Диссертация (1090147), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Так, период тактовой синхронизации(125 µс ) рассчитывается, исходя из ширины полосы частот передаваемыхсообщений. Величина F определяется амплитудно-частотной (волновой)характеристикой оптического усилителя в области значений оптическихнесущих и в настоящее время не превышает 2ТГц [9], что значительноменьше, чем возможности ОВ.
Например, для диапазона E (1360…1430нм)ширина полосы частот оптического волокнасоставляет 15 ТГц [9].Назначение динамического диапазона D влияют выходная мощность лазера ичувствительность фотодетектора, длительность элементарного импульса имаксимально допустимая пиковая мощность сигнала на входе оптическоговолокна. Так, для стандарта STM-16минимально допустимая величина Dсоставляет 20дБ [2]. Следует отметить, что с помощью нанотехнологийможно повысить граничные значения по ширине F за счет улучшенияамплитудно-волновой характеристики оптических усилителей, а такжерасширения динамического диапазонаDза счет совершенствованияпараметров приемопередатчиков и оптического волокна.
С помощью новыхметодов информационного сжатияпередаваемых сообщений можно53уменьшить ширину полосы частот сигналов, что фактически равносильнорасширению временного параметра T [57].Эффективностьиспользованияпотенциальныхвозможностейоптического волокна зависит от совершенства информационных технологий,с помощью которых осуществляется деление ресурсов ОВ по времени,частоте и динамическому диапазону.Представляет интерес сравнительная оценка максимальных объемовинформации, которые можно передавать по оптическому волокну с помощьютехнологий TDM и WDM.Так, для способа передачи TDM число бит информацииNподсчитывается следующим образом:NTDM= T /τ ,где T – период тактовой частоты, τ - длительность элементарногоимпульса, переносящего 1 бит информации.
На рис.2.1а временные каналыдля передачи каждого бита изображены в виде объемов p ⋅ f ⋅ t1 , причем длярассмотренного примера t1 = τ .Естественно, что чем меньше τ , тем больше бит информации будетпереданопооптическомуволокну.Минимальнаядлительностьτограничивается шириной полосы частот оптического волокна F , а именно,величина τ не может быть меньше, чем τ ≈ 1 / F . Отсюда, максимальноезначение NTDM=T ⋅ F .Пропускная способность оптического волокна по технологии TDM,равная C =(1/ τ ) D1 (бит/с), во многом зависит от длительности τ .Для технологии WDM число бит информации, передаваемое за времяτ , рассчитывается, как:NWDM= F / f1 ,где f1 – ширина полосы частот одного волнового канала.Чтобы уменьшить ширину полосы канала, требуется увеличитьдлительность τ . Максимальное значение τ соответствует величине T , а54минимальная полоса равна f = 1 / T .
На рис.2.1б частотные каналы дляпередачи бита информации представлены в виде объемов p ⋅ τ ⋅ f1Таким образом, подставив в формулу для расчета количества битвместо f1 выражение 1/ T , получим, что максимальное число NWDM= T ⋅F .Следовательно, потенциальные возможности уплотнения оптическоговолокна по времени и частоте одинаковы.В общем случае число бит информации, передаваемых по ОВ за времясTNTDMNпомощьюWDMтехнологииWDMравнопроизведению≤ T ⋅ F (цифровые потоки с временным уплотнением передаются вразных частотных полосах).NWDM,Поэтому пропускная способностьC=(1/ τ ) D1 для WDM по сравнению с TDM при одинаковой длительностиτ больше в NWDMраз.На рис.2.1в изображены биты в виде отдельных кубов, объемомp1 ⋅ t1 ⋅ f1 , сформированные по технологии WDM.
Каждый бит появляется навходе оптического волокна в своей полосе и соответствующем временноминтервале.Каквидноизрисунка,количествобит,одновременносуществующих на входе ОВ, не должно превышать в сумме максимальнодопустимое значение P .Нарушение этого условия приводит к нелинейным искажениям сигналав оптическом волокне. Существующие ограничения по суммарной пиковоймощности входного сигнала для оптического волокна в случае волновогоуплотнения можно выразить следующим образом:NWDM∑P ≤ Pi =1iов,где Pi = Ai2 = p1 ;Ai - амплитуда оптического импульса в i -том волновом канале.55pt1t1t1tfРисунок 2.1а.Временное уплотнениеpf1tf1f1fРисунок 2.1б. Частотноеуплотнениеpp1p1p1tf Рисунок 2.1в.
