступа.

Для линейной сети ситуация является более критической, потому что повреждение оптоволокна означает отказ контрольного канала. Следовательно, сетевые администраторы не будут иметь возможность получать контрольную информацию от отказавшей станции и не смогут осуществлять эксплуатацию станции. Для решения данной проблемы информация управления сетью должна передаваться по резервному каналу. Используя сеть передачи данных (DCN, data communication network) и маршрутизаторы, система OptiX BWS 1600G может поддерживать резервный канал управления сетью независимо от любой топологии сети. При нормальной работе сети информация управления сетью передается по основному контрольному каналу. При планировании сети очень важно, чтобы для резервного и основного контрольных каналов были выбраны различные маршруты. В противном случае функция резервирования не будет эффективной.

Одной из главных особенностей системы OptiX BWS 1600G является то, что она поддерживает универсальную систему управления и может быть гибко развернута в любых OptiX-сетях, то есть отсутствует необходимость покупать или устанавливать отдельную систему управления. ОрtiХ BWS 1600G управляется той же самой системой управления, что и другие изделия серии OptiX. Для обмена информацией управления между различными сетями DWDM, или между сетями DWDM and SDH поддерживаются различные интерфейсы передачи данных (например, интерфейсы RS-232 и Ethernet). Таким образом, реализуется унифицированное управление сетью, содержащей различное оборудование передачи.



6. Выбор оптического волокна и энергетический расчет

На проектируемом участке связи для организации ВОЛС применяется кабель Corning, имеющий фирменное обозначение SMF-286. Технические характеристики кабеля позволяют разместить его на опорах контактной сети до 110 кВ и эксплуатировать при температуре окружающей среды от -60 до +85°С. Кабель гарантированно выдерживает растягивающие нагрузки до 10 кН, ветровые нагрузки со скоростью ветра до 43 м/с. Технические характеристики ВОК представлены в таблице 6.1.

Таблица 6.1 Параметры промышленного волокна Coming

Параметр	Значение
Фирменное обозначение Тип волокна	SMF-286 SSF	SMF-DS DSF	SMF-LCl NZDSF	LEAF NZDSF+
Соответствие стандарту ITU-T	G.652	G.653	G.655	G.655
Рабочие окна прозрачности, мкм	1,31/1,55	1,55	1,53-1,56	1,53-1,56
Затухание, дБ/км:
на длине волны, мкм: 1,31	0,4/0,34	О,5/0,38	О,5/0,38	<0,5
1,383 (максимум ОН)	<2,0/0,40	<2,0/0,6	<2,0/0,6	<1, 0/0,6
1,55	<0,30/0,20	<0,25	<0,25	<0,25
в окне, мкм: 1,285-11,33	<0,45/0,39	Н/п	Н/п	Н/п
l,525-l,565/l,575	<0,35/0,25	<0,3	<0,3	0,3/0,25
l,565-l,625	<0,35/0,25	<0,3	<0,3	0,3/0,25
Прирост затухания при температурах от 60 до +55/85С, дБ Диаметр поля моды, мкм:	-/<0,05	-/0,03	Н/д	-/<0,05
на длине волны, мкм: 1,31	9,2 ± 0,4	Н/д	6,6	Н/п
Длина волны отсечки (кабель/волокно), мк	10,5 ±1,06 l,26/1,28	8,1 ± 0,65 l,26/1,28	8,4 l,26/1,28	9,6 ± 0,4 Н/д
Длина волны нулевой дисперсии, мкм Наклон кривой D при нулевой дисперсии, пс/(нм2-км)	1,3015-1,3215 0,092	1,535-1,565 0^085	Н/д' Н/д	Н/д Н/д
Область ненулевой дисперсии, мкм	Н/п	Н/п	>1,53	>1,53
Хроматическая дисперсия, пс/(нм-км):
на длине волны, мкм: 1,31 1,55	Н/д Н/д	Н/п <2,7	Н/п Н/п	Н/п Н/п
Изменение дисперсии в окне 1,55 мкм, пс/(нм-км) Дисперсия поляризованной моды (PMD), nc/	7-11,5 <0,2	<2,7 Н/д	от -3,5 до -0,1 Н/д	2,0-6,0 <0,2
Дисперсия PMD для протяженной линии, пс/	<0,1	Н/д	Н/д	0,08
Ограничение по PMD на скорость передачи, Гбит/с	Н/д	Н/д	Н/д	40
Диаметр сердцевины, мкм	8,3	Н/д	Н/д	Н/д
Числовая апертура	0,13	0,17	0,16	Н/д
Групповой показатель преломления
на длине волны, мкм: 1,31	1,4675	1,4718	1,471	Н/п
1,55	1,4681	1,4711	1,470	1,469
Вид профиля показателя преломления	Ступенька	Трезубец	Трезубец	Трезубец
Фактор сопротивления динамической усталости	20/257	20	20	20
Диаметр оболочки, мкм Эксцентриситет сердцевины-оболочки, мкм	125 ±1 <0,5	125 ±1 <0,1	125 ± 1 0,5 <0,5	125 ±1 0,5 <0,5
Радиус собственной кривизны волокна, м	>4	>2	>4	>4
Диаметр покрытия, мкм	245 ±5	245 ± 10	245 ±5	245 + 5

