книги / Направляющие системы электросвязи. Т. 2 Проектирование, строительство и техническая эксплуатация

Для транзитного участка транспортной сети доля D T исход­ ной целевой нормы в процентах составляет

DT = 2 + 0,002L,

где L — длина тракта, км.

Для национального участка транспортной сети доля D N ис­ ходной нормы в процентах составляет

D N = 7,5 + 0,002L.

Для участка доступа доля D A исходной нормы в процентах со­ ставляет 10 % независимо от длины.

1.7. Рекомендации по выбору транспортных технологий

С учетом устойчивой тенденции роста стоимости инфраструкту­ ры (земли, объектов недвижимости и т.п.) связанная с этим доля расходов в общей структуре затрат на реализацию проектов по стро­ ительству телекоммуникационных сетей, включая отвод земель, вход в кабельную канализацию или коллекторы, проход по зданиям, опо­ рам и т.д., постоянно растет и становится доминирующей. При этом и ранее затраты на линейно-кабельные сооружения (ЛКС) достига­ ли 60...80 % общей стоимости объектов. Поэтому в настоящее время при проектировании ВОЛП предпочтение отдают решениям, наибо­ лее приспособленным для поэтапного наращивания пропускной спо­ собности в перспективе после ввода линии в эксплуатацию без зна­ чительных затрат на реконструкцию ЛКС.

Перспективным является применение технологий строительства кабельных оптических линий передачи, обеспечивающих снижение затрат на увеличение количества ОВ или замену типа волокна в дальнейшем после ввода линии в эксплуатацию, например пневмо­ прокладка ОК во вспомогательном трубопроводе, прокладка микро­ кабелей в микротрубках и т.п.

В соответствии с РД 45.047-99 с целью повышения надежности, уменьшения эксплуатационных расходов и капитальных затрат, свя­ занных с развитием на перспективу, рекомендуется ориентироваться:

•на использование ОК только с одномодовыми ОВ;

•применение ОК с резервными ОВ;

•применение более высокоскоростной аппаратуры линейного тракта на одну или две ступени или на один или два уровня, по сравнению с исходными данными по требуемой пропускной способности [20].

До недавнего времени при разработке телекоммуникационных сетей большинство операторов ориентировались на применение стан­ дартных одномодовых ступенчатых волокон (рекомендации G.652). Однако непрерывный рост потребностей в пропускной способности, активный поиск и внедрение новых технологий привели к значитель­ ному ужесточению требований к параметрам передачи оптических волокон кабелей связи. Возник спрос на оптические волокна, наи­ лучшим образом удовлетворяющие специальным требованиям при использовании их для решения конкретных задач. Соответственно были разработаны типы оптических волокон, оптимизированные для различных приложений (рекомендации G.653-G.656). В настоящее время рынок оптических волокон весьма разнообразен. В рамках одних и тех же стандартов, рекомендаций выпускаются оптические волокна разной конструкции, имеющие свои особенности [14-17].

Выбор типа ОВ определяется в зависимости от назначения ВОЛП. Волокна сверхпротяженных оптических линий передачи (трансконтинентальной сети связи) должны решать проблему пере­ дачи большого объема информации при максимальном сокращении дорогостоящих количества линейных активных элементов — опти­ ческих усилителей и ретрансляторов. Условия оптимизации рассто­ яний между оптическими усилителями наземных и подводных ли­ ний передачи существенно отличаются. Для подводных линий важно обеспечить максимальное расстояние между ретрансляторами. При этом вынужденно сокращается длина усилительных участков до ве­ личин порядка 50 км. В наземных линиях передачи в первую очередь важно сократить число оптических усилителей. Как правило, доби­ ваются длины усилительного участка до 80...100 км.

Оптимальные характеристики оптического волокна сложно обес­ печить в широком спектральном диапазоне. Поэтому на оптических линиях передачи большой протяженности применяются либо систе­ мы DWDM с большим числом оптических каналов и относитель­ но невысокой скоростью передачи, либо высокоскоростные системы

OTDM. Увеличение длин регенерационных участков (РУ) достигает­ ся за счет применения оптических волокон с отрицательной дисперси­ ей и большим диаметром пятна моды. Волокна с большим диаметром пятна моды увеличивают допустимую в волокне плотность мощности оптического излучения. Это позволяет увеличить вводимую в опти­ ческое волокно мощность и, соответственно, расстояние, на которое сигнал может передаваться без регенерации. Отрицательная диспер­ сия волокна уменьшает эффект нестабильности модуляции.

