Технические решения по внедрению технологии спектрального уплотнения на магистральной ВОЛП

Федеральное агентство связи
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
 «Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики» 
      
Факультет                                 Заочного обучения

Направление 
(специальность)  Инфокоммуникационные технологии  и системы связи


Кафедра                   Линий связи и измерений в технике связи

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА
(БАКАЛАВРСКАЯ РАБОТА)

Технические решения по внедрению технологии спектрального уплотнения на магистральной ВОЛП

Утверждаю
зав.каф. ЛС и ИТС   д.т.н., проф.

В.А. Андреев         

      Должность                          Уч.степень, звание            Подпись
   Дата
Инициалы Фамилия
Руководитель
доц. каф. ЛС и ИТС  к.т.н., доц.                                   

М.В.Дашков
Н. контролер
доц. каф. ЛС и ИТС  к.т.н.,                                  

К.А.Яблочкин
Разработал
гр. 36

М.А.Василенко

  Группа                             	          Подпись
Дата
Инициалы Фамилия



Самара 2017

     Содержание

Задание ...………………………………………………..……......……..
3
Отзыв руководителя...…………………...……………………………...
5
Показатели качества ВКР ...……………………………………………
7
Реферат.…………………………………………………….…………… 
8
Введение…………………………………………………………………
9
1 Характеристики проектируемой ВОЛП……………………….…….
13
1.1 Требования к оборудованию передачи данных…...………….   
13
1.2 Характеристика ВОЛП…………………………………………
16
2 Выбор станционного оборудования DWDM…...……………….…..
20
2.1 Когерентные системы связи……………...…………………….   
20
2.2 Выбор транспондера……………………...…………………….   
22
2.3 Выбор мультиплексора……….…………...…………………….   
25
2.4 Выбор активного мультиплексора ввода/вывода ROADM-4/1   
27
3 Выбор и размещение оптических усилителей на регенерационном участке…...……………………..………...………………………….…..
30
3.1 Выбор типа оптического усилителя……..…………………….   
30
3.2 Классификация оптических усилителей по назначению…….   
32
4 Расчет параметров передачи оптического тракта регенерационного участка……………………………………………..
36
4.1  Расчет накопленной хроматической дисперсии…….……….   
36
4.2  Расчет накопленной поляризационной модовой дисперсии..
4.3  Расчет затухания на элементарном кабельном участке….….   
39
41
4.4  Расчет отношения сигнал/шум на ВОЛП с оптическими усилителями………………………………………………………… 
46
Заключение……………………………………………………………...
55
Список использованных источников………...……………………......
57


Федеральное агентство связи
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение 
высшего образования
«Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики» 



ЗАДАНИЕ

по подготовке выпускной квалификационной работы


Студента

Василенко Михаила Андреевича 

1 Тема ВКР

Технические решения по внедрению технологии

спектрального уплотнения 

на магистральной ВОЛП  

Утверждена приказом по университету от
25.11.2016
№
291-2 

2 Срок сдачи студентом законченной ВКР
17.01.2017

3 Исходные данные и постановка задачи



       


     Разработка рекомендаций по модернизации магистральной ВОЛП 

с использованием  технологии спектрального уплотнения.



   Исходные данные:

1) Характеристика магистральной  линии связи  Москва  - Самара ,  

2) Характеристика транспондера   MS-100E-Т10; ООО «Т8»

3) Характеристика мультиплексора  OM-40-AV-PМ; ООО «Т8»

4) Характеристика активного мультиплексора ввода и вывода

         ROADM-4/1;  ООО «Т8»

5) Характеристики оптических усилителей EDFA






  4 Перечень подлежащих разработке в ВКР вопросов или краткое
    содержание ВКР.                                    Сроки исполнения
 17.01.2017



1)  Характеристика магистральной трассы 

2) Выбор оборудования уплотнения

3) Выбор и размещение оптических усилителей

4) Расчет параметров регенерационного участка

5)Расчет дисперсионных характеристик оптического тракта 

6)Расчет оптического отношения сигнал/шум на регенерационном участке



 















5 Перечень графического материала.      Сроки исполнения
 17.01.2017




Демонстрационный материал в виде слайдов.








6 Дата выдачи задания
«
25
»
ноября
2016 г.


Кафедра
Линий связи и измерений в технике связи


Утверждаю
зав.кафедрой, д.т.н., проф.
 
