Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

– длительность импульса на входе.

Все виды дисперсии отрицательно влияют на пропускную способность оптоволоконного канала. Так как в настоящее время используются только цифровые способы передачи информации, то световой сигнал поступает с передатчика импульсами. И чем сильнее размыт по времени импульс на выходе, тем сложнее его правильный прием (рисунок 2.2). Иначе говоря, дисперсия накладывает ограничение на дальность передачи и на верхнюю частоту передаваемых сигналов.

В соответствии с природой дисперсии следует говорить о комплексе воздействий, обусловленных различными причинами, но имеющих одинаковое проявление. Среди факторов, вызывающих искажение оптического сигнала, основными являются различие скоростей, с которыми распространяются в волокне разные лучи, направляющие свойства оптического волокна и физические параметры материала волокна.

Рисунок 2.2 – Искажение формы импульсов вследствие дисперсии

Различают три типа дисперсии, каждая из которых отличается своими особенностями:

• Межмодовая дисперсия;

• Хроматическая дисперсия;

• Поляризационно-модовая дисперсия.

На первоначальном этапе развития волоконных световодов наиболее ощутимой была межмодовая дисперсия, которая проявляет себя только в многомодовых волокнах. На данный момент большую роль играют одномодовые волокна, поэтому большее внимание уделим двум другим видам дисперсии.

Хроматическая дисперсия  один из механизмов, лимитирующих полосу пропускания волоконно-оптических кабелей, ухудшающих распространение импульсов сигнала, который состоит из различных цветов проходящего света (некогерентность сигнала). Различные длины волн распространяются с различной скоростью. Хотя большинство оптических источников имеют одинаковый диапазон светового луча, каждая волна с различной длиной прибывает за различное время, и поэтому оказывается, что передаваемый импульс размывается. Хроматическая дисперсия состоит из материальной и волновой составляющих и происходит при распространении как в одномодовом, так и в многомодовом волокне. Однако наиболее отчетливо она проявляется в одномодовом волокне, ввиду отсутствия межмодовой дисперсии.

Хроматическую дисперсию можно определить по формуле (2.4) [15]:

(2.4)

где: – хроматическая дисперсия;

ширина спектра излучения;

– коэффициент удельной хроматической дисперсии.

Коэффициент удельной хроматической дисперсии обычно используют для количественного выражения дисперсии. Но во многих источниках для описания уширения импульсов использует дисперсионный параметр , который связан с следующей формулой:

(2.5)

Поляризационно-модовая дисперсия возникает вследствие различной скорости распространения двух взаимно перпендикулярных поляризационных составляющих моды. В одномодовом волокне в действительности может распространяться не одна мода, а две фундаментальные моды – две перпендикулярные поляризации исходного сигнала. Главная причина появления поляризационной моды является нециркулярность (овальность) профиля сердцевины одномодового волокна, возникающая в процессе изготовления или эксплуатации волокна. При изготовлении волокна только строгий контроль позволяет достичь низких значений этого параметра. В идеальном волокне, в котором отсутствует овальность, две моды распространялись бы с одной и той же скоростью.
Однако, на практике, волокна имеют неидеальную геометрию, что приводит к различной скорости распространения двух поляризационных составляющих мод.

Поляризационно-модовая дисперсия растёт с ростом расстояния по закону (2.6):

(2.6)

где: – коэффициент удельной поляризационной дисперсии.

В силу случайной ориентации быстрой и медленной осей последовательных участков волокна, величина поляризационно-модовая дисперсия растет с увеличением длины волокна медленнее, чем по линейному закону.

Общая дисперсия вычисляется по формуле (2.7):

(2.7)

Из-за своей небольшой величины поляризационно-модовая дисперсия может появляться исключительно в одномодовом волокне, причём тогда, когда используется передача широкополосного сигнала (скорость 2,5 Гбит/с и выше) с очень узкой спектральной полосой излучения (1нм и меньше). В этом случае поляризационно-модовая дисперсия становится сравнимой с хроматической дисперсией [17].

1. Длина регенерационного участка

Одним из ограничений, которым обладает оптическое волокно, является длина регенерационного участка, то есть максимальная длина участка волоконно-оптической линии без необходимости установки усилителей и ретрансляторов.

Длина регенерационного участка волоконно-оптической линии связи определяется энергетическим потенциалом аппаратуры и передаточными характеристиками кабеля его коэффициентом затухания и дисперсией. Затухание приводит к ослаблению сигнала и уменьшению дальности передачи, дисперсия приводит к ограничению пропускной способности световода, которая сказывается тем сильнее, чем длиннее линия [3].

Длина регенерационного участка при использовании цифровых систем передач определяют следующим образом. Длину регенерационного участка выбирают по наименьшему значению длины регенерационного участка по затуханию ( ) или дисперсии ( ), но так, чтобы выполнялись требования по затуханию сигнала и пропускной способности [3].