На практике сверхпротяженные оптические линии передачи строят с применением оптимальной комбинации разных типов воло­ кон. Оптические волокна с положительной дисперсией используют­ ся для компенсации отрицательной дисперсии, тем самым уменьшая остаточную дисперсию на усилительных участках. Среднее значе­ ние дисперсии на регенерационном участке, как указывалось выше, в целях подавления нежелательных нелинейных эффектов остает­ ся отрицательным.

При использовании оптических волокон с отрицательной диспер­ сией типа TrueWave XL (OFS), SMF-LS (Corning) в качестве ком­ пенсирующих волокон с положительной дисперсией применяют стан­ дартные ступенчатые оптические волокна. В этом случае допол­ нительно к снижению отношения сигнал/помеха приводят большие максимальные абсолютные значения дисперсии на регенерационном участке.

Влияние этого фактора снижается при использовании волокон с согласованными дисперсионными характеристиками, например во­ локон типа TrueWave IDF/SLA. Волокна SLA — это волокна с несме­ щенной положительной дисперсией, у которых площадь эффективно­ го сечения на 33 % больше, чем у стандартного ступенчатого волокна, обладающие малым затуханием и малой величиной PMD. Волокно IDF имеет аналогичные характеристики, но меньшее эффективное сечение и отрицательную дисперсию. Причем наклон дисперсион­ ной кривой подобран так, что по модулю он совпадает с наклоном дисперсионной кривой волокна SLA, но противоположен ему по зна­ ку. В результате наклон результирующей дисперсионной кривой на участке с группированием волокон SLA и IDF получается предельно малым в относительно широком диапазоне длин волн. Это позволяет более чем в два раза увеличить полосу DWDM систем и существенно упростить компенсацию дисперсии.

Волокна магистральных сетей связи должны быть адаптирова­ ны для передачи большого числа оптических несущих при высокой скорости в каждом оптическом канале. Предполагается, что волок­ на должны обеспечивать до 80 и более оптических каналов в диа­

24 Г л а в а 1

пазоне С при скорости передачи в каждом канале 10...40 Гбит/с и более. В будущем планируется задействовать и диапазон L. При этом для снижения капитальных затрат стараются сократить чис­ ло линейных оптических усилителей, увеличивая расстояние между ними до 50...80 км и более.

Для удовлетворения перечисленных требований для магистраль­ ных сетей было разработано оптическое волокно с увеличенной пло­ щадью эффективного сечения LEAF (Corning). Это волокно типа NZ-DSF, оптимизированное для работы в диапазонах C+L, где оно имеет положительную ненулевую дисперсию. За счет увеличенной площадьи эффективного сечения обеспечивается более глубокое по­ давление нелинейных эффектов и, как следствие, увеличение отно­ шения сигнал/помеха. Кроме того, увеличение эффективного се­ чения при прочих равных условия позволяет передавать в волокне большую мощность и соответственно увеличить расстояние между усилителями.

При использовании оптических волокон TrueWave Reach (OFS) увеличения отношения сигнал/помеха добиваются путем более глу­ бокого подавления помех межсимвольной интерференции, причи­ на которых — дисперсия. Это обеспечивается за счет умень­ шения наклона дисперсионной кривой в волокнах (примерно до 0,045 пс/нм2км). Кроме того, малый наклон позволяет расширить рабочий диапазон длин волн в область S и упрощает компенсацию дисперсии.

Требования к оптическим волокнам региональных и городских сетей связи во многом определяются высокой стоимостью строитель­ ства транспортных сетей. Для таких сетей характерны кольцевая ар­ хитектура, достаточно плотное расположение терминалов и неболь­ шие, по меркам оптической связи, длины регенерационных участков — примерно до 50 км на городских и до 200 км на региональных. Отсюда с учетом задач динамичного конфигурирования оптических сетей, изменения пропускной способности в зависимости от требо­ ваний трафика оптические волокна для региональных и городских сетей должны обеспечивать:

•возможность добавления оптических каналов при небольших за­ тратах;

•совместную работу с дешевыми источниками оптического излу­ чения с чирпом;

•нормальную работу без применения на регенерационных участ­ ках компенсаторов дисперсии или, по крайней мере, при малых затратах на компенсацию.

