Одноканальные оптические интерфейсы стандарта G.955 предназначены для аппаратуры плезиохронных систем передачи PDH со скоростными режимами: 2048кбит/с; 8448кбит/с; 34368кбит/с; 136264кбит/с. Эти интерфейсы поддерживают соединение типа «точка-точка» по одному или двум волокнам оптического кабеля на относительно небольшие расстояния. Оптические характеристики интерфейсов представлены в табл. 6.4.
Уровень мощности передачи и чувствительность приёмника используются для расчёта энергетического потенциала интерфейса, что, в свою очередь, позволяет оценить максимальную дальность передачи в линии с ОМВ и ММВ. Характеристика динамического диапазона приемника позволяет оценить возможную максимальную мощность передатчика.
Эти интерфейсы не получили широкого применения в оптических транспортных сетях. Они используются на соединительных линиях между терминалами и оборудованием транспортной сети (компонентными блоками). На предельных расстояниях, с точки зрения энергетического потенциала, рекомендуется производить расчёт полосы пропускания оптического тракта и её сравнение с требуемой полосой частот для линейного сигнала [1]. Это необходимо для учета дисперсионные искажения в волоконных световодах, особенно в ММВ.
Таблица 6.4. Примеры характеристик оптических интерфейсов PDH
| Характеристика | Тип волокна | Иерархические скорости | |||
| Скорость, Мбит/с | 2,048 | 8,448 | 34,368 | 139,264 | |
| Минимальный уровень мощности передачи СИД и ППЛ, дБм | |||||
| Волна СИД: 0,85 мкм | ММВ | –17,0 | –17,0 | –17,0 | – |
| Волна СИД: 1,31 мкм | ММВ | –21,0 | –21,0 | –21,0 | – |
| Волна СИД: 1,31 мкм | ОМВ | –30,0 | –30,0 | –30,0 | – |
| Волна ППЛ: 1,31 мкм | ММВ | –1,0 | –1,0 | –1,0 | –1,0 |
| Волна ППЛ: 1,31 мкм | ОМВ | –4,0 | –4,0 | –4,0 | –4,0 |
| Волна ППЛ: 1,3 мкм | ОМВ | –14,0 | –14,0 | –14,0 | –14,0 |
| Волна ППЛ: 1,55 мкм | ОМВ | – | – | –7,0 | –7,0 |
| Чувствительность приёмника при вероятности ошибки 10–9, дБм | |||||
| Волна 0,85 мкм | ММВ | –51 | –46 | –40 | – |
| Волна 1,31 мкм | ОМВ, ММВ | –52 | –47 | –42 | –35 |
| Волна 1,31 и 1,55 мкм | ОМВ | – | – | – | –38 |
| Динамический диапазон приемника, дБ | |||||
| Волна 0,85 мкм | ММВ | > 40 | > 34 | > 26 | – |
| Волна 1,31 и 1,55 мкм | ОМВ, ММВ | > 53 | > 48 | > 40 | > 35 |
| Обозначения: СИД – светоизлучающий диод; ППЛ – полупроводниковый лазер; MMВ – многомодовое волокно стандарта G.651; ОMВ – одномодовое волокно стандарта G.652 |
Оптические одноканальные интерфейсы стандартов G.957 и G.691 предназначены для аппаратуры синхронной цифровой иерархии SDH со скоростными режимами передачи от 155520кбит/с до 39813120кбит/с. Интерфейсы поддерживают соединение типа «точка-точка» по паре одномодовых волоконных световодов, соответствующих стандартам G.652, G.653, G.654, G.655, G.656. Допускается возможность использования на коротких линиях только одного волокна в кабеле и направленных разветвителей для организации двухсторонней связи на различных волнах, например 1310нм и 1550нм.
Оптические интерфейсы SDH имеют три обширных категории применения:
- внутристанционные связи, соответствующие расстояниям присоединения от нескольких метров (перемычки) до 2км;
- межстанционные связи малой дальности, соответствующие расстояниям присоединения до 15км;
- межстанционные связи большой дальности, соответствующие расстояниям присоединения до 40км на волне передачи 1310нм и около 80км на волне передачи 1550нм.
В рамках каждой из трёх категорий рассматривается использование различных источников излучения (по типу излучателя, по длине волны, по спектру излучения, по виду модуляции и т.д.), приёмников излучения (ЛФД, р-i-n), типу волоконных световодов (SMF, DSF, NZDSF) и т.д. В табл. 6.5 представлена классификация интерфейсов SDH.
