Дипломная (вкр): Реконструкция оптического тракта связи и увеличение его пропускной способности

Так же существует технология высоко уплотненного волнового мультиплексирования HDWDM (High Dense Wave Division Multiplexing) способная функционировать с частотным планом с шагом 25 ГГц.

Основной проблемой при создании сверхплотных систем DWDM является то, что со снижением длинны шага частот происходит наложение каналов друг на друга. В результате чего увеличивается количество ошибок и невозможность передачи данных, на рисунке 3.1 изображен пример наложения каналов.

Также следует при применении оптического уплотнения по длинам волн в оптическом мультиплексоре случаются существенные оптические потери. Так, оптического уплотнения по длинам волн в оптическом мультиплексоре случаются существенные оптические потери.

Рисунок 3.1 - Вид спектра волн для двух частотных планов

При учете потерь на обеих сторонах общая величина составит 18 децибел. Из-за таких потерь сокращаются возможность передачи на более дальние расстояния передачи, поэтому без применения оптических усилителей система не способна работать. Что бы уровнять оптические потери в оптическом мультиплексоре применяется волокно оптический усилитель мощности (BOOSTER). В случаи нехватки данной мощности применяется оптический усилитель на приёмном конце [6].

Технология DWDM наиболее распространена в соединённых штатах Америки так как там хорошо развит рынок волокно оптических систем. Так же используется в других регионах мира таких как Европа и Азии. По мимо этого данная технология анализируется не только как средство с высокой пропускной способностью, но также как наиболее надёжная система, применяемая для мультисервисных и мобильных сетей. Предоставляющая очень высокое повышение пропускной способности сети и предоставляющая новые услуги связи [6].

На сегодняшний день применяются частотные планы для различных разновидностей систем DWDM, CWDM, HDWDM, WDM. При использовании DWDM оборудование на 160 каналов одновременно использовать в диапазонах C и L появляются требования к оптическим кабелям, то есть характеристики затухания в данных диапазонах должны быть одинаковы. Поэтому необходимо использовать оптических кабель с симметричными свойствами в С и L диапазонах. Для кабелей, отвечающих требованиям рекомендации G.652, разница затухания в указанных диапазонах может достигать 0,02 дБ/км, что в пересчете на один усиливающий участок составляет до 2 дБ. На рисунке 3.2 изображено распределение длин волн по диапазонам [5].

Рисунок 3.2 - Распределение длин волн по диапазонам

связь оптический канал пропускной

Коллективное использования оборудования SDH и DWDM широко применяется на существующих сетях стандарта PDH что обеспечивает гибкий переход к целиком IP-совместимым сетям. Данный способ развития полностью согласует требования, как в функциональности, так и к пропускной способности сетей [7].

Использование технологии DWDM используется для передачи больших объемов данных. С ростом числа оптических каналов, применяющихся в одном волокне, стоимость передачи информации снижается.

Технология DWDM позволила соединить передачу смешанного трафика. Для этого каждому виду трафика выделяются оптический канал или длина волны [7].

Главными преимуществами сетей DWDM являются:

высокие скорости передачи;

высокая утилизация оптических волокон;

возможность обеспечить защиту на основе кольцевой топологии;

позволяет использование любых технологий канального уровня благодаря прозрачности каналов оптических волокон;

возможность простого наращивания каналов в оптической магистрали.

Особенность технологии DWDW это в отсутствии регенераторов применяемые в сетях SDH. Недостаток систем электрической регенерации сигналов в том, что они должны воспринимать определенный вид кодирования, что делает их весьма дорогими. Оптические усилители, «прозрачно» передающие информацию, позволяют наращивать скорость магистрали без необходимости модернизировать усилительные блоки. Протяженность участка между оптическими усилителями может достигать 150 километров и более, что обеспечивает экономичность создаваемых магистралей DWDM, в которых длина мультиплексной секции составляет на сегодня 600-3000 км при применении от одного до семи промежуточных оптических усилителей [8].

