Проектирование систем с заданными характеристиками (глава дипломной работы), страница 5

          Из-за нелинейного характера уравнения (5.2.4) оно решается в общем виде численно. Численный подход был принят в 1990^х годах специально для выяснения влияния SPM на характеристики световых систем дальней связи с линейными усилителями [17] – [24]. Главное заключение – в том, что подаваемая (на вход волокна) мощность должна быть оптимизирована до значения, зависящего от многих конструктивных параметров, таких как скорость в битах, длина линии, расстояние между усилителями. В одном из исследований поступающая на вход волокна оптимальная мощность рекомендуется около 1 мВт для сигнала 5 Гб/с, передаваемого на 9000 км, и разнесении усилителей на 40 км [23].

          Общее влияние GVD и SPM (дисперсии и изменения фазы) также зависит от знака дисперсионного параметра . В случае аномальной дисперсии (<0) нелинейное явление, модуляционная нестабильность, [16] может серьезно повлиять на качество системы [24]. Эту проблему можно решить, используя комбинацию волокон с нормальной и аномальной дисперсией GVD так, чтобы средняя дисперсия всей волоконной линии оставалась «нормальной». Однако, другой вид модуляционной нестабильности, называемый нестабильностью боковой полосы [25], может возникнуть в области и нормальной, и аномальной дисперсии (GVD). Нестабильность боковой полосы возникает из-за периодического изменения мощности сигнала вдоль волоконной линии, когда разнесенные на одинаковые расстояния оптические усилители используются для компенсации потерь в волокне (затухания). Так как величина  в уравнении (5.2.4) является периодической функцией расстояния – z, возникающая (оптическая) решетка нелинейного индекса может вызвать процесс четырехволнового смешивания (FWM), который создает боковые полосы спектра сигнала. FWM можно избежать при неодинаковом разнесении усилителей.

          Другим фактором, который играет существенную роль, является шум, добавляемый оптическими усилителями. Аналогично электронным усилителям (см. раздел 4.4) шум оптических усилителей количественно учитывается коэффициентом шума усилителя F_n. Коэффициент шума рассматривается в главе 8. Нелинейное взаимодействие между усиленной спонтанной эмиссией (ASE) и сигналом может привести к большому спектрально расширению из-за нелинейных явлений, таких, как перекрестная фазовая модуляция и четырехволновое смешивание [16]. Так как шум занимает значительно большую полосу, чем сигнал, его влияние может быть уменьшено использованием оптических фильтров. Численное моделирование действительно показало значительное улучшение при использовании оптических фильтров [23].

          И последнее, поляризационные явления пренебрежимо малы в традиционных световых системах, не использующих усилители, их необходимо учитывать в системах большой протяженности с линейными усилителями. Дисперсия поляризации моды (PMD) рассмотрена в разделе 2.3.5. Дополнительно к PMD оптические усилители могут вызвать зависимое от поляризации изменение усиления и затухания [22]. Влияние этих явлений на световые системы рассматривается в разделе 8.6. Хотя влияние поляризационных эффектов необходимо учитывать, их воздействие можно уменьшить до приемлемого уровня при правильном конструировании. Это также подтверждается многими экспериментами в системах с линейными усилителями при передаче цифровой информации на несколько тысяч километров.

          Четвертое поколение световых систем появилось в 1995 году, то есть когда световые системы с оптическими волокнами стали коммерчески доступными, хотя лабораторные демонстрации начались еще в начале 1989 года с появлением легированных эрбием волоконных усилителей. В первоначальных экспериментах выяснилась возможность передавать на большие расстояния, при этом использовали многократную петлю, чтобы продемонстрировать живучесть, так как непрактично использовать в лабораторных условиях кабель большой длины. Уже к 1991 году эксперимент показал возможность передачи цифровой информации на 21000 км при скорости 2,5 гб/с и на 14300 км при 5 Гб/с многократной петлевой конфигурацией [26]. К 1992 году сигнал на скорости 5 Гб/с передавался по реальной волоконной линии длиной 10000 км в эксперименте с системой, в которой использовались 199 усилителей с разнесением около 50 км [27]. Чувствительность приемника уменьшалась на 5,1 эВ, несмотря на многочисленные источники (причины) такого уменьшения (наказания по мощности). При испытаниях системы, проведенных в 1995 году, сигнал со скоростью 5 Гб/с передавался на расстояние 13500 км при разнесении усилителей на 60 км. Это полевое испытание системы привело к разработке коммерческой кабельной линии через Тихий океан ТРС – 5, которая эксплуатируется с 1996 года. Имеется большой интерес увеличить скорость до 10 Гб/с и расстояние между усилителями до 100 км. В другой экспериментальной системе сигнал со скоростью 10 Гб/с передавался на 6800 км при разнесении усилителей на 90 км [29]. При дальнейшем увеличении расстояния отношение сигнал – шум (SNR) уменьшалось до значения, не обеспечивающего вероятность ошибки на бит (BER) 10^-9. Было мнение, что характеристики системы можно улучшить, работая на длине волны, близкой к волне нулевой дисперсии волокна. Однако в выполненном эксперименте при таких условиях смогли достигнуть дальность только в 6000 км при 10 Гб/с при разнесении усилителей на                                [30], положение было еще хуже при использовании формата модуляции RZ (возвращение к нулю). Совместное влияние дисперсии высокого порядка (член ) уравнения (5.2.4) и SPM (самомодуляции фазы) по-видимому ухудшают характеристики при скорости 10 Гб/с.

5.2.4. Оптоволоконные линии связи.

          Важным применением оптоволоконных линий является всемирная телефонная сеть. Действительно, именно это применение в 1977 году дало старт оптоволоконным линия связи и с тех пор направляет их развитие в соответствии с требованиями более высоких скоростей и большей пропускной способности. В этом разделе главное внимание уделено состоянию коммерческих систем связи при отдельном рассмотрении наземных и подводных систем.

Наземные световые системы.