Таблица 6.5. Классификация оптических интерфейсов SDH по применению
| Применение Параметры | Внутри узла | Межузловое применение | ||||||
| Короткая линия | Длинная линия | |||||||
| Длина волны источника, нм | ||||||||
| Тип волокна | G.652 | G.652 | G.652 | G.652 | G.652, 654, 655 | G.653, G.655 | ||
| Расстояние, км | ~15 | ~15 | ~40 | ~80 | ~80 | |||
| Уровень STM-N, скорость Мбит/с | STM-1 155,52 | I-1 | S-1.1 | S-1.2 | L-1.1 | L-1.2 | L-1.3 | |
| STM-4 622,08 | I-4 | S-4.1 | S-4.2 | L-4.1 | L-4.2 | U-4.2 | L-4.3 | U-4.3 |
| STM-16 2488,32 | I-16 | S-16.1 | S-16.2 | L-16.1 | L-16.2 | U-16.2 V-16.2 | L-16.3 | U-16.3 V-16.3 |
| STM-64 9953,28 | I-64 | S-64.1 | S-64.2 | L-64.1 | L-64.2 | V-64.2 | L-64.3 | U-64.3 V-64.3 |
| STM-256 39813,12 | I-256.2 | - | S-256.2 | - | L-256.2 | - | L-256.3 | - |
Оптические интерфейсы SDH имеют систему обозначений, в которой отражены особенности интерфейсов по применению:
- I, обозначает линию малой длины внутри предприятия, т.е. intra-office;
- S, обозначает короткую линию, т.е. short-haul;
- L, обозначает длинную линию, т.е. long-haul;
- V, обозначает очень длинную линию, т.е. very long-haul;
- U, обозначает сверх длинную линию, т.е. ultra long-haul;
- VSR, обозначает очень короткое расстояние (в перемычке), т.е. very short reach (в табл.6.5 не обозначено).
При обозначении V и U следует понимать включение в состав линейного интерфейса оптического усилителя (OA) мощности на передаче (обозначается B – booster, B-OA) и предусилителя оптического сигнала на приеме (обозначается ВР – booster pre-amplifier, BP-OA).
После буквенных индексов в обозначениях интерфейсов следуют цифры:
- первая (-ые) цифра (-ы) указывают на иерархический уровень STM-N (N=1, 4, 16, 64, 256);
-вторая цифра или пробел указывает на номинал длины волны излучения источником и типы волокон (1 или пробел - источник излучения длины волны 1310нм на волокне G.652; 2 – источник излучения длины волны 1550нм на волокне G.652 для применения на малой дальности, либо на волокнах G.654 и G.655 для приложений большой дальности; 3 - источник излучения длины волны 1550нм на волокнах G.653 и G.655 для приложений большой дальности).
На рис. 6.1 представлена схема подключения интерфейса G.957 к волоконно-оптической линии. В схеме показаны две оконечные станции и промежуточная станция регенерации. Все участки этого соединения определяются стандартами МСЭ-T. Интерфейсные стыки участков находятся в точках S и R, что соответствует подключению передатчика (S – send) и приёмника (R – receive). Эти точки ассоциируются с местом стыка волокон линейного и станционного оптических кабелей на линейном оптическом кроссе. Как правило, длина станционного оптического кабеля между линейным кроссом и аппаратурой не превышает нескольких метров. Поэтому характеристики оптических интерфейсов при соответствующей погрешности могут оцениваться непосредственно в аппаратуре. Для определения параметров оптических интерфейсов SDH предложены следующие характеристики:
- диапазон рабочих длин волн;
- тип источника излучения;
- спектральные характеристики излучения;
- средняя вводимая мощность в точке S;
- коэффициент гашения (логарифм отношения мощности при передаче логической «1» и логического «0»);
- маска глаз-диаграммы;
- оптический тракт (величины максимального затухания и дисперсии между точками S и R, максимальная величина отражения оптического сигнала на неоднородностях);
- чувствительность приёмника;
- перегрузка приемника;
- отражательная способность приёмника;
- штраф по мощности оптического тракта (отражения, межсимвольные помехи, шум распределения мод, изменение длины волны излучателя).
На рис.6.1 обозначены стандартные функциональные блоки аппаратуры SDH, определенные в рекомендации МСЭ-Т G.783: SPI, SDH Physical Interface – физический интерфейс SDH с подключением к линии или оптическому усилителю (OA); RST, Regenerator Section Termination – окончание секции регенерации (функции доступа к заголовку RSOH).
Взаимосвязь некоторых оптических параметров представлена на рис. 6.2.
