Сети и системы связи

Технология спектрального мультиплексирования, используемая в магистральных системах передачи, устойчиво развивается в последние годы. Вновь инсталлированные современные трансокеанские системы имеют макс. пропускную способность Тбит/с, при этом они достаточно гибкие, чтобы использовать пропускную способность первоначально развернутых волоконно-оптических систем как часть максимума. Устойчивый рост пропускной способности таких магистральных систем на волоконно-оптических кабелях стал возможен благодаря усовершенствованию технологий передачи с уплотнением каналов по длине волны. Большие усилия были приложены для усовершенствования систем управления дисперсией, выравнивания усиления, разработке форматов модуляции и кодов с исправлением ошибок.

Приводятся выражения для расчета среднего коэф. ошибок и порога чувствительности приемника космической межспутниковой линии цифровой связи в отсутствие изменяющихся во времени ошибок углового наведения антенн. Предлагается подход к расчету среднего коэф. ошибок с использованием функции плотности вероятности для случая наличия в линии связи кругосимметричного нормально распределенного дрожания углов наведения. Путем минимизации энергетического потенциала линии при фиксированном значении среднего коэф. ошибок определяется оптим. соотношение между углом расхождения лазерного луча и величиной случайного углового дрожания при заданном коэф. ошибок, на основе которого выводится их приближенная зависимость. В качестве примера описываются результаты числового расчета оптим. энергетического бюджета в оптических каналах связи и сопровождения при наличии флуктуаций оптической мощности вследствие случайного углового дрожания.

Предполагается, что технология оптического мультиплексирования во временной области будет наиболее перспективной для будущих одноканальных оптических систем связи. Эта технология позволяет передавать данные со скоростями >100 Гбит/с на одной длине волны. Использование оптического мультиплексирования во временной области в сочетании со спектральным мультиплексированием позволит построить оптические сети связи с пропускной способностью порядка нескольких Тбит/с при высокой гибкости и высокой эффективности использования спектра. Детально исследована генерация сверхкоротких оптических импульсов для систем с оптическим мультиплексированием во временной области.

Предложена простая и эффективная модель для оценки вероятности возникновения однобитовой ошибки в каскаде из оптических 2R регенераторов (повторное усиление и восстановление формы). Модель учитывает влияние шума усилителя, конечный коэф. затухания и нелинейное восстановление формы. Исследовано взаимодействие между различными искажениями сигнала и регенерирующей нелинейностью. Показано, что увеличение нелинейности может компенсировать увеличение коэф. шума или уменьшение мощности сигнала.

Успешно изготовлен 64-канальный мульти/демультиплексор с 25 ГГц разнесением каналов методом монолитной интеграции интерферометра Маха-Цендера и 2-х массивов волноводных дифракционных решеток в чипе планарной оптической ИС на основе кремния. Регулировка центр. длины волны волноводных дифракционных решеток с высокой точностью осуществлялась с помощью 193 нм излучения УФ-лазера. Подобная конструкция мульти/демультиплексора обладает низкими вносимыми потерями и перекрестными искажениями.

Предложены способ и устройство для компенсации поляризацонной дисперсии мод в системах оптической и волоконно-оптической связи. Устройство содержит прозрачную подложку из материала с двулучепреломлением. На поверхности подложки располагаются электроды типа “пальцы в пальцы”. Электроды могут использоваться как попарно, так и в виде групп. В качестве материалов для подложки м. б. использованы полимерные материалы и кремний.

Рассматриваются новые методы повышения эксплуатационной надежности линейных трактов аналоговых и цифровых систем передачи, организованных по метал. кабелям связи, в частности, на основе применения волоконно-оптических кабельных вставок (ВОКВ) и соответствующего активного оборудования; представлены система резервирования АСП К-3600 по ВОЛС и результаты измерений, полученные в ходе ее реализации на практике; а также выводы и характерные недостатки, выявленные в ходе развертывания ВОКВ на поврежденном участке кабельной магистрали.

Предложена и экспериментально исследована новая технология внутриполосного мониторинга оптического отношения С/Ш и спектра, основанная на когерентном детектировании с качанием частоты. Этот метод измеряет сигнал и спектр усиленной спектральной эмиссии внутри полосы путем соотв. подстройки состояний поляризации сигнала и гетеродина. Получено высокое разрешение ЭКВИВ0,0002 нм. Путем интеграции обнаруженного спектра сигнала и шума м. б. получено оптическое отношение С/Ш внутри полосы с очень высокой точностью. Была измерена величина оптического отношения С/Ш с высокой точностью в диапазоне 10-30 дБ.

Представлены результаты исследования влияния дисперсии в процессе определения нелинейности оптического волокна путем объединения метода непрерывной автомодуляции фазы с численным моделированием. Исследована релевантность результатов измерения, как функции разности длин волн сигнала биений с 2-мя частотами и длины оптического волокна. Установлено, что дисперсия может иметь существенное влияние на результаты измерения нелинейности. Предложены средства, которые позволяют учитывать это влияние.

