Русский   English
ДонНТУ   Портал магістрів

Підвищення надійності волоконно-оптичних систем передачі зі спектральним поділом

Зміст

Введення

В даний час ринок телекомунікаційних послуг є одним з найбільш гармонійно і активно розвиваються секторів економії Росії. Будівництво корпоративних мереж зв'язку комерційних і державних структур, повсюдне проникнення інтернет, збільшення числа користувачів стільникових мереж зв'язку, впровадження і розширення мереж зберігання даних, лібералізація ринку послуг далекого зв'язку – все це вимагає наявності надійних і високошвидкісних магістральних каналів зв'язку.

1. Актуальність теми

На даний момент найбільше застосування на магістральних мережах зв'язку знайшли системи щільного спектрального ущільнення (DWDM, Dense WDM). Для стандартизації набору оптичних несучих систем DWDM з розносом 50 ГГц (близько 0,4 нм) і 100 ГГц (близько 0,8 нм) Міжнародний союз електрозв'язку (МСЕ) в жовтні 1998 року випустив рекомендацію ITU-Т G. 692. У ній передбачено поділ всієї робочої області оптичного волокна на L, С і S діапазони. В С діапазоні при кроці 0,4 нм можна розмістити до 100 каналів, що, вважаючи швидкість передачі в межах 2,5 – 10 Гбіт/с, дає інформаційну ємність одного волокна 250 – 1000 Гбіт/с. На Європейській конференції з оптичної зв'язку (ЕСОС), що проходила в Каннах у вересні 2006 року, повідомлялося, що японської корпорації NTT вдалося досягти сумарної швидкості передачі інформації по одному волокну близько 14 Тбіт/с на відстань 160 км. Для цього було використано 140 оптичних каналів по 111 Гбіт/с. Здійснюючи передачу трафіку на таких високих швидкостях Сучасні магістральні мережі стають вразливими навіть перед мінімальними і короткочасними перервами зв'язку. Саме тому існує потреба у своєчасній розробці та впровадженні заходів щодо підвищення надійності WDM мереж зв'язку. Наявність додаткового ступеня свободи – оптичної довжини хвилі в мережах WDM (на відміну від мереж, що використовують одну довжину хвилі) надає можливість забезпечення високої надійності за рахунок організації відновлення і резервування на оптичному рівні. Використання окремих оптичних каналів / оптичних довжин хвиль дозволяє забезпечити високу швидкість перемикання і підвищує ефективність роботи системи резервування. Завдяки цьому з'являється можливість реалізувати в мережах зв'язку значно ефективніші схеми організації резервування і відновлення. Створення системи резервування і відновлення магістральної мережі неминуче пов'язано з додатковими витратами. Найбільша частина витрат припадає на систему мережевого резервування, оскільки саме мережевий резерв має найбільшу вартість в порівнянні з іншими елементами системи резервування і використовується тільки в разі пошкоджень на мережі. Тому необхідно організувати таку систему резервування, яка дозволить забезпечити високу надійність мережі зв'язку зі збереженням прийнятного рівня фінансових вкладень. Все вищевикладене підтверджує актуальність розгляду питань підвищення надійності WDM мереж зв'язку та розробки схем і методів їх резервування.

2. Аналіз волоконно-оптичних систем передачі зі спектральним поділом.

В даний час на багатьох ВОЛЗ загального користування використовуються швидкості передачі до 622 Мбіт/с, але все більше застосування отримують ВОСП на швидкості передачі 2,5 Гбіт/с і вище. За такими ВОЛЗ можна організувати від 7680 до 100 000 каналів тональної частоти (КТЧ) або основних цифрових каналів (ОЦК) з пропускною здатністю 64 Кбіт/с. в даний час розроблені ВОСП на швидкості до 40 Гбіт/с. Ці можливості не є граничними: спектральне ущільнення (СУ) і когерентний прийом дозволять на кілька порядків збільшити сумарну швидкість передачі інформації по ВОЛЗ. Якщо звернутися до третього вікна прозорості ОВ шириною 140 мкм на довжині хвилі 1,55 мкм, то в ньому можна розмістити до 630 спектральних каналів (СК) при розносі частот між ними 24 ГГц і швидкості передачі 2,4 Гбіт/с в кожному. Це відповідає приблизно сумарній швидкості 1,5 Тбіт/с або 23 млн КТЧ або ОЦК. Для опису параметрів оптичних кабелів і компонент ВОСП використовується як частота, так і довжина хвилі

3. Класифікація волоконно-оптичних систем зв'язку

Існує різноманітна Класифікація ВОСП, але в основному застосовується наступна.

