Проект внедрения технологии волнового уплотнения на участке Новосибирск – Кемерово

Поддержка постоянной температуры  лазерного источника обеспечивается термоэлектрическими холодильниками, которые поглощают ту часть энергии, не преобразующуюся в световую. Она рассеивается в виде тепла и влияет на характеристики лазера (длина волны, мощность) и вызывает нестабильность.

Передатчик не должен менять длину  волны излучения со временем, т.е. оставаться в пределах полосы пропускания  канала системы. Лазер оптически  изолируют и не него не должны влиять паразитные отражения от среды передачи, особенно возвращающиеся от первого оптического усилителя в линии связи.

Модулятор должен обеспечить минимальное  чирпирование частоты лазера, в идеале меньше, чем ширина полосы частот модуляции (иными словами уширение линии генерации должно происходить только за счет модуляции самого сигнала), при этом вносимые модулятором потери должны быть минимальными [6].

4.7 Приемники

Функция приемника состоит в  том, чтобы обеспечить преобразование принятого оптического сигнала  в электрический и подать его  на демодулятор без внесения дополнительных шумов. Эффективность приемника измеряется относительным уровнем ошибок по битам BER, которые он может обеспечить. Для каждого принятого сигнала уровень ошибок зависит от чувствительности приемника, его полосы пропускания и уровня тех шумов, которые он добавляет к сигналу перед его демодуляцией [22].

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.

4.8 Компенсаторы дисперсии

Компенсатор дисперсии представляет собой просто отрезок оптического  волокна, материал которого обладает отрицательной  хроматической дисперсией, в то время как среда основного волокна имеет положительную дисперсию. Величина удельной дисперсии компенсатора, приходящаяся на единицу длины, гораздо больше удельной дисперсии основного волокна, что позволяет обходиться короткими отрезками волокна для компенсации дисперсии в обычном волокне на значительные расстояния. Компенсация может также осуществляться и с помощью дискретных компонентов, таких как брэгговские дифракционные решетки [6].

Эффективная методика компенсации дисперсии заключается в умении правильно измерять как полную дисперсию основного волокна, так и коэффициент дисперсии корректирующего волокна, а также возможность проверки того, что компенсирующее волокно расчетной длины действительно устранило дисперсию.

 

5 Разработка схемы организации связи и размещение усилительных пунктов

На основе значения трассы и в  соответствии с выбранной топологией «линейная цепь» для обеспечения резервирования 1 + 1 построим схему организации связи между населенными пунктами Новосибирск и Кемерово.

Трасса проходит до ближайшего сетевого узла доступа г. Новосибирска в п. А и до ближайшего сетевого узла доступа г. Кемерово в п. Б.

В п. А и п. Б находятся оконечные  станции системы WDM , структура оконечной  станции представлена на рисунке 5.1.

Выбранное оборудование японской фирмы NEC позволяет организовать 16 каналов, со скоростью передачи 2,5 Гбит/с (уровень STM-16) [4]. Это оборудование позволяет строить схему организации связи с применением одной промежуточной станции, структура которой на рисунке 5.2, в п. В с мультиплексором ввода/вывода при длине магистрали 350 км.

  - TxTPND – передающие транспондеры;

  - RxTPND – приемные транспондеры;

  - OMUX – мультиплексор;

  - ODMUX – демультиплексор;

  - ТхАМР – передающий оптический усилитель;

  - RxAMP – приемный оптический усилитель;

  - ГЬАМР — линейный оптический усилитель;

Рисунок 5.2 – Структура промежуточной станции. Назначение блоков.

Наличие линейных оптических усилителей, которые размещаются в населенных пунктах в существующих зданиях, позволяет передавать информацию с заданной скоростью и минимальными потерями.

5.1 Характеристики оптического кабеля

Таблица 5.1 – Технические данные кабеля ЗАО «МКФ» ОМЗКГМ-10-01-0.22-4…30.

Назначение	Для прокладки в грунтах всех групп, кроме подверженных мерзлотным деформациям, в кабельных канализациях, трубах, коллекторах, через неглубокие болота и несудоходные реки.
Тип оптических волокон:	Одномодовое стандартное. Одномодовое с нулевой смещенной  дисперсией. Многомодовое.
Количество оптических волокон.	4…30
Наружный диаметр	16,7 мм
Масса	480 кг/км

 

Продолжение таблицы 5.1

Допустимое растягивающее усилие	Не менее 20,0 кН
Допустимое раздавливающее усилие	Не менее 0,9 кН/см
Минимальный радиус изгиба	335 мм
Температура эксплуатации	- 40…+ 60 градусов Цельсия
Строительная длина	До 5000 м
Срок службы	Не менее 25 лет

Таблица 5.2 – Параметры одномодовых ОВ ЗАО «МКФ».

