Оптическое временное уплотнение ( OTDM )

Появление и развитие новых видов услуг связи, как уже отмечалось выше (в предисловии), требует не только увеличения информационной емкости систем, но все чаще увеличения скорости передачи. Очевидно, что применение таких ви­дов уплотнения каналов, как частотное или многоволновое, позволяет увеличивать объем передаваемой информации. Но объем информации или информационная емкость и скорость передачи информации — не одно и то же. Для переда

Рис. 3.18. Типовая конфигурация ВОСП - СР с рамановской накачкой для создания распределенного усиления в рабочем волокне за счет вынужденного комбинационного рассеяния (ВКР), предкоррекции ошибок (FEC). SDH — аппаратура СЦИ,

FEC — устройство ввода избыточности в информационный цифровой код, TRS — транспондер передачи, ОМ — оптический мультиплексор, ОУПД — передающий оптический усилитель, Я_н — мультиплексор ввода излучения рамановской накачки, R - ЛД — рамановский лазер, ПОУ — промежуточный оптический усилитель, ОУПР — оптический усилитель приема, ОД — оптический демультиплексор

чи информации о быстро протекающих процессах в реальном масштабе времени необходимы линии с высокой скоростью передачи. С течением времени потребность именно в таких системах возрастает. Так, если для передачи одного телефонного сообщения в цифровом виде достаточно скорости 64 кбит/с, то для пе­редачи одного канала телевидения высокой четкости необходимая скорость пере­дачи без сжатия составляет 994,3 Мбит/с (со сжатием 135 Мбит/с). Следовательно, эти потребности не снимают актуальности разработки систем с временным уплотнением. Отмеченные выше недавние успехи в области электронных элементов позволили создать системы с электронным временным уплотнением (ETDM) со скоростью передачи 40 Гбит/с. Но еще несколько лет назад считалось, что максимальная скорость для ETDM ограничивалась 10 ГГбит/с [48]. Поэтому была поставлена задача разработки оптического временного уплотнения (OTDM — Optical Time Division Multiplexing). Кроме того, плотное и сверхплотное мультиплексирование спектральных каналов сопряжено со следую­щими технико-экономическими проблемами. При рассмотрении методов WDM отмечалось, что для обеспечения требуемых качественных показателей связи не­обходимо выполнение жестких требований по таким параметрам оптических несущих в каждом канале, как стабильность оптической частоты (или длины волны), ширины спектральной линии излучения, равномерность амплитудно-частотных характеристик оптических усилителей и оптического тракта. Стабилизация частоты излучения достигается жесткой температурной стабилизацией излучателей — полупроводниковых лазеров, когда уплотняется небольшое число оптических каналов. Эта задача решается без особых проблем. При уплотнении десятков (или даже сотен) оптических каналов техническая реализация резко усложняется: резко увеличивается потребляемая мощность электропитания (для

стабилизации температуры одного лазера требуется электрическая мощность до 2,5—5 Вт), непомерно усложняется система контроля параметров элементов (лазеров, транспондеров, оптических мультиплексоров). В конечном счете это приводит к снижению надежности работы системы и значительному повышению стоимости как самого оборудования, так и его обслуживания. Необходимо отметить, что, несмотря на успехи в создании оборудования DWDM и резком повышении пропускной способности ВОСП-СР, среди построенных систем нет ни одной в мире, которая работала бы под полной загрузкой. В настоящее время из известных реализованных коммерческих ВОСП-СР максимально загружена линии в США — 6 спектральных каналов с канальной скоростью 2,5 Гбит/с, в остальных ВОСП-СР, рассчитанных на 32, 40 или 80 каналов, реально загружены до 4—6 каналов. По этой причине с указанными проблемами эксплуатационщики еще не сталкивались. Однако эти проблемы очевидны, поэтому исследователи и разработчики продолжают поиски альтернативных методов увеличения не только пропускной способности, но и скорости передачи.

В работе [49] предложена схема для реализации этого метода уплотнения, представленная на рис. 3.18. Лазер с синхронизацией мод 1 синхронизируется от эталонного таймера мультиплексируемых электронных систем SDH — STM-N. Поток оптических импульсов с длительностью т и периодом следования Т через оптический усилитель 2 подается на оптический разветвитель 3, пространственно разделяющий световой поток на восемь равных частей, каждая из которых посту­пает на оптические модуляторы 4—8. С выхода каждого из модуляторов излучение проходит через соответствующие отрезки оптических волокон, играющих роль оптических линий задержки. При этом время задержки с выхода 1-го модулятора 4 выбирается очень малым, таким, что его можно считать равным нулю, после выхода 2-го модулятора 5 оптические импульсы задерживаются на 1/8 Тит. д., а после модулятора 8 — на время 7/8 Т. После этого с выхода всех модуляторов пото­ки поступают на входы сумматора 9 (это такое же устройство, как и (но включен­ное в обратном направлении), с выхода которого объединенный групповой поток после усиления в оптическом усилителе 10 подается в линию передачи (т. е. в оп­тический кабель). Для компенсации потерь (если это необходимо) в линии может быть применен промежуточный оптический усилитель 11. С выхода линии опти­ческий групповой сигнал усиливается усилителем 12 и подается на оптический временной демультиплексор 13, синхронизируемый с помощью устройства 14. Та­ким образом, в описанной системе методом оптического временного уплотнения (OTDM) передается восемь цифровых информационных потоков по 10 Гбит/с. Система предназначена для передачи по оптическому волокну в диапазоне длин волн 1530...1560 нм. В системе использованы полностью оптические элементы — лазер, оптические разветвители, модуляторы, выполненные на основе электрооп­тических кристаллов из LiNbO₃, оптические усилители и оптические линии задер­жки. Это полностью укладывается в перспективную концепцию создания полно­стью оптических сетей и систем передачи.

В настоящее время работы по развитию систем OTDM и созданию элемент­ной базы для них продолжаются. В работе [50] сообщается об успешном испыта­нии ВОСП с OTDM с рекордной для этого метода скоростью передачи 1,28 Тбит/с на расстояние 70 км. В этой системе применена компенсация дис­персии (хроматической и PMD) 3-го и 4-го порядка и фазовой модуляции. Про­должаются также разработки новых элементов для ВОСП OTDM [511 (полупоо-

Рис. 3. 19. Схема реализации системы ВОЛС с оптическим временным

Уплотнением (OTDM)

водниковый лазер с синхронизацией мод с модуляторами в виде одномодового волокна с решетками Брэгга.

По-видимому, наиболее перспективными можно считать системы ВОСП с оптимальным сочетанием методов WDM и OTDM. О создании такой эксперимента­льной системы сообщается в работе [52]. В этой системе на четырех длинах волн (т. е. четырех спектральных каналах) передается по 160 Гбит/с цифровых сигна­лов, сформированных методом OTDM. Длина линии была равна 240 км (3 х 80 км). В качестве передающей среды использовалось оптическое волокно Те-ra-Light (ALCATEL).