Реферат: Аналіз мережевого тракту

Крім ефекту зниження корисної потужності виникають і шуми (підвищується відносна інтенсивність шуму - RIN, наприклад, 3-155 дБ/Гц до – 138 дБ/Гц), що погіршують характеристики BER (імовірність виникнення помилки). Особливо важливо контролювати SBSу високошвидкісних транспортних оптичних системах, обов'язково використовуючи модулятори з зовнішньою модуляцією (Externalmodulators) і лазерні джерела безупинних коливань (CW - ContinuousWave).

Акустична хвиля, що з'являється за своєю природою є гіперзвуковою, і її частотний спектр може розташовуватися до 10...13 ТГц (1013 Гц). SBSобмежує рівень світлової енергії, що може бути передана волокном. Рівень вхідної потужності, яка подається у волокно, за якої проходить різке наростання визначається як поріг SBSта описується формулою:

де g - означає коефіцієнт підсилення Бріллюена, Аeff- ефективну площу серцевини, К - постійна, що визначається ступінню свободи стану поляризації. Для G.652 - K = 2. Змінні та представляють спектральну ширину смуги Бріллюена і джерела накачки відповідно, Leff- ефективна довжина.

Погіршення, що викликані SBSне виникнуть у системах, де ширина лінії джерела випромінювання значно перевищує ширину смуги Бріллюена, або там де потужність сигналу менша порогової потужності SBS.

Можна прийняти, що за умови перевищення теоретичного порогу (7) погіршення KSBSскладе приблизно 10 дБп на канал, що абсолютнонеприпустимо.

Чотирихвильове змішування (ЧХЗ) виникне, якщо в речовину ввести два сигнали з різними частотами, з достатньо великою інтенсивністю - у спектрі розсіяного сигналу будуть компоненти з чотирма частотами (з врахуванням розсіювання Релея-Мандельштама), причому у випадку накладання двох з частот одна на одну, що практично є можливим, виникають фотони з частотами, які відрізняються від несучої . Частотний спектр розсіяного випромінювання розширюється, причому деякі зі складових можуть підсилюватися за рахунок подавлення інших. При Nоптичних несучих у результаті ЧХЗ кількість складових визначиться співвідношенням:

ЧХЗ може проявлятися і при одному оптичному сигналі, який переносить інформацію методом амплітудної модуляції, тобто його спектр складається з трьох основних складових: центральної частоти та бокових частот, при високих швидкостях передачі бокові частоти є сильно рознесені по відношенню до центральної, тому кожна з них є самостійною несучою з точки зору ЧХЗ. Вплив ЧХЗ на передачу проявляється як додаткові перехресні завади, міжсимвольні завади при високих швидкостях передачі, збіднення потужності сигналів одних каналів за рахунок впливу на інші.

Ефективність ЧХЗ також чутлива до загальної оптичної потужності у волокні. Наближена формула з розрахунку ефективності FWMPдля SMF-28 (якнайбільш частий випадок на практиці для СНД), з урахуванням частотного кроку розміщення Nканалів df. може бути записана у вигляді:

Так, для 8-ми канальної CWDMіз іфоком частотного розміщення в df= 200 ГГц (192,4 - 193,8 ТГц) FWMPскладе ~ -46,7 дБ, а для 16-ти канального розміщення з частотним кроком у 100 ГГц FWMPскладе ~ -37,7 дБ. Нагадаємо, шо електричний еквівалент FWMPдорівнює подвоєному значенню оптичної ефективності FWMPі для останнього випадку буде дорівнює -75,4 дБ.

Найбільший паразитний вплив ЧХЗ справляє на СПІ в яких оптичний тракт побудований на оптичному волокні зі зміщеною нульовою дисперсією G.653 DSF, практично не впливає при одномодовому стандартному волокні G.652 SMF. Досліди показали, що для волокон G.653 ці завади є практично неприйнятними (до 20 дБп ), тоді як для G.652 вони практично відсутні.

Для того, щоб адекватно подавляти генерацію продуктів ЧХЗ в промисловості було запропоновано використання волокна з мінімально допустимою, але ненульовою дисперсією в області підсилення оптичних підсилювачів. Як альтернатива, пропонується використання чергування прольотів з протилежними за знаками дисперсіями. Звичайно, можна забезпечувати збільшення кроку між каналами та існування нерівномірного кроку між ними, за рахунок цього зменшуючи рівень завад від ЧХЗ.

4.4 ВЛАСТИВОСТІ АКТИВНИХ КОМПОНЕНТІВ ОПТИЧНИХ СИСТЕМ ЗІ СПЕКТРАЛЬНИМ УЩІЛЬНЕННЯМ КАНАЛІВ

Якщо визначені специфікації DWDMвимагають дотримання малої ширини смуги випромінювання (0.01...0.5 нм) G.692, G.957, то далеко не всі випромінювачі забезпечують її.

Спектр сигналу, модульованого за інтенсивністю нагадує спектр АМ-сигналу. Він містить бічні складові, причому спектр вихідного сигналу має бути практично обмеженим першою гармонікою тактової частоти. Нестабільність частоти для STM-64 у 10 ГГц викличе накладання на частоти сусіднього групового каналу, недопустиме зростання шуму, подавлення сигналу і зрив функціонування системи. Для STM-256 навіть про половину допусків системи STM-64 мову вести не можна. Тобто, система стабілізації частоти має бути дуже якісною. Для STM-64 ширина спектральної лінії не має перевищувати 0.08 нм при спектральних інтервалах 50 ГГц. Для STM-16 = ±0.5нм(G.957).

Вихід з вказаних частотних смуг веде до появи недопустимих перехресних завад. В принципі, питання можна розв'язати введенням додаткових фільтрів, але це викличе значне подорожчання системи та необхідність використання додаткових підсилювачів.

Розрахуємо коефіцієнт шумо-завад джерела випромінювання спільно з фотодетектором, використовуючи формули аналізу:

Тут т - індекс канальної оптичної модуляції, часто іменований як ОМІ (OpticalModulationIndex). Звичайно виражається у відсотках, але в розрахункові формули необхідно підставляти безрозмірну величину, як m[%]/100. Наприклад, т = 4% еквівалентно т = 0,04; - шумова смуга каналу в виділеній смузі; R - відносна інтенсивність шумів RIN (RelativeIntensityNoise), що розраховується, як шумова потужність, приведена до смуги 1 Гц стосовно оптичної потужності немодульованій несучій. Має розмірність дБ/Гц. q - заряд електрона, S - чутливість оптичного модуля, що залежить від оптичної довжини хвилі. Типові значення складають S1310 = 0,85 А/Bт і SI550 = 0,95 А/Вт на 1310 нм і 1550 нм відповідно. Фізично параметр Sпоказує, який струм (у мА) з'явиться на виході фотодетектора при впливі на його вході оптичної потужності в 1 мВт (0 дБп); In - еквівалентний шумовий тепловий струм підсилювача, вимірюваний в. пА/ Типова величина Inдля трансімпедансного каскаду, виконаного на GaAs польовому транзисторі, складає 7...8 пА/. В даний час з'явилися малошумлячі підсилювальні транзистори з дуже великим вхідним опором, що володіють вхідним шумовим струмом до 5 пА/. Крім того, з обмеженням смуги частот загальна корисна потужність буде падати, а із зростанням понад обмеження, вона буде падати за рахунок перерозподілу у заборонений позаканальний діапазон частот, при цьому ініціюється зменшення відношення сигнал/шум, що у свою чергу еквівалентне погіршенню якості передавання інформації у системі. Запишемо коефіцієнт рівня міжканальних завад оптичного сигналу, який характеризує втрати потужності:

тут Ркан - потужність оптичного каналу, - діапазон частот, виділений на канал. Далі в розрахунках можна прийняти, що з врахуванням фільтрації спектру у якості рівня потужності каналу системи використовується величина втрат на перекриття спектрів Ркан.зав, яку підсумуємо з експлуатаційними шумами системи джерело випромінювання - фотодетектор з виразу.

Оптичний підсилювач підіймає рівень не тільки корисного оптичного сигналу, а й паразитних гармонік, які, власне, й складають основу для перехресних завад оптичних систем. Крім цього, оптичні підсилювачі (як EDFA так і SRS) мають власні шуми.

Наявність коефіцієнта шуму (NF) підсилювача викликана підсиленим спонтанним випромінюванням (ASE). Коефіцієнт шуму ВОП визначається з наступного виразу:

Тут РASE- потужність підсиленого спонтанного випромінювання, h- стала Планка, vc- частота сигналу.

Де пs— коефіцієнт спонтанної емісії. Коефіцієнт спонтанної емісії може приймати значення від 1 до 10 для оптичних підсилювачів з GA>1. Для типових ербієвих підсилювачів сучасних ВОСПІ з GA»10 дБ, типове значення NFлежить у межах 3дБ<NF<6дБ. Якщо підсилювачі вмикаються послідовно каскадами, то можна показати, що шум фактор першого каскаду визначає шум-фактор всього підсилювача. Коефіцієнт шуму NFRраманівського розподіленого підсилювача визначається з виразу:

де GR -коефіцієнт підсилення раманівського підсилювача, який визначається з виразу:

Тут gR- раманівський коефіцієнт, Рн- потужність накачки, Аеф — ефективна площа перерізу, L - довжина волокна. Можна прийняти gR= 7·10-І7км/Вт. Потужність накачки у дійсності лежить у межах від 0.5...0.8 Вт до кількох ват.

Отже, отримуємо загальний коефіцієнт шуму оптичного підсилювача:

NFA - шуми конкретного підсилювача, КА - коефіцієнт підсилення підсилювача, Кш.кан - коефіцієнт шумо-завад каналу передачі, отриманий перед кожним оптичним підсилювачем, М - кількість підсилювачів.

Шуми фотодетектора та, відповідно, коефіцієнт КшФИ задаються, виходячи із даних виробників, які ними подаються.

Кш.ОМ - також розраховується, виходячи з даних виробників обладнання.

Реально враховується 3 дБ запас по відношенню сигнал/шум завдяки кодуванню (FEC), яке застосовується на магістральних ВОСПІ. Цей запас вводиться як покращення с/ш на фотодетекторі і не є максимально можливим.