Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

• Введение
• 1. Исходные данные
• 2. Определение частотного плана и расчет пропускной способности системы
• 3. Расчет затухания на кабельных участках
• 3.1 Построение диаграмм уровней сигнала
• 3.2 Расчет хроматической дисперсии
• 3.3 Расчет поляризационной модовой дисперсии
• 3.4 Выбор и размещение модулей компенсации дисперсии
• 3.5 Расчет отношения сигнал/шум OSNR
• Заключение
• Список литературы:


Введение

Оптоволоконные линии связи применяются сейчас повсеместно. Их достоинства (высокая пропускная способность, передача от точки к точке на большие расстояния практически без потерь, защита информации) предоставляют столько возможностей, что провайдеры и операторы связи готовы мириться с их дороговизной и другими недостатками.

Интенсивное развитие данных технологий позволяет решать самые разнообразные задачи от построения мелких внутриобъектовых сетей различных конфигураций до организации протяженных линий междугородного и международного сообщения, а внедрение современных решений в области восстановления и усиления, передаваемых по оптическому волокну сигналов, предоставляет возможность строительства магистралей связи на десятки тысяч километров. Огромный выбор видов волоконно-кабельной продукции с легкостью решает проблему прокладки линий связи в различных условиях: в зданиях, под землей, по дну океанов, рек, на ЛЭП, в тоннелях и коллекторах. Постоянное увеличение прибыли от внедрения оптических линий связи увеличивает число компаний, предоставляющих услуги в этой сфере, а возрастание конкуренции между ними способствует появлению все более совершенных волоконно-оптических систем передачи. Ведущими разработчиками в данной области являются компании Huawei, Cisco, LucentTechnologies, Cornig, Alcatel, Fujikura. Оптические системы находят применение в таких проектах как организация цифровых кабельных телевизионных сетей, создание локально- вычислительных сетей, строительство национальных сетей крупнейших операторов связи, организация городской, внутризоновой и межрегиональной связи. А благодаря особым специфическим свойствам таким как электромагнитная совместимость, невоспламеняемость и малогабаритность, волоконная оптика удачно внедряется в бортовых космических, самолетных и корабельных системах, а также в высокоточных измерительных приборах. Нельзя не отметить огромное значение прогрессивной технологии плотного волоконного мультиплексирования с разделением по длине волны - DWDM (DenseWavelengthDivisionMultiplexing). Данная технология позволяет многократно увеличить скорость передачи как уже эксплуатируемых волоконно-оптических линий связи, так и вновь проектируемых. Это возможность имеет огромное значение при учете постоянно возрастающей потребности в увеличении объемов передаваемой информации. Высокий интерес к широкому внедрению многоканальных ВОСП объясняется тем, что при данном способе мультиплексирования удается повысить пропускную способность каждого отдельного оптического волокна в десятки и даже сотни раз без ущерба для качества передачи. В курсовой работе производится проектирование волоконно-оптической системы передачи (ВОСП) с использованием аппаратуры спектрального уплотнения DWDM.



1. Исходные данные

Исходные данные приведены в табл. 1

Таблица 1 - Исходные данные

Участок МЦСС	Оптическое волокно	Строительная длина кабеля, км	Параметры оптического интерфейса
			мощность на выходе передатчика, дБм	мощность на входе приемника, дБм
Заб.Сиб-ТТК	Corning	4	0…4	-28
План ITU-T (Дf, ГГц)	Количество каналов передачи	Итого каналов ?
	STM-16	STM-64	STM-256
100	4	7	7	18



2. Определение частотного плана и расчет пропускной способности системы сигнал хроматическая дисперсия затухание

В системах волнового уплотнения WDM распределение каналов по длинам волн (частотам) осуществляется в соответствии с частотным планом, рекомендованным МСЭ-Т. Для систем DWDM в рекомендации ITU-T G.694.1 определена центральная частота f = 193,1 ТГц, относительно которой распределены частоты остальных каналов с шагом 12,5 ГГц и выше. Выбор центральной частоты обусловлен рабочим диапазоном усиления эрбиевых волоконно-оптических усилителей EDFA.