3.1 ВОСП в залежності від застосовуваного каналообразующего обладнання

1. аналогові волоконно-оптичні системи передачі (АВОСП), якщо каналообразующее обладнання будується на основі аналогових методів модуляції параметрів гармонійної несучої частоти (амплітудна, частотна, фазова модуляції та їх комбінації) або параметрів періодичної послідовності імпульсів (амплітудно-імпульсна, широтно-імпульсна, фазоімпульсна модуляції та їх комбінації);

2. цифрові волоконно-оптичні системи передачі (ЦВОСП), якщо каналообразующее обладнання будується на основі імпульсно-кодової модуляції, дельта-модуляції і їх різновидів; найширше застосування знаходять ЦВОСП.

3.2 ВОСП залежно від способу модуляції оптичного випромінювання

1. волоконно-оптичні системи передачі з модуляцією інтенсивності оптичного випромінювання і відповідної його демодуляції, звані іноді прямою модуляцією і широко застосовуваної в більшості ЦВОСП;

2. волоконно-оптичні системи передачі з аналоговими методами модуляції оптичного випромінювання( оптичної несучої): амплітудної, фазової, частотної модуляціями та їх комбінаціями.

3.3 ВОСП залежно від способу прийому або демодуляції оптичного сигналу

1. волоконно-оптичні системи передачі з прямою демодуляцією або безпосереднім прийомом, при якому відбувається безпосереднє перетворення інтенсивності оптичного випромінювання в електричний сигнал, напруга або струм якого однозначно відображають зміну інтенсивності оптичного сигналу;

2. когерентні волоконно-оптичні системи передачі, в яких застосовується гетеродинне або гомодинне перетворення частоти незалежно від виду модуляції (синхронна або несинхронна) оптичного випромінювання, здійснюване на проміжній частоті. При гетеродинному прийомі одночасно з оптичним сигналом частоти на фотодетектор подається досить потужне оптичне випромінювання місцевого гетеродина з частотою, на виході фотодетектора виділяється проміжна частота, на якій і здійснюються подальші перетворення оптичного сигналу в електричний. При гомодинному методі прийому частоти коливань прийнятого оптичного випромінювання і місцевого гетеродина повинні бути однаковими, а фази синхронізовані.

4. Узагальнена структурна схема волоконно-оптичної системи передач

До складу волоконно-оптичної системи передачі (ВОСП) входять наступні технічні засоби:

1. Каналообразующее обладнання (КОО) тракту передачі, що забезпечує формування певного числа типових каналів або типових групових трактів зі стандартною шириною смуги пропускання або швидкістю передачі.

2. Обладнання сполучення (ОС) тракту, необхідне для сполучення параметрів багатоканального сигналу на виході КОО з параметрами оптичного передавача.

3. Оптичний передавач (ОПер), що забезпечує перетворення електричного сигналу в оптичний сигнал, довжина хвилі якого збігається з одним з вікон прозорості оптичного волокна; до складу ОПер входять: джерело оптичного випромінювання (ІСІ) оптичної несучої, один чи декілька параметрів якого модулюються електричним багатоканальним сигналом, що надходять з ОС, і згода пристрій (СУ), необхідне для введення оптичного випромінювання в волокно оптичного кабелю з мінімально можливими втратами; як правило, джерело оптичного випромінювання і згода пристрій утворюють єдиний блок, званий передавальним оптичним модулем (ПЗЗ).

4.Оптичний кабель, волокна якого служать середовищем поширення оптичного випромінювання.

5.Оптичний ретранслятор (ОР), що забезпечує компенсацію загасання сигналу при його проходженні по оптичному волокну (ІВ) і корекцію різного виду спотворень; (ОР) можуть бути обслуговуваними або необслуговуваними і встановлюються через певні відстані, звані ретрансляційними ділянками; в ОР може проводитися обробка (посилення, корекція, регенерація і т.д.) як електричного сигналу, який виходить шляхом перетворення оптичного сигналу і подальшого перетворення скоригованого електричного сигналу в оптичний, так і оптичного сигналу за допомогою оптичних квантових підсилювачів.

