WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

Дашков Михаил Викторович МОДЕЛИРОВАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОЙ ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ СО СПЕКТРАЛЬНЫМ УПЛОТНЕНИЕМ И РАМАНОВСКИМИ УСИЛИТЕЛЯМИ Специальность 05.12.13 Системы, сети и устройства телекоммуникаций

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Самара 2006 г.

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования “Поволжская Государственная Академия телекоммуникаций и информатики” (ГОУ ВПО ПГАТИ) Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Андреев В.А.

Официальные оппоненты:

- доктор технических наук, профессор Алексеев Е.Б.

- кандидат технических наук, доцент Кузнецов М.В.

Ведущая организация: Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций имени проф. М. А. Бонч-Бруевича

Защита состоится « 3 » июля 2006 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д219.003.02 при Поволжской Государственной Академии телекоммуникаций и информатики по адресу: 443010, г. Самара, ул.

Льва Толстого, 23.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО ПГАТИ.

Автореферат разослан « 2 » июня 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д219.003.02, доктор технических наук, доцент Мишин Д.В.

2

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Рост объемов передаваемой информации требует увеличения пропускной способности волоконно-оптических линий передачи (ВОЛП). В настоящее время для протяженных линий наиболее эффективным способом является внедрение волоконно-оптических систем со спектральным разделением (ВОСП-СР). Актуальность данного направления развития сетей связи РФ отмечалась в работах Алексеева Е.Б., Цыма А.Ю., Склярова О.К. При этом важной частью таких линий являются оптические усилители (ОУ), обеспечивающие одновременное усиление сигнала ВОСП-СР в требуемом диапазоне длин волн. Широко используемые на сегодняшний день усилители на основе волокна, легированного эрбием (EDFA), имеют ограничение на рабочий диапазон и шум-фактор. Более перспективными для использования на протяженных ВОЛП с ВОСП-СР являются усилители, основанные на явлении вынужденного комбинационного (рамановского) рассеяния – волоконные рамановские усилители (ВРУ). Преимущества таких усилителей отмечались в работах Дианова Е.М., Буфетова И.А., Kidorf H. и заключаются: в возможности обеспечения равномерной характеристики усиления практически в любом спектральном диапазоне полосы пропускания оптического волокна (ОВ); в возможности создания усилителя с широким рабочим диапазоном (свыше нм); в потенциально лучших шумовых характеристиках; в возможности использования, как специальных ОВ, так и уже проложенных телекоммуникационных ОВ. Характеристики распределенных РУ, использующих для усиления телекоммуникационные волокна, значительно зависят от параметров рабочего ОВ, выбранной схемы накачки, количества и мощности источников накачки.

Увеличение скорости передачи и внедрение спектрального уплотнения на ВОЛП приводит к необходимости использования методов компенсации хроматической дисперсии, а также учета влияния нелинейных эффектов. При использовании ВРУ необходимо производить оценку влияния нелинейных эффектов в зависимости от параметров распределенного усиления.

При проектировании новых или реконструкции существующих ВОЛП с использованием вышеперечисленных технологий стандартные методы зачастую являются неэффективными. В такой ситуации выбор параметров ВОСПСР и ВРУ, а также размещение устройств компенсации дисперсии, оптических усилителей и оптических регенераторов требует разработки индивидуальных рекомендаций, которые целесообразно разрабатывать на основе компьютерного моделирования участков ВОЛП. Вопросы данного направления рассматривались в работах Андреева В.А., Бурдина В.А. и др.

Таким образом, актуальной задачей является разработка математической модели распространения оптических сигналов ВОСП-СР, позволяющей на этапе проектирования современных или реконструкции существующих ВОЛП давать рекомендации по выбору параметров системы передачи и размещению оптических усилителей и регенераторов на ВОЛП. Модель должна учитывать влияние дисперсионных и нелинейных эффектов, особенностей оптического усиления и шумовых характеристик усилителей и обеспечивать возможность исследования влияния различных факторов на параметры передачи.