В.А. Андреев

Должность,         уч.степень,       звание              Подпись
Дата
Инициалы, фамилия
Руководитель
     доцент        к.т.н,  доцент                     

М.В. Дашков

Должность,         уч.степень,       звание              Подпись
Дата
Инициалы, фамилия
Задание принял
к исполнению

      36

 

М.А. Василенко

      Группа                                                              Подпись 
Дата
Инициалы, фамилия
Федеральное агентство связи
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
 «Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики»

ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ВКР
По ВКР студента
Василенко Михаила Андреевича
На тему
Технические решения по внедрению технологии

спектрального уплотнения на магистральной ВОЛП


Студент
   ИКТиСС-36

М.А. Василенко

       Группа                             	                 Подпись
Дата
Инициалы Фамилия
Руководитель ВКР
 доцент      к.т.н., доцент

М.В. Дашков

  Должность          Уч.степень, звание      Подпись
Дата
Инициалы Фамилия
1 Работа выполнена :


  - по теме, предложенной студентом
?
___________________________________________
     


  - по заявке предприятия
?

    


  - в области фундаментальных и
    поисковых научных исследований
?




2 Результаты ВКР:


  - рекомендованы к опубликованию
?




  - рекомендованы к внедрению
?
Проектным организациям при модернизации ВОЛП



  - внедрены 
?




3 ВКР имеет практическую ценность
?
Технические предложения по модернизации ВОЛП с оборудованием DWDM



4 Использование ЭВМ при
   выполнении ВКР:



  (ПО, компьютерное моделирование,    компьютерная обработка данных и др.)
?
Расчет параметров оптического тракта



  5. ВКР прошла проверку на объем заимствований
?

  
?

Введение
     В настоящее время телекоммуникационная индустрия претерпевает беспрецедентные изменения, связанные с переходом от голосовых систем к системам передачи данных, что является следствием бурного развития Интернет технологий и разнообразных сетевых приложений и влечет за собой открытие новых направлений в развитии оборудования передачи данных. Сети связи создавались исходя из прогнозов роста объемов телефонного трафика, но вряд ли двадцать лет назад кто-нибудь мог предвидеть столь резкое увеличение трафика данных в результате появления приложений с высоким потреблением пропускной способности. Как правило, информационный трафик использует ту же опорную сеть, что и телефонный трафик. В результате уровень загруженности сетей многих операторов связи приблизился к 100%. Поэтому они встали перед необходимостью увеличения пропускной способности раньше, чем того ожидали. Сегодня, на протяженных магистральных участках традиционные способы увеличения пропускной способности все чаще оказываются неэффективными в силу финансовых или технических причин.
     На сегодняшний день для увеличения пропускной способности в оптических сетях активно внедряются и используются различные технологии уплотнения. В зависимости от расстояния и скорости передачи, уплотнение можно разделить на два вида, грубого (СWDM) и плотного (DWDM) мультиплексирования. Если говорить кратко, WDM — это технология передачи нескольких длин волн по одному волокну. Иногда длину волны называют также цветом (color), или лямбда (по ее стандартному обозначению в физике). Она предусматривает ввод — мультиплексирование или уплотнение — нескольких длин волн с одного конца волокна и их разделение — демультиплексирование или разуплотнение — с другого конца волокна. Казалось бы, все просто, однако, как мы увидим ниже, применяемые при этом технические решения весьма сложны.
     На сегодняшний день большая часть сети связи Корпорации «Ростех» - простые одно волоконные оптические схемы. Важной задачей программы развития и технического перевооружения сети связи является перевод сети на новые качественные стандарты передачи данных. На первом этапе приоритеты должны быть отданы обеспечению потребностей в каналах связи строящихся и реконструируемых производственных объектов ОПК (Оборонно-Промышленного Комплекса), а также созданию единой транспортной среды передачи данных для всех объектов ОПК на базе высокоскоростных  оптических каналов связи.
     Реконструкция сети связи Корпорации «Ростех» проводится комплексно с учетом как ведомственных, так и общегосударственных задач. Избыточный ресурс отраслевой сети связи предполагается использовать в интересах других ведомств, коммерческих и частных структур на договорной основе в соответствии с действующим законодательством.
Перспективным аспектом работы в данном направлении является организация высокоскоростных каналов связи по существующим волоконно-оптическим линиям связи проходящих вдоль автомобильных дорог Москва-Рязань-Пенза-Тольятти-Самара, которые позволят организовать высокоскоростные каналы передачи данных не прибегая к строительству новых волоконно-оптических линий связи (ВОЛС).
     Поэтому тема выпускной квалификационной работы (ВКР), посвященная вопросам разработки технических решений по внедрению технологии спектрального уплотнения на магистральной волоконно-оптической линии передачи (ВОЛП) на участке «Москва - Самара», является актуальной.
     