Согласно стандарту ITU-T G.694.1 в C-диапазоне (1530 - 1565 нм) максимально размещается до 90 оптических каналов с шагом 50 ГГц, а в L-диапазоне (1565 - 1625 нм) до 140 каналов с тем же шагом.

Таблица 2 - Частотный план

Частотный план ITU-T	200 ГГц	100 ГГц	50 ГГц	25 ГГц	12.5 ГГц
Частотный интервал между каналами, нм	1,6	0,8	0,4	0,2	0,1
Всего каналов	22	45	90	180	360
	35	70	140	280	540

Выбор рабочей частоты оптического канала осуществляется в соответствии с сеткой частот ITU-T по следующему правилу:

где

f_ch,i - рабочая частота i-го оптического канала;

i - номер канала (1, 2, 3 …);

Дf - интервал между каналами 100 ГГц;

N_ch - суммарное количество оптических каналов.

Для выполнения расчетов необходимо перевести частоту в длину волны по формуле:

где

c- скорость света в вакууме (299 792 458 м/с);

f_ch,i - частота i-го оптического канала, Гц.

Результаты расчетов сведем в таблицу 2.

Таблица 2 - Результаты расчета длин и частот волн

№ канала	ITU channel	Частота fch,i, ТГц	Длина волны лch,i, нм
1	23	192,3	1558,98
2	24	192,4	1558,17
3	25	192,5	1557,36
4	26	192,6	1556,55
5	27	192,7	1555,75
6	28	192,8	1554,94
7	29	192,9	1554,13
8	30	193	1553,33
9	31	193,1	1552,52
10	32	193,2	1551,72
11	33	193,3	1550,92
12	34	193,4	1550,12
13	35	193,5	1549,32
14	36	193,6	1548,51
15	37	193,7	1547,72
16	38	193,8	1546,92
17	39	193,9	1546,12
18	40	194	1545,32

Суммарная пропускная способность системы определяется по формуле:

где

N_ch - количество оптических каналов STM-N;

B_ch - скорость передачи в канале STM-N.

Таблица 3 - Итоговые характеристики системы передачи

Частотный план ITU-T (Дf)	Частотный интервал, нм	Число каналов передачи	Всего каналов	Суммарная пропускная способность С, Гбит/с
		STM-16 (2,5 Гбит/c)	STM-64 (10Гбит/c)	STM-256 (40Гбит/c)
100 ГГц	0,8	4	7	7	18	360



3. Расчет затухания на кабельных участках

В соответствии со схемой магистральной сети необходимо провести расчет затухания на кабельных участках. Затухание на участке определяется по формуле:

где

- коэффициент затухания оптического волокна (л=1550 нм), равный 0,20дБ/км;

l_i - длина участка, км;

- затухание на сварных соединениях, дБ;

n_c - количество оптических муфт, шт;

- затухание на оптических разъемных соединениях, дБ;

n_рс - количество оптических разъемных соединений, шт;

A_FIU - затухание, вносимое блоком интерфейса оптических волокон (FIU), дБ.

Затухание сварных соединений в оптических муфтах на магистральных сетях связи РФ нормируется следующим образом:

л, нм	Затухание, дБ	Примечание
1550	?0,1	в 100% случаев
	?0,05	в 50% случаев

В расчетах используется максимально допустимое значение затухание, равное 0,1 дБ.

Количество оптических муфт на участке определяется по формуле:

где

l_i - длина участка, км;

l_стр - строительная длина оптического кабеля, км.

Результат округляем до большего целого значения.

Норма затухания разъемных соединителей составляет б_рс? 0,5 дБ. Количество разъемных соединителей n_рс принимается равным 4 на каждом участке.

Максимальное затухание, вносимое блоком интерфейса оптического волокна A_FIU составляет 1,5 дБ.

Результаты расчетов сведем в таблицу 4.

