Диссертация (1090147), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Схема оптического временного уплотнения OTDM [9]Эта схема получила название оптического временного уплотнения(OTDM). В основе ее лежит лазер (1), работающий в импульсном режиме спериодом T. Оптический импульс с помощью усилителя (2), разветвителя (3)23и многоканальной схемы (4-7) «клонируется» и подается на входыоптических модуляторов (8). Каждый модулятор управляется электрическимсигналомвцифровойформе,поступающимотсоответствующеготранспортного модуля STM - N.
Если подается единица, модуляторпропускает оптический импульс, если - ноль, то импульс не проходит. Спомощью линий задержки из оптического волокна (ОВ) импульсы на выходемодуляторов сдвигаются по времени так, чтобы на выходе сумматора (9)каждый оптический импульс попал в свой временной промежуток. Так,времязадержки изменяется в пределах от ( Z − 1)T / Z до T / Z .
При этомдлительность элементарного импульса равна τ = T / Ζ где Ζ - число ветвейOTDM. Величина Т должна соответствовать скорости цифровых потоковSTM-N(длительностиэлементарногоэлектрическогоимпульса)ивозможностям оптического модулятора по частоте модуляции.Сравнивая быстродействие кодирующих устройств и оптическихмодуляторов, можно сделать вывод, что последние пока отстают по скоростисрабатывания. Поэтому в настоящее время в реализованных вариантах ВОСПмаксимальная частота оптической модуляции составляет 40ГГц. Однако идеяоптического мультиплексирования в схеме OTDM позволяет решитьпроблему отставания оптоэлектронной базы. С учетом того, что современныелазеры способны генерировать фемтосекундные импульсы, возможностиOTDM огромны и позволяют освоить частотные ресурсы ОВ в рамках одного«окна прозрачности».
В настоящее время максимально достигнутая скоростьпередачи информации благодаря схеме OTDM составляет более 1,28 Тбит/с[9].Используя несколько оптических несущих (волновое уплотнение впределах более чем одного «окна прозрачности») можно организовать работунескольких схем OTDM и полностью реализовать ресурсы ОВ попропускнойспособностиприменениеэтихпропускнойспособностивметодовустановках более 100 Тбит/с.пределахпередачиоптическогоусилительногопозволяютволокнавучастка. Так,добитьсязначенийэкспериментальных24Пропускная способность ОВ для одного «окна прозрачности» (2030Тбит/с) ограничивается возможностями ВОЛС (шириной полосы частотоптического усилителя, который может пропустить поток с максимальнойскоростью 2Тбит/с).
Однако максимальная скорость передачи сигналов,которую развивают современные ВОСП (технология TDM) соответствуетвеличине 40Гбит/с (скорость модуляции). Даже с учетом волновогоуплотнения (технологии WDM) самым «узким местом» для увеличенияскорости передачи сигналов является оптический модулятор. Поэтому ростпропускнойспособностивомногомопределяетсявозможностями(техническим уровнем базовых элементов) ВОСП. Только в случаесовершенствования всех составных частей ВОСП (оптического волокна,оптических усилителей, оптических модулей) можно достичь пропускнойспособности в петабит/с. Поэтому термин пропускной способности большеотносится к понятию ВОСП, главной проблемой которой являетсяувеличение канальной скорости (частоты оптического модулятора).Если вопросы повышения скорости оптической модуляции можнорешить с помощью алгоритмов OTDM при условии соответствующегокачестваизготовления,топроблемадальнейшегоувеличениябыстродействия электронного оборудования может быть преодолена только свнедрением новых материалов типа графена.
Однако для этого необходимосоздать технологию изготовления таких материалов и организоватьпроизводство.Развитие элементной базы вычислительной техники определяет темпыроста скорости передачи информации в телекоммуникационных системах ипропускной способности ВОСП. Это объясняется тем, что скоростикомпьютернойобработкиинформациииобменинформациейпокомпьютерным сетям должны соответствовать друг другу [53-55].
Поэтомуистория развития телекоммуникационных систем тесно связана с историейразвития микропроцессоров.Отсюда, скачкообразность развития,25прослеживаемая на примере анализа «законов Мура» для электроники(рис.1.1а,б), характерна и для оптоэлектроники (базовых элементов ВОСП).Так, возникновение в конце 60-х и начале 70-х годов вычислительныхцентров привело к необходимости строительства локальных, а затемрегиональных сетей передачи данных Ethernet в пределах одного ведомства.Затем на повестку дня была поставлена задача межведомственного обменаинформацией и строительства единой сети передачи данных. Создание в1971годупервогомикропроцессоракомпанииIntel,увеличениебыстродействия и объема памяти персональных компьютеров (ПК) привело кбыстрому росту количества пользователей сетей передачи данных. В начале80-х годов широкое внедрение цифровых методов передачи информации(голоса и данных) позволило стереть различия между компьютерной ителефонной технологиями.
