ВУЗ: Поволжский Государственный Университет Телекоммуникаций и Информатики
Категория: Методичка
Дисциплина: Оптические системы связи
Добавлен: 06.11.2018
Просмотров: 1461
Скачиваний: 9
16
6.
Выбор и размещение оптических усилителей
6.1. Общие положения
Оптические усилители (ОУ) предназначены для компенсации потерь в
оптическом тракте и пассивных элементах и являются важным элементом
оптических транспортных сетей. ОУ обеспечивают усиление оптических
сигналов без их преобразования в электрические сигналы и обратно.
Оптические усилители работают на физическом уровне независимо от формата
оптического сигнала.
В настоящее время на оптических транспортных сетях в основном
применяются два типа ОУ: оптические усилители на основе волокна,
легированного эрбием (Erbium Doped Fiber Amplifier - EDFA) и оптические
усилители на основе вынужденного комбинационного рассеяния (ВКР-
усилители), также известные как рамановские усилители (Raman Amplifier).
В настоящее время EDFA являются наиболее коммерчески эффективным
решением и получили наибольшее распространение.
Распределенные рамановские усилители позволяют добиться самого
низкого уровня собственных шумов и по этой причине получили применение
на протяженных и сверхпротяженных ВОЛП.
На практике получили применение гибридные ОУ, построенные по
двухкаскадной схеме: распределенный рамановский усилитель выступает в
качестве малошумящего предусилителя, а EDFA выполняет роль усилителя
мощности.
В зависимости от местоположения на регенерационном участке
оптический усилитель может быть классифицирован на усилитель передачи
(бустер), линейный усилитель и предварительный усилитель.
К основным параметрам оптического усилителя, которые необходимо
учитывать при проектировании, относятся:
- рабочий диапазон длин волн;
- коэффициент усиления;
- шум-фактор;
- минимальный уровень мощности на входе;
- максимальный уровень мощности на входе;
- максимальный уровень сигнала на выходе.
Также для систем спектрального уплотнения важными характеристиками
являются: равномерность спектра усиления, время реакции на ввод/вывод
оптических каналов.
Внешний вид EDFA различных реализаций приведен на рис. 6.1.
17
Рис. 6.1 – Оптические усилители EDFA: a) модульное исполнение;
б) плата EDFA; в) стоечное исполнение
Типовые характеристики эрбиевых оптических усилителей приведены в
таблице 6.1.
Таблица 6.1 – Параметры оптических усилителей EDFA
Параметр
Значение
Бустер
Линейный/
Пред-усилитель
Рабочий диапазон
1529.0 ÷ 1562.5 нм
Допустимый уровень мощности на входе:
- суммарная мощность всех каналов, дБм
- один канал, дБм
-6 ÷ 12
-26 ÷ -8
-15 ÷ 8
-40 ÷ -17
Выходная мощность, дБм
-5 ÷ 20
Максимальная суммарная выходная мощность, дБм
20,5
20
Коэффициент усиления канала (G), дБ
8 ÷ 23
12 ÷ 35
Шум-фактор (NF), дБ
6.5
5.5
Время реакции на ввод/вывод каналов
(установившийся режим)
от 5 мс до 1 с
Неравномерность усиления в рабочем диапазоне
максимальная, дБ
1.8
1.2
Наклон характеристики усиления DWDM сигнала
< 1 дБ
6.2. Диаграмма уровней сигнала
В данной работе оптические усилители размещаются на каждом узле в
конфигурации “предусилитель – ROADM – бустер”. Предусилитель
обеспечивает требуемый уровень сигнала для выводимых каналов на ROADM и
усиливает транзитные каналы. При необходимости между каскадами
предусилителя может быть установлен оптический модуль компенсации
хроматической дисперсии. Усилитель на передаче (бустер) компенсирует
вносимое ROADM затухание при вводе оптических каналов и при транзитном
прохождении, обеспечивает требуемый уровень сигнала, вводимого в
оптический тракт.
18
Для компенсации затухания на ЭКУ для многопролетных ВОЛП
применяются линейные оптические усилители. При необходимости между
каскадами линейного усилителя может быть установлен оптический модуль
компенсации хроматической дисперсии.
При выборе и размещении ОУ должны соблюдаться следующие правила:
а) Уровень сигнала на входе ОУ должен укладываться в допустимый
диапазон, указанный в паспортных данных. При этом должны оцениваться как
уровни индивидуального канала, так и суммарная мощность всех передаваемых
каналов.
При превышении допустимого уровня входного сигнала должны
применяться аттенюаторы. Как правило, в ROADM на плате WSS имеются
встроенные аттенюаторы для каждого канала, позволяющие регулировать
уровень сигналов.
Если уровень сигнала на входе усилителя окажется ниже предельно-
допустимого значения, собственные шумы усиленного спонтанного излучения
будут превышать уровень полезного сигнала.
б) Уровень сигнала на выходе оптического усилителя не должен
превышать максимально допустимого паспортного значения. Как правило, это
чаще касается суммарной мощности сигнала DWDM.
в) Коэффициент усиления ОУ выбран таким образом, чтобы
скомпенсировать затухание на ЭКУ и пассивных оптических элементах, и в
тоже время, чтобы соблюдались требования к максимальному уровню на
выходе усилителя и минимальному и максимальному уровню на входе
следующего
усилителя.
Диапазон
значений
коэффициента
усиления
указывается в паспортных данных.
г) Итоговый уровень оптического сигнала на приемном порту оконечного
оборудования (транспондера) должен быть выше уровня чувствительности и не
превышать уровня перегрузки (см. табл. 1.4 – 1.6). Как правило, при этом
должен быть обеспечен эксплуатационный запас по мощности.
В данной работе на первом этапе при выборе коэффициента усиления
линейного ОУ рекомендуется ориентироваться на значения расчетного
затухания ЭКУ, учитывая диапазон изменения коэффициента усиления из
технических характеристик (см. табл. 6.1).
При
выборе
коэффициента
усиления
предусилителя
следует
ориентироваться на значения затухания при выводе оптических каналов и на
уровень чувствительности приемника транспондера.
Для ОУ с включением модулей компенсации DCM следует указывать
итоговый коэффициент усиления, полагая полную компенсацию потерь DCM.
Для каждого ОУ производите расчет суммарной мощности оптических
сигналов на входе/выходе и не допускайте превышения максимального
значения.
19
Суммарная мощность DWDM сигнала в предположении, что все каналы
имеют одинаковый уровень, может быть рассчитана по формуле
кан
кан
сумм
N
P
P
10
log
10
, дБм
(6.1)
где
кан
P
- мощность в одном оптическом канале, дБм;
кан
N
- количество
оптических каналов.
Расчеты произведите для участков максимальной и минимальной
протяженности. При этом учитывайте, что вносимое затухания ROADM
зависит от количества реализуемых направлений (см. табл. 5.1)
На схеме связи укажите уровень сигнала каждого канала и суммарного
уровня сигнала DWDM в контрольных точках, требуемые значения
коэффициента усиления для каждого ОУ и уровень сигнала на приемном порту
транспондеров.
Сравните полученные значения уровня сигнала на приеме с уровнем
чувствительности транспондера и определите эксплуатационный запас по
мощности:
чувств
кан
ЭЗ
P
P
A
(6.2)
На рис. 6.2 приведен пример диаграммы уровней оптического сигнала для
участка сети A-B-C. В данном примере для организации связи используется 10
каналов, в узлах А и С используется ROADM на два направления, а в пункте С
– на три направления.
1
n
1
1
k
k
1
n
Рис. 6.3 – Диаграмма уровней оптического сигнала
Пример расчета.
Уровень сигнала в канале на выходе ROADM (вход ОУ
ПД
) (узел А):
P
ОУпд,вх
= P
TX
- A
add
= -3 – 7 = -10 дБм
Суммарный уровень сигнала DWDM на входе ОУ
ПД
(узел А):
P
ОУпд,вх сумм
= P
ОУпд,вх
+ 10*log
10
(N
кан
) = -10 + 10 = 0 дБм
Уровень сигнала в канале на выходе ОУ
ПД
(узел А):
P
ОУпд,вых
=
P
TX
- A
add
+ G = -3 – 7 + 13 = +3 дБм
Суммарный уровень сигнала DWDM на выходе ОУ
ПД
(узел А):
P
ОУпд,вых сумм
= P
ОУпд,вых
+ 10*log
10
(N
кан
) = 3 + 10 = +13 дБм
Уровень сигнала в канале на выходе первого ЭКУ (вход линейного усилителя):
20
P
ОУ,вх
=
P
TX
- A
add
+ G - A = -3 – 7 + 13 - 25 = -22 дБм
P
ОУ,вх сумм
=
-12 дБм
Уровень сигнала в канале на выходе линейного усилителя:
P
ОУ,вых
= P
ОУ,вх
+ G = -22 + 25 = +3 дБм
P
ОУ,вых сумм
=
+13 дБм
Уровень сигнала в канале на входе ОУ
прм
(узел B):
P
ОУпрм,вх
= P
ОУ,вых
- A = +3 - 30 = -27 дБм
P
ОУпрм,вх сумм
=
-17 дБм
Уровень сигнала в канале на выходе ОУ
прм
(узел B):
P
ОУпрм,вых
= P
ОУпрм,вх
+ G = -27 + 30 = +3 дБм
P
ОУпрм,вых
сумм
=
+1317 дБм
Уровень сигнала выводимого канала на приемном порту транспондера (узел B):
P
RX
= P
ОУпрм,вых
- A
drop
= +3 - 18 = -15 дБм
Если уровень чувствительности транспондера P
чувств
= -18 дБ, то
эксплуатационный запас составит
Aэз = P
RX
- P
чувств
= -15 – (-18) = 3 дБ