Таблица 4 - Затухание на различных участках линии

Наименование участка	Длина участка, км	Затухание в оптоволокне, , дБ	Кол-во оптических муфт, nс, шт	Затухание неразъемных соединений, , дБ	Затухание на участке, бi, дБ
Исилькуль-Омск	148	29,6	36	2	38,20
Омск-Татарская	191	38,2	47	2	47,88
Татарская-Барабинск	155	31	38	2	39,78
Барабинск-Новосибирск	315	63	78	2	75,78
Новосибирск-Тайга	248	49,6	61	2	60,70
Тайга-Анжерская	63,5	12,7	15	2	19,19
Анжерская-Мариинск	134	26,8	33	2	35,05
Омск-Иртышское	189	37,8	47	2	47,43
Иртышское-Карасук	210	42	52	2	52,15
Карасук-Кулунда	163	32,6	40	2	41,58
Кулунда-Барнаул	376	75,2	93	2	89,50
Барнаул-Артышта	305	61	76	2	73,53
Артышта-Томусинская	107	21,4	26	2	28,98
Томусинская-Междуреченск	37	7,4	9	2	13,23

3.1 Построение диаграмм уровней сигнала

Диаграмма уровней сигнала отражает изменение уровней передачи вдоль магистрали связи и позволяет определить места установки усилителей.

Уровень мощности оптического сигнала на выходе передатчика (P_пер, дБм) зависит от типа оптического интерфейса, конкретно в заданном варианте P_пер=0…+4 дБм. Уровень сигнала на входе оптического приемника определяется по формуле:

где

P_пер - уровень сигнала на выходе оптического передатчика, дБм;

б_i - затухание на участке, дБ.

Горизонтальными пунктирными линиями на графиках показан минимально допустимый уровень приема, равный -28дБм.

Если уровень сигнала на входе приемника выше минимально допустимого уровня приема, то установка усилителей на данном участке не требуется. Если же уровень сигнала на входе приемника ниже минимально допустимого уровня, то на данном участке необходима установка одного или нескольких усилителей. Основные параметры EDFA (ErbiumDopedFiberAmplifier) усилителей приведены в таблице 5:

№	Описание	Коэффициент усиления, дБ	Макс. мощность на выходе, дБМ	Мин. мощность на входе, дБм	Макс мощность на входе, дБм
Усилитель мощности (Booster)
1	DWDM C-band EDFA booster (1529 - 1563 nm)	9	18	-10	9
2		15	22,5	-10	8
3		20	22,5	-15	3
4		15	25	-10	11,5
Линейный усилитель / предусилитель (In-Line/Pre-Amp)
5	DWDM C-band EDFA in-line/preamp (1529 - 1563 nm)	10	13	-30	0
6		20	17	-28	-3
7		26	22,5	-25	-3
8		26	25	-25	-0,5

При превышении минимально допустимого уровня приема (т.е. когда сигнал на входе приемника меньше или равен чувствительности) на участках длиной до 120 км целесообразно устанавливать усилители мощности (бустеры) или предусилители. На участках свыше 120 км необходима установка линейных (in-line) усилителей.

Так как в соответствии с исходными данными минимальный уровень на входе приемника равен -28 дБм, а максимальный уровень на выходе передатчика равен 4 дБм, то согласно формуле, максимальное затухание линейного участка не должно превышать 32 дБ. Иначе на участке требуется установить дополнительный усилитель. Исходя из полученных значений затуханий на различных линейных участках, можно сделать вывод о том, что усилители не понадобятся только на двух участках (Артышта-Томусинская, Томусинская-Междуреченск)



Рисунок 1 - Диаграммы уровней оптического сигнала на участке Иссилькуь-Новосибирск

3.2 Расчет хроматической дисперсии

Длина регенерационного участка ограничивается не только затуханием, но и дисперсией линии передачи. Для высокоскоростных систем передачи одним из основных ограничивающих факторов является хроматическая дисперсия.

Параметр хроматической дисперсии стандартного ступенчатого волокна в пс/(нм*км) рассчитывается по формуле:

где

л₀ - длина волны нулевой дисперсии, нм;

л_i - рабочая длина волны i-го оптического канала, нм;

S₀ - параметр наклона спектральной характеристики дисперсии оптического волокна в точке нулевой дисперсии, пс/(нм*км).