Предложен способ точного измерения коэф. релеевского обратного рассеяния, основанный на анализе осциллограмм оптической рефлектометрии во временной области с одним концом. Путем сравнения относит. силы релеевских компонент – релеевского рассеяния и пульсаций релеевского рассеяния – показано, что их можно использовать при точных измерениях. Данный способ измерения позволяет получить ошибку менее, чем 0,1 дБ при определении релеевского коэф. Рассмотрено применение разработанного способа измерения для определения шумовых характеристик волоконных рамановских усилителей.

Развитие телекоммуникационных технологий, использующих волоконно-оптические линии связи выдвигает на первый план необходимость применения средств измерения и контроля состояния сети. Описываемый автоматизированный комплекс позволяет в совокупности исследовать характеристики пассивных и активных элементов связи. Исследование оптических волокон основано на методе обратного рассеяния. Отраженный от неоднородности сигнал, обусловлен френелевским отражением и рэлеевским рассеянием. В процессе регистрации этого потока определяется затухание кабеля, как функция его длинны. Анализ этой функции позволяет выявить местонахождение, характер неоднородностей и величину вносимых локальных и распределенных потерь. Генератор оптических импульсов работает следующим образом: по фронту тактового сигнала, поступающего с устройства автосдвига, формируется ток накачки лазерного диода, который преобразует эл. импульс в оптический. Оптический сигнал через оптический ответвитель поступает на исследуемое волокно. Отраженный от неоднородностей стекловолокна оптический сигнал через направленный ответвитель поступает на фотодиод. Импульсный сигнал с фотодиода усиливается на фотоусилителе и подается на стробоскопический преобразователь. Устройство сдвига предназначено для формирования двух последовательностей импульсов, временной сдвиг между которыми соответствует двойному времени пробега оптического сигнала от начала световода до точки, в которой измеряется сигнал. Значение временного сдвига задается управляющим-обрабатывающим процессором. Процессор связан с монитором на котором отображается наглядная рефлектограмма. Для улучшения массогабаритных характеристик прибора и расширения функциональных возможностей рефлектометра, увеличения числа вариантов представления результатов измерений и их сохранения для дальнейшего анализа возможно выполнения поточечного формирования рефлектограммы из значений, записанных во внутреннюю память в цифровом виде, а в качестве индикатора использовать жидкокристаллический дисплей. На практике находят применение одномодовые и многомодовые рефлектометры. Для упрощения процесса проведения измерений в мини рефлектометрах западных фирм используется сенсорный экран. Для снижения стоимости рефлектометра предложено решение в виде плат для установки в РС-совместимые компьютеры. Процедура дальнейшей обработки и формирования рефлектограммы выполняет процессор компьютера.

На основе теории связанных мод исследованы характеристики мод одномодового оптического волокна и ребристого волновода. Рассчитана разумная ширина структуры V-образной канавки у решетки волокон. Спроектированы оптим. условия связи между одномодовыми оптическими волокнами и ребристыми волноводами. Решетка волокон обеспечивает не только юстировку оптических волокон с высокой точностью, но и оптим. эффективность связи с ребристыми волноводами.

Представлены результаты исследования самофокусирующихся лучей и зеркал запрещенных зон с целью определения их применимости в системах межсоединений на чипе. Моделирования с применением методов расширения планарной волны и конечных элементов во временной области использовались для проектирования и оценки теор. характеристик этих систем, названных виртуальный волновод. Исследовано влияние на характеристики ошибок в процессе производства. Показано, что эффективность связи сильно зависит от длины волновода и частоты оптического излучения. Фотонно-кристал. виртуальные волноводы являются идеальной структурой для маршрутизации оптического сигнала на чипе.

Рассмотрены возможные применения технологии микроэл.-мех. систем в микро оптике. Особое внимание уделено разработкам в области волоконно-оптической связи, таким как оптические кроссовые соединители, перем. оптические аттенюаторы и пространственные модуляторы оптического излучения, использующие микроэл.-мех. сканирующие зеркала. Рассмотрены общие вопросы в области микроэл.-мех. систем, которые делают возможными реализовать такие решения, как низкое управляющее напряжение, высокая устойчивость к мех. напряжениям и более высокая эл.-мех. стабильность. В качестве дальнейшей перспективы развития микроэл.-мех. систем рассмотрены волноводы на фотонных кристаллах, интегрированные с микро/нано-мех. системами, которые позволяют реализовать Оптические ИС с высокой степенью интеграции.

Для систем волоконно-оптической связи разработано устройство для переключения волоконных линий, мульти/демультиплексирования оптических каналов методом ввода/вывода. Устройство использует несколько плат с мульти/демультиплексорами на дифракционных решетках. Через эти решетки осуществляется также ввод/вывод желаемых каналов. Платы включают оптоэлектронные компоненты, так что реализуется двумерный массив переключателей 16*16. Выполнены варианты устройств, в которых для связи и переключения каналов использовались двумерные массивы микролинз. Реализованы модули, объединяющие платы в трехмерные массивы переключателей.

Предложен оптический пакетный коммутатор с пространственным, временным и спектральным разделением каналов. Коммутатор основан на высокоскоростном обмене временными интервалами и сетками длин волн между оптическими пакетами с помощью света с непрерывным спектром, передающего сигналы данных, и дифракционных решеток из массива волноводов для вырезания оптического диапазона из спектра. Приведена структурная схема коммутатора и продемонстрирована его работа при скорости передачи данных ЭКВИВ10 Гбит/с.