Длина регенерационного участка, определяемая затуханием линии, рассчитывается по формуле (2.8) [18].

(2.8)

где: – энергетический потенциал аппаратуры, то есть разность выходной мощности источника излучения и мощностью светодиодного индикатора приемника;

– коэффициент затухания;

– затухание разъёмного соединения, равняется 0,3 дБ;

– количество разъемных соединений, в нашем случае (по концам регенерационного участка);

– строительная длина кабеля, принята в проекте 4 км;

– затухание неразъёмных (сварных) соединений, равно 0,1 дБ;

– запас, который обеспечивает работоспособность в случае воздействия на кабель, не превышает 5 дБ.

Дисперсионные явления в волоконном световоде приводят к появлению межсимвольной интерференции, для уменьшения которой необходимо, чтобы уширение импульса было меньше , где тактовый интервал [7], то есть выполнялось следующее условие:

(2.9)

Как известно, [11], тогда получаем следующее соотношение:

(2.10)

где: – уширение импульса, пс;

– скорость передачи.

Тогда, исходя из условия отсутствия межсимвольной интерференции, длина регенерационного участка определится по формуле (2.11) [18]:

(2.11)

где: – уширение импульса на единицу длины, пс/км.

1. Стандарты для оптического волокна

Сектор телекоммуникаций как подразделение Международного союза электросвязи (МСЭ-Т) по-английски ITU-T (International Telecommunication Union Telecommunication sector) с 1995 г. разрабатывает технические стандарты, известные как Рекомендации по всем международным аспектам цифровых и аналоговых коммуникаций.

Рекомендации эти в различной документации кратко обозначают как "рекомендации МСЭ-Т G.651", "ITU-T G.652" или "G.655".

Внутри конкретной рекомендации ITU-T возможны деления оптического волокна на категории по таким характеристикам как типоразмер, потери на макроизгибе, коэффициент затухания, коэффициент хроматической дисперсии, коэффициент поляризационно-модовой дисперсии [19 – 22].

В рекомендациях описываются оптические кабели, а именно их геометрические, оптические, механические параметры и параметры передачи. При изготовлении волокна и кабеля производители обязаны соответствовать этим стандартам.

Ниже представлены краткие характеристики трех основных стандартов, используемых в данной работе:

• Оптическое волокно одномодового типа известно под стандартом G.652. Был разработан для диапазона длин волн 1310 нм. При таком показателе волокно G.652 имеет нулевую хроматическую дисперсию и затухает с минимальным значением. Оптическое волокно G.652 отличается высокой надежностью и обеспечивает передачу данных на скорости до 10 Гбит/с. Часто такие линии связи применяются для одноволновой и многоволновой передачи, когда расстояние между двумя точками составляет в среднем 50 километров.

Применение оптоволокна G.652 в линиях связи, где необходима передача данных на скорости выше 10 Гбит/с, требует наличия более сложной аппаратуры, а, следовательно, и больших финансовых затрат.

• Стандарт G.653 распространяется на одномодовое волокно со смещенной нулевой дисперсией в области длин волн 1550 нм. Это волокно имеет нулевую дисперсию в области минимальных потерь волокна, что достигается за счет более сложной структуры световедущей жилы, а именно специально заданному распределению коэффициента преломления по диаметру жилы.

Волокно типа G.653 используется в протяженных магистральных широкополосных линиях и сетях связи, оно обеспечивает передачу информации на несколько сотен километров со скоростями до 40 Гбит/с. Однако по нему можно передавать только один спектральный канал информации, то есть оно не может быть использовано в волоконно-оптических системах и сетях, в которых применяются волоконно-оптические усилители и плотное оптическое спектральное мультиплексирование (DWDM-технологии).

• Стандарт G.655 относится к волокну со смещенной ненулевой дисперсией. Это волокно предназначено для применения в магистральных волоконно-оптических линиях и глобальных сетях связи, использующих DWDM-технологии в диапазоне длин волн 1550 нм. Волокно G.655 имеет слабую, контролируемую дисперсию и большой диаметр световедущей жилы по сравнению с волокном типа G.653. Это снижает проблему четырехволнового смешения и нелинейных эффектов и открывает возможности применения эффективных волоконно-оптических усилителей.

1. Распространение лазерных импульсов по оптическому волокну

Распространение излучения в оптическом волокне с дисперсией и нелинейностью для импульсов длительностью более 0,1 пс описывается нелинейным уравнением (3.1) [6]:

, (3.1)

где: – время, измеряемое в системе отсчета, движущейся с импульсом с его групповой скоростью ( );

Характеристики

Список файлов ВКР