многоканальная волоконно-оптическая система связи
Классы МПК: | H04B10/24 передача сигналов в двух направлениях |
Автор(ы): | Эндрю Р.Чрапливи (US), Фабрицио Форгири (US), Роберт Вилльям Ткач (US) |
Патентообладатель(и): | Эйти энд Ти Корп. (US) |
Приоритеты: |
подача заявки:
1995-02-17 публикация патента:
10.08.1999 |
Изобретение относится к волоконно-оптической связи с высокой пропускной способностью, предусматривающей спектральное уплотнение. В предлагаемом изобретении каналы спектрального уплотнения в системах волоконно-оптической связи имеют разнос по частоте между каналами, который предотвращает существенное совпадение составляющих четырехволнового смещения с несущими волнами каналов. Вследствие этого возрастает пропускная способность системы связи, что и является достигаемым техническим результатом. 14 з.п.ф-лы, 13 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13
Формула изобретения
1. Система оптической связи со спектральным уплотнением, включающая передающее устройство для генерирования, модуляции и введения группы несущих частот уплотненных каналов в оптическую линию передачи данных, эти несущие частоты имеют длину волны несущей частоты в пределах общей ширины полосы частот, распределенных около длины волны системы, приемное устройство для выполнения функций приема, включающих разуплотнение несущих частот каналов; оптические усилители и передающую волоконно-оптическую линию, включающую по меньшей мере один волоконный участок, ограниченный на одном конце передающим устройством, а на другом конце приемным устройством, в котором этот участок включает в себя по крайней мере один оптический усилитель, причем в системе предусмотрено по меньшей мере 4 канала с длинами волн![многоканальная волоконно-оптическая система связи, патент № 2134491](/images/patents/337/2134002/955.gif)
![многоканальная волоконно-оптическая система связи, патент № 2134491](/images/patents/337/2134002/955.gif)
![многоканальная волоконно-оптическая система связи, патент № 2134491](/images/patents/337/2134002/955.gif)
![многоканальная волоконно-оптическая система связи, патент № 2134491](/images/patents/337/2134002/955.gif)
![многоканальная волоконно-оптическая система связи, патент № 2134491](/images/patents/337/2134023/916.gif)
![многоканальная волоконно-оптическая система связи, патент № 2134491](/images/patents/337/2134023/916.gif)
![многоканальная волоконно-оптическая система связи, патент № 2134491](/images/patents/337/2134491/2134491-9t.gif)
должна быть отлична от такой величины разноса любой другой пары каналов, при условии выполнения ограничения, состоящего в том, что все mi
![многоканальная волоконно-оптическая система связи, патент № 2134491](/images/patents/337/2134006/8805.gif)
![многоканальная волоконно-оптическая система связи, патент № 2134491](/images/patents/337/2134023/916.gif)
Описание изобретения к патенту
Область техники, к которой относится изобретениеИзобретение относится к волоконно-оптической связи с высокой пропускной способностью, предусматривающей спектральное уплотнение. Описание предшествующего уровня техники
Начало серийного промышленного производства оптического усилителя с эрбиевым легированием волокна (ОУЭЛ) оказало существенное влияние на волоконно-оптическую связь. Усилитель находит применение в одноканальных системах, в которых он заменяет оптоэлектронные ретрансляторы со значительными длинами волоконного участка. Его режим работы, около 1550 нм, совпадает с желаемой областью низких потерь оптического волокна на кварцевой основе (на основе двуокиси кремния). Разрабатываются и выпускаются оконечные устройства и другая вспомогательная аппаратура для работы при этой длине волны. Появление ОУЭЛ позволяет практически осуществить спектральное уплотнение (СУ). Системы предназначены для многоканального режима работы на каналах, обеспечивающих устойчивую стабилизацию частоты вследствие достаточных интервалов между ними и имеющих общую ширину полосы пропускания, расположенную в пределах полосы пропускания ОУЭЛ. Эта способность обеспечивать одновременное усиление по всем каналам сразу вызвала повышенный интерес к СУ. В заявке на патент США 08/069952 от 28 мая 1993 года описаны и заявлены системы, разработка которых ранее не считалась заслуживающей внимания. Самые современные одноканальные системы обладают преимуществом волокна со смещаемой дисперсией (ВСД). Разработка этого вида волокна зависит от "смещения" нулевой точки дисперсии в кварцевом волокне с единичной модой от ее обычной позиции 1310 нм к желаемой позиции 1550 нм длины волны несущей. Подавление хроматической дисперсии сделало возможной работу системы при скорости передачи битов, равной 2,5 Гбит/с при длинах участков в сотни километров. К сожалению, внедрению оптических систем, предназначенных для режима СУ, как и планировавшемуся совершенствованию самого режима СУ помешало осознание