Основным элементом оптического кабеля является волоконный световод, выполненный в виде тонкого стеклянного волокна цилиндрической формы. Волоконный световод имеет двухслойную конструкцию и состоит из сердцевины и оболочки с разными показателями преломления n1 и n2.

Наиболее изучены характеристики световодов, для которых показатель преломления сердцевины n(r) меняется вдоль радиуса по закону показательной функции (1).

(1)



где n1 - наибольшее значение показателя преломления сердечника;

- относительная разность показателей преломления;

r - радиус сердечника, мкм;

- текущий радиус, мкм;

u - показатель степени, определяющий изменение n(r). Чаще всего применяются световоды с параболическим профилем (u = 2);

n2 - показатель преломления оболочки.

Важной характеристикой световода является числовая апертура NA (2), представляющая собой синус максимального угла падения лучей на торец световода м, при котором в световоде луч на границу «сердцевина - оболочка» попадает под критическим углом Qкр:

(2)

От значения NA зависят эффективность ввода излучения лазера или светодиода в световод, потери на микроизгибах, дисперсия импульсов, число распространяющихся мод. Чем больше числовая апертура, тем больше уширение импульсов, а вследствие этого ниже пропускная способность волокна за счет большой модовой дисперсии и тем меньше потери на микроизгибах. Волокна, имеющие апертуру больше 0,2, называют высокоапертурными, а меньше 0,2 - низкоапертурными. Высокоапертурные волокна имеют сравнительно низкие потери на вводе, малочувствительны к изгибам, но имеют низкую пропускную способность. Их применяют для передачи сигналов на короткие расстояния. Низкоапертурные волокна получили широкое распространение на магистральных линиях связи из-за высокой пропускной способности.

При определенной длине волны наступает такой режим, когда луч падает на оболочку световода и отражается перпендикулярно. В световоде устанавливается режим стоячей волны, и энергия вдоль волокна не переносится. Это соответствует случаю критической длины волны и критической частоты. Критическая длина волны определяется по формуле (3). Расчет критической частоты проводится по формуле (4).

, (3)

где 0- критическая длина волны, мкм;

d-диаметр сердцевины световода, мкм.

, (4)

где f0 - критическая частота, Гц;

с - скорость света в вакууме, м/с.

При переходе из среды с большей плотностью в среду с меньшей плотностью луч при определенном угле падения полностью отражается и не переходит в другую среду. Угол падания, начиная с которого вся энергия отражается от границы раздела сред, называется углом полного внутреннего отражения. Этот угол определяется из соотношения (5):

, (5)

где в - угол полного внутреннего отражения;

Для определения числа мод, передаваемых по волокну, необходимо рассчитать нормированную частоту V (6). Чем больше величина нормированной частоты, тем больше типов волн распространяется по волокну:

, (6)

где - рабочая длина волны, мкм.

Общее число передаваемых мод N для ступенчатого профиля волокна определяется по формуле (7), а для градиентного - по формуле (8).

; (7)

. (8)

Число мод определяет способность световода «принимать» свет. Чем больше мод, тем больше световой энергии можно ввести в волокно от источника. С увеличением числа мод полоса передаваемых частот снижается. Чем меньше число мод, тем лучше качество связи и можно организовывать большее число каналов.

В предельном идеализированном варианте по волокну возможна организация огромного числа каналов на большие расстояния. Фактически имеются большие ограничения, связанные с дисперсией.