Ограничения на количество пассивных участков и их длину связаны с деградацией оптического сигнала при оптическом усилении. Хотя оптический усилитель восстанавливает мощность сигнала, он не полностью компенсирует эффект хроматической дисперсии, изображено на рисунке 3.3, а также другие нелинейные эффекты.

Рисунок 3.3 - Результат воздействия хроматической дисперсии

Поэтому для построения более протяженных магистралей необходимо между усилительными участками устанавливать мультиплексоры DWDM, выполняющие регенерацию сигнала путем его преобразования в электрическую форму. Для уменьшения нелинейных эффектов в системах DWDM применяется также ограничение мощности сигнала [9]. Существуют различные типовые топологии DWDM. Сверхдальняя двухточечная связь на основе терминальных мультиплексоров DWDM основанная на топологии синхронной цифровой иерархии «точка-точка». При организации данной магистрали устанавливаются на двух концах мультиплексоры DWDM, а в промежутках оптические усилители. Топология сверхдальней точечной связи изображена на рисунке 3.4.

Рисунок 3.4 - Сверхдальняя двухточечная связь на основе терминальных мультиплексоров DWDM

Цепь DWDM с вводом-выводом в промежуточных узлах основанная на топологии синхронной цифровой иерархии по типу «Последовательная линейная цепь» Оптические мультиплексоры способны вывести из общего оптического сигнала вывести волну определенной длины и ввести сигнал аналогичной длины, при этом спектр сигнала не поменяется, а в соединение будет выполнено подключение одним из абонентов, подключенных к промежуточному мультиплексору. Топология цепи с вводом выводом изображена на рисунке 3.5.

Рисунок 3.5 - Цепь DWDM с вводом-выводом в промежуточных узлах

Кольцевая топология обеспечивает надёжность сети DWDM за счет запасных путей. Методы защиты трафика, применяемые в DWDM, аналогичны методам в синхронной цифровой иерархии. Для того чтобы какое-либо соединение было защищено, между его конечными точками устанавливаются два пути: основной и резервный. Мультиплексор конечной точки сравнивает два сигнала и выбирает лучший. Кольцевая топология изображена на рисунке 3.6[6].

Рисунок 3.6 - Кольцевая топология мультиплексоров DWDM

Ячеистая топология применяться по мере развития сетей DWDM обеспечивает лучшие показатели в плане гибкости, производительности и отказоустойчивости, чем остальные топологии. Однако для реализации ячеистой топологии необходимо наличие оптических кросс-коннекторов, которые не только добавляют волны в общий транзитный сигнал и выводят их оттуда, как это делают мультиплексоры ввода-вывода, но и поддерживают произвольную коммутацию между оптическими сигналами, передаваемыми волнами разной длины ячеистая топология изображена на рисунке 3.7 [7].

Рисунок 3.7 - Ячеистая топология DWDM

Оптические кросс-коннекторы применяются в сетях с ячеистой топологией для обеспечения гибких возможностей для изменения маршрута следования волновых соединений между абонентами сети. Такие возможности предоставляют оптические кросс-коннекторы, позволяющие направить любую из волн входного сигнала каждого порта в любой из выходных портов [5].

Хроматическая дисперсия влияет на импульсы составляющие оптический сигнал в результате импульсы становятся шире по мере распространения по волокну, при передаче сигналов на большие расстояния импульсы могут накладываться на соседние, затрудняя точное их восстановление. С увеличением скорости передачи и длины оптического волокна влияние хроматической дисперсии возрастает. Для уменьшения влияния хроматической дисперсии на передаваемые сигналы, применяются компенсаторы дисперсии. На рисунке 3.8 изображена поляризационная модовая дисперсия [5].

Поляризационная модовая дисперсия, возникает в оптическом волокне из-за разности скоростей распространения двух взаимно перпендикулярных поляризационных составляющих моды, что приводит к искажению формы передаваемых импульсов. Причиной этого явления является неоднородность геометрической формы оптического волокна. Влияние поляризационной модовой дисперсии на передаваемые оптические сигналы возрастает с увеличением скорости передачи, с увеличением числа каналов системы уплотнения и с увеличением длины волокна [5].