     
     
     

     Целью ВКР является техническое решение по внедрению технологии спектрального уплотнения ВОЛП на участке  Москва – Самара. Расчет необходимых параметров для реализации оборудования DWDM системы на существующей ВОЛП. Подбор необходимого активного оборудования. 
     Задачами ВКР являются:
     - разработка схемы организации связи;
     - выбор оборудования транспондера  DWDM-системы передачи;  
     - выбор оборудования мультиплексора DWDM-системы передачи; 
     - выбор оптического усилителя;
     - расчет параметров регенерационного участка ВОЛП.
     Объектом работы является существующая трасса ВОЛП на участке Москва - Самара. Предметом работы являются технические вопросы по выбору оборудования уплотнения, расчет показателей ВОЛП на соответствие требованиям DWDM системы на участке Москва - Самара.
     Основными источниками информации, используемыми в ВКР, являются открытые источники из сети Интернет и научно-техническая литература, посвященная тематике спектрального уплотнения ВОЛП. Все используемые источники указаны в разделе ВКР «Список использованных источников». 
     ВКР состоит из Введения, четырех глав, Заключения, Списка использованных источников и Приложения. В приложении вынесены слайды презентации, которые отображают основные результаты ВКР.
     В первой главе рассмотрены характеристики существующей трассы, где планируется внедрение системы уплотнения, а так же требования к оборудованию передачи данных. 
     Вопросы выбора схемы организации связи и оборудования оптической системы передачи рассмотрены во второй главе.
     Вопросы выбора марки оптического кабеля и типа оптического волокна рассмотрены во втором разделе второй главы.
     В третьей главе рассматриваются вопросы выбора оптического усилителя.
     В четвертой главе выполнен расчет параметров регенерационного участка ВОЛП.
     В заключении делаются основные выводы по проделанной в ВКР работе.
     
     


      















Глава 1. Характеристика проектируемой ВОЛП
1.1 Требования к оборудованию передачи данных

     Ростех – российская промышленная корпорация, включающая порядка 700 организаций, из которых в настоящее время сформировано 9 холдинговых компаний в оборонно-промышленном комплексе и 5 – в гражданских отраслях промышленности. Организации Ростеха расположены на территории 60 субъектов РФ и поставляют продукцию на рынки более 70 стран. [1]
     В настоящее время возникла необходимость построения сети связи с большим уплотнением каналов для передачи данных на большие расстояния за максимально короткий промежуток времени. Существующая сеть с «устаревшим» оборудованием не предоставляет необходимый уровень передачи данных, и по своей простоте не позволяет использовать возможности оптических линий передачи данных на максимально допустимом уровне. Потенциальная пропускная способность оптического волокна (ОВ) составляет около 100 Тбит/с, а существующие системы  реализуют существенно меньше 1% его возможностей.
     Увеличение пропускной способности волоконно-оптических линий связи может осуществляться двумя путями:
   1. Экстенсивным, включающим в себя использование так называемых «темных волокон», т.е. неиспользуемых ОВ оптического кабеля, путем подключения к ним соответствующего оборудования систем передачи, или прокладку нового оптического кабеля; возможности этого пути весьма ограничены и он экономически бесперспективен.
   2. Интенсивным, в данном случае повышение пропускной способности ОВ достигается увеличением числа оптических каналов, организуемых на различных длинах волн в соответствующих окнах прозрачности ОВ.

     Рост пропускной способности при использовании технологии WDM осуществляется без дорогостоящей замены оптического кабеля. Технология WDM позволяет сдавать в аренду не только оптические кабели или волокна, но и отдельные длины волн, то есть реализовать концепцию “виртуального волокна”.
     В системах передачи с использованием технологии WDM в соответствии с рекомендациями МСЭ-Т могут использоваться диапазоны, приведенные в таблице 1.1.
     Таблица 1.1
     Диапазоны систем передач с технологией WDM[12]
     
Диапазон
Наименование
Спектр, нм
О - диапазон
Основной (O – Original)
1260 - 1360
Е - диапазон
Расширенный (E – Extended)
1360 - 1460
S - диапазон
Коротковолновый (S – Shot wavelength)
1460 - 1530
C - диапазон
Стандартный (C – Conventional)
1530 - 1565
L - диапазон
Длинноволновый ( L – Long wavelength)
1565 - 1625
U - диапазон
Сверх-длинноволновый 
(U – Ultra - long wavelength)
1625 - 1675
     