Параметры	Единицы измерения	Значение для ОВ типа
		Е	С
Коэффициент затухания: На волне 1310 нм На волне 1550 нм	дБ/км	0,35 0,22	0,20 0,20
Длина волны нулевой дисперсии	Нм	1301 - 1325
Хроматическая дисперсия На волне 1285 – 1330 нм На волне 1550 нм	Пс/нм·км	3,5 18	1530-1565нм 1,0 – 6,0
Наклон кривой дисперсии в нулевой  точке	Пс/км·нм²	0,092
Длина волны отсечки	Нм	1100 - 1330
Поляризационная модовая дисперсия	Пс/км½	0,5

 

На рисунке 5.3 показана конструкция кабеля ОМЗКГМ-10-01-0,22-4…30.

 

1. Оболочка (полиэтилен).

2. Стальные оцинкованные проволоки.

3. Полимерная трубка.

4. Центральный силовой элемент.

5. ОВ

6. Гидрофобный заполнитель.

 

Рисунок 5.3 – Разрез оптического кабеля ОМЗКГМ – 10-01-0.22-4…30.

 

5.2 Выбор типа аппаратуры

Под понятием модернизации подразумевается  то, что при существующем проложенном оптическом кабеле, становится аппаратура уплотнения, которая позволит на одном волокне передавать до 32 каналов (плотное мультиплексирование), каждый канал на своей длине волны.

В нашем случае выбрана рабочая  длина волны λ = 1,55 мкм, на которой  работает большинство существующей аппаратуры WDM (третье окно прозрачности); потери в оптическом волокне при этой длине волны малы (ακ  ≈ 0,22 дБ/км), что позволяет организовать связь на значительные расстояния (порядка 100 км и выше). Применяя оптические усилители, можно увеличить дальность связи до 160 км и более, однако при этом уже сказывается (особенно при скоростях передачи 2,5 Гбит/с и более) дисперсионные искажения, которые особенно нежелательны при спектральном уплотнении оптического волокна.

При проектировании новых магистралей  с ВОСП –WDM применяют оптические волокна DSF, либо NZDSF. Оптические кабели с волокнами DSF применяют для ВОСП-DSF со сравнительно малым числом каналов (4 или 8), так как при увеличении числа каналов появляются переходные влияния между ними из-за четырехволнового смешивания (FWM), особенно это влияние ощутимо в системах с полным расположением каналов в спектре (DWDM). Для таких систем необходимо проектирование с применением оптического кабеля с волнами NZDSF. Эти волокна в диапазонах третьего и четвертого окон прозрачности могут иметь как положительное, так и отрицательное значение дисперсии. Чередуя участки магистрали (например, строительные длины ОК) с положительными и отрицательными дисперсиями, можно получить среднее значение участка регенерации с хроматической дисперсией, стремящейся к нулю [11].

При таких условиях увеличить пропускную способность можно только добавлением еще нескольких комплектов аппаратуры SDH. Используя полную емкость кабеля, увеличение пропускной способности будет невозможно без прокладки нового оптического кабеля на большее количество волокон. Прокладка кабеля влечет за собой огромные затраты на строительство, до 80%. Поэтому увеличение объема передаваемой информации возможно благодаря технологии волнового уплотнения. Эта технология обеспечивает модернизацию уже существующего оборудования, без его замены, путем добавления компонентов аппаратуры WDM. Существенная экономия средств на модернизацию связи делает эту технологию очень перспективной на сетях связи.

На этом участке работает аппаратура Японской фирмы NEC, поэтому при выборе аппаратуры WDM будем руководствоваться не только техническими данными аппаратуры, но и данными корректной совместной работы оборудования, без применения аппаратуры согласования. Целесообразно выбрать аппаратуру волнового уплотнения этой же фирмы, которая зарекомендовала себя на российском рынке и имеет соответствующие сертификаты. Технические данные аппаратуры Spetral Wave представлены ниже [4]:

- число каналов 16;

- скорость передачи по каналам  2,5 Гбит/с (уровень STM-16);

- максимальная средняя мощность  излучения в каждом канале (в  интерфейсе MPI-S) +7 дБ;

- максимальная длина секции 584 км  при коэффициенте ошибок равном 10‾ ¹²;

- служебный канал OSC организован на длине волны 1510 нм;

- максимальное расчетное затухание  0,3 дБ/км.