Постепенно информационная сеть становитсяединой системой. В этот период актуальной проблемой стало повышениедальности,пропускнойспособностиистроительствановыхинформационных сетей. Пропускная способность ВОСП в течение первогопериода (рис. 1.3) увеличивалась неравномерно в отличие от второго этапа, укоторого наблюдался постоянный рост скорости передачи информации.Началом второго этапа можно считать время создания в конце 80-х годовглобальной сети Internet. Пропускная способность этой сети повышалась всоответствии с ростом быстродействия микропроцессорной техники. Так,например, с 1995 года по 1999 год трафик Internet увеличился в 30 раз [55].Такой ощутимый скачок был следствием внедрения новых процессоров Pentiumи повсеместного перехода на технологию SDH (синхронного временногоуплотнения).
Это позволило в среднем трафику ВОСП удваиваться каждые двагода (такие темпы сохранились до сих пор). При этом существенно снижаласьстоимость передачи бита информации. В развитии оптических системразработчики всегда стремились постоянно улучшать эксплуатационныехарактеристики ВОСП. В качестве примера можно привести введенную в тотпериод первую трансатлантическую волоконно-оптическую линию связи ТАТ-268, обеспечившую резкое увеличение количества передаваемой информации.Стоимость телефонного канала при этом уменьшилось в сто раз: с 1 млн. долл.до 10 тыс. долл.
[24]. Это стало возможным благодаря совершенствованиютехнологий изготовления оптических устройств, что обеспечило быстрыетемпы роста пропускной способности ВОСП.Довольно длительный период вистории развития систем связи господствовало положение, при которомпотребность в увеличении пропускной способности опережала возможности,предоставляемые средствами связи.
Такая ситуация была стимулом развитиясетей передачи информации. Затем наметился спад спроса на услуги системпередачи данных. Он объяснялся тем, что предложения стали опережать спрос.Скорость роста пропускной способности ВОСП продолжала увеличиваться(особеннорезкосвнедрениемтехнологииволновогоуплотнения).Предоставляемые возможности стали значительно превосходить потребности.Сначала 2000 года начался третий период развития ВОСП,нацеленный на ориентацию рынка более широкополосных услуг связи, вкотором также наблюдался устойчивый рост пропускной способностиВОСП. Об этом свидетельствуют разработки ведущих компаний.
Так, в2002 году компания Алкатель организовала передачу 320 спектральныхканалов в двух диапазонах с канальной скоростью 10,66Гбит/с[9].Однако, достигнутое благодаря системам плотного волнового уплотнениярезкое повышение пропускной способности оказалось невостребованным.27Рисунок 1.3. Прогнозы пропускной способности С ВОСПТак, в США 80-канальная система плотного волнового уплотнения,работающая с канальной скоростью 2,5 Гбит/с, имела загрузку в среднемравную 6 каналам [9]. Такая ситуация заставили изменить приоритеты развитияВОСП и направить усилия на повышение экономической эффективности, поискклиентов, формирование нового рынка услуг [55]. Это привело к тому, чтопосле 2000 года акцент научных поисков сместился на способы повышенияскорости передачи информации по ВОСП [22,55]. Если раньше нужно былообеспечить рост пропускной способности (т.е.
произведения числа волновыхканалов на канальную скорость), то теперь нужны системы для передачиширокополосных сигналов, в которых главное - не число каналов, а высокаяскорость передачи информации. Потребность в таких высокоскоростныхсистемах увеличивается с течением времени. Это связано c необходимостьюпередачи в цифровом виде широкополосных сигналов видеоизображениявысокой четкости [9,55]. Поэтому вопросы повышения быстродействияэлементной базы одинаково актуальны и для микропроцессоров, и устройствволоконно-оптическойсвязи. В настоящее времяподавляющаячастьпередаваемого трафика по волоконно-оптической связи является даннымикомпьютерных сетей (99%) и только 1%представляет речь [57,56], что внемалой степени определяется успехами развития микропроцессорной техники.28Так, ученым из Технологического университета шт.
Джорджия совместно скомпанией и IBM удалось повысить тактовую частоту кремний-германиевыхмикросхем до рекордных значений более 500 ГГц при охлаждении до 4,5К[20,55]. На рис.1.3. изображен график пропускной способности волоконнооптической системы передачи информации с прогнозами до 2015г[55]. Каквидно из рисунка, к концу этого десятилетия пропускная способность можетдостигнуть значений петабит в секунду.Анализ закона Мура (рис. 1.1а,б) и прогнозов повышения пропускнойспособности позволил связать темпы роста С и размеры элементной базыВОСП(табл.1.1).Высокуюпропускнуюспособностьможноразвить,увеличивая скорость передачи сигналов, позиционность кода, число волновыхканалов, используя не только все три окна прозрачности, но и осваивая новыедиапазоны оптического волокна.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
