2. Методика розрахунку та оптимізації пропускної здатностіDWDM-системи
Розглянувши коло питань, які пов'язані з пропускною здатністю тракту можна відзначити наступне:
■ В усіх випадках проектувальник DWDM-систем має врахувати значення загальної кілометричної дисперсії волокна. Саме цей важливий показник визначає допустиму швидкість передавання інформації у окремо взятому каналі на визначену відстань (довжину регенераційної ділянки:), або, навпаки максимальну допустиму довжину регенераційної ділянки для заданої швидкості передавання інформації у оптичному каналі. У зв'язку з цим першочерговим завданням проектувальниа є мінімізація значення дисперсії у оптичному тракті. Це може, зокрема, бути досягнутим шляхом використання спеціальних типів оптичних волокон (волокна зі зміщеною дисперсією, як позитивною так і негативною), чергуванням їх у прольотах, а також з використанням пристроїв для компенсації дисперсії, які розглянуті у частині 1 даної роботи. Щоправда тут виникає необхідність використання оптичнихпідсилювачів для компенсації внесених втрат оптичної потужності. Більш дорогим та, відповідно, менш економічно вигідним є використання повно регенерації оптичного сигналу.
Для магістральних трактів є характерним високе значени оптичного загасання, яке складається як із загасання оптичних волокон, так і: загасання пасивного оптичного обладнання (мультиплексори демультиплекеори, комутатори, фільтри і т.п.). Тому необхідними компонентами DWDM систем є оптичні підсилювачі. При проектуванні таких систем потрібно використати потрібну кількість таких підсилювачів для компенсації всього загасання системи. Раманівські підсилювачі є ефективними та привабливими для використання на протяжних магістральних ділянках оскільки ефект підсилення виникає у самому оптичному волокні. Ціна підсилювачів є високою, але без них неможливо побудувати магістральні тракти. У паспортних даних підсилювача зазначається коефіцієнт підсилення та власні шуми (у дБ).
■ Одночасно із підвищенням загального рівня оптичної потужності, або потужності у каналі виникає загроза появи нелінійних ефектів: розсіювання Брілюена та розсіювання Рамана відповідно. Якщо пропускна здатність системи DWDM нарощується за рахунок збільшення числа оптичних каналів, то необхідно оцінити загальні оптичну потужність на вводі у волокно, та зробити висновки про можливість чи не можливість експлуатації такої системи. У випадку, якщо загальна потужність каналів перевищить порогову для розсіювання Брілюена, необхідно або зменшити потужність передавача, що неминуче зменшить довжину регенераційної ділянки, або зменшити кількість каналів у оптичному волокні, розділивши їх на кілька волокон (у випадку магістрального сполучення). За рахунок цього відстань між оптичними підсилювачами чи регенераторами залишиться сталою Якщо ж величина потужності одного каналу перевищить поріг для раманівського розсіювання, то чи не єдиним прийнятним виходом з цієї ситуації є зменшення потужності джерела випромінювання до допустимого рівня.
При збільшення оптичної потужності каналів значний вклад у перехресні завади та зниження відношення сигнал/шум вносить ефект чотирихвильового змішування. Даний ефект майже не проявляється при використанні стандартних одномодових волокон G.652 SMF. Найбільший паразитний вплив ЧХЗ справляє на СПІ в яких оптичний тракт побудований на оптичному волокні зі зміщеною нульовою дисперсією G.653 DSF. Для боротьби з цим явищем пропонується використання чергування прольотів з протилежними за знаками дисперсіями, або використання волокна з мінімальною, але ненульовою дисперсією. Звичайно, можна забезпечувати збільшення кроку між каналами та існування нерівномірного кроку між ними, за рахунок цього зменшуючи рівень завад від ЧХЗ.
Отже, при великих довжинах регенераційних ділянок пропускна здатність оптичного тракту визначається допустимою кількістю оптичних каналів із заданими потужностями джерел випромінювання, як добуток кількості каналів на швидкість одного з каналів. При цьому не можна нехтувати дисперсією волокна.
■ Джерела випромінювання, які використовуються на оптичних трактах зв'язку повинні володіти якомога меншими шумами та, відповідно значення відносної інтенсивності шумів лазера - RIN. Слід врахувати той факт, що із розширенням смуги оптичного каналу, шуми оптичного передавача зростають, а відношення сигнал/шум на вході оптичної лінії падає. Тому на високошвидкісних магістралях виправдане застосування більш дорогої, але якісної системи джерело постійної інтенсивності (спрощення стабілізації частоти та схем керування накачкою) + зовнішній модулятор (високошвидкісна електрооптична комірка). Щодо фотодетектора, то перевагу слід надавати пристроям із якомога вищою селективністю (але не менше ширини смуги оптичного каналу для запобіганню падінню рівня корисної оптичної потужності та рівня сигнал/шум каналу) та меншими власними шумами.
Якщо розглядати лінійну швидкість передавання оптичному каналі, то ефекти поляризаційної модової дисперсії на швидкостях більше 2,4 Гбіт/сек завдяки системі автоматичної компенсації гарантовано можна зменшити в 1,4 — 3 рази, що відповідно приведе до якісного прориву у збільшенні пропускної здатності на таких швидкостях.
Проаналізувавши чинники, які справляють вплив на якість передавання інформації можемо розділити їх на дві групи:
- шумоутворюючі чинники
- завадоутворюючі чинники.
Шумоутворюючі та завадоутворюючі чинники є відносно подібними, якщо врахувати велику кількість оптичних каналів у волокні, оскільки перехресні завади стають подібні до псевдо випадкових шумів, особливо за умови високих швидкостей передачі та фазових варіацій у оптичних каналах.
Таким чином, для забезпечення номінальної перепускної здатності слід задатися певним коефіцієнтом помилок - критерієм оцінки якості роботи каналу системи передавання.
Маючи необхідні дані щодо відстані, необхідно визначити конфігурацію обладнання тракту, тобто кількість регенераторів, оптичних підсилювачів, тип волокна на з'єднувальних ділянках ВОСПІ.
Далі вибирається тип джерел випромінювання, а саме оптичну платформу, на основі якої буде реалізовано кінцеві станцію оптичної траси. При цьому слід врахувати за відповідними формулами:
- лінійну швидкість
- обраний тип волокна
- тип підсилювачів на лінії;
- обов'язково врахувати довжину лінії, з врахуванням методики розрахунку параметрів загасання та дисперсії (в тому числі поляризаційно - модової) оптичного волокна отримати рівень потужності на вході.
Маючи рівень потужності на вході лінії та конфігурацію активного обладнання траси (кількість підсилювачів, регенераторів) можна звернути увагу на можливість компенсації дисперсії з допомогою спеціальних волоконних пристроїв, одначе не слід забувати про додаткові шуми, які вони вносять. Величину цих додаткових шумів регламентує виробник.
Наступним кроком є оцінка порогів потужності нелінійних явищ системі передавання із обраною конфігурацією. Якщо лінійна оптична потужність на трасі перевищить допустимий поріг необхідно оцінити негативний вплив відповідного оптичного явища, у вигляді так званого "штрафу" (у - дБп) відношення сигнал/шум на виході частин системи, у якій виникає спотворення.
Необхідно відзначити, що перевищення порогу для розсіювання SBS єнеприпустимим за жодних умов, це веде до спотворень с/ш порядку 10 дБ на кожен частотний канал. Загальна потужність, яка передається обмежується цим фактором. Перевищення порогу SBS свідчить про неминучість змін у конфігурації оптичного тракту(потужності активних компонентів їхню кількість - склад активного обладнання, кількість оптичних частотних каналів).
Заходи, яких необхідно вжити для усунення впливів чотири хвильового змішування, та кожного з видів нелінійних ефектів. Для чотири хвильового змішування увагу необхідно звернули на розташування каналів та тип оптичного волокна, що використовується.
Загальний штраф має включати як перехресні завади нелінійних ефектів уволокнах, так і шуми разом з ослабленням несучої внаслідок розсіювань(якщо перевищені відповідні порогові потужності). Сумарний штраф за оптичні нелінійні ефекти із протилежним знаком підсумовується у якості шумів оптичних волокон з шумами пасивного обладнання.
Наприкінці розрахунку враховують шуми прийомо-передавачів. Якщо рівень коефіцієнта помилок перевищує допустимий, за допомогою поданої методики одразу можна оцінити компонент ВОСПІ, який є критичним для даного варіанту конфігурації та вивести або замінити його шляхом рекомпозиції (з подальшим можливим подорожчанням системи в цілому, але покращить якість її роботи). Причому, якщо розрахунки проводяться з метою модернізації на вже прокладених волокнах, то замінити слід саме активне обладнання, звісно, якщо необхідні енергетичні та дисперсійні показники будуть забезпечуватись волокном.
У жодному разі не слід, сподіватися, що система, яка погано показала себе ще при розрахунках буде краще функціонувати при експлуатації, тому неточності у конфігурації необхідно усунути ще на стадії проектування причому важливим елементом є перспектива розвитку системи, якапроектується.