того факта, что работа уплотненного канала в рассматриваемых условиях ограничена нелинейным эффектом - четырехволновым смешением (4ВС). При обычных прогнозируемых расстояниях и скоростях передачи битов использование 4-канальных систем связи невозможно. Смысл приведенной заявки на патент США заключается в отмене режима работы при чрезмерно низком уровне дисперсии. Разработка точно просчитанной малой величины хроматической дисперсии является достаточным условием для работы при скоростях передачи битов по каналу, невозможных при 4ВС, использующим ВСД. Другие разработки систем, содержащиеся в упомянутой заявке, обладают преимуществом систем со сцепленной дисперсией и с компенсируемой дисперсией, обеспечивающих фазовое рассогласование волн для уменьшения воздействия 4ВС. В другой заявке на патент США 08/069962 описано и заявлено особое волокно с ограниченной дисперсией для использования в уплотненных каналах, работающих при предпочтительной рабочей длине волны около 1550 нм ("волокно спектрального уплотнения" или "ВСУ"). Заявленные разработки волокна продолжают совершенствоваться с целью разрешения проблемы скоростной передачи битов в существующих одноканальных описанных системах и подобных системах недалекого будущего, использующих ВСД. Исходя из существующей вероятности того, что предусмотренная дисперсия будет служить помехой в работе при высокой скорости передачи битов на сверхдлинных участках и/или в работе на уровнях мощности, значительно превышающих существующие в
![многоканальная волоконно-оптическая система связи, патент № 2134491](/images/patents/337/2134007/8776.gif)
СУ - спектральное уплотнение, предусматривающее многоканальный режим работы при использовании одного волокна. Важность подобного подхода к решению проблемы состоит в том, что он позволят осуществлять одновременное усиление группы каналов путем использования одного усилителя с легированием волокна редкоземельными элементами. Усилитель с эрбиевым легированием волокна использует ширину полосы частот
![многоканальная волоконно-оптическая система связи, патент № 2134491](/images/patents/337/2134023/916.gif)
![многоканальная волоконно-оптическая система связи, патент № 2134491](/images/patents/337/2134002/955.gif)
По сравнению с режимом работы равномерно разнесенного канала СУ, обычно используемом в системах, описанных в литературе, разрабатываемые системы предназначены для работы с неравномерным разносом каналов. Предпочтительным вариантам выполнения удовлетворяет алгоритм, запрещающий совпадение любой составляющей 4BC с обозначенным номинальным значением несущей частоты канала. Существует и другой предпочтительный параметр для алгоритмически создаваемого критерия, предусматривающий наименьший разнос, что в результате ведет к уменьшению общей ширины полосы частот в пределах необходимой полосы пропускания, например, для ОУЭЛ. Неравномерно разнесенные каналы первоначально рассматривались как альтернатива идее обеспечения ограниченной дисперсии. Описанные системы СУ, по-видимому, будут использованы в работе по "приспособлению" к ВСД, как альтернатива использования ВСУ. Посредством реализации этой альтернативы уже внедренные системы с ВСД могут быть усовершенствованы таким образом, что скорости передачи бит в каждом канале будут достаточными, чтобы оправдать принцип многоканального режима работы. Сведения, содержащиеся в "Подробном описании существа изобретения", указывают на возможность четырехкратного увеличения пропускной способности системы при оптимально разнесенных каналах (по сравнению с режимом работы при равномерно разнесенных каналах). С учетом значения более длительного терма разнос каналов в соответствии с представленным алгоритмом позволяет получить то же четырехкратное увеличение в "приспосабливаемых" системах, например в системах, использующих ВСУ при работе с полностью ограниченной областью 4BC. Такое же преимущество достигнуто и в других приспосабливаемых системах - в системах, использующих компенсирующие или связанные волокна. В подобных системах волокна, способствующие повышению эффективности их работы, могут использовать меньшие уровни дисперсии, что стало возможным благодаря использованию неравномерного разноса каналов (с предпочтительными побочными явлениями, включающими уменьшенные энергетические потери, связанные с уровнями легирования). Экспериментально установлена практическая возможность осуществления режима работы с 8 или более каналами СУ при условии нахождения ширины полосы частот в пределах полосы ОУЭЛ. Создана и имеется в наличии аппаратура для обеспечения требуемой стабилизации каналов, предположительно обеспечивающая стабилизацию частот каналов на порядок выше, чем при равномерном разносе каналов (для обеспечения постоянного минимального разноса). Краткое описание чертежей
ФИГ. 1 - обобщенная блок-схема системы СУ с неравномерно разнесенными каналами. ФИГ. