Измерение энергетических параметров каналов системы WDM с помощью анализатора оптического спектра

 

 

 

 

 

 

 

 

Тема: Измерение энергетических параметров каналов системы WDM с помощью анализатора оптического спектра

 

 

 

 

 

                                                                    Принимал:   Наушек К.

Выполнила:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Одним из основных направлений современного научно-технического прогресса является всестороннее развитие волоконно-оптических систем связи, обеспечивающих возможность доставки на значительные расстояния чрезвычайно большого объёма информации с наивысшей скоростью. Пропускная способность оптических сетей никогда не бывает избыточной. Волоконно-оптические линии, не задействованные сегодня, уже завтра будут загружены “под завязку”. Преобладание трафика Internet и других пакетных сетей в суммарном объеме всей передаваемой информации требует совершенно новых подходов к организации каналов связи и приводит к проблеме нехватки волокна. Преодолеть ее можно было бы за счет прокладки дополнительных линий, однако на это требуются огромные затраты.

Потребности в дальнейшем наращивании пропускной способности систем передачи информации стимулировала исследования в направлении  поиска новых методов решения  этой задачи. Одной из перспективных  технологий систем передачи с использованием ВОЛС является технология WDM. Эта технология становится актуальной, когда оператор заинтересован в увеличении скорости передачи своих сетей. На междугородной сети с появлением новых услуг и технологий (мультисервисных сетей, АТМ технологий, мультимедиасвязи, и.т.д.)

Спектральное  уплотнение каналов (англ. Wavelength-division multiplexing, WDM, буквально мультиплексирование с разделением по длине волны) — технология, позволяющая одновременно передавать несколько информационных каналов по одному оптическому волокну на разных несущих частотах.

Технология WDM позволяет существенно увеличить  пропускную способность канала (к 2003 году достигнута скорость 10,72 Тбит/с[1], а к 2009 — 15,5 Тбит/с[2]), причем она позволяет использовать уже проложенные волоконно-оптические линии. Благодаря WDM удается организовать двустороннюю многоканальную передачу трафика по одному волокну.

Виды WDM систем

Исторически первыми возникли двухволновые WDM системы, работающие на центральных длинах волн из второго и третьего окон прозрачности кварцевого волокна (1310 и 1550 нм). Главным достоинством таких систем является то, что из-за большого спектрального разноса полностью отсутствует влияние каналов друг на друга. Этот способ позволяет либо удвоить скорость передачи по одному оптическому волокну, либо организовать дуплексную связь.

Современные WDM системы на основе стандартного частотного плана (ITU-T Rec. G.692) можно подразделить на три группы:

• грубые WDM (Coarse WDM — CWDM) — системы с частотным разносом каналов не менее 200 ГГц, позволяющие мультиплексировать не более 18 каналов.

(Используемые в настоящее время CWDM работают в полосе от 1270нм до 1610нм, промежуток между каналами 20нм (200Ghz), можно мультиплексировать 16 спектральных каналов.[3])

• плотные WDM (Dense WDM — DWDM) — системы с разносом каналов не менее 100 ГГц, позволяющие мультиплексировать не более 40 каналов.
• высокоплотные WDM (High Dense WDM — HDWDM) — системы с разносом каналов 50 ГГц и менее, позволяющие мультиплексировать не менее 64 каналов.

Частотный план для CWDM систем определяется стандартом ITU G.694.2. Область применения технологии CWDM — городские сети с расстоянием  до 50 км. Достоинством этого вида WDM систем является низкая (по сравнению  с остальными типами) стоимость оборудования вследствие меньших требований к  компонентам.

Частотный план для DWDM систем определяется стандартом ITU G.694.1. Область применения — магистральные  сети. Этот вид WDM систем предъявляет  более высокие требования к компонентам, чем CWDM (ширина спектра источника  излучения, температурная стабилизация источника и т. д.). Толчок к бурному  развитию DWDM сетей дало появление  недорогих и эффективных волоконных эрбиевых усилителей (EDFA), работающих в промежутке от 1525 до 1565 нм (третье окно прозрачности кварцевого волокна).

Чтобы получить дополнительные цифровые каналы с наименьшими капитальными затратами, и предлагается использовать спектральное уплотнение. При этом  получаемые длины волн эквивалентны по пропускной способности оптическим волокнам при технологии SDH. Внедрение  систем DWDM определяется несколькими факторами:

- увеличение пропускной способности  волоконно-оптического кабеля с  помощью мультиплексирования на  основе DWDM может оказаться более экономичным, чем строительство новых кабельных линий;

- появляются новые службы –  "пожиратели полосы пропускания";

- сигнал, мультиплексированный в  системе DWDM, переносится в оптической форме без промежуточных преобразований.

Очевидно, что технология DWDM обладает преимуществом, как с точки зрения пропускной способности, так и возможности  дальнейшего умощнения сети:

- DWDM является стабильной платформой  для предоставления услуг, а  возможность значительного расширения  емкости делают сеть удобной  для пользователя;

- Технология обеспечивает передачу  трафика широкого спектра решений,  от систем IP до оборудования SDH и  других;

- Существуют большие возможности  для масштабирования сети, что  означает уверенность в завтрашнем  дне для клиентов;

- DWDM-технология позволяет сети  совмещать гибкость управления  относительно низкоскоростными  каналами на периферии со скоростной  передачей гигабитных потоков  в основных магистралях.

По мере прохождения по оптическому  волокну сигнал постепенно затухает. Для того чтобы его усилить, используются оптические усилители. Это позволяет  передавать данные на расстояния до 4000 км без перевода оптического сигнала в электрический (для сравнения, в SDH это расстояние не превышает 200 км).

Анализаторы спектра — это новый вид приборов. Обычно OSA позволяют контролировать центральную длину волны, расстояние между соседними каналами, а также общие характеристики, такие, как мощность, отношение сигнал/шум и др. Однако их разрешающая способность зависит от используемой модели и обычно ограничена 0,1 нм.

Принцип работы анализатора спектра  состоит в разделении светового  потока на монохроматические компоненты с последующим измерением мощности каждой составляющей, т.е. OSA позволяет  исследовать весь спектральный профиль  сигнала в требуемом диапазоне  длин волн. Далее профиль отображается на графике в координатах «длина волны—мощность». Таким образом, для мультиплексированного сигнала, проходящего по волокну системы DWDM, могут быть проанализированы и отображены оптические характеристики каждого канала, а также взаимовлияние разных каналов.

 

 

 

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

 

    Приобретение практических навыков измерения основных параметров передачи системы WDM по спектральной характеристике группового сигнала, полученной с помощью оптического анализатора спектра на выходе оптического мультиплексора.

 

Согласно номеру бригады по таблице 7.1 определить исходные данные (длина линии SMFlength, км, и коэффициент затухания SMFattenuation, дБ) к выполнению лабораторной работы.

 

 

 

 

Рис.1 Интерфейс  пользователя

(приложение  «Dispersion managed sections»)

 

 

 

Ной характеристике, представленной на рис.2.

 

Рис.2 Оценка

 

 

 

 

 

          

 ческих сигналов в оптических  каналах (рис.2)

 

 

 

 

Рис.3

 

 

 

 

Ниже  в таблице1 приведены расчетные  данные, полученные в ходе лабораторной работы:

Таблица 1

 

Параметр канала n (n=1…8)		Фильтр
		Rect.	Gauss	Комбин.	Выкл.
І	ІІ	ІІІ	IV	V	VІ
λ0, нм	1	-1.40512	-1.38001	-1.39707	-1.40100
	2	-1.00411	-0.99941	-1.00305	-1.00304
	3	-0.59214	-0.59212	-0.59141	-0.59803
	4	-0.40101	-0.20231	-0.20324	-0.20004
	5	0.20132	0.20013	0.20122	0.20605
	6	0.60345	0.59924	0.60721	0.60314
	7	1.00511	1.00411	1.00401	1.00628
	8	1.40821	1.40740	1.40302	1.40626
рп, дБ	1	-9.19543	-9.5488	-9.36826	-12.40704
	2	-9.19643	-9.5188	-9.36126	-11.95593
	3	-9.20543	-9.5413	-9.37825	-11.58315
	4	-9.21543	-9.5265	-9.34226	-11.54317
	5	-9.19566	-9.2381	-9.36826	-11.58216
	6	-9.19873	-9.4448	-9.34815	-11.57315
	7	-9.21513	-9.5385	-9.32876	-11.53314
	8	-9.19147	-9.5478	-9.35725	-11.59322
pnoise-∆λ, дБ	1	-9.22982	-9.50382	-9.35511	-12.27378
	2	-9.22877	-9.47517	-9.35243	-11.87207
	3	-9.29421	-9.52236	-9.36544	-12.87807
	4	-9.24577	-9.51761	-9.34514	-11.87403
	5	-9.25988	-9.41021	-9.35534	-13.17552
	6	-9.23982	-9.49298	-9.35243	-12.87807
	7	-9.22111	-9.4818	-9.35421	-11.59801
	8	-9.24681	-9.54326	-9.35232	-12.81827
pnoise+∆λ, дБ	1	-9.14161	-9.35888	-9.41557	-12.81637
	2	-9.34475	-9.35888	-9.31517	-12.36439
	3	-9.32267	-9.35888	-9.48122	-12.05634
	4	-9.34165	-9.35888	-9.81337	-12.12635
	5	-9.74168	-9.35888	-9.67543	-12.05234
	6	-9.12177	-9.35888	-9.41581	-12.24414
	7	-9.85161	-9.35888	-9.45528	-12.78651
	8	-9.41135	-9.35888	-9.61252	-12.89633

 

 

Согласно  полученным данным для каждого из каналов рассчитаны среднее  значение, максимальная абсолютная погрешность и  максимальная

относительная погрешность для соответствующих спектральных  параметров исследуемого канала, измеренных в различных режимах сглаживания сигнала. (таблица 2)

Для канала п среднее значение параметра определяется таким образом:

 

Таблица 2

 

Параметр канала n (n=1…8)		Фильтр
		Rect.	Gauss	Комбин.	Выкл.
І	ІІ	ІІІ	IV	V	VІ
Pп, мкВт	1	116.315	111.186	114.021	66.881
	2	116.441	111.396	114.028	65.447
	3	116.110	111.001	114.019	67.122
	4	116.134	111.185	114.118	65.193
	5	116.315	111.167	114.014	65.821
	6	116.317	111.188	114.031	65.709
	7	116.323	111.185	114.024	67.761
	8	116.336	111.183	114.028	67.837
P∑, мВт		962.821	887.585	926.752	560.754
р∑, дБ		29.835	29.482	29.67	27.488
ркан, дБ		20.805	20.451	20.639	18.457
∆рmax, дБ		0.307	0.395	0.104	1.644
pnoise, дБ	1	-9.18572	-9.43135	-9.38534	-12.5451
	2	-9.28676	-9.41703	-9.3338	-12.1182
	3	-9.30844	-9.44062	-9.42333	-12.4672
	4	-9.29371	-9.43825	-9.57926	-12.0002
	5	-9.50078	-9.38455	-9.51539	-12.6139
	6	-9.1808	-9.42593	-9.38412	-12.5611
	7	-9.53636	-9.42034	-9.40475	-12.1923
	8	-9.32908	-9.45107	-9.48242	-12.8573
OSNR, дБ	1	-0.00971	-0.11745	0.01708	0.13806
	2	0.09033	-0.10177	-0.02746	0.16227
	3	0.10301	-0.10068	0.04508	0.88405
	4	0.07828	-0.08825	0.237	0.45703
	5	0.30512	0.14645	0.14713	1.03174
	6	-0.01793	-0.01887	0.03597	0.98795
	7	0.32123	-0.11816	0.07599	0.65916
	8	0.13761	-0.09673	0.12517	1.26408