Состояние вопроса. Исследования и моделирование рамановских усилителей различных типов проводились в работах Дианова Е.М., Буфетова И.А., Kidorf H., Rottwitt K., Namiki S., Emori Y., Essiambre R.-J., Bromage J. и многих других. Влияние шума усиленного спонтанного излучения (УСИ) в рамановских усилителя рассматривалось в работах авторов Kidorf H., Rottwitt K., Perlin V.E., Winful H.G., а влияние релеевского рассеяния на шум УСИ было исследовано в работе Hansen P.B. Влияние многолучевой интерференции (МЛИ), возникающей вследствие двойного релеевское рассеяния, рассматривалось в работах Fludger Ch. R. S., Parolari P. и др. Вклад шума относительной интенсивности накачки и шума из-за четырех-волнового смешения источников накачки рассматривался в работах Fludger Ch. R. S., Headley C. и др. Для основных источников шума в рамановских усилителях в известных автору работах аналитические выражения приводятся только для случая встречной накачки, существующие модели ограничиваются однородным усилительным участком и не учитывают влияние соседних каскадов.

Модель ВРУ в общем виде представляет собой систему нелинейных дифференциальных уравнений. Вопросам особенностей численного решения такой системы посвящены работы Min B., Park N., Liu X., Li Y. Однако при проектировании ВРУ с многоканальной накачкой расчеты могут потребовать значительных временных затрат. Следовательно, необходима разработка эффективной методики расчета характеристик таких усилителей, включая расчет шумов, возникающих при распределенном рамановском усилении.

Моделированию распространения оптических сигналов по ОВ также посвящено множество работ отечественных и зарубежных ученых. Исследованию влияния дисперсионных и нелинейных эффектов на оптический сигнал в ОВ посвящены работы ученых: Agrawal G.P., Chraplyvy A.R. Marcuse D., Tkach R.W., Matera F., Андреев В.А., Бурдин В.А. и др. В работах рассматривались процессы распространения как одноканальных, так и многоканальных сигналов, с учетом нелинейных эффектов и оптического усиления. Вопросы моделирования ВОЛП с рамановскими усилителями рассматривались в работах ученых Федорук М.П., Турицына С.К., Шапиро Е.Г. Однако, известные автору модели не включали вклад шумов, связанных с релеевским рассеянием, который становится важным по мере увеличения коэффициента усиления свыше 20 дБ. Кроме того, значительный рост мощности излучения в оптическом тракте, вызванный увеличением числа мультиплексируемых каналов совместно с повышением плотности размещения каналов приводит к необходимости учета нелинейных эффектов с учетом распределенного усиления. Следовательно, необходима разработка обобщенной модели, учитывающей особенности распределенного усиления при многоканальной накачке, шумовых характеристик усилителя и нелинейных эффектов.

Цель работы Разработка обобщенной математической модели ВОЛП с ВОСП-СР и рамановскими усилителями, методик оценивания показателей качества передачи оптических сигналов на регенерационных участках подобных линий и рекомендаций по выбору параметров ВОСП-СР, конструкции рамановских усилителей и размещению ВРУ на ВОЛП.

В соответствии с поставленной целью в диссертации решаются следующие основные задачи:

1. Разработка обобщенной математической модели рамановского усилителя для расчета характеристики усиления в зависимости параметров накачки и информационных сигналов, позволяющей учесть использование на усилительном участке разнотипных ОВ и влияние дополнительных сосредоточенных потерь.

2. Разработка методики расчета характеристик усиления широкополосных распределенных рамановских усилителей с многоканальной накачкой на основе аналитических выражений, позволяющей сократить время расчета.

3. Разработка модели шумовых характеристик рамановских усилителей различных конструкций на основе аналитических выражений с учетом спектральной зависимости коэффициента затухания и наличия отражающих неоднородностей на усилительном участке.

4. Разработка методики моделирования распространения оптического сигнала на участке ВОЛП с ВОСП-СР, учитывающей распределенное рамановское усиление.

5. Исследование влияния нелинейных эффектов на качество передачи сигнала на ВОЛП с компенсацией дисперсии и рамановскими усилителями.

6. Разработка рекомендаций по выбору параметров ВОСП-СР, конструкции рамановских усилителей и размещению ВРУ на ВОЛП.

Методы исследования. При решении поставленных задач использовались методы теории оптических волноводов, теории нелинейной оптики, теории электрической связи, теории дифференциального и интегрального исчисления и численных методов.

Личный вклад. Все основные научные положения, выводы и рекомендации, составляющие содержание диссертации, разработаны соискателем лично.

Научная новизна и практическая значимость.

1. Разработана математическая модель рамановского усилителя, описывающая взаимодействие источников накачки и информационных сигналов, а также информационных сигналов между собой в зависимости от типа линейного кода и позволяющая определить характеристику усиления.

2. Разработан метод моделирования рамановского усилителя на основе аналитических выражений, отличающийся высоким быстродействием.

3. Разработана общая модель шумовых характеристик рамановских усилителей с учетом граничных условий.

4. Выведены аналитические формулы для расчета уровня шума усиленного спонтанного излучения для рамановских усилителей со встречной, сонаправленной и двунаправленной схем накачки и аналитические формулы для расчета уровня шума двойного релеевского рассеяния для рамановских усилителей с сонаправленной и встречной схемами накачки, позволяющие учесть спектральные зависимости коэффициентов затухания.

5. Разработана математическая модель и алгоритм моделирования распространения информационных сигналов ВОСП-СР на ВОЛП с учетом распределенного рамановского усиления и шумовых характеристик.

6. Разработаны методики оценки влияния нелинейных эффектов на качество передачи информации с учетом рамановского усиления и выведены аналитические выражения для оценки шума ЧВС в рамановских усилителях.

7. Разработаны практические рекомендации по проектированию распределенных и дискретных рамановских усилителей.

8. Разработаны рекомендации по внедрению ВОСП-СР и рамановских усилителей на ВОЛП.

Реализации результатов работы.

Основные результаты исследований, рекомендации по повышению пропускной способности ВОЛП с использованием ВОСП-СР и рамановских усилителей внедрены на таких предприятиях, как ЗАО “Самарская оптическая кабельная компания”, НПП “Спектр”.

Результаты исследования влияния параметров ОВ на характеристики рамановских усилителей и исследования распространения высокоскоростных оптических сигналов с учетом дисперсионных и нелинейных эффектов внедрены на ЗАО «СОКК», где были использованы при формировании концепции перспективных направлений разработки конструкций ОК.

Разработанные в диссертационной работе методики учета нелинейных эффектов были использованы при разработке требований к параметрам системы автоматизированного контроля волоконно-оптического кабеля “Фотон” НПП “Спектр” для использования на ВОЛП.

Методики и алгоритмы расчета параметров рамановских усилителей, методики расчета и программы моделирования распространения оптических сигналов на ВОЛП внедрены в учебный процесс Поволжской Государственной академии телекоммуникаций и информатики, г. Самара.

Реализация результатов работы и достигнутый эффект подтверждены соответствующими актами.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях: Восьмая международная научнотехническая конференция студентов и аспирантов “Радиоэлектроника, электротехника и энергетика” (Москва, 2002); LVII, LIX, LX международных научных сессиях НТО РЭС, посвященных Дню радио (Москва, 2002, 2004, 2005);

Научно-техническая конференция “Волоконно-оптические системы и сети связи” (Москва, 2004); V международная научно-техническая конференция “Проблемы техники и технологии телекоммуникаций” (Самара, 2004), Международная конференция «Optical technologies for telecommunications» (Россия, Самара, 2004); Российских научно-технических конференциях проф.–преп. и инженерно – технического состава ПГАТИ (Самара, 2001-2005 г.).

Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в 25 печатных трудах, включая 13 статей в научных изданиях, 12 тезисов докладов. Некоторые результаты работы отражены также в отчетах по НИР, в которых автор принимал участие в качестве исполнителя.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Содержит 238 страницы машинописного текста, 80 рисунков, 6 таблиц. Список литературы включает 194 наименования.

На защиту выносятся:

1. Метод моделирования рамановского усилителя на основе аналитических выражений для взаимодействия накачки.

2. Аналитические выражения для расчета шумовых характеристик рамановских усилителей различных конструкций 3. Алгоритм моделирования распространения сигнала ВОСП-СР на ВОЛП с учетом дисперсионных и нелинейных эффекты в ОВ, распределенного рамановского усиления и шумовых характеристик ВРУ.

4. Методика оценки влияния нелинейных эффектов с учетом рамановского усиления СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели и основные задачи исследования, показана научная новизна и практическая ценность работы, приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассматриваются особенности использования ВРУ на ВОЛП. Приводится обзор различных типов рамановских усилителей и известных схем накачки. Рассматривается математическая модель рамановского усилителя общего вида, описывающая взаимодействия накачка-сигнал, накачканакачка и сигнал-сигнал и учитывающая влияние модуляции информационного сигнала.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»