Длина волны нулевой дисперсии л₀варьируется от 1,301 мкм до 1,321 мкм, поэтому произведем расчет для минимальнойл₀ = 1,301 мкм, максимальной л₀= 1,321мкм и средней л₀ = 1,311мкм длин волн.

Результаты расчета сведем в таблицу 6.

Таблица 6 - Результаты расчета хроматической дисперсии

№ канала	Частота fch,i, ТГц	Длина волны лch,i, нм	D для л0, пс/(нм*км)
			Dов (1301нм)	Dов (1311нм)	Dов (1321нм)
1	192,3	1558,98	18,466	17,925	17,372
2	192,4	1558,17	18,420	17,878	17,324
3	192,5	1557,36	18,374	17,832	17,277
4	192,6	1556,55	18,328	17,785	17,229
5	192,7	1555,75	18,283	17,739	17,182
6	192,8	1554,94	18,237	17,692	17,134
7	192,9	1554,13	18,191	17,645	17,086
8	193	1553,33	18,145	17,599	17,039
9	193,1	1552,52	18,099	17,552	16,991
10	193,2	1551,72	18,054	17,505	16,944
11	193,3	1550,92	18,008	17,459	16,897
12	193,4	1550,12	17,962	17,412	16,849
13	193,5	1549,32	17,916	17,365	16,802
14	193,6	1548,51	17,870	17,318	16,753
15	193,7	1547,72	17,825	17,272	16,706
16	193,8	1546,92	17,779	17,225	16,659
17	193,9	1546,12	17,733	17,178	16,611
18	194	1545,32	17,686	17,131	16,563

График зависимости хроматической дисперсии от рабочей длины волны представлен на рисунке 2.

Рисунок2 - Зависимость хроматической дисперсии от длины рабочей волны

Допустимая длина регенерационного участка зависит также от скорости передачи, способа линейного кодирования и вида модуляции. В случае применения кода NRZ с модуляцией без чирпа (chirp) согласно рекомендации МСЭ-Т максимальная длина участка без компенсации дисперсии составит:

где

D - коэффициент хроматической дисперсии на рабочей длине волны, пс/(нм*км);

B - скорость передачи, Гбит/с.

При расчетах величина D берется для минимального, среднего и максимального значений л₀ относительно центрального канала (193,1 ТГц).

Результаты расчетов сведем в таблицу 7.



Таблица 7 - Результаты расчета длин участков регенерации

Скорость передачи	Длина участка регенерации, км
	Lmin	Lср	Lmax
STM-16 (2.5 Гбит/с)	919,39	948,04	979,34
STM-64 (10 Гбит/с)	57,46	59,25	61,21
STM-256 (40 Гбит/с)	3,59	3,70	3,83

Так как длины участков регенерации для каналов STM-64 иSTM-256 на порядок меньше заданных участков, то необходимо установить модули компенсации дисперсии.

3.3 Расчет поляризационной модовой дисперсии

Параметр поляризационной модовой дисперсии стандартного ступенчатого волокна в пс рассчитывается по формуле:

где

D_PMD - максимальная дисперсия поляризованной моды, пс/нм;

l_i - длина участка, км.

D_PMD = 0,2 пс/нм.

Результаты расчета сведем в таблицу 8.

Таблица 8 - Результаты расчета поляризационной модовой дисперсии

Наименование участка	Длина участка, км	Расчетная PMD, пс	Запас по PMDзап, пс
			STM-16 (2,5 Гбит/с)	STM-64 (10Гбит/с)	STM-256 (40Гбит/с)
Исилькуль-Омск	148	3,47	36,53	6,53	-0,97
Омск-Татарская	191	3,5	36,5	6,5	-1
Татарская-Барабинск	155	2,42	37,58	7,58	0,08
Барабинск-Новосибирск	315	3,7	36,3	6,3	-1,2
Новосибирск-Тайга	248	3,59	36,41	6,41	-1,09
Тайга-Анжерская	63,5	3,66	36,34	6,34	-1,16
Анжерская-Мариинск	134	1,59	38,41	8,41	0,91
Омск-Иртышское	189	4,64	35,36	5,36	-2,14
Иртышское-Карасук	210	2,29	37,71	7,71	0,21
Карасук-Кулунда	163	2,22	37,78	7,78	0,28
Кулунда-Барнаул	376	3,65	36,35	6,35	-1,15
Барнаул-Артышта	305	2,36	37,64	7,64	0,14
Артышта-Томусинская	107	3,2	36,8	6,8	-0,7
Томусинская-Мждуреченск	107	3,2	36,8	6,8	-0,7