Рисунок 3.8 - Поляризационная модовая дисперсия

Поляризационная модовая дисперсия, возникает в оптическом волокне из-за разности скоростей распространения двух взаимно перпендикулярных поляризационных составляющих моды, что приводит к искажению формы передаваемых импульсов. Причиной этого явления является неоднородность геометрической формы оптического волокна. Влияние поляризационной модовой дисперсии на передаваемые оптические сигналы возрастает с увеличением скорости передачи, с увеличением числа каналов системы уплотнения и с увеличением длины волокна [5].

В соответствии с рекомендацией ITU-T G.692 определено три типа усилительных участков:

L (Long) - участок состоит не более восьми пролётов и семи оптических усилителей допустимое расстояние не более 80 километров при общей длине не более 640 километров;

V (Very long) - участок состоит максимум из пяти пролетов и четырёх оптических усилителей с допустимым расстоянием не более 120 километров при общей длине не более 600 километров;

U (Ultra long) - участок без промежуточных усилителей длиной до 160 км [6].

4. Расчёт уровней оптических каналов

.1 Расчёт числа каналов и пропускной способности

Число потребного длин волн, связывающих оконечные пункты, в основном зависит от численности населения в этих пунктах и от степени заинтересованности отдельных групп населения во взаимосвязи. Количество населения в заданном пункте и его подчиненных окрестностях с учетом среднего прироста населения определяется по формуле (4.1),

                                (4.1)

где Н0 - число жителей по переписи 2010 года;

ΔH - среднегодовой прирост населения;- период, определяемый как разность между начальным годом перспективного проектирования и годом проведения переписи населения.

Число жителей города Красноярск:

тысяч человек

Число жителей города Абакан:

тысяч человек

Количество абонентов определяется в зависимости от численности населения, проживающего в зоне обслуживания АМТС. Исходя из статистических данных, которые показывают, что в настоящее время стационарным телефоном пользуется 70% всего населения России, получаем коэффициент оснащенности m_t = 0,7. Количество абонентов АМТС определяется по формуле (4.2):

                        (4.2)

где Н(t) - количество жителей на момент окончания строительства ВОЛС.

Красноярск:

 абонентов

Абакан:

 абонентов

Расчёт количество телефонных каналов между заданными оконечными пунктами по формуле (4.3):

 +5,6 (4.3)

где k=0,7 - коэффициент, исходящей нагрузки;

=5,6 - коэффициент тяготения между городами;

b=5,6_-_постоянный коэффициент, соответствующий фиксированной доступности и заданным.- удельная нагрузка, создаваемая одним абонентом

m_a m_b - количество абонентов, обслуживаемых оконечными станциями АМТС соответственно в пунктах А и Б.

В таблице 4.1 приведены параметры трафика широкополосных интерактивных служб.

Таблица 4.1 - Параметры трафика широкополосных интерактивных служб

В результате получаем, что для голосовой связи нам необходимо 6026 каналов со скоростью 64 Кбит/с, для передачи данных нам потребуется 9038 каналов со скоростью 200 Мбит/с, а для цифрового телевиденья 3752 канала со скоростью 24 Мбит/с.

Суммарная пропускная способность необходимая для передачи пользовательской информации рассчитывается по формуле (4.4):

 (4.4)

где - пропускная способность передачи данных;

- пропускная способность телефонного канала;

- пропускная способность телевизионного канала.

Данные параметры рассчитываются формулой (4.5):

 (4.5)

где - средняя скорость передачи телефонных каналов.

По этой же формуле рассчитываем остальные данные.

Пропускная способность канала связи с учетом магистрального транзита рассчитывается по формуле (4.6):

 (4.6)

где  - пропускная способность транзитных каналов определяется как 10 процентов от

.2 Расчёт числа потоков STM-64

Общее число каналов рассчитывается по упрощенной формуле (4.7):