Следует учитывать, что с введением оптической коммутации и маршрутизации оптических несущих протяженность оптического пу­ ти может значительно возрасти.

Если предположить, что пропускная способность отдельного оп­ тического канала не превысит 2,5 Гбит/с, то можно применить сту­ пенчатые волокна LWP, позволяющие вести работу в очень широком спектральном диапазоне. Однако использование волокон этого типа в дальнейшем может потребовать значительных затрат на компенса­ цию дисперсии. Чтобы исключить это, применяют ОК, в которых в состав резервных ОВ включают описанные ниже волокна с оптими­ зированными дисперсионными характеристиками.

Эффективное решение для региональных и городских сетей свя­ зи — использование волокон MetroCor (Corning). Это волокна типа NZ-DSF. Они оптимизированы для работы в диапазонах C+L (в ра­ бочих диапазонах EDFA). Но поскольку они имеют ненулевую отри­ цательную дисперсию в диапазоне 1250...1625 нм, то могут работать во всем спектральном диапазоне. За счет отрицательной дисперсии компенсируется уширение импульса из-за чирпа источника, что поз­ воляет работать с такими источниками без дополнительных компен­ саторов дисперсии, в частности, при скорости в оптическом канале 2,5 Гбит/с на расстояния до 300 км. Подобные же характеристики имеют волокна WideLigth (Pirelli).

По другому используется на городских и региональных сетях волокно TeraLigthTM Metro (Alcatel). Это волокно имеет отрица­ тельную дисперсию в диапазоне О, где обеспечивается компенсация чирпа лазеров с прямой модуляцией и положительную ненулевую дисперсию в диапазонах C+L.

Иначе эта задача решается при использовании волокон ТшеWaveRS (OFS). Это также волокна типа NZ-DSF, оптимизированные для работы в диапазонах C+L. Они имеют малую положительную дисперсию и малый наклон дисперсионной спектральной характери­ стики в рабочем диапазоне, что обеспечивает малое остаточное зна­ чение дисперсии на участке. Это позволяет работать на регенераци­ онных участках при скорости 2,5 Гбит/с без дополнительной компен­ сации дисперсии, а также снизить затраты по компенсации дисперсии при переходе на более высокие скорости 10 и 40 Гбит/с. Однако та­ кие волокна требуют применения в системах передачи более дорогих лазеров с внешней модуляцией.

К оптическим волокнам сетей доступа, протяженность которых обычно не превышает 20 км, особых требований не предъявляют. Да­ же при скорости передачи до 40 Гбит/с на подобных сетях могут быть использованы стандартные ступенчатые волокна. Однако с учетом

лым затуханием во всем используемом спектре частот. Это волокна S.\I!'2*e.' AllWave, E-SMF и т.п."

Целесообразность прокладки ОК с резервными ОВ имеет не­ сколько аспектов. Во-первых, это запас по пропускной способности ВОЛП на перспективу развития, так называемый пространственный способ уплотнения информации. При этом увеличение числа ОВ в ОК в 10 раз приводит к увеличению затрат на сооружение ВОЛП всего на 20 %. Во-вторых, это эффективное использование резервных ОВ для увеличения надежности функционирования ВОЛП. При этом резервные ОВ могут быть использованы для замены рабочих воло­ кон, для организации переключения на резервный линейный тракт, для мониторинга ОВ ВОЛП.

Как правило, применение при проектировании ВОЛП системы передачи с пропускной способностью, в несколько раз превышающей заданную, ведет к увеличению стоимости мультиплексорного обору­ дования на 30...40 %, что увеличивает стоимость объекта в целом всего на несколько процентов. Но это позволит в дальнейшем по запросу программно наращивать пропускную способность линии пе­ редачи. А до этого запас может быть эффективно использован для повышения надежности за счет резервирования в подсети.