3.4 Выбор и размещение модулей компенсации дисперсии

Для компенсации хроматической дисперсии в состав системы DWDM включаются модули компенсации дисперсии (DCM). Модуль компенсации содержит бухту специального компенсирующего волокна (DCF), которое обладает значительной отрицательной дисперсией. Модули DCM могут размещаться на промежуточных (необслуживаемых) усилительных пунктах, а также на передающей и принимающей сторонах. При размещении необходимо учитывать, что модуль вносит дополнительные потери, поэтому его устанавливают между оптическими EDFA усилителями или сразу на входе в предусилитель.

Хроматическая дисперсия, накопленная на участке определяется по формуле, пс/нм:



где

D_ов(л) - максимальная величина хроматической дисперсии, пс/(нм*км);

l_i - длина участка, км.

Полученное значение D_i необходимо сравнить с допустимым значением устойчивости приемника, которое зависит от скорости передачи, способа линейного кодирования и вида модуляции.

Для низкоскоростных систем передачи (до 10 Гбит/с) при использовании NRZ кодирования типовые значения устойчивости приемника составляют:

для 2,5 Гбит/с - 2400 пс/нм;

для 10 Гбит/с - 1600 пс/нм.

В системах передачи со скоростями 40 Гбит/с и выше NRZ кодирование не применяется из-за низкой устойчивости к дисперсии (около 60 пс/нм).Длина участков без компенсации дисперсии не превышает нескольких километров, что делает такие системы непрактичными.

Исходя из вышесказанного, все дальнейшие расчеты выполняются только для каналов 2,5 - 10 Гбит/с.

Остаточная дисперсия D_у (пс/нм) определяется разностью между устойчивостью приемника и величиной D_i

Если полученное значение D_у< 0, то на таком участке необходима установка компенсатора дисперсии. Модули DCM выбираются таким образом, чтобы полностью скомпенсировать хроматическую дисперсию на участке. На участках большой протяженности возможна установка нескольких модулей (по аналогии с EDFA усилителями).



Таблица 9 - Результаты расчета параметров хроматической дисперсии до и после компенсации

Наименование участка	Длина участка, км	Дисперсия на участке Di, пс/(нм*км)	Остаточная дисперсия до компенсации Dу, пс/нм	Модуль компенсации (кол-во, тип)	Остаточная дисперсия после компенсации Dу', пс/нм
			2,5 Гбит/с	10 Гбит/с		2,5 Гбит/с	10 Гбит/с
Исилькуль-Омск	148	2733	-333	-1133	DCM-70	857	57
Омск-Татарская	191	3527	-1127	-1927	DCM-120	873	73
Татарская-Барабинск	155	2862	-462	-1262	DCM-80	898	98
Барабинск-Новосибирск	315	5817	-3417	-4217	3*DCM-90	1173	373
Новосибирск-Тайга	248	4580	-2180	-2980	2*DCM-90	880	80
Тайга-Анжерская	63,5	1173	1227	427	-	1227	427
Анжерская-Мариинск	134	2474	-74	-874	DCM-60	946	146
Омск-Иртышское	189	3490	-1090	-1890	DCM-120	910	110
Иртышское-Карасук	210	3878	-1478	-2278	2*DCM-70	902	102
Карасук-Кулунда	163	3010	-610	-1410	DCM-90	920	120
Кулунда-Барнаул	376	6943	-4543	-5343	2*DCM-120 DCM-80	817	17
Барнаул-Артышта	305	5632	-3232	-4032	3*DCM-80	848	48
Артышта-Томусинская	107	1976	424	-376	DCM-30	424	134
Томусинская-Междуреченск	37	683	1717	917	-	1717	917



3.5 Расчет отношения сигнал/шум OSNR

Для компенсации затухания на протяженных участках устанавливаются усилители оптического сигнала. Однако усилители не только повышают мощность проходящего излучения, но и вносят собственные шумы, которые ухудшают качество сигнала. Более того, каждый последующий усилитель усиливает существующий шум вместе с полезным сигналом. Таким образом, на линии связи необходимо оценивать качество передачи путем контроля отношения мощности оптического сигнала к уровню шумов. Это отношение

называется отношение сигнал шум или OSNR (OpticalSignaltoNoiseRatio).

Для расчета отношения OSNR на оптическом тракте, состоящем из N секций (пролетов), используется следующая формула:

где

P_ch - уровень выходной мощности оптического канала, дБм;

б_i - затухание на оптической секции, дБ;

N - количество оптических секций (пролетов);

NF - шум-фактор оптического усилителя, дБ.

Шум-фактор усилителя NF равен 5,5 дБ.

Результаты расчета параметров OSNR занесем в таблицу 10:

Наименование участка	Длина участка, км	Кол-во секций N	Затухание в секции бi, дБ	Расчетное OSNR, дБ
Исилькуль-Омск	148	2	19,1	24,4
Омск-Татарская	191	2	28	15,5
Татарская-Барабинск	155	2	24	19,5
Барабинск-Новосибирск	315	3	21	23,1
Новосибирск-Тайга	248	3	20	24,1
Тайга-Анжерская	63,5	1	20	22,5
Анжерская-Мариинск	134	2	20	23,5
Омск-Иртышское	189	2	27	16,5
Иртышское-Карасук	210	3	17	24,1
Карасук-Кулунда	163	2	22	21,5
Кулунда-Барнаул	376	4	29	17,5
Барнаул-Артышта	305	3	23	21,1
Артышта-Томусинская	107	1	29	17,5
Томусинская-Междуреченск	37	1	13	24,5

Согласно рекомендации ITU-T G.696.1 (07/2010) для канала 10 Гбит/сбез использования технологии упреждающей коррекции ошибок FEC, величина OSNR не должна превышать 25 дБ.

При использовании алгоритма упреждающей коррекции ошибок FEC (ITU-T G.709) величина OSNR не должна превышать 19,4 дБ.

Технология Super FEC (b-ITU-T G.975.1) повышает допустимое значение OSNR до 17 дБ.



Заключение

В работе произведен анализ участка Заб.Сиб.-ТТК, а также организована мультисервисная система передачи данных на базе оптических мультиплексоров. В процессе проектирования решены следующие задачи:

1. Произведен расчет затухания на кабельных участках. На основании расчетов была построена диаграмма уровней сигнала для разбитой на линейные участки трассы с учетом установки бустеров и линейных усилителей. Для участка Заб.Сиб.- ТТК почти на всех участках между станциями (за исключением участков Артышта-Томусинская, Тайга-Анжерская, Томусинская-Междуреченск)требуется установка бустеров и/или линейных усилителей. Это объясняется большой протяженностью участков.

2. Определен частотный план и рассчитана пропускная способность системы с учетом типа оптического волокна (Corning) и заданного преподавателем количества каналов передачи.

3. Выполнен расчет хроматической дисперсии с учетом заданного типа оптического волокна (Corning), в ходе которого установлены участки, на которых нужна установка модулей компенсации дисперсии.

4. Произведен расчет отношения сигнал/шум на протяженных участках, где установлены линейные усилители. Был сделан вывод, что с установкой усилителей качество сигнала заметно ухудшилось.



Список литературы

1. Л.В. Козиенко, Проектирование магистральной сети связи на основе технологии DWDM, - Методический указания - Иркутск: ИрГУПС, 2018г.

2. К.Е. Заславский, Волоконная оптика в системах связи и коммутации, ч.1 - Новосибирск: СибГУТИ, 1999г - 115 с.

3. М.М. Бутусов, С.М. Верник и др., Волоконно-оптические линии передачи, -М: Радио и связь, 1992 - 416 с.

4. А.Д. Ионов, Волоконно-оптические линии передачи, - Новосибирск: СибГУТИ, 1999 - 132 с.

Размещено на Allbest.ru

...