В рубрику "Решения операторского класса" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
Николай Слепов
Независимый эксперт
Волоконно-оптические системы передачи (ВОСП) используют для передачи сигнала одну или несколько оптических несущих. В первом случае они называются одноканальными и применяют для формирования потока данных, как правило, технологию SDH, во втором - многоканальными и используют технологию WDM. В данной статье дается краткий обзор основных показателей, достигнутых при передаче сигнала на скорости 160 Гбит/с в лабораторных макетах одноканальных систем за последние годы.
В иерархии SDH скорости наращиваются, как известно, путем мультиплексирования с коэффициентом 4:1. С момента создания SDH (1988) и до 2002 г. эта технология интенсивно развивалась и успешно освоила ряд скоростей синхронной иерархии от 155 Мбит/с (синхронный транспортный модуль STM-1) до 40 Гбит/с (STM-256). Основными проблемами, которые пришлось преодолевать (кроме чисто конструктивных) для достижения максимально возможных показателей (скорости и длины пролета или мультиплексной секции), были: затухание сигнала, вызванное рэлеевским рассеянием; уменьшение интенсивности сигнала, вызванное хроматической дисперсией (CD), а на высоких скоростях (10, 40 Гбит/с) и поляризационной модовой дисперсией (PMD); нелинейные эффекты в оптическом волокне (ОВ), возникающие при большом входном оптическом сигнале, применяемом для достижения максимально возможной длины пролета/секции.
Для скоростей до 40 Гбит/с эти проблемы, можно считать, уже преодолены. Последние несколько лет ученые и специалисты пытаются преодолеть их для следующей скоро-сти иерархии SDH - 160 Мбит/с (STM-1024).
Что касается рэлеевского рассеяния, то это неизбежное зло для всех оптических систем на всех скоростях. Оно преодолевается использованием третье-го окна прозрачности и современных ОВ, где получено затухание порядка 0,17-0,18 дБ/км, а также за счет применения оптических усилителей (ОУ), компенсирующих потери на длине пролета/секции.
Дисперсия CD компенсируется либо выбором ОВ типа DSF с нулевой дисперсией на частоте оптической несущей (1550 нм), либо (если выбрано или проложено ОВ другого типа) применением модуля компенсации дисперсии (DCM) нужного типа, позволяющего компенсировать накопленную на длине пролета/секции дисперсию, или других средств компенсации дисперсии (например, оптических или электронных), или, наконец, применением схемы ОВ с управлением дисперсией [1]1.
Дисперсия PMD пока еще трудно поддается компенсации, см. [2], но ее влияние и раньше можно было минимизировать путем выбора подходящего ОВ и замены формата двоичного кодирования NRZ на RZ [3], а сейчас есть сообщения о возможности ее автоматической компенсации [4].
Влияние нелинейных эффектов, вызванных большим входным сигналом, вводимым в волокно, формально можно уменьшить, используя ОВ с большим поперечным сечением, но фактически (для стандартных ОВ) получаемый здесь выигрыш небольшой (из-за ограничений на диаметр сердцевины), и это решение не используют. Вместо этого ограничивают уровень оптического сигнала, подаваемого в ОВ, и применяют тандем оптических усилителей: EDFA - Raman, вытягивая за их счет нужный уровень сигнала на приеме. Этого же можно достичь, снижая допустимый уровень BER на приемной стороне (вход де-мультиплексора) и вытягивая нужную надежность приема путем использования упреждающего кодирования, корректирующего ошибки (FEC), а также выбором оптимального модуляционного формата для представления двоичных данных [1]. Выбор оптимального модуляционного формата для высокоскоростных систем в последнее время стал предметом особого внимания. Так, для систем с одной несущей в одних ра-ботах [5, 6] показывают эффективность форматов CS-RZ (RZ с подавленной несущей), а в других [2, 7]-эффективность формата DBM (дуобинарная модуляция) или его обобщения - PSBT (двоичная передача с фазированием и фильтрацией сигнала), в версии BL-PSBT (PSBT с общим ограничением по ширине полосы), или же чирпованного формата DBM (CDBT) [9]. В последних работах [1, 2, 9-11], однако, демонстрируют результаты, которые говорят в пользу сочетания форматов RZ-PSK: RZ-DPSK, RZ-QPSK, RZ-DQPSK, RZ-8DPSK (RZ с различными типами фазовых манипуляций: дифференциальной, квадратурной, дифференциальной квадратурной и 8-фазной дифференциальной). В этих работах не только показана эффективность указанных методов в противостоянии различным типам дисперсии (CD и PMD), но и их меньшая чувствительность к уровню накопленного ASE (усиленное спонтанное излучение), а также то, что в общем случае они характеризуются более высоким порогом, при котором нелинейности ОВ влияют на качество передачи.
В 2003 г. был предложен подход, конкурирующий с оптимизацией модулирующего формата и основанный на применении оптического преобразования Фурье (OFT) во временной области [12]. OFT в комбинации с использованием ограниченных процессом преобразования оптических импульсов (TL-импульсов) позволяет оперировать при передаче спектральным, а не временным представлением оптического импульса, которое практически не искажается при передаче. TL-импульсы, имеют форму гиперболического секанса (sech), как и солитоны, и требуют для существования среды с отрицательной дисперсией групповых скоростей (GVD). Реализация этой идеи позволила группе исследователей [13] получить феноменальные результаты, описанные ниже.
Экспериментальные исследования одноканальных оптических систем передачи со скоростью 160 Гбит/с начались на рубеже XX-XXI столетий. Охватить все посвященные им публикации невозможно. Однако рассмотренные ниже источники достаточно хорошо по-крывают период с 2000-го по 2007 г.
Одной из первых была публикация, где описывались результаты лабораторных модельных экспериментов по передаче в формате RZ потока данных со скоростью 160 Гбит/с по стандартному ОВ G.652 на длине волны 1550 нм. Достигнутая длина передачи составила при этом 160 км. Примерно этот же состав авторов через год доложил в работе о результатах натурного эксперимента по передаче потока 160 Гбит/с по такому же волокну, но проложенному в полевых условиях, на той же длине волне. Достигнутая длина передачи составила 116 км, что на 27,5% меньше (это, видимо, объясняется ухудшением дисперсионных характеристик ОВ в реальных условиях). При этом демодуляция проводилась путем демультиплексирования 160 Гбит/с формата оптического TDM (OTDM) в 40 Гбит/с формат электрического TDM (ETDM).
Большую длину передачи (200 км) удалось достичь коллективу экспериментаторов в том же году [16], используя аналогичную лабораторную модель, но с другим типом волокна (NZDSF). Спустя два года (2003) длина передачи 160 Гбит/с сигнала была увеличена до 240 км при передаче по стандартному волокну G.652 [17], но уже благодаря использованию схемы управления дисперсией, основанной на чередовании волокон с положительной и отрицательной дисперсией.
Продолжение материала читайте в следующих номерах журнала "Технологии и средства связи ".
Список литературы приведен во второй части статьи, которая будет опубликована в следующем номере (ТСС №5, 2009).
Опубликовано: Журнал "Технологии и средства связи" #4, 2009
Посещений: 6446
Статьи по теме
Автор
| |||
В рубрику "Решения операторского класса" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