     Суммарно ширина спектра, охватывающего все шесть диапазонов этой таблицы, составляет 415 нм. В пересчете на частоту это даст полосу порядка 60 ТГц. На сегодняшний день технология WDM позволяет организовывать в одном ОВ свыше 100 оптических каналов при разносе оптических несущих каналов друг от друга всего на доли нанометра. Такая технология называется плотным волновым мультиплексированием (Dens WDM – DWDM).
     В настоящее время с увеличением роста потенциала оборонной 
промышленности Российской Федерации, в целях своевременного обеспечения средствами высокоскоростной связи объектов оборонно-промышленного комплекса (ОПК) на территории РФ. Необходимо объединить филиалы Корпорации Ростех в одну масштабную систему связи, возможности которой позволяли передавать не только большие объемы данных, но и проводить потоковые видео-конференции в режиме онлайн, для ежедневного доклада о достижениях в производстве.
     Одним из этапов реализации проекта является внедрение системы спектрального уплотнения на участке существующей магистральной трассы  Москва – Самара.
      Карта магистральной ВОЛП представлена на рис. 1.1
      

Рис 1.1 -  Карта магистральной ВОЛП (Москва - Самара)

     Задача по организации высокоскоростных каналов связи на магистральной волоконно-оптической линии связи Москва – Самара заключается в следующем:
1) Выбор необходимого оборудования для организации не менее 80 оптических каналов 
- Уровень передачи в оптическом канале 100 Гбит/с
- Шаг  между оптическими каналами 50 ГГц
2) Выбор оптического усилителя
3) Расчет необходимых показателей для успешной работы системы
4) Расчет участков регенерации
5) Расчет оптического бюджета 
     Планирование и построение систем передачи на основе технологии спектрального уплотнения является сложной задачей  и требует анализа всей совокупности компонентов в целом. 
     При проектировании систем передачи на основе технологии WDM особое внимание уделяется следующим пунктам:
- в зависимости от поставленной задачи необходимо выбрать требуемую технологию (CWDM или DWDM);
- определение пропускной способности отдельных каналов;
- расчет затухания регенерационного участка;
- выбор ОУ и числа усилительных участков что ведет к необходимости расчета помехозащищенности на выходе проектируемой волоконно – оптической системы передачи;
- планирование архитектуры, топологии и структуры сети;
     По окончанию всех этих мероприятий необходимо рассчитать оптический бюджет спроектированной системы передачи с учетом всего выбранного оборудования и, тем самым, проверить на уровне расчетов её работоспособность.
    

1.2  Характеристика ВОЛП

     Во избежание строительства нового участка магистральной трассы, что безусловно увеличит продолжительность и стоимость работ, принято решение использовать существующую оптическую трассу Москва - Самара. Продолжительность которой составляет 1100 км.

      Рис. 1.2 - Магистральная ВОЛП «Москва – Самара»
      
     Трасса пролегает вдоль автомобильных дорог, и проходит транзитом через такие города, как Рязань, Пенза, Тольятти. Промежуточными точками  являются населенные пункты: Люберцы, Коломна, Авдотьинка, Ямбирно, Спасск, Кривошеевка, Махалино, Новоспасские, Печерское.
     Населенные пункты расположены на расстоянии не более 100 км., это упрощает задачу по расчету максимального расстояния ЭКУ. Так как трасса существующая, с существующими промежуточными пунктами, необходимость аренды помещений для установки усилителей отсутствует. Возможность размещения проектируемого оборудования на существующих узлах связи заключается в установке усилителя в существующей стойке с оборудованием. Такое решение решит проблему электропитания и доступности оборудования для эксплуатации и дальнейшего обслуживания сети.
     Ниже в таблице 1.2 указано расстояние между населенными пунктами на промежутке трассы Москва – Самара в порядке увеличения, а так же расстояния между участками регенерации.