Рис. 6.2. Взаимосвязь оптических параметров
Примеры характеристик интерфейсов приведены в приложении 1.
Необходимо обратить внимание на то, что одноканальные интерфейсы STM-64 имеют особенности применения, которые необходимо учитывать при проектировании:
- в результате введения в тракт оптических усилителей могут быть достигнуты достаточно большие мощности (около 50мВт), оказывающие значительные влияния на оптические нелинейности;
- специальные методы адаптации к дисперсии (компенсация дисперсии - Dispersion Compensated, DC), связанные с тем, что стандартные волокна (G.652) имеют дисперсионный предел для этих интерфейсов около 60км, необходимо использовать для увеличения дальности передачи путём включения пассивных компенсаторов в виде интегрированных дифракционных решеток и волоконных световодов, активной компенсации на основе фазовой автомодуляции (ФАМ) (нелинейный эффект в стекловолокне) и предварительной линейной частотной модуляции (ПЛЧМ);
- применение в составе интерфейсов для очень длинных линий процессоров упреждающей коррекции ошибок (FEC), которые повышают энергетический потенциал на 3-8 дБм.
Возможна комбинация методов компенсации дисперсии. В настоящее время определена только одна комбинация методов: ФАМ совместно с пассивной компенсацией дисперсии в интерфейсе V-64.2. ФАМ применяется для компенсации на первых 80км, а дополнительно 40км компенсируется пассивным методом.
Использование характеристик одноканальных (одноволновых) оптических интерфейсов при проектировании линейных трактов определено рекомендациями МСЭ-T G.655. Длина регенерационного участка (РУ) с точки зрения энергетического потенциала находится через соотношение:
,
где PS – уровень мощности передатчика в точке подключения аппаратуры и линии; PR – уровень мощности приемника в точке подключения аппаратуры и линии; PD – мощность (в дБм) дисперсионных потерь; Me – энергетический запас на старение оборудования (разность уровня мощности передачи максимального и минимального); N - число строительных длин кабеля; l ст – потери мощности на неразъемных стыках кабеля; N с – число разъемных стыков (2 или 4 стыка на участке секции регенерации); lстр – потери мощности на разъемных стыках; a с – километрическое затухание кабеля на заданной длине волны; a m – запас на повреждение (дБ/км). Строительная длина кабеля принимается в расчетах от 4 до 6 км.
Пример расчета длины РУ для интерфейса V-64.2 с исходными данными:
Ps = 15дБм; PR = -23дБм; PD = 2дБ; Ме = 3дБ; l ст= 0.05дБ; lстр= 0.1дБ; α = 0.2дБ/км; αm = 0.05дБ/км; строительная длина кабеля 6км.
Число строительных длин на участке 132км составит М = 132/6 = 22.
С учетом потерь на стыках длина участка передачи (дистанция) составит
Т.о. длина участка составит 126,2 км с точки зрения допустимых потерь оптической мощности. На длине волны 1550 нм величина дисперсии не должна превышать 2400 пс/нм. Для стандартного одномодового волокна (рекомендация МСЭ-Т G.652) на волне 1550нм значение хроматической дисперсии составляет 18пс/нм×км, а на дистанции 126,2км будет
.
Т.о. норматив на хроматическую дисперсию выполняется при ширине спектральной линии источника излучения (лазер типа DFB) 1 нм. Однако на скорости передачи 10Гбит/с необходимо учитывать и поляризационную модовую дисперсию (ПМД),
,
где σпмд нормировано по отношению к длине волокна 
. В этом случае необходимо добавить к D хр величину D пмд, которая вычисляется:
пс.
Результирующая дисперсия определяется через соотношение
,т.е. 
Нетрудно заметить, что совокупная величина хроматической и поляризационной дисперсии не превосходит нормативное значение дисперсии для интерфейса V-64.2
Другой подход: определить требуемое значение дисперсии на 1км линии и сравнить с нормированным стандартным значением 18пс/нм×км:
.
Т.о. допустимый норматив 19.1пс/нм×км превышает нормированный, что указывает на допустимость использования интерфейса V-64.2 на дистанции 126.2км.
По величине полученной километрической дисперсии можно выбрать:
- подходящий тип волокна;
- длину волны передатчика в диапазоне (1547-1562 нм);
- подходящую ширину спектральной линии передатчика, измеряемую в долях нм, например, 0.2 нм;
- подходящий компенсатор дисперсии при необходимости.
Также необходимо отметить, что некоторая часть оптических интерфейсов SDH специфицирована в рекомендации ITU-T G.959.1 для одноканальных подключений в аппаратуре OTN-OTH.