Оценка изменения качества передачи вследствие деформации конструкции оптического кабеля при низкой температуре

Одной из основных характеристик качества работы волоконно-оптической линии передачи (ВОЛП) является коэффициент ошибок BER (или Q-фактор, который однозначно связан с BER). Согласно существующим на сегодняшний день требованиям нормативной документации эта величина не должна быть меньше 10-12 [1] (что соответствует Q=7,04). С целью оценки влияния остаточных деформаций на данную характеристику, выполнен расчет Q-фактора для системы передачи со спектральным уплотнением и оптическим предусилителем, работающей со скоростью 2,5 Гбит/с при типичной длине регенерационного участка (РУ), равной 120 км. Расчет выполнялся по методике расчета BER через оптическое отношение сигнал/шум OSNR, изложенной в стандартах МСЭ-Т [2, 3]. Последовательность расчета по данной методике изложена ниже.

Для расчета Q-фактора необходимо определить оптическое отношение сигнал/шум, которое равно:

OSNR = P_out - А - NF + 58

где P out – уровень мощности в канале на выходе РУ или на выходе системы передачи, дБ; A – общее затухание на РУ, учитывающее затухание пролета и затухание на сварных соединениях и разъемных соединениях, дБ; NF=5,5 дБ – потери, вносимые усилителем [4 ,5], дБ.

Общее затухание на регенерационном участке определяется по формуле:

А = а • L_p y+ n_p • a_p + n_H • a_H + A a ( A , t ) , дБ      (1)

п = L ^ - 1,

Н I lC где α – коэффициент затухания ОВ, дБ/км; Lру – длина РУ; lc – строительная длина кабеля (в среднем 4 км), км; np – число разъемных соединений на РУ; αp – затухание на разъемном соединении, дБ; nн – число неразъемных соединений на РУ; αн – затухание на неразъемном соединении, дБ; Δα(Δ,t) – затухание, вызванный изгибами ОВ в модуле из-за остаточной деформации модуля при низких температурах, дБ.

A a (A, t) = QbendioskA, t) • L+PDL (A, t) • L где αbendioss(Δ,t) – потери ОВ в модуле вызванные остаточной деформацией модуля с учетом действия низких отрицательных температур; PDL(Δ,t) – дополнительный прирост потерь, зависящих от поляризации, вызванный напряжениями в ОВ из-за изгибов, обусловленных остаточными деформациями модуля.

Время нарастания фронта оптического импульса на выходе источника оптического излучения от 10% до 90% его максимального значения непосредственно связано со скоростью передачи оптического сигнала в линии:

Т • = T, пс

В _L

Время нарастания фронта оптического импульса на выходе фотоприемника ОСП от 10% до 90% его максимального значения:

пс

где BW R – полоса пропускания фотоприемника (рассматривается идеальный случай, когда BW R =B L ), Гц.

Прогнозируемое среднеквадратическое значение дисперсии на УУ рассчитывается следующим образом:

^ ЭКУ = V ^Dch + ^DPDM , пс       (4)

Все расчеты выполнялись для длины волны 1550 нм. Значение коэффициента затухания выбиралось равным 0,22 дБ/км. Ниже на рис. 1-3 построены графики зависимости Q-фактора от величины относительной остаточной деформации модуля Δ м /d м для гипотетически самого плохого случая, когда модуль деформирован по всей длине трассы (120 км).

где D ch и D PMD – значения хроматической и поляризационной модовой дисперсии на ЭКУ, соответственно.

Прогнозируемое значение хроматической дисперсии D ch на УУ заданной протяженности L уу определяется по следующей формуле:

^D ch = ^{D А Л}'* L yy , пс        (5)

где А Л - ширина спектра излучения источника.

Прогнозируемое значение ПМД на УУ заданной протяженности:

D pdm = PDM • T L yy , пс    (6)

Здесь PMD – параметр ПМД волокна. Коэффициент хроматической дисперсии на заданной рабочей длине волны:

D = S o • Л - Л о ,    <         (7)

4       Л нм • км

Здесь S 0 – параметр наклона спектральной характеристики дисперсии ОВ в точке нулевой дисперсии, λ 0 – длина волны нулевой дисперсии, нм. Значение Q-фактора определяем по формуле [3]:

Q =

2 • _ш° OSNR     B^

1 + V1 + 4 • 10^{0,1 OSNR} \ B e

где В0 – полоса пропускания оптического фильтра на входе мультиплексора, Гц; βE – полоса пропускания электрического фильтра в приемнике, Гц.

Согласно требованиям отношение

BI = ^оЕ

Исходные данные для расчета представлены в табл. 1.

Таблица 1. Уровень мощности в канале системы передачи, дБ [6]

Параметр			Значение параметра для, L РУ , км
			120
В=2,5	STM-16	P out , дБ	4
ГБит/с		P R , дБ	-34

Рис. 1. Графики зависимости Q-фактора от относительной деформации модуля Δ м /d м , мм для длины волны 1550 нм при различных температурах (шаг скрутки р=100 мм, d м =1,4 мм, L=120 км)

Рис. 2. Графики зависимости Q-фактора от относительной остаточной деформации модуля Δ м /d м , мм для длины волны 1550 нм при различных температурах (шаг скрутки р=100 мм, d м =1,4 мм, L=120 км)

Как видно из графиков на рис. 2 значение Q фактора практически не меняется до определенных значений остаточных деформаций модуля. Однако начиная с некоторого порога значения Q резко падают (а значения коэффициента ошибок увеличиваются). При этом пороговая величина деформации модуля зависит от температуры.

Рис. 3. Графики зависимости Q-фактора от относительной деформации модуля Δ м /d м , мм для длины волны 1550 нм при различных температурах (шаг скрутки р=100 мм, d м =1,4 мм, L=100 км)

Поскольку подвесные оптические кабели (ОК) могут эксплуатироваться в достаточно жестких условиях (при температурах ‒300С и ниже), недопустимым является возникновение остаточных деформаций модуля более 20-25% от его внутреннего диаметра. Уменьшение длины деформированного участка модуля не влияет на значение пороговой деформации, при которой наблюдается резкое ухудшение Q-фактора, а влияет лишь на общее значение Q-фактора для случая, когда модуль не деформирован совсем (рис. 3).

Вывод: рассчитывая Q-фактор можно оценить качество передачи по ОК в условиях внешних воздействий в виде низких температур.