6. Оптичний приймач (ОПр), забезпечує прийом оптичного випромінювання і перетворення його в електричний сигнал; ОПр включає в себе згода пристрій (СУ), необхідне для виведення оптичного випромінювання з ОВ з мінімальними втратами, і приймач оптичного випромінювання (ПВІ); сукупність узгоджувального пристрою і приймача оптичного випромінювання являє приймальний оптичний модуль (ПРОМ).p>

7.Інтерфейсна апаратура (ОС) приймального тракту, що перетворює сигнал на виході Пром в багатоканальний сигнал відповідного СОО.

8.Каналообразующее обладнання (КОО) тракту прийому, що здійснює зворотні перетворення багатоканального сигналу в сигнали окремих типових каналів і трактів.

Рисунок 1-узагальнена структурна схема волоконно-оптичної системи передач

ВОСП зі спектральним ущільненням або мультиплексуванням з поділом довжин хвиль (wavelength division multiplexing, WDM) передбачає, що по одному ОВ одночасно передається кілька спектрально рознесених оптичних несучих, кожна з яких модулюється багатоканальним сигналом, сформованим відповідним каналообразующим обладнанням. Можливість побудови таких систем ґрунтується на порівняно слабкій залежності коефіцієнта загасання ОВ в межах відповідного вікна прозорості від частоти (або довжини хвилі) оптичної несучої. Тому, застосовуючи метод частотного поділу, по одному ОВ можна організувати кілька широкосмугових оптичних каналів, збільшивши тим самим результуючу швидкість передачі інформації.

ВОСП з частотним або гетеродинним ущільненням. У системах передачі з частотним мультиплексуванням вихідним багатоканальним сигналам різних джерел в лінійних трактах відводяться певні смуги частот. У цьому випадку для отримання групового лінійного оптичного сигналу потрібні близько розташовані стабільні оптичні несучі. Однак нестабільність частоти оптичного випромінювання, особливо при високошвидкісної модуляції, призводить до того, що відстань по спектру між робочими довжинами хвиль сусідніх каналів у багато разів перевищує смугу інформаційного сигналу. Тому для отримання близько розташованих спектральних каналів в ВОСП використовуються різні несучі не від різних джерел, а від одного, але досить стабільного, за допомогою відповідного зсуву оптичної несучої. Ущільнення з таким принципом формування оптичних несучих, називається частотним (гетеродинним) ущільненням.

ВОСП з тимчасовим ущільненням припускають, що кілька інформаційних або компонентних потоків об'єднуються в один, і для передачі кожного компонентного потоку по одному ОВ відводиться свій часовий інтервал. Об'єднання може бути здійснено на рівні електричних сигналів і на рівні оптичних сигналів.

Висновок

Можливість побудови таких систем заснована на відносно слабкій залежності коефіцієнта загасання у відповідному вікні прозорості від частоти (або довжини хвилі) оптичної несучої. Тому, використовуючи метод частотного поділу, на одному ОВ можна організувати кілька широкосмугових оптичних каналів, тим самим збільшуючи результуючу швидкість передачі інформації.

Список джерел

  1. Установлен новый рекорд скорости передачи данных в оптических сетях // C-news. 23.10.2006.
  2. O.E. Наний. Оптические передатчики с перестраиваемой длиной волны излучения для DWDM-сетей связи, ч.1 // Lightwave Russian Edition, 2006, №1.
  3. Романчева, Н.И. Базовые Интернет-технологии учебное пособие / Н.И. Романчева. – М.: МГТУГА, 2008. – 96 с.
  4. E.M. Дианов, А.А.Кузнецов. Спектральное уплотнение каналов в волоконно-оптических линиях связи // Квантовая электроника. 1983, № 10.
  5. Р. Фриман. Волоконно-оптические системы связи. М.: Техносфера, 2003.
  6. Тенденции развития волоконно-оптической связи: от высокой емкости к гибкости оптических сетей. // LightWave Russian Edition. 2003, №1.
  7. Ж.И. Алферов, М.И. Беловолок, А.Н. Гурьянов, и др. Многоканальная дуплексная волоконно-оптическая линия связи на длине волны 1,3 мкм // Квантовая электроника, 1982, №9.
  8. М.И. Беловолок, А.Т. Гореленок, Е.М. Дианов, и др. Макет волоконно-оптической линии связи со спектральным уплотнением в области 1,3 мкм // Квантовая электроника.1979, №6. – Режим доступа: [http://www.mathnet.ru..].