Дисперсия - это расширение светового импульса по мере его движения по оптическому волокну. Расширение импульсов устанавливает предельные скорости передачи информации и при малых потерях ограничивает длину регенерационного участка. Выделяют несколько видов дисперсии:

- межмодовая дисперсия, свойственна многомодовым волокнам. Возникает из-за наличия большого числа мод, каждая из которых распространяется вдоль волокна со своей скоростью. В одномодовых волокнах межмодовая дисперсия как таковая не проявляется, так, как для передачи используется одна мода;

- в одномодовых световодах проявляются волноводная и материальная дисперсии. Материальная дисперсия обусловлена зависимостью показателя преломления сердцевины n1, а значит, и скорости распространения от длины волны света, передаваемой по волокну. Волноводная дисперсия обусловлена зависимостью скорости распространения света от частоты. Оба вида дисперсии почти равны по абсолютной величине и противоположны по фазе в широком спектральном диапазоне. Соответственно они компенсируют друг друга. Сумма волноводной и материальной дисперсий в литературе называется хроматической дисперсией;

- поляризационная дисперсия обусловлена отклонением формы сердцевины от цилиндрической. При этом световые волны со взаимно ортогональной поляризацией распространяются с различными скоростями.

Уширение импульсов за счет различных видов дисперсии определяется по формуле (9) (формула справедлива для всех типов световодов):

, (9)

где - суммарная дисперсия, нс/км;

мод - межмодовая дисперсия, нс/км;

мат - материальная дисперсия, нс/км;

вв - волноводная дисперсия, нс/км.

Межмодовая дисперсии для ступенчатого световода определяется по формуле (10):

. (10)



Материальная дисперсия рассчитывается по формуле (11):

мат = М (11)

где - ширина спектра излучения передающего модуля, мкм;

М - коэффициент удельной материальной дисперсии, нс/(км-мкм).

Коэффициент удельной материальной дисперсии определяется по (12):

, (12)

где li - коэффициенты, определяемые экспериментально, мкм;

Аi - безразмерный коэффициент, определяемый экспериментально;

Р - значение, определяемое по (14);

n - показатель преломления, определяемый по (13).

. (13)

. (14)

Волноводная дисперсия определяется по формуле (15) [3]:

вв = В, (15)

где В - коэффициент удельной волноводной дисперсии, нс/(км-мкм).

Удельная волноводная дисперсия рассчитывается по (16).



. (16)

Величина уширения импульса, характеризуемая временем нарастания сигнала и определяемая как разность между самым большим и самым малым временем прихода лучей в сечении световода на расстояние L от начала, может быть рассчитана по формуле (17):

и = L (17)

где и - уширение импульса, нс;

L - длина световода, км.

Определив дисперсию волокна, можно рассчитать пропускную способность OB F (18) на один километр длины, предопределяющую полосу частот, пропускаемую световодом, ширину линейного тракта и, соответственно, объем информации, который можно передавать по оптическому кабелю;

, (18)

где F - пропускная способность световода.

Другим параметром, определяющим длину регенерационного участка, является затухание волокна. Коэффициент затухания световодных трактов, обусловлен собственными и кабельными потерями. Собственные потери состоят из потерь поглощения энергии в диэлектрике и потерь рассеяния энергии на мельчайших частицах световода.

Затухание поглощения п, связанное с потерями на диэлектрическую поляризацию, линейно растет с частотой и существенно зависит от свойства материала световода (tg). Расчет затухания поглощения производится по формуле (19):

, (19)

где п -затухание поглощения, дБ/км;

tg - тангенс угла диэлектрических потерь в световоде.

Рассеяние обусловлено неоднородностями материала волоконного световода, размеры которых меньше длины волны, и тепловой флуктуацией показателя преломления. Различают линейное и нелинейное рассеяние. При линейном рассеянии мощность рассеяния пропорциональна мощности падающей волны. В этом случае происходит частичное изменение направления потока энергии. Потери на рассеяние, возникающие в результате флуктуации показателя преломления, называются рэлеевскими и определяются по формуле (20);

, (20)

где р - потери на рассеяние, дБ/км;

Кр - коэффициент рассеяния, (дБ/км)мкм4, (для кварца Кр=0,8 (дБ/км)мкм4).

Суммарные собственные потери общ, возникающие в волокне, определяются по формуле (21):

общ = п + р. (21)



Кабельные потери вызваны геометрией волокна (непостоянство поперечного сечения, нерегулярности, связанные с наличием макроизгибов и микроизгибов). Макроизгибы обусловлены скруткой световодов по длине кабеля, неоднородностями и наличием изгибов по длине кабеля, радиус которых существенно больше диаметра волокна. Дополнительное затухание за счет потерь на макроизгибах определяется по (22):

, (22)

где 1 - потери на макроизгибах, дБ;

- числовой коэффициент;

rиз - радиус изгиба волокна, мкм;

dc - диаметр сердечника, мкм.

Микроизгибы обусловлены конструктивно-технологическими неоднородностями, возникающими при изготовлении кабеля и волокна, транспортировки и хранении. Радиус микроизгиба сравним или меньше диаметра волокна Расчет дополнительного затухания за счет потерь на микроизгибе выполняется по(23):

, (23)



где 2 - потери на микроизгибах, дБ;

h - высота (радиус) микроизгиба, мкм;

dcb - диаметр световода, мкм.

Волновое сопротивление световода может быть определено на основании выражений для электрического Е и магнитного Н полей. Однако в практических условиях пользуются предельными значениями волновых сопротивлений сердцевины и оболочки для плоской волны (24) и (25):

; (24)

; (25)

где Zв1 и Zв2 - волновое сопротивление сердечника и оболочки волокна соответственно, Ом;

Zo - волновое сопротивление идеальной среды. Ом.

В реальных условиях волновое сопротивление волокна имеет промежуточное значение между Zв1 и Zв2.

Плоские волны, распространяются по световоду с определенной фазовой скоростью. Границы изменения фазовой скорости определяется по (26):

, (26)

где n1 - показатель преломления сердечника или оболочки соответственно.

Используя вышеприведенные формулы, проведем расчет параметров оптического кабеля (в расчетах рассматривается ВОК марки ОКМС-А-4/2(2,4)Сп-12(2)/4(5) производства ЗАО «Трапсвок»), В кабеле используется оптическое волокно ступенчатого профиля производства фирмы Lucent Technologies. Сердцевина ОВ кварцевая, легированная германием, с показателем преломления n1, равным 1,4732. Оболочка одинарная из чистого кварца с показателем преломления n2, равным 1,4682. Защитное покрытие OB - двойное из акрилата ультрафиолетовой вулканизации: внутреннее - низкомодульное, наружное - высокомодульное. Диаметр сердцевины ОВ равен 6±0,5 мкм, диаметр оболочки -125 ± 1 мкм, диаметр покрытия - 245 ± 10 мкм.

Рассчитаем параметры ОВ, не зависящие от длины, волны передающего модуля. По формуле (2) рассчитаем числовую апертуру волокна, определив относительную разность показателей преломления:

Используя формулы (3)-(5), определим критическое значение длины волны, критическую частоту и угол полного внутреннего отражения:

Межмодовую дисперсию световода определяем по (6);

Затухание на макроизгибах рассчитаем по (22) для радиуса изгиба Рпз, равного 75 мм:

Затухание за счет потерь на микроизгибе определяем по (23) для высоты микроизгиба h, равной 2 мкм:

Волновое сопротивление сердечника и оболочки волокна рассчитаем по формулам (24) и (25):

Волновое сопротивление волокна находится в интервале между значениями Zb1 и ZB2.

По (26) рассчитаем скорость распространения волны по сердечнику и оболочки волокна:

Границы изменения значения фазовой скорости лежат в интервале значений между V1 и V2.

Далее рассчитаем параметры ОВ, зависящие от длины волны передающего модуля. Расчет для длин волны , равная 1,55 мкм.

По (6) и (7) определим нормированную частоту и число передаваемых мод по выбранному ОВ:

Используя формулы (11) - (16), оценим в первом приближении материальную и волноводную дисперсию при следующих параметрах: ширина спектра источника излучения принимается равной 0,001- 0,002 мкм для лазерного диода и 0,02-0,025 мкм для светоизлучающего диода. При расчетах рассматривается лазерный диод. Значения коэффициентов Аi, и li, определяются экспериментально для различных составов световодов. Для световода, легированного германием, значения коэффициентов приведены в таблице 6.2.

Таблица 6.2 Значение коэффициентов аi и li

Тип коэффициента	Значение коэффициента при i, равном
I	1	2	3
Аi	0,7028554	0,4146307	0,8974540
li, мкм	0,0727723	0,1143085	9,896161

мат = -0,4350,002 = -8,710-4 нс/км.

вв = 0,00231,8 = 0,063 нс/км.

Суммарную дисперсию ОВ с учетом того, что по волокну будет передаваться не одна, а несколько мод (что возможно), определяем по (9):

Учитывая тот факт, что по ОМ ОВ передается одна мода, то межмодовая дисперсия отсутствует. Тогда суммарная (хроматическая) дисперсия в ОВ равна:

=-8,7 10-4+0,063 =0,062 нс/км.

Уширение импульса на расстоянии L равным 100 км рассчитаем по (17):

и =0,062100 =6,2 нс.

Определив дисперсию волокна, по (18) проведем расчет пропускной способности волокна F на один километр длины:

Используя значение тангенса угла диэлектрических потерь порядка 10-10, оценим величину затухания поглощения по (19):

Затухание рассеяния определим но формуле (20):

Общее затухание волокна рассчитаем no (21):

общ =2,605+0,169=2,774 дБ/км.

Проведенные расчеты позволяют в первом приближении оценить основные параметры одномодового ОВ. В настоящее время использование передовых технологий в производстве ОВ позволяет значительно улучшить параметры волокна. Для расчета характеристик используются интерполяционные формулы, которые более точно оценивают параметры ОВ.

Результаты расчетов приведены в таблице 6.3

Таблица 6.3 Результаты расчетов параметров световода

Параметр	Длина волны: 1,55 мкм
Нормированная частота V	1,98
Число передаваемых мод N	3,9
Показатель преломления n	1,453
Р, 10-3	-6,45
Коэффициент удельной материальной дисперсии М, с/(мкмкм)	-0,435
Материальная дисперсия мат, нс/км	-8,710-4
Удельная волноводной дисперсии В, нс/(мкмкм)	31,8
Волноводная дисперсия вв, нс/км	0,063
Суммарная дисперсия , нс/км	0,062
Уширение импульсов и на длине участка 100 км, нс	6,2
Пропускная способность волокна на километр длины F, Гбит/с	16,1
Затухание поглощения п, дБ/км	2,605
Затухание рассеяния р, дБ/км	0,169
Суммарное затухание общ, дБ/км	2,774

7. Конфигурация оборудования OptiX

Система OptiX BWS 1600G-I может быть сконфигурирована в качестве оборудования четырех типов, включая оптический оконечный мупьтиплексор/демультиппексор (ОТМ, optical terminal multiplexer/demultiplexer), оптический линейный усилитель (OLA, optical line amplifier), оптический мультиплексор вставки/выделения (OADM, optical add/drop multiplexer) и регенератор (REG), В данной главе представлена конфигурация каждого типа оборудования и применение в сети системы OptiX BWS 1600G-1.

Модульная конструкция гарантирует использование OptiX BWS 1600G-I в качестве элемента сети в будущем. OptiX BWS 1600G-I обеспечивает простое управление и удобство при модернизации системы. Базовыми функциональными блоками системы типа (являются платы оптических/электрических интерфейсов. Путем комбинирования различных плат реализуются различные типы сетевых элементов (NE, network element) такие, как:

а) Оптический оконечный мультиплексор (OTM, Optical terminal multiplexer)

б) Оптический линейный усилитель (OLA, Optical line amplifier)

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

г) Регенератор (REG)

7.1 Конфигурация оптического усилителя OLA

OLA усиливает двунаправленные оптические сигналы и компенсирует дисперсию. OLA обеспечивает увеличение дальности передачи без применения регенерации, то есть поддерживает передачу с пользованием 3R- функции.

Как показано на рисунке 7.1, OLA состоит из блока оптического усилителя (включая усилитель накачки Рамена) и блоков DCM, SC2, FIU и SCC.

Рисунок 7.1 Блок-схема оптического линейного усилителя OLA (Система типа I) FIU-блок интерфейса оптического волокна; RPA-усилитель накачки Рамана; DСМ-модуль компенсации дисперсии; SC2-блок двунаправленного оптического контрольного канала; OAU- блок оптического усилителя;



Как показано на рисунке 7.1, аналогично ОТМ, усилитель Рамана используется на принимающей стороне OLA Он производит усиление оптических сигналов линии, обеспечивая низкий уровень шума, и направляет данные сигналы в блок FIU. FIU выделяет/объединяет сигналы С-диапазона, L-диапазона и контрольные сигналы из основного тракта или в основной тракт соответствено. После этого все сервисные сигналы направляются в блоки эрбиевого волоконно-оптического усилителя OAU, где данные сигналы усиливаются согласно С- и L-диапазонам. DCM осуществляет компенсацию дисперсии для сигналов основного тракта.

7.2 Конфигурация оптического мультиплексора/демультиплексора OADM

Оборудование OADM системы типа 1 состоит из OAU/OBU (блок оптического усилителя), MR2 (2-канальный блок вставки/выделения), DCM, OTU, ITL, FIU, SС2, и SСС. Блок-схема OADM представлена на рисунке 7.2.

OADM используется для локальной вставки/выделения каналов в/из основного тракта. OADM поддерживает вставку/выделение до 32 сервисных каналов. Остальные каналы передаются через мультиплексор прозрачно. Он обеспечивает баланс оптической мощности для локально вставляемых и транзитных каналов, выравнивая, таким образом, суммарную оптическую мощность.



Рисунок 7.2 Блок-схема OADM (Система типа I)

OUT-блок оптического ретранслятора; OAU-блок оптического усилителя; ITL-блок чередования; MR2-2-канальный блок вставки/выделения; PIU-блок интерфейса оптического волокна; OBU-блок оптического усилителя высокой мощности; SC2-блок двунаправленного оптического контрольного канала; DCM -может быть сконфигурирован согласно требованиям (на данной блок-схеме DCM не показан)

Главным функциональным блоком OADM является MR2. Каждая плата MR2 поддерживает вставку/выделение двух каналов услуг. После усиления и компенсации дисперсии каналы С-диапазона разделяются при помощи ITL на каналы С-EVEN и каналы С-ODD. Для вставки/выделения 16 каналов С-ODD используется каскадное соединение 8 плат MR2, а для вставки/выделения 16 каналов С-EVEN используется каскадное соединение остальных 8 плат MR2. Таким образом, система поддерживает вставку/выделение до 32 каналов.

Система типа I поддерживает вставку/выделение только каналов С-диапазона. После вставки или выделения сервисных каналов основной тракт С-ODD и основной тракт С-EVEN объединяются в основной тракт С-диапазона при помощи другого ITL и после этого осуществляется усиление его сигналов. FIU поддерживает объединение основных трактов С-диапазона, L-диапазона и оптического контрольного канала для передачи их по линии. Интегрированная система может работать без плат OUT. При необходимости реализовать вставку/выделение более чем 32 каналов рекомендуется использовать два включенных встречно ОТМ, как показано на рисунке 7.3. Вставка или выделение в/из основного тракта реализуется только для сервисных каналов, в то время как другие каналы только регенерируются или просто передаются прозрачно. Такая конфигурация поддерживает вставку/выделение всех 160 сервисных каналов в/из основного тракта.

Рисунок 7.3 Блок-схема OADM с включенными встречно ОТМ (Система типа I) OAU-блок оптического усипителя; D40- 40-канальный блок демупьтиппексирования; M40-40-канальный блок мультиплексирования; OTU-блок оптического ретранслятора



Заключение

В результате выполнения курсового проекта была спроектирована цифровая сеть связи на участке Южно-Уральской железной дороги «Ишим-Тюмень-Курган-Петропавловск-Ишим»

В ходе проектирования были рассмотрены основные принципы построения сетей на основе технологии DWDM, изучены основные компонент, такие как лазеры, мультиплексоры и демультиплексоры, оптические усилители, также произведен расчет параметров выбранного ВОК.

При построении цифровой сети связи было применено оборудование китайской фирмы Huawei OptiX BWS 1600G типа I. Рассмотрены характеристики, особенности и конфигурация данного оборудования.

Выполнение данной курсовой работы способствовало закреплению теоретических знаний по дисциплине "Цифровые системы передачи" и получению практических навыков, необходимых при эксплуатации, проектировании, разработке и усовершенствовании цифровых сетей связи.



Библиографический список

1) Телекоммуникационные технологии на железнодорожном транспорте: Учебник/ Г.В.Горелов, В.А.Кудряшов/ М.:УМК МПС России, 1999г. - 576 с.

2) Расчет параметров волоконно-оптических кабелей: Методические указания к курсовому и дипломному проектированию / Н.С.Горбачев, И.А.Купряшин/ Омск: ОмГУПС, 2002г. 35 с.

3) Общие требования и правила оформления текстовых документов: СТП ОмГУПС-1.2-2005.- Омск: ОмГУПС, 2005г. 27с.

Размещено на Аllbest.ru