При проектировании ВОЛП рекомендуется в соответствии с РД 45.047-99 ориентироваться:

•на организацию однопролетных ВОЛП на местных первичных сетях;

•организацию однопролетного участка ВОЛП между двумя со­ седними сетевыми узлами на внутризоновых и магистральной первичных сетях, применяя для этого, при необходимости, оп­ тические усилители (ОУ);

•гибкое использование в зависимости от назначения и возможно­ стей различных способов уплотнения информации: временного, спектрального и пространственного.

Весьма перспективны технологии спектрального разделения ка­ налов, применение которых на транспортных сетях и сетях доступа дает возможность построения сетей с прозрачными оптическими ка­ налами, организации мультисервисных каналов по одному ОВ. Тех­ нологии WDM могут успешно применяться как для реконструкции существующих сетей с оптическими линиями передачи в целях уве­ личения их пропускной способности при минимальных затратах на ЛКС, так и для строительства новых линий.

Достоинства оптических сетей со спектральным разделением оп­ тических каналов особенно проявляются при использовании рекон­ фигурируемых оптических мультиплексоров ввода-вывода (Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexers, RODAM), позволяющих опе­ раторам связи программно осуществлять управление вводимыми и выводимыми каналами на любом оптическом сетевом узле. Нали­ чие такого сетевого элемента особенно экономически выгодно при реконфигурации уже действующих WDM сетей, поскольку ROD AM обеспечивает возможность в нужном месте и в определенное время увеличить пропускную способность WDM сети без перерыва связи. Функционально RODAM выполняют функцию либо разветвления и выделения каналов, либо демультиплексирования каналов.

Основное преимущество сети связи, использующей оборудование RODAM, состоит в том, что при подключении к сети нового поль­ зователя реконфигурироваться будет только та часть сети, по кото­ рой потребителю будут предоставляться услуги связи. При этом по­ сле установки оконечного абонентского оборудования администратор WDM сети по специальной программе производит удаленное переконфигурирование (ввод и вывод новых каналов в RODAM), и поль­ зователь подключен к сети.

Важнейший вопрос для выбора транспортных технологий при проектировании ВОЛП — оптимизация состава технических средств в о л п с учетом развития на перспективу. Традиционно при проекти­ ровании ветви связи на перспективу весь период развития разбивает­ ся на отдельные этапы, называемые большими, связанными с заме­ ной ЛКС, и малыми, связанными с заменой аппаратуры, расчетными периодами развития. Оптимизация состава технических средств вет­ ви связи с учетом фактора времени осуществляется по результатам анализа эффективности затрат на каждом из этих этапов.

Возможности ОК, на которых реализуются современные сред­ ства электросвязи, обеспечивают при сооружении ВОЛП большой запас пропускной способности, что позволяет исключить в процес­ се оптимизации ветви связи учет больших периодов развития. Дру­ гими словами, при проектировании ветви связи на период развития выбирается такой ОК с таким типом оптических волокон, который обеспечивает необходимую пропускную способность ВОЛП к концу проектируемого периода развития.

В итоге при проектировании ветви сети на основе современных ВОЛП на весь период развития существенно упрощается процесс оп­ тимизации состава технических средств, так как осуществляется оп­ тимизация капитальных затрат по существу без учета фактора вре­ мени. Фактор времени проявляется поэтапным увеличением про­

пускной способности ВОЛП в процессе развития, что сопровождается фактически мизерным приращением капитальных затрат (и, соответ­ ственно, эксплуатационных расходов) по сравнению с затратами при строительстве ВОЛП. По существу оптимизация состава технических средств для современных ВОЛП — это прежде всего выбор оптималь­ ного ресурса ОК по пропускной способности, который достигается за счет гибкого использования всех трех способов уплотнения информа­ ции при проектировании ВОЛП на перспективу развития.

1.8. Инженерный расчет параметров линейного тракта ВОЛП

1.8.1. Расчет дайны регенерационного участка

Если на регенерационном участке не применяются линейные оп­ тические усилители (ОУ), то его длина совпадает с длиной элемен­ тарного кабельного участка (ЭКУ), где ЭКУ — это вся физическая среда передачи между соседними окончаниями участка. Здесь под физической средой подразумевается совокупность оптического во­ локна линейного кабеля и его сростков в точках соединения строи­ тельных длин, оптического волокна станционных кабелей и их срост­ ков с линейными оптическими волокнами, а также кроссовых оп­ тических шнуров.

