Файл: Возможности и ограничения волоконнооптических систем передачи.doc
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.11.2023
Просмотров: 115
Скачиваний: 4
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Федеральное агентство связи
Сибирский Государственный Университет Телекоммуникаций и Информатики
Межрегиональный центр переподготовки специалистов
Лабораторная работа № 1
по дисциплине: «Гибкие оптические сети (часть 2)»
на тему: «Возможности и ограничения волоконно/оптических
систем передачи»
Выполнил: Куренной А.А.
Группа: ИМ-01
Вариант: 8
Проверил: ___________________
Новосибирск, 2020 г
1. Цель работы: изучить современные и перспективные решения
для волоконно-оптических систем передачи (ВОСП) с одноканальной
и многоканальной организацией передачи сигналов DWDM в одномодовых стандартных волокнах SMF многосердцевинных MCF и маломодовых FMF волокнах.
2. Выполнение работы:
2.1. Контрольные вопросы:
-
В чём состоят тенденции в развитии волоконно-оптических систем передачи (ВОСП)?
Ответ: весь ход развития оптических систем передачи последних лет связан
с тремя тенденциями:
-
совершенствование характеристик существующих волокон для расширения полосы передачи, применения новых конструкций волокон с возможностью передачи сигналов с повышенными уровнями мощности, с пространственным
и поляризационным мультиплексированием; -
плотного спектрального мультиплексирования для получения максимального числа спектральных и пространственных оптических каналов в существующих
и новых волокнах; -
применении новых многопозиционных форматов модуляции, позволяющих
в ограниченной полосе частот оптического канала наращивать скорости передачи информационных потоков.
2. Какие оптические компоненты могут входить в состав ВОСП?
Ответ: лазеры, модуляторы, волоконно-оптическая линия, фото-детектор, усилитель, аттенюатор, компаратор.
3. Чем отличаются форматы сигналов NRZ и RZ в ВОСП?
Ответ: форма представления информационных импульсных посылок может быть в одном из двух вариантов, в одной или двух полярностях:
- импульсная посылка «1» на всём интервале Т определила название формата – без возвращения к нулю на тактовом интервале (NRZ).
- импульсная посылка «1» на части интервала Т также определила название формата – с возвращением к нулю на тактовом интервале (RZ).
4. Почему спектры сигналов NRZ и RZ отличаются в два раза?
Ответ: спектральное распределение плотности мощности позволяет определить требуемый частотный диапазон для передачи импульсов с минимальными допустимыми искажениями, которые возможны в полосе частот, где сконцентрировано более 90% мощности сигнала. Для сигнала формата NRZ эта полоса составляет величину, оцениваемую соотношением для большого лепестка плотности мощности ΔfNRZ=1/T. для формата RZ 50% эта полоса составит ΔfRZ=2/T т.е. спектр расширяется в два раза.
5. Что происходит со спектром при модуляции оптической несущей частоты импульсным сигналом?
Ответ: учитывая, что максимальная эффективность использования полосы пропускания волокна достигается через плотное DWDM мультиплексирование несущих волн, спектр излучения источников должен быть минимальным для уровня оценки -3 дБм (уровень половины мощности излучения) или -20 дБм от максимального значения мощности.
6. Какие оптические диапазоны одномодовых волокон стандарт G.652 имеют наименьшие потери оптической мощности?
Ответ: S (1460-1530 нм), C (1530-1565 нм), L (1565-1625 нм).
7. Чем определяется число спектральных каналов DWDM в оптических диапазонах волокна SMF?
Ответ: полученные значения для полос частот диапазонов O, E, S, C, L использованы для определения числа спектральных каналов в стандартных сетках частот и определения максимальной пропускной способности (ёмкости) для сигналов 112 Гбит/с в формате NRZ без учёта диапазона a. предназначенного только для мониторинга волокон.
8. В чём недостатки передачи информационных сигналов в формате NRZ в оптических каналах систем DWDM?
Ответ: вполне определённая полоса пропускания волоконного световода в области длин волн от 1260 нм до 1675 нм является наиболее востребованной при построении систем передачи благодаря наименьшим энергетическим потерям (от 0,15 дБ/км до 0,3 дБ) однако у волоконных световодов существует полоса волн, пригодная для передачи информационных сигналов (между 800 нм и 1260 нм) но существенно большими энергетическими потерями 0,5-3 дБ/км. Такие потери вполне приемлемы для коротких линий (как правило, не превышающих по длине 10 км), однако в
этом диапазоне нет волоконных световодов, поддерживающих одномодовый режим передачи. который не подвержен межмодовой дисперсии, ограничивающей полосу передачи информационных сигналов многомодовых волокон в диапазоне от 400 МГц/км до 1200 МГц/км. Для преодоления этой трудности могут быть предложены способы мультиплексирования отдельных мод в многомодовые световоды. При этом каждая из мод может модулироваться отдельным информационным сигналом.
9. Что называется спектральной эффективностью оптического волокна?
Ответ: спектральная эффективность – это численная мера эффективности использования рабочего спектра DWDM-систем связи
для передачи информации. Она определяется как отношение скорости передачи
в канале к расстоянию между DWDM-каналами.
10. Что представляет собой дисперсия оптического волокна?
Ответ: дисперсия – явление, выраженное в зависимости скорости распространения и фазы электромагнитного излучения от длины волны этого излучения (рассеивание (затухание) оптического сигнала в волноводе).
11. Чем порождается хроматическая и поляризационная дисперсия в оптическом волокон?
Ответ: разностью скоростей распространения двух поляризованных ортогональных мод, порождаемых поперечной неоднородностью (овальность) сердцевины волокна (поляризационная модовая дисперсия. характеризуемая соответствующим удельным коэффициентом ПМД DПМД)
12. На что в системе передачи информационных сигналов влияет дисперсия?
Ответ: на групповую задержку.
13. Чем отличаются с точки зрения дисперсии волокна стандартов G.652, G.653, G.654, G.655, G.656?
Ответ: наклоном характеристики дисперсии (пример на рисунке для волны λА). Типовыми являются показатели хроматической дисперсии (ХД), например, для SMF G.652 величина дисперсии 17 пс/нм2×км на волне 1550 нм, и наклона дисперсии 0,056 пс/нм2×км на волне 1550 нм. Другие типы волокон имеют смещённые характеристики дисперсии и наклон этих характеристик, обусловленный различным профилем показателя преломления.
14. Для чего нужны волокна типа DCF?
Ответ: такие волокна позволяют подавлять накопление дисперсии стандартных волокон при каскадном включении в виде линейного кабеля или модуля в станционном оборудовании.
15. Как определить результирующую дисперсию одномодового ОВ?
Ответ: результирующая удельная дисперсия одномодовых волоконных световодов представляет собой сумму
где вклад каждой составляющей зависит от длины волны, ширины спектральной линии и удельного коэффициента. Эти составляющие вносят ограничения на возможности передачи оптических канальных сигналов для различных скоростей и форматов представления данных.
16. Что обозначает штраф за дисперсию?
Ответ: сумма всех вносимых затуханий, которые уменьшают мощность и как следствие дальность передачи оптического сигнала.
17. Какие типы ОВ предназначены для протяженных оптических линий с мультиплексированием DWDM и скоростями передачи 100/400 Гбит/с наканал?
Ответ: G.654D и G.654B
18. Чем обусловлены нелинейные оптические эффекты в волокне?
Ответ: в основном это обусловлено протяженностью волоконных световодов и той совокупной мощностью излучения оптических каналов, которая концентрируется в сердцевине волокна на ограниченном участке. Эта связность обусловлена зависимостью показателя преломления материала сердцевины волокна n1 от величины напряженности электрического поля когерентного излучения E.
19. Что такое коэффициент Керра?
Ответ: коэффициент нелинейности (коэффициент Керра) для стекла от 2.0х10-20 до 3.5х10-20 м2/Вт.
20. Какие нелинейные эффекты оптических волокон ухудшают характеристики оптических сигналов?
Ответ: фазовая самомодуляция, фазовая кросс модуляция, четырёхволновое смешивание, вынужденное комбинационное рассеяние Рамана, вынужденное комбинационное рассеяние Брюэллена.
21. Как увязаны между собой число спектральных каналов DWDM в волокне, полоса частот канала, максимальный допустимый уровень передачи сигнала в канале?
Ответ: с повышением числа оптических каналов происходит понижение уровня мощности в оптическом канале.
22. Как влияет ХД на нелинейные эффекты в ОВ?
Ответ: очевидна положительная роль хроматической дисперсии для повышения энергетического потенциала оптического канала в системе до 8 дБ0 Дисперсия снижает роль нелинейности волокна благодаря распределению интенсивности оптического излучения по длине волокна.
23. Какие достоинства имеет электронная компенсация дисперсии?
Ответ: это решение позволяет свести к минимуму образование нелинейных помех в системе PcPO. уменьшить количество пассивных компонент в оптическом канале, не применять волоконные световоды с низким порогом нелинейных эффектов.
24. В чём достоинство когерентного оптического приёма сигналов в ВОСП?
Ответ: применение когерентного приёма для сигналов с многоуровневыми форматами сигналов позволяет получить существенный выигрыш в чувствительности оптического приёмника, оцениваемый через величину фототока в балансном фотодетекторе с чувствительностью R, величиной мощности входного сигнала PS и мощностью оптического гетеродина Pi:
25. Для чего применяется FEC?
Ответ: блок FEC, являясь избыточным по ёмкости (255х4) байт, позволяет обнаруживать и исправлять большинство ошибок полей нагрузки и заголовков при самых неблагоприятных условиях приёма. т.е. при малом OSNR.
26. Какой выигрыш в энергетическом потенциале оптического канала, можно получить за счёт FEC?
Ответ: выигрыш от использования FEC с наибольшей избыточностью 30% актуален при переходе к скорости 448-480 Гбит/с (4х112 и 4х120 Гбит/с) в полосе частот канала, не превышающей 100 ГГц и не менее 50 ГГц, с подходящей спектральной эффективностью 6-8 бит/символ, обусловленной нелинейным пределом Шеннона и форматом кодирования.
27. Какие форматы кодирования канальных сигналов предусмотрены в современных ВОСП?
Ответ: TCM – решетчатое кодирование, амплитудное кодирование ASK (BP, CS-RZ, AMI, RZ, NRZ), амплитудно-фазовое и поляризоцинное кодирование DP (PM, PDM).
28. Какие форматы кодирования канальных сигналов обеспечивают максимальную спектральную эффективность?
Ответ: амплитудно-фазовое и поляризоцинное кодирование DP (PM, PDM).
29. Что обозначает нелинейный предел Шеннона в оптическом канале?
Ответ: ограничения спектральной эффективности модуляционных форматов связаны, прежде всего, с оптическими шумами, протяженностью оптического канала, числом допустимых амплитудно-фазовых состояний. полосой частот оптического канала, эти ограничения теоретически объясняются критерием Шеннона
30. Какова связь между нелинейным пределом Шеннона и форматом кодирования канального сигнала?
Ответ: пример взаимосвязи между теорией Шеннона и практическими результатами представлен на рисунке ниже. Практические результаты имеют