Волновое уплотнение56Деление общей мощностиPовмежду волновыми (частотными)каналами уменьшает энергетический бюджет ВОСП в каждой полосе иснижает длину усилительного (УУ) и регенерационного (РУ) участков дляWDM по сравнению с аналогичными параметрами системы TDM приусловии одинаковой скорости передачи. Ниже будет представлен болеедетальный сравнительный анализ двух технологий при условии полногоиспользования ресурсов ОВ по частоте и максимальной мощностиоптического сигнала.Учитывая, что технология WDM сочетает в себе дватипа уплотнения: и по времени, и по частоте, вопросы выбора скоростипередачи информации и количества волновых каналов весьма актуальны.Определение оптимального соотношения между скоростью и числом каналовимеет еще большее значение для систем сверхплотного волновогоуплотнения UDWDM, которое во многом зависит от ресурсов оптическоговолокна. Для развития технологии сверхплотного уплотнения необходиморешить следующие задачи [16]:1)совершенствование характеристик оптического волокна за счетновых типов ОВ и способов его производства (позволит снизитьхроматическую дисперсию, коэффициент километрического затухания ОВ иповысить длину регенерационного участка);2)улучшение параметров приемопередающих устройств (лазеров,мультиплексоров, фотодиодов и др.) за счет использования низкоразмерныхструктур и новых методов их изготовления (даст возможность еще большеуменьшить хроматическую дисперсию ОВ, требуемый частотный разносмежду каналами, уровень шумов, повысить энергетический баланс ВОЛС,качество, дальность связи, число каналов).Таким образом, продвижение наиболее перспективных с точки зренияповышения пропускной способности технологий UDWDM непосредственносвязано с достижениями оптоэлектроники, волоконной оптики, которыеопределяютсяуровнемразвитияпроизводственных процессов.нанотехнологийиорганизации572.2 Сравнительная характеристика информационных технологий TDM иWDMПодробная детализация формулы Шеннона для ОВ с учетом критериякачества позволяет сравнить технологии TDM и WDM по количествупередаваемой информации, скорости передачи сигналов.
Такое сравнениецелесообразнопроводитьприусловииреализациипотенциальныхвозможностей ОВ. Это поможет определить, какая из технологий наилучшимобразом позволяет увеличить:1) число каналов и информационную емкость ВОСП;2) длину усилительного участка (УУ) и длину регенерационногоучастка (РУ);3) пропускную способность оптического волокна.Кроме того, с помощью формулы Шеннона можно увидеть наиболееперспективные пути совершенствования ВОСП.Для этого необходимо преобразовать выражение для информационногообъема V так, чтобы оно включало показатель качества связи ρ , длинурегенерационного участка (РУ состоит из нескольких УУ), количествоканалов К , которое в общем случае равно произведению числа временных(тайм-слотов) N и числа волновых (частотных) каналов К f .ВеличинаNрассчитывается как отношение периода тактовойсинхронизации Tтс на длительность временного канала τ к = τ э ⋅ n , где τ э длительность элементарного импульса, n - число разрядов.
Число частотныхканалов K f вычисляется как отношение ширины «окна прозрачности» Fов наширину одного частотного канала ∆f k = b / τ э , где коэффициент b определяетвеличину частотного разноса между оптическими каналами и зависит отиспользуемой аппаратуры ВОСП.Значение динамического диапазона для оптических линий связи лучшепреобразовать в дБ и представить в виде уровней по мощности.Так,58og 2 ( Pc / Рш ) = g 2(gPc − gPш ) = 0,0301(а с − а ш ) = 0,0301 аз ,(2.3)где ас , аш , аз - соответственно значения уровней оптического сигнала,шума фотоприемника и величины защищенности передачи.На основании расчетов диаграммы уровней ВОЛС можно записатьследующие соотношения (рис. 2.2а) [57]:а вх − αL = а с ,(2.4)где авх , ас - соответственно уровни на входе и на выходе оптическоговолокна;α - километрический коэффициент затухания ОВ, зависящий оттипа ОВ и длины волны оптической несущей;L - длина усилительного участка.Входные уровни всех волновых каналов технологии WDM не должны всумме превышать максимально допустимый уровень Авх для оптическоговолокна, который отделяет линейный и нелинейный режимы работы волокна.Величина входного уровня для каждого волнового канала находится извыражения [9]:Авх = а вх + 10 lg К f ,котороелегкополучитьиз(2.5)соотношения( Ров / Р1 )= К f ,означающегоотношение суммарной пиковой мощности Pов на входе ОВ, разделенноймежду волновыми каналами с мощностью P1 .
Для технологии TDM К f = 1 ,поэтому значение Авх в формуле (2.5) равно авх . На входе фотоприемника59уровеньоптическогосигналабудетбольшеаснавеличину,соответствующую числу волновых каналов, т.е. 10 lg K f .Таким образом, на основании формулы (2.1) информационнуюемкость волоконно-оптической линии в общем виде можно выразить так:V 1 = V / 0,0301 = ( ∑ ∆f к ∑τ к )( а с − а ш + 10 lg K f ) ,(2.6),где суммирование происходит по всем каналам К f и N .Дальнейшая детализация формулы Шеннона для оптического волокнатребует учета особенностей распространения света по ОВ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