В соответствии с требованиями нормативно-технической доку­ ментации [8] определяют значения номинальной, минимальной и мак­ симальной длины элементарного кабельного участка. Эти длины ЭКУ определяются бюджетом мощности ВОСП, потерями и диспер­ сией оптического линейного тракта. Они рассчитываются по сле­ дующим формулам:

а + а н с / 1

где W — энергетический потенциал системы передачи, дБ; адзд — эксплуатационный запас аппаратуры, дБ; адзк — эксплуатацион­ ный запас кабеля, дБ; арс — потери в разъемных соединениях, дБ; анСмакс — максимальное значение потерь неразъемного соединения, дБ; анс — среднее значение потерь неразъемного соединения, дБ;

аД — дополнительный запас энергетического потенциала на диспер­ сию, дБ; Д а д р у — пределы регулировки АРУ, дБ; амакс — макси­ мальное значение коэффициента затухания ОБ, дБ/км; а — среднее

где рпер — уровень средней мощности оптического излучения пе­ редатчика ВОСП, дБм; рпр — уровень чувствительности приемни­ ка, дБм.

Здесь под средней мощностью оптического излучения понимают среднее значение мощности оптического излучения при модуляции оптической несущей цифровым сигналом. Уровнем чувствительно­ сти приемника называют минимальное значение уровня мощности оптического излучения в точке нормирования оптического тракта на приеме, при котором обеспечивается требуемое качество передачи цифрового оптического сигнала (показатели качества в норме).

Параметр В определяется по формуле

где Л — рабочая длина волны, мкм.

Строительная длина ОК, как правило, лежит в пределах от 1 до 6 км. Ее среднее значение составляет 4 км.

Если на РУ используются дискретные линейные оптические уси­ лители (например, на основе EDFA), то длина ЭКУ совпадает с дли­ ной усилительного участка (УУ) и рассчитывается по формуле

58 + W —аэзл —арс —ад + анс —аэзк —N F —10 lg N

Ьэку

а + анс/1

(1.5) где N F — фактор шума дискретного линейного ОУ (noise-figure), дБм; N — количество дискретных линейных ОУ. Здесь полагает­ ся, что на РУ используются идентичные ОУ и расстояния между ними (длины УУ) одинаковы.

1.8.2. Расчет бюджета мощности

Бюджет мощности характеризует запас по мощности на приеме. Это величина, на которую уровень мощности на выходе оптического

30 Г л а в а 1

линейного тракта превышает чуветвительность приемника. Ее зна­ чение на элементарном кабельном участке определяется как [23-25]

где Х ]ап — сумма всех потерь оптической мощности на ЭКУ, дБм;

N c N a+1 N p ЛГ„

где апк — потери в дополнительных пассивных компонентах, включенных в линейный тракт (изоляторы, разветвители, компенсаторы дисперсии и т.п.); ^ ад — сумма дополнительных потерь (штрафов по мощности) из-за дисперсионных и нелинейных искажений, дБм.

Если бюджет мощности превышает требуемый эксплуатацион­ ный запас по мощности на РУ, который определяется как сумма экс­ плуатационного запаса на аппаратуру и эксплуатационного запаса на кабель, то полагают, что потери на РУ находятся в допустимых пределах, и приступают к проверке выполнения требований к хро­ матической дисперсии.

Из определения чувствительности приемника следует, что для ЭКУ бюджет мощности связан с отношением сигнал/помеха на вы­

где 0SNR,3Ky — отношение сигнал/помеха на выходе ЭКУ, дБм. Отношение сигнал/помеха на выходе оптического линейного

тракта элементарного усилительного участка при использовании дискретного ОУ определяется формулой

где OSNRyy — отношение сигнал/помеха на выходе оптического ли­ нейного тракта УУ, дБм; N F — параметр шумов ОУ, дБм.

Отношение сигнал/помеха на выходе оптического линейного тракта элементарного усилительного участка при использовании дискретного ОУ и распределенного рамановского усиления со встреч­ ной накачкой определяется как

где OSNRyy — отношение сигнал/помеха на выходе УУ при исполь­ зовании распределенного рамановского усиления, дБм; GRA — коэф-