     Таблица 1.2
Расстояние между населенными пунктами Москва – Самара


Населенный пункт
Расстояние между населенными пунктами, км.
Расстояние усилительного участка, км.
Москва
0
0
Коломна
86
86
Рязань
167
81
Авдотьинка
263
96
Ямбирно
350
87
Спасск
434
84
Кривошеевка
487
53
Пенза
582
95
Махалино
677
95
Новоспасское
776
99
Печерское
866
90
Тольятти
920
54
Самара
993
73
      
     Для организации связи на магистральном участке Москва – Самара будет использован существующий кабель с оптическим волокном марки Corning SMF 28Ultra. Данный кабель соответствует стандартам G.652. Параметры одномодового ОВ по стандарту МСЭ-Т G.652 указаны в табл.1.3
      Оптические характеристики кабеля марки Corning SMF-28 Ultra представлены в таблице 1.4 
     Существующий кабель обладает  передовыми характеристиками по затуханию, микро изгибным потерям, величине поляризационно модовой дисперсии. Все это дает неоспоримое преимущество в реконструкции старых сетей.



Таблица 1.3
Параметры одномодового ОВ по стандарту МСЭ-Т G.652

Параметры:
- Тип волокна: SF
- Рабочие окна прозрачности: 1310/1550 нм
- Затухание: в окне 1285-1330 (нм) - ? 0,4 дБ/км ;
                      в окне 1520-1565(нм) - ? 0,2 дБ/км
- Длина волны отсечки кабеля: 1260 нм
- Длина волны нулевой дисперсии: 1310 нм
- Значение дисперсии в окне 1550 нм: 18 пс/нм*км
- Эффективный групповой показатель преломления:
                 на длине волны 1310 нм – 1,4675 ;
                 на длине волны 1550 нм – 1,4681
- Числовая апертура: 0,13
      
      Таблица 1.4
Оптические характеристики кабеля Corning SMF-28 Ultra

Затухание в волокне на длине волны:
Максимальное значение (дБ/км):
1550 нм.
< 0.18
1625 нм.
< 0.20
Дисперсия на длине волны:
Величина дисперсии [пс/(нм*км)]
1550 нм.
< 18.0
1625 нм.
< 22.0
Поляризационная модовая дисперсия
Величина 
ПМД протяженной линии
< 0,02
Макс. Величина ПМД в волокне
< 0,01
     
     


    Глава 2. Выбор станционного оборудования DWDM
     2.1. Когерентные системы связи
      
     В связи с ростом объемов передаваемой информации потребность в увеличении скорости передачи информации растет на всех уровнях, начиная с локальных сетей и соединений между компьютерами и заканчивая дальними транспортными сетями, охватывающими всю планету. В сетях дальней связи задача увеличения пропускной способности волоконно- оптических линий связи при сохранении дальности без регенерационной передачи информации стоит наиболее остро. Для ее решения во всем мире на смену системам с канальной скоростью 10 Гбит/с, использующим модуляцию мощности (формат OOK) и прямое детектирование, приходят оптические системы с канальными скоростями 40 и 100 Гбит/с. В настоящее время в приемниках фазовых форматов модуляции используется либо дифференциальное, либо когерентное детектирование. Когерентные системы связи позволяют использовать все 4 степени свободы электромагнитного поля: амплитуду и фазу (или две квадратуры) в каждой из двух поляризаций. (рис. 2.1)
     
     Рис. 2.1 – Структура оптического сигнала в формате DP QPSK [6]
      Это позволяет в формате DP QPSK (Dual Polarization — Quarter Phase Shift Keying) передавать 4 бита на каждый символ, используя всего один уровень мощности. QPSK символы кодируются с использованием кода Грэя, в соответствии с которым расположенные рядом символы отличаются только на один бит. Как видно из фазовой диаграммы (рис.2.1), символы, значения которых отличаются на 1 бит, расположены в соседних квадрантах, и отличаются состоянием только одного модулятора Маха-Цендера. Переход к противоположному квадранту соответствует изменению состояния двух модуляторов Маха-Цендера. Использование кодов Грэя очень важно, т.?к. обеспечивает минимальный уровень ошибок среди возможных кодировок. Таким образом, переход от прямого детектирования к когерентному детектированию в новом поколении систем связи является закономерным. Он позволяет увеличить объем передаваемой информации, используя спектральное и поляризационное уплотнение каналов, а также спектрально-эффективные форматы модуляции, в частности, формат DP-QPSK. [6]
     Благодаря сочетанию высокой  спектральной и энергетической эффективности, формат DP QPSK обеспечивает максимальную производительность систем связи.[7]
     Таким образом, преимущества когерентных систем связи, в частности систем связи на основе оборудования компании «Т8», полностью проявляются в длинных линиях связи без промежуточных компенсаторов дисперсии. В то же время, благодаря отличным оптическим характеристикам транспондеры можно использовать на линиях, построенных для 10 Гбит/с без модернизации. Это открывает для операторов связи возможность проводить постепенную модернизацию своей сети путем постепенной установки в выделенных каналах оборудования 100G. [6]
     
     

     2.2 Выбор транспондера
     
     Транспондер применяется  для преобразования несущей  длинны волны сигнала, приходящего от оборудования клиента, к частотному плану ITU-T, а сигнала, приходящего из линии,-  к несущей длине волны оборудования клиента. Современные транспондеры работают в стандарте OTN и упаковываю клиентские сигналы различных типов (Ethernet, SDH, FC), в стандартные OTN-контейнеры имеющие унифицированные заголовок , обработку аварий и сигнализации и поля FEC. Поступающие на вход транспондера оптический сигнал детектируется и восстанавливается  цифровым фотоприемником. При полном восстановлении цифрового сигнала при  3-R регенерации восстанавливается три основных параметра импкльса: амплитуда форма и положение на шкале времени (синхронизация). Далее с помощью этого сигнала моделируется лазер с распределенной обратной связью (DFB(L) – Distributed Feed Back (Laser)), генерирующий свет на длине волны, соответствующей частотному плану ITU-T. В транспондерах  Волга используется упреждающая коррекция ошибок (FEC – Forward Error Correcting).  [2] 
     Для организации 80 высокоскоростных оптических каналов подходит оборудование спектрального уплотнения «ВОЛГА» отечественного производителя ООО «Т8» - технологии бесконечности.  По своим характеристикам на данный момент это самое лучшее решение отечественного производства.
     Транспондеры компании Т8 обладают рядом преимуществ:
      - когерентный формат передачи  DP-QPSK
      - алгоритм коррекции ошибок SoftFEC
      - хроматическая дисперсия  ±50000
      
Транспондер марки: MS-100E-Т10
Таблица 2.1

Основные технические характеристики транспондера

Характеристика 
Значение 
MS-100E-Т10
Формат передачи:                             

OTU4 (Soft FEC), DP-QPSK coherent
                                                        
Тип интерфейса передачи: 
LC/UPC, лазер , перестраиваемый в С-диапазоне
Спектральный диапазон выходного и входного оптического сигнала, 
ТГц 
191,15 … 196,05 
Используемые оптические частоты (каналы) согласно ITU-T G.694.1
Число оптических каналов с шагом 50ГГц 
100 
Межканальный интервал в сетке ITU,
  50 ГГц 
Диапазон настройки мощности передатчика в линию, дБм 
-5 … 0 
Диапазон рабочих мощностей на входе, пределы приемника, дБм 
-18 …-2 
Остаточная хроматическая дисперсия при штрафе 
OSNR 0,5 дБ, пс/нм 
±50000 
Типы интерфейса к пользователям 
10хSFP+ 
Форматы пользовательских сигналов 
10x(10GbE , STM-64, OTU2 (FEC     G.709), 8GFC, 10GF в любой комбинации)
Время работы, ч/сут.
 24

     Исходя из характеристики транспондера, видим, что показатели соответствуют требованиям для организации оптических каналов связи.

Рис. 2.2 - Внешний вид транспондера MS-100E-Т10 [3]
     Стоит отметить следующие характеристики транспондера:
      - сетка частот 50 ГГц.
      - хроматическая дисперсия  ±50000
      - мощность передатчика в линию  -5… 0 дБм
      - предел (чувствительность) приемника -18…-2 дБм
     Данный транспондер объединяет до 10 клиентских сигналов 10 Гбит/с и передает их в одном 100G DWDM-канале, используя когерентный формат передачи  DP-QPSK и алгоритм коррекции ошибок SoftFEC. В качестве клиентских приемопередатчиков должны использоваться вставные SFP+ модули.
     За счет хроматической дисперсии транспондера ±50000 пс/нм и встроенной электронной компенсации дисперсии на участке не потребуется устанавливать компенсаторы дисперсии.
      На каждом из оптических клиентских интерфейсах транспондера поддерживаются следующие форматы передачи данных с возможностью динамической реконфигурации типа потока без перерыва трафика по остальным интерфейсам: 
– STM-64; 
– OTNOTU2; 
– 10 GigabitEthernet (10GELAN). 
     Транспондер может быть использован для передачи Ethernet кадров сверхдлинного размера (Jumbo-кадров) от 1518 до 16000 байт. 
Подключение транспондера к системе передачи данных должно производиться через дуплексный оптический разъем SM LC/UPC, которым оборудован линейный интерфейс транспондера.  [3] 



     
     2.3 Выбор оптического мультиплексора
     
     Оптические мультиплексоры применяются для объединения отдельных DWDM каналов в один спектрально-уплотненный линейный оптический сигнал (в исполнении мультиплексора) либо выделение из него отдельных каналов (в исполнении демультиплексора) в соответствии с рекомендациями МСЭ (ITU-T) G.692, G.694.1 и РД 45.286-2002. 
     Мультиплексоры делятся на два типа:
      -на основе тонкопленочных фильтров (TFF – Thin-Film Filter)
      -интегрально-оптические на основе волноводных фазовых 
решеток (AWG – Arrayed Waveguide Gratings )
     В  нашем случае мультиплексор OM-40-AV-PМ интегрально оптический, уровень сигнала в каждом оптическом канале регулируется встроенным оптическим аттенюатором, путем программной установки требуемого значения из интерфейса системы управления. 
В таблице 2.2 приведены характеристики оптического мультиплексора
 OM-40-AV-PМ
Таблица 2.2
Характеристика мультиплексора OM-40-AV-PМ .[4]
Характеристика 
Значение 
Ед. измерения 
Интервал между каналами 
100
ГГц 
Вносимые потери
8.3 
дБ
Оптическая изоляция от несмежного оптического канала 
>30 
дБ 
Оптическая изоляция от смежного оптического канала 
>25 
дБ 
Диапазон регулировки аттенюатора 
0…15 
дБ 
Шаг перестройки аттенюатора 
0,1 
дБ 
Время перестройки аттенюаторов 
10 
мкс 
Точность в диапазоне регулирования 0 - 10 дБ 
±0,8 
дБ 

Продолжение таблицы 2.2
Точность в диапазоне регулирования 10 – 15 дБ 
±1,2 
дБ 
Время перестройки аттенюатора, не более 
<10 
мс 
Допустимый диапазон 
0…50 
°С 

     Оптические интерфейсы
     Для включения изделия в состав оборудования «ВОЛГА» используются сдвоенные адаптеры LC/APC  дуплексные розетки под оптические коннекторы в количестве 20 штук, для подключения 40 мультиплексируемых оптических каналов DWDM; 
     Внешний вид мультиплексора показан на Рис. 2.3

Рис. 2.3 -  Мультиплексор OM-40-AV-PМ .[4]

     Индикация питания (номер 1-3 на Рис. 2.3) Оптический сигнал определенного DWDM канала поступает на один из входных разъемов 21…60 (номер 4 на рис. 2.3), далее, на переменный оптический аттенюатор. Значение ослабления сигнала по мощности для каждого из каналов устанавливается программно в интерфейсе системы управления. Через разветвитель большая часть оптического сигнала поступает на волновод структуры AWG, где происходит объединение отдельных DWDM каналов в единый спектрально-уплотненный линейный оптический сигнал.1% мощности от полезного сигнала каждого из имеющихся DWDM каналов, поступает на соответствующий измеритель мощности. Данные об уровнях сигналов с каждого измерителя поступают в Контроллер модуля для их дальнейшей обработки. Преобразованные в цифровой вид, данные по внутренней шине поступают в Микроконтроллер MCU, где они обрабатываются и используются системой управления для отображения информации об уровнях каждого из каналов. 
     Большая часть мощности объединенного в общий спектр оптического сигнала через разветвитель Р0 поступает в линейный выходной оптический разъем Line (номер 6 на рис. 2.3). Меньшая часть полезного сигнала уходит в разъем Mon (номер 5 на рис. 2.3), который служит для мониторинга группового оптического сигнала.[4] 
      
2.4 Выбор активного мультиплексора ввода/вывода ROADM-4/1

     Мультиплексор предназначен для выделения отдельных оптических каналов из линейного сигнала и выборочного объединения каналов из двух входных линейных DWDM-сигналов в один выходной DWDM-сигнал. Мультиплексор осуществляет регулировку мощности излучения в каждом оптическом канале встроенным оптическим аттенюатором, путем программной установки требуемого значения из интерфейса системы управления и последующее мультиплексирование отрегулированных каналов. Мультиплексор применяется в составе оборудования волоконно-оптической системы передачи со спектральным уплотнением «Волга».
     
     Основные характеристики мультиплексора 
В таблице 2.3 показаны характеристики активного мультиплексора ввода/вывода ROADM-4/1 
Таблица 2.3
Оптические характеристики ROADM-4/1[4]
Параметры
 
ROADM-4/1

Мин.
Тип. 
Макс. 
Канальный интервал  ГГц

50 

Канальный диапазон ТГц
191,7 

196,05
Канальная полоса пропускания ТГц

±12,5 

Вносимые потери, дБ

8,3
10
Обратные потери, дБ

35 

WDL, дБ

0,9
2,0
PDL, дБ

0,2
0,5
PDL, дБ


0,7 
PDL, дБ

0,4
0,85
Хроматическая дисперсия 
пс/нм 
-15

15
Диапазон аттенюатора, дБ

15 

Установочное разрешение аттенюатора, дБ


0,1 
Точность аттенюатора, дБ


±0,5 
±0,7 , дБ


±0,7
±1,0 , дБ


±1,5 
     
     Устройство и работа мультиплексора 
Структурно-функциональная схема мультиплексора состоит из следующих функционально законченных технических компонентов (рисунок 2.3): 
- WSS4x1модуля; 
- оптический ответвитель 1/99; 
- входного оптического разъема IN; 
- входного оптического разъема Add; 
- выходного оптического разъема OUT; 
- выходных оптические разъемы вывода; 
- оптического разъема мониторинга MonOUT 


Рис. 2.3 -Структурно-функциональная схема мультиплексора ROADM-4/1 [4]

     Мультиплексор ввода и вывода служит для выполнения отделения необходимых оптических каналов связи от основного потока в промежуточных пунктах, без перерыва связи и какого либо вреда для остальных оптических каналов.[4]
     Стоит отметить основные характеристики ROADM-4/1
      - вносимые потери – 8,3 дБ
      - канальный интервал  50  ГГц
     
     



    Глава 3. Выбор и размещение оптических усилителей на регенерационном участке
     3.1 Выбор типа оптического усилителя
     
     Усилители EDFA обеспечивают непосредственное усиление оптических сигналов, без их преобразования в электрические сигналы и обратно, обладают низким уровнем шумов, а их рабочий диапазон длин волн практически точно соответствует окну прозрачности кварцевого оптического волокна (рис. 3.1). Именно благодаря появлению усилителей с таким сочетанием качеств линии связи и сети на основе систем DWDM стали экономически привлекательными.
     
     
     Рис. 3.1 – Зависимость коэффициента усиления EDFA от длины волны
     Усилитель EDFA состоит из отрезка волокна, легированного эрбием (рис. 3.2). В таком волокне сигналы определенных длин волн могут усиливаться за счет энергии внешнего излучения накачки. В простейших конструкциях EDFA усиление происходит в достаточно узком диапазоне длин волн - примерно от 1525 нм до 1565 нм. В эти 40 нм умещается несколько десятков каналов DWDM. 
     Редкоземельный элемент эрбий добавляют в незначительных количествах в отрезок волокна (обычно длиной несколько метров) центральной кремниевой жилы. Во время прохождения по нему ослабленного сигнала лазером накачки вводится световой пучок с несколько меньшей длиной волны, что препятствует их интерференции. Обычно для накачки используют лазерный диод, излучающий на длине 1480 нм. В результате взаимодействия с квантами светового пучка накачки электроны в ионах эрбия переходят на более высокий квазистационарный энергетический уровень. При прохождении по такому отрезку сигнала с длиной волны, соответствующей окну прозрачности волокна (1550 нм), возникает индуцированное излучение с равной или очень близкой длиной волны. Обычно усиление достигается в диапазоне длин волн 1530–1640 нм.

   Рис. 3.2 – Схема усилителя EDFA
     Обычные электронные повторители, чтобы восстановить уровень сигнала на протяженной линии связи, считывают сигнал с волокна, преобразуют его в электрические импульсы, усиливают их, преобразуют усиленный сигнал снова в оптическую форму и передают дальше по линии связи. В отличие от них, усилители EDFA полностью "прозрачны" - не зависят от используемых протоколов, форматов, скорости передачи и (в пределах указанных выше ограничений) длины волны оптического сигнала. Поскольку усилители EDFA независимы от сетевого протокола, их можно подключать непосредственно к различному оборудованию - коммутаторам ATM или компонентам протокола IP - не опасаясь, что они помешают друг другу. Такая гибкость - одно из основных преимуществ использования их в системах DWDM.
     Важнейший компонент усилителя EDFA - лазер накачки (рис. 3.3). Он является источником энергии, за счет которой усиливается оптический сигнал. Энергия лазера накачки распределяется в усилителе EDFA между всеми оптическими каналами. Чем больше число каналов, тем большая.......................