Фриман Р.Л. Волоконно-оптические системы связи

Подождите немного. Документ загружается.

Al, A2 — фрейминг 9 (опорная синхро-последовательность)

Bl, B2, В3 - BIP-8 (проверка на четность)

С1 - STS-1 ID, C1a - только для STS-3с

Dl - D12 - канал передачи данных

E1, E2 — канал служебной связи

F1, F2 - для нужд пользователя

H1, H2 - значение указателя, Н1а - 1001ss11, Н2а - 11111111, Н3 - зона

действия указателя

K1, K2 - APS (автоматическое защитное переключение)

Z1 — Z5 — для последующего применения.

ГЛАВА 10 СОЕДИНЕНИЕ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ НА

ИНЖЕНЕРНОМ УРОВНЕ

10.1. Понятие бюджета линии связи

Вычисление бюджета линии связи на ВОЛС очень похоже на

вычисление бюджета линии РРЛ, линии тропосферной связи или

спутниковой линии на случай потери сигнала (LOS), выполняемого

инженером проектировщиком. При его расчете на практике приходится

определять такие параметры линии, как:

- выходную мощность источника света;

- потери в волокне;

- потери от оптических разъемов, сростков, соединительных шнуров;

- дополнительные потери мощности (см. разд. 4.5)

- допуски.

Значение порога детектора в дБм основано на желаемом уровне

ошибок ВЕК. Дополнительно к этому нам, наверное, понадобятся:

- усиление оптических усилителей;

- потери фильтров;

- пассивные потери WDM (см. [10.11]);

- потери разветвителей;

- потери изоляторов.

При расчете бюджета линии передачи используются, почти

исключительно, децибелы.

Проектирование линии основано на расчете его бюджета. Либо мы

присваиваем значение тем параметрам, что перечислены выше, либо мы

вычисляем некоторые специфические значения. Цель состоит в том, чтобы

иметь наиболее эффективный (по цене) проект, способный удовлетворить

нашим требованиям.

Один из первых шагов в выполнении упражнений по оценки бюджета

линии передачи состоит в определении того, является ли рассматриваемая

линия ограниченной по дисперсии или по потерям. В общем случае, если

используется волокно типа G.653 [10.1], или LEAF компании Corning, линия

будет ограниченной по потерям вплоть до скорости передачи 1 Гбит/с

(фактически до 2,5 Гбит/с - STM-16). Одно из отличий бюджета ВОСП от

бюджета радио/беспроводных систем в бюджете времени нарастания. На

конечном шаге определяется факт того, является ли линия ограниченной по

дисперсии. Бюджет также дает нам сведения о том, что можно с этом сде-

лать. В первой части этой главы, мы имеем дело с бюджетами по мощности,

где линия рассматривается ограниченной по мощности. В разделе 10.4 мы

рассматриваем проблемы, связанные с дисперсией, вычисляя скорость на-

растания в системе, в которой нам заданы (или же мы оцениваем) скорости

нарастания элементов системы.

10.2. Расчетные допуски для линии связи

Расчетные допуски для линии связи можно определить как те

дополнительные децибелы, которые добавляются к бюджету линии в

качестве допуска безопасности. Было бы не плохо иметь такой допуск

безопасности, чтобы компенсировать возможность недооценки нами

дополнительных непредвиденных потерь линии; ведь мы рассчитываем по

минимуму, чтобы сэкономить деньги. Некоторые активные элементы имеют

тенденцию ухудшения характеристик со временем (например, СИД). Не все

сростки имеют одинаково малые потери. Допуски для линии связи призваны

компенсировать все эти недостатки. Мы рекомендуем иметь суммарный

допуск на уровне 6 дБ для очень длинных систем. Каждый децибел стоит

денег производителю системы. Многие из них ограничивают величину

суммарного допуска до 4,8 дБ и даже 3 дБ. Мы призываем противиться

этому.

ITU-T в рекомендации G.957 предписывает выделять в бюджете 2-4 дБ

для покрытия потерь оборудования в конце срока службы. Следует заметить,

что специалисты по надежности (см. Telcordia GR-468-CORE [10.3] и TR-

NWT-000357 [10.4]) выделяют три периода в сроке службы оборудования:

1. Детский, где мы ожидаем «детскую смертность».

2. Нормального функционирования, где оборудование удовлетворяет

характеристикам и требованиям надежности.

3. Конец срока службы, где оборудование начинает изнашиваться и мы

уже не можем ожидать, что оно будет удовлетворять характеристикам и

требованиям надежности.

Кто-то предполагает увидеть в скобках замечание относительно

деградации оборудования в конце срока жизни, например, такое, что в любом

случае оборудование, которое морально устарело, должно быть заменено

независимо от конца его срока службы.

Рекомендация ITU-T G.957 [10.2] утверждает:

«Спецификации по затуханию даются в расчете на худший случай,

включающий потери на сростки, оптические разъемы и аттенюаторы (если

используются) или другие пассивные оптические устройства, и другие

дополнительные допуски на кабель, выбираемые для того, чтобы покрыть

возможные потери от:

(1) последующей модификации конфигурации кабельной прокладки

(дополнительные сростки, увеличение длины кабеля и т. д;

(2) вариации характеристик кабеля в зависимости от влияния факторов

окружающей среды;

(3) деградации любых оптических разъемов и аттенюаторов (если

используются) или других пассивных оптических устройств между точками

S и R, если они указываются.

Рекомендация ITU-T G.957 определяет точку S, как точку на

оптическом волокне сразу за оптическим разъемом передатчика (С

), а

точку R, как опорную точку на оптическом волокне сразу перед оптическим

разъемом приемника (С

). Эти опорные точки ITU-T для системы показаны

на рис. 10.1.

Рис. 10.1. Схема эталонной оптоволоконной линии, показывающая

положение опорных точек S (передача) и R (прием) и оптических разъемов,

идентифицируемых как С

и C

. (См. ITU-T G.957 [10.2], рис.1, с.8)

Рекомендации ITU-T определяют три типа оптоволоконных секций

(стандартных линий), основываясь на их длине, как показано в табл. 10.1.

10.2.1. Таблицы контроля

Таблицы 10.2 — 10.4 приведены здесь для того, чтобы читатель имел

возможность сопоставить их с теми значениями, которые он получил в

процессе подготовки бюджета для какого-то проекта. Эти (достаточно

консервативные) значения взяты из таблиц в рекомендациях ITU-T G.957

[10.2], табл. 2-4. Например, средняя излучаемая мощность для столбца 6

может быть +3 или +6 дБм; а с оптическим усилителем эта мощность может

достичь +20 дБм или больше, в зависимости от обстоятельств.

Тестовые звенья ITU-T, на основании результатов которых были

получены данные в таблицах 2-4 рекомендации G.957, использовали

двоичное (NRZ) оптическое линейное кодирование, скремблирование и,

следовательно, удовлетворяли требованиям рекомендации ITU-T G.707. (См.

раздел 4.7 в тексте.)

Таблица 10.1

Типы секций (стандартных линий), расстояния, длины волн и допуски

Тип Внутри-

офисный

Короткая

секция (1)

Короткая

секция (2)

Длинная

секция (1)

Длинная

секция (2)

Длинная

секция (3)

Длина волны 1310 нм 1310 нм 1550 нм 1310 нм 1550 нм 1550 нм

Тип волокна ОМ

ОМ

ОМ со

сдвигом

отсечки

ОМ со

сдвигом

дисперсии

Расстояние,

км

 2

~ 15

~ 40

~ 80

Код использования

1-1 S-1.1 S-1.2 L-1.1 L-1.2 L-1.3

Порог

б)

155 Мбит/с,

дБм

-23

в)

-28 -28 -28 -28 -28

Порог

б)

622 Мбит/с,

дБм

-23 -28 -28 -28 -28 -28

Порог

б)

2,5 Гбит/с,

дБм

-18 -18 -18 -27 -28 -28

Диапазон ослабления,

дБ

0-7 0-12 0-12 10-28 10-28 10-28

Допуск приемника, дБ 3 3 3 4 4,8 4,8

а)

ITU-T код типового использования, см. G.957 и G.662.

б)

Порог относится к порогу детектора в опорной точке R. Этот порог

устанавливается для BER = 10

-10

. Для BER = 10

-12

этот порог будет на 1 дБ

менее чувствительным, алгебраически это означает добавление 1 дБ. Таким

образом, исходный порог -23 дБ становится порогом -22 дБ.

в)

Требует аттенюатора или источника с укороченным диапазоном действия,

чтобы избежать перегрузки приемника.

Источники. См. ITU-T G.957 [10.2], табл.2-4, с.8 и [10.5].

Мы подчеркиваем, что выбор типа линейного кодирования — важная

часть процесса проектирования оптоволоконной линии. Если мы озабочены

тем, чтобы восстановить сигнал синхронизации, мы возможно выберем

режим кодирования RZ. Если же мы стремимся к минимизации числа пере-

ходов состояния на такой линии, то нашим выбором был бы режим NRZ.

Таблица 10.2

Примеры бюджетов оптических линий для оптического интерфейса STM-1 SDH (155 Мбит/с)

Значения Номинальная скорость сигнала,

Мбит/с

155,520 - STM-1 в соответствии с рекомендацией G.707

Код использования (табл. 10.1) 1-1 S-1.1 S-1.2 L-1.1 L-1.2 L-1.3

Рабочий диапазон длин волн, нм 1260

а)

- 1360

1261

а)

- 1360 1430- 1576 1430-1580 1263

а)

- 1360

1480- 1580 1534-1566

1523-1577

1480-1580

Передатчик в опорной точке S

Тип источника MLM LED MLM MLM SLM MLM SLM SLM MLM SLM

Спектральные характеристики:

максим, ширина (СКВ), нм 40 80 7,7 2,5 — 3 — — 3/2,5 —

максим, ширина (-20 дБ), нм — — — — 1 — 1 1 — 1

миним. подавление боковых

лепестков, дБ

—

— —

—

— 30

Средняя излучаемая мощность:

максимум, дБм -8 -8 -8 0 0 0

минимум, дБм -15 -15 -15 -5 -5 -5

Миним. коэффициент ослабления

сигнала, дБ

8,2

Оптический путь между S и R

Диапазон ослабления

б)

, дБ 0-7 0-12 0-12 10-28 10-28 10-28

Максим, дисперсия, пс/нм 18 25 96 296 н.д. 246 н.д. н.д. 246/296 н.д

Миним. возвратные потери

кабельного участка в точке S,

включая оптические разъемы, дБ

н.д.

Максим, отражение между S и R, дБ н.д. н.д. н.д. н.д. -25 н.д.

Приемник в опорной точке R

Минимум чувствительности

', дБм -23 -28 -28 -34 -34 -34

Минимум перегрузки, дБм -8 -8 -8 -10 -10 -10

Максим, оптические потери, дБ 1 1 1 1 1 1

Максим, отражение приемника,

измеренное в точке R, дБ

н.д.

-25

н.д.

Некоторые администрации могут устанавливать предел 1270 нм.

б)

См. статью 6 основного документа.

Источник: См. ITU-T G.957 [10.2], табл.2, с.5

Таблица 10.3

Примеры бюджетов оптических линий для оптического интерфейса STM-4 SDH (622 Мбит/с)

Значения

Номинальная скорость сигнала,

Мбит/с

622,080 - STM-4 в соответствии с рекомендацией G.707

Код использования (табл. 10.1) I-4 S-4.1 S-4.2 L-4.1 L-4.2 L-4.3

Рабочий диапазон волн, нм

1261

а)

-1360

1293

а)

- 1334/

1274-1356

1430-1580

1300-1325/

1296-1330

1280-1335

1480-1580

Передатчик в опорной точке S

Тип источника MLM LED MLM SLM MLM SLM SLM SLM

Спектральные характеристики:

максим, ширина (СКВ), нм 14,5 35 4/2,5 — 2,0/1,7 — — —

максим, ширина (-20 дБ), нм — — — 1 — 1 < 1

б)

миним. подавление

боковых лепестков, дБ — — — 30 — 30 30 30

Средняя излучаемая мощность:

максимум, дБм -8 -8 -8 +2 +2 +2

минимум, дБм -15 -15 -15 -3 -3 -3

Миним. коэффициент

ослабления сигнала, дБ 8,2 8,2 8,2 10 10 10

Оптический путь между S и R

Диапазон ослабления"', дБ 0-7 0-12 0-12 10-24 10-24 10-24

Максим, дисперсия, пс/нм 13 14 46/74 с н.д. 92/109 н.д. б) —

Миним. возвратные потери

кабельного участка в точке S,

включая оптические разъемы, дБ н.д. н.д. 24 20 24 20

Максим, отражение между

S и R, дБ н.д. н.д. -27 -25 -27 -25

Приемник в опорной точке R

Минимум чувствительности

б)

, дБм -23 -28 -28 -28 -28 -28

Минимум перегрузки, дБм -8 -8 -8 -8 -8 -8

Максим, оптические потери, дБ 1 1 1 1 1 1

Максим, отражение измеренное в точке R, дБ

н.д. н.д. -27 -14 -27 -14

а)

Некоторые администрации могут устанавливать предел 1270 нм.

б)

См. статью 6.2.2 основного документа.

в)

См. статью 6 основного документа.

Источник: См. ITU-T G.957 [10.2], табл. 3, с. 6.

Таблица 10.4

Примеры бюджетов оптических линий для оптического интерфейса STM-16

SDH (2,5 Гбит/с).

Значения

Номинальная

скорость сигнала, Мбит/с

2,488,320 — STM-16 в соответствии с рекомендацией

G.707

Код использования (табл. 10.1) I-16 S-16.1 S-16.2 L-16.1 L-16.2 L-16.3

Рабочий диапазон волн, нм 1266

1360

1260

1360

1430-

1580

1280-

1335

1500-

1580

1500-

1580

Передатчик в опорной точке S

Тип источника MLM SLM SLM SLM SLM SLM

Спектральные характеристики:

максим, ширина (СКВ), нм 4 — — — — —

максим, ширина (-20 дБ), нм — 1 < 1

1 < 1

< 1

миним. подавление боковых

лепестков, дБ

- 30 30 30 30 30

Средняя излучаемая мощность:

максимум, дБм -3 0 0 +3 +3 +3

минимум, дБм -10 -5 -5 -2 -2 -2

Миним. коэффициент ослабле-

- ния сигнала, дБ

8,2 8,2 8,2 8,2 8,2 8,2

Оптический путь между S и R

Диапазон ослабения

в)

, дБ 0-7 0-12 0-12 10-24

д)

10-24

д)

10-24

д)

Максим, дисперсия, пс/нм 12 н.д. б) н.д. 1200-

1600

б,г)

10-24

Миним. возвратные потери

кабельного участка в точке S,

включая оптические разъемы,

дБ

24 24 24 24 24 24

Максим, отражение между S и

R, дБ

-27 -27 -27 -27 -27 -27

Приемник в опорной точке R

Минимум чувствительности

б)

дБм

-18 -18 -18 -27 -28 -27

Минимум перегрузки, дБм -3 0 0 -9 -9 -9

Максимальные оптические

потери, дБ

1 1 1 1 2 1

Максимальное отражение

приемника, измеренное в точке

R, дБ

-27 -27 -27 -27 -27 -27

а)

Некоторые администрации могут устанавливать предел 1270 нм.

б)

См. статью 6.2.2 основного документа.

в)

См. статью 6 основного документа.

г)

Указанный диапазон дисперсий соответствует приблизительному (в расчете на худший случай) значению

дисперсии 80-км участка волокна G.652/G.654 в диапазоне 1500-1580 нм: производители должны дать

достаточный допуск, чтобы гарантировать надлежащую работу линии на расстоянии 80 км.

д)

Чтобы удовлетворить 10 дБ минимальному ослаблению вместо 12 дБ ослабления, потребуется уменьшить

максимальную выходную мощность, увеличить минимальную перегрузку, использовать оптические

аттенюаторы, или воспользоваться комбинацией указанных решений.

Источник. См. ITU-T G.957 [10.2], табл. 4, с. 7.

Большинство систем используют кодирование типа NRZ или,

возможно, манчестерское кодирование. Системы, использующие

кодирование RZ, требуют большей полосы пропускания, чем системы с NRZ,

что может быть существенным недостатком.

10.2.2. Практические таблицы ITU-T (МСЭ)

Таблица 10.2 дает параметры так, как они специфицированы ITU-T для

оптического интерфейса STM-1 (155 Мбит/с). Таблица 10.3 аналогична табл.

10.2, но применима для оптического интерфейса STM-4 (622 Мбит/с). Таб-

лица 10.4 приводит данные для оптического интерфейса STM-16 (2,488 Гбит/

с). Заметим, что STM-nn — это номенклатура технологии SDH, которая об-

суждается в гл.12.

10.3. Бюджет линии связи: примеры

Исходной информацией для этих примеров служат либо данные табл.

10.1, либо информация, приведенная в гл. 4, 5 и 6.

10.3.1. Общие правила

Начальным этапом в каждом случае является детектор света или

приемник на удаленном конце. Изготовитель приемного оборудования

обычно дает в технической документации один или несколько пороговых

уровней. Еще более ценным для инженера проектировщика было бы иметь

семейство кривых чувствительности, обычно по одной кривой для каждой

стандартной скорости. Каждая кривая представляет собой график

зависимости ВЕК от входного уровня у приемника, выраженного в — дБм.

Ожидается, что указанные стандартные скорости являются скоростями либо

SONET, либо SDH. (См. табл. 9.3.)

Таблица 10.1 обеспечивает пороги для BER порядка 10

-10

для STS-