При наличии промежуточных станций, на которых можно разместить мультиплексоры ввода/вывода, возможен вывод до 8 каналов.

По мере необходимости оптические усилители можно переоборудовать в мультиплексор ввода/вывода.

5.3 Общие принципы размещения пролетов согласно МСЭ-Т G.692

Рекомендации разработаны для 4-, 8- и 16-канальных ВОСП - WDM, при скоростях в каналах, соответствующих STM-4 и STM-16. При этом, например, 4-канальная система не может быть в дальнейшем развита до 8-канальной, так как отклонения от центральных частот у нее другие, нежели в 4-канальной. Поэтому рекомендуется N-канальную систему постепенно дополнять необходимым числом каналов по мере развития оптической волновой сети. На сети могут использоваться волокна G.652, G.653, G.655.

Большинство дуплексных ВОСП - WDM используют для организации два волокна связи два волокна. Такие ВОСП характеризуются условным обозначением:

 (5.1)

где - число каналов (4, 8, 16);

- обозначает максимальную  длину пролета, при этом:

- большой пролет;

- очень большой пролет;

- сверх большой пролет;

- максимальное число допустимых  пролетов;

- уровень STM;

- тип оптического волокна:  для OB G.652, для OB G.653, для OB G.655.

Согласно рекомендации G.692, при  числе пролетов (т.е. при наличии в секции линейных усилителей), данные приведены в таблице 3.3.

 

Таблица 3.3 - Условные обозначения  при  ,

Обозначения	L 80 км			V 120 км
X	5		8	3	5
N		4 или  8 или 16			N=4

 

Максимальная длина секции при  длине пролета 80 км составляет 640 км при количестве каналов в системе 4 или 8, или 16.

Максимальная длина секции при  длине пролета 120 км составляет 360 км, если число каналов в системе  более 4-х, при количестве каналов  в системе равное 4-м максимальная длина секции 600 км.

До появления оптических усилителей на основе EDFA традиционные волоконно-оптические системы использовали повторители-регенераторы, повышающие мощность сигнала. Когда длина между узлами начинала превосходить, по условиям затухания сигнала, максимально допустимую длину пролёта между соседними узлами, в промежуточных точках ставили дополнительные регенераторы. Они принимали слабый сигнал, усиливали его в процессе оптоэлектронного преобразования, восстанавливали скважность, фронты и временные характеристики следования импульсов, и после преобразования в оптическую форму передавали дальше «правильный» усиленный сигнал, в том же виде какой он был на выходе предыдущего регенератора. Хотя подобные системы регенерации работают хорошо, они являются весьма дорогими, и кроме того не могут наращивать пропускную способность линии.

При использовании EDFA потери мощности в линии преодолеваются путём оптического усиления. В отличие регенераторов, усиление не привязано к битовой скорости сигнала, что позволяет передавать информацию на более высоких скоростях и наращивать пропускную способность до тех пор, пока не вступают в силу другие ограничивающие факторы, такие как хроматическая дисперсия и поляризационная модовая дисперсия.

Рисунок 5.4 Волоконно-оптические системы передачи.

Однако, в отличие от регенераторов, оптические усилители вносят дополнительный шум, который необходимо учитывать, так как при прохождении сигнала через очередной усилитель соотношении между уровнями сигнала и шумов уменьшается. Данное уменьшение может приводить, при проходе сигнала через каскады усилителей, к невозможности выделить сигнал на уровне шума оптическим приёмником. Поэтому, наряду с коэффициентом усиления, одним из важных параметров EDFA является коэффициент шума.

5.4 Определение длины усилительного участка

При проектировании высокоскоростных ВОСП должны рассчитываться отдельно длина участка регенерации по затуханию и длина участка регенерации по широкополосности , т.к. причины, ограничивающие предельные значения и независимы.

В общем случае необходимо рассчитывать две величины длины участка регенерации по затуханию:

- максимальная проектная  длина участка регенерации;

- минимальная проектная длина участка регенерации.

Для оценки величины длин участка  регенерации могут быть использованы следующие выражения: