ПРИЛОЖЕНИЕ 3 Принцип работы ВОСП со спектральным разделением

В настоящее время широко применяется ВОСП-СР в рабочем диапазоне длин волн 1529-1565 нм, так называемый С-диапазон или III-е окно прозрачности. Структурная схема ВОСП-СР для одного направления передачи приведена на рисунке П3.1.

Рис.П3.1

Работает схема следующим образом. На передающем конце волоконно-оптической линии передачи (ВОЛП) на выходах т-систем передачи формируются m оптических сигналов на длине волны λшОна соответствует ΙII-ему окну прозрачности, т.е.λн< λIII < λв, где λн, λв -нижняя и верхняя граница рабочего диапазона длин волн в пределах окна прозрачности. Каждый из оптических сигналов поступает на вход транспондера (ТР), который преобразует значение λIIIдлины волны несущей оптического сигнала в строго определенное, фиксированное значение λi (i=l, ...m) в пределах рабочего диапазона длин волн. С выходов ТР оптические сигналы с адаптированными значениями длин
волн λ1,λ2,….,λmпоступают на m оптических входов оптического мультиплексора (ОМ), которое имеет один оптический выход. С выхода ОМ через оптический усилитель мощности ОУ1 результирующий оптический сигнал, вид которого приведен на рисунке П3.2, поступает в линию.

На приемном конце участка регенерации ВОЛП результирующий оптический сигнал через оптический усилитель приема ОУ2 поступает на оптический вход оптического демультиплексора (ОД), при этом на m оптических выходах ОД формируются оптические сигналы на длинах волн λ1,….,λm - соответствующих оптических каналов. Эти оптические сигналы поступают на соответствующие m приемные входы.

Рис.П3.2

Технологическая конструкция и принцип работы устройств ОМ и ОД аналогичны. На рис.П3.3 приведена типовая схема ОМ/ОД с зеркальным отражающим покрытием.

Рис. П3.3

Рассмотрим принцип работы схемы, например, в режиме демультиплексирования. Входной результирующий оптический сигнал (λ1,….,λm) через соответствующий входной (выходной) волновод (ВхВ) поступает на волновод-пластину (В-П), где распределяется по множеству волноводов, представляющих дифракционную структуру (ДфС). По прежнему сигнал в каждом из волноводов ДфС остается результирующим (спектрально-уплотненным) оптическим сигналом, а каждый канал (λ1,….,λm)остается представленным во всех волноводах. Далее происходит отражение сигналов от зеркальной поверхности (ЗК), и, в итоге, световые потоки вновь собираются в В-П, где происходит их фокусировка и интерференция - образуются пространственно разнесенные интерференционные максимумы интенсивности, соответствующие разным каналам.

Геометрия В-П, в частности расположение выходов и длины волноводов, ДфС рассчитываются таким образом, чтобы интерференционные максимумы совпадали с выходами В-П. Таким образом, на каждом из выходов В-П формируется оптический сигнал соответствующего канала λi (i=l,...,m), который через соответствующий ВхВ поступает на i-тый выход ОД.

Аналогично, но обратным путем происходит работа схемы в режиме мультиплексирования.

Применение OУ1 на передаче и ОУ2 на приеме необходимо для компенсации потерь на затухание мощности оптического излучения в каналах, в пассивных устройствах интегральной оптики ОМ и ОД. В этом случае применяются, как правило, ОУ на активном оптическом волокне, так как они имеют равномерную характеристику усиления для всех оптических каналов в пределах рабочего диапазона длин волн.

К преимуществам ВОСП-СР относится не только увеличение пропускной способности ОВ, но и возможность передачи по каждому из оптических каналов различных цифровых форматов (CTM-N, ATM, IP, Gigabit Ethernet и т.д.), как показано на рисунке П3.1.

Первые поколения ВОСП-СР, появившиеся на сети уже в середине 90 г.г., продемонстрировали новые возможности для операторов связи не только с точки зрения значительного увеличения пропускной способности существующих ВОЛП без существенных дополнительных капитальных затрат, но и с точки зрения более гибкой организации и развития сетей для транспортирования, например, различного вида информационной нагрузки.

Спрос на новые средства связи обусловил значительные инвестиции в этой области и, как следствие, к стремительному технологическому прорыву по многим аспектам новой техники. Изготовители аппаратуры, стремясь «обойти» друг друга на рынке средств связи заявляли о все новых технологических решениях, подчас не всегда обоснованных законченностью проведенных исследований и разработок.

Так, по сравнению с первыми поколениями ВОСП-СР, позволяющими передавать одновременно 4, 8 и 16 цифровых сигналов уровня СТМ-16 по ОВ типа SMF, сегодня можно констатировать нижеследующие поразительные результаты, достигнутые в этом направлении. Во первых, значительно возросло число оптических каналов сначала до 160 в 3-м окне прозрачности, так называемом стандартном диапазоне рабочих длин волн (С-диапазон: 1530-1565 нм), а затем до 512 с расширением в длинноволновую область или в 4-ое окно (L-диапазон: 1565-1625 нм) и в коротковолновую область или в 5-ое окно (S-диапазон: 1460-1530 нм). Проводятся исследования по освоению так называемых: расширенного (Е-диапазон: 1300-1460 нм) и сверхдлинного (U-диапазон: 1625-1675нм) диапазонов рабочих длин волн с перспективой еще большего увеличения числа оптических каналов.

Во-вторых, возросла скорость передачи цифрового сигнала в каждом оптическом канале сначала до 10 Гбит/с (уровень СТМ-64 или свыше 120 тысяч каналов ОЦК), а затем до 40 Гбит/с (уровень СТМ-256 или около половины миллиона каналов ОЦК) с перспективой увеличения до 160 Гбит/с.

Это потребовало совершенствования технологии основных компонентов ВОСП-СР. Были созданы и постоянно совершенствуются многоволновые ОУ для С-диапазона, к которым предъявляются более жесткие требования, нежели к одноволновым ОУ [51]. Разработан новый тип ОВ с ненулевой смещенной дисперсией специально для применения в ВОСП-СР с большим числом оптических каналов [63]. Разрабатываются ОУ и ОВ для применения за пределами С-диапазона.

Стремительность технологического прорыва в этой области привела к тому, что международные стандарты и Рекомендации МСЭ-Т по ВОСП-СР постоянно «опаздывают», постоянно дорабатываются и до сих пор содержат «белые пятна» по многим очень важным и принципиальным параметрам новой техники с точки зрения ее внедрения на сети.

Перспективы внедрения ВОСП-СР на ЕСЭ России прежде всего будут определяться необходимостью увеличения пропускной способности в основном существующих ВОЛП.

Увеличение пропускной способности применением новой технологии со спектральным разделением каналов может быть, например, осуществлено путем кардинальной реконструкции сети, связанной с прокладкой более дорогих ОК с ОВ типа NZDSSMF (см. Приложение 2), специально ориентированных на организацию большого числа оптических каналов m ≥ 40 и с высокой скоростью передачи цифровых сигналов в каждом оптическом канале, соответствующей уровню СТМ-16 и выше. Этот путь позволяет резко увеличить ресурсы проектируемой ВОЛП по пропускной способности, но связан со значительными дополнительными капитальными затратами. Насколько эффективными окажутся эти капвложения - это вопрос, на который сегодня пока нет ответа. Потому что во-первых, неизвестно, как в ближайшее время проявит себя динамика роста потребности в пропускной способности ВОЛП. Так, например, в ближайшие предшествующие годы отмечался достаточно высокий градиент этой динамики из-за появления расширяющегося спроса на новую услугу-интернет. Однако, сегодня можно уже констатировать заметное снижение дальнейшего роста потребности в этой услуге. Во-вторых, применение новых технологических решений по реализации ВОСП-СР с числом оптических каналов свыше 40 в условиях их «полной загрузки» неизвестно к каким «сюрпризам» приведет в процессе их функционирования в составе ВОЛП, т.к. нет еще опыта их длительной эксплуатации и, как отмечалось выше, отсутствует нормирование по всему комплексу их параметров и полная обоснованность законченностью разработок.

Другой возможный путь увеличения пропускной способности ВОЛП связан с внедрением основных компонентов ВОСП-СР на существующих ОК (в основном на ОВ типа SMF). Этот путь при существенно меньших дополнительных капитальных затратах реально позволяет при протяженности участка регенерации до 600 км в С-диапазоне организовать до 40 оптических каналов со скоростью передачи в каждом канале, соответствующей уровню СТМ-16 и СТМ-64 при использовании промежуточных ОУ (ОУ3) и компенсаторов дисперсии. Очевидно, с учетом предыдущих замечаний, этот путь внедрения ВОСП-СР будет наиболее определяющим для большинства операторов России по крайне мере в ближайшее десятилетие.

К особенностям проектирования ВОЛП на базе ВОСП-СР относится прежде всего необходимость расчета не только протяженности участка регенерации, но и длины элементарного кабельного участка при применении промежуточных оптических усилителей. При этом в отличие от одноканальных ВОСП необходимо учитывать ряд дополнительных факторов, связанных со спецификой работы ВОСП-СР, например, число и основные параметры оптических усилителей, число оптических каналов, влияние нелинейных эффектов.

Как отмечалось выше, к специфике ВОСП-СР, как оптической транспортной системе или так называемой оптической платформе, относится и то, что она должна обеспечивать передачу цифровых сигналов различных форматов (CTM-N, ATM, IP, Ethernet Gbit и т.д.) и с различной скоростью [51].

Это же предопределяет и другой подход к оценке качества передачи цифровых сигналов в оптических каналах ВОСП-СР. Существующий подход, связанный с оценкой качества по показателям ошибок (ES, SES), применим, если имеется возможность доступа к цифровым форматам (к соответствующим байтам заголовков информационных цифровых структур). Кроме того, нормы на показатели ошибок разработаны только для информационных структур ПЦИ и СЦИ. Поэтому при оценке качества функционирования ВОСП-СР может быть использован подход, связанный с измерением Q-фактора, который является универсальным в случае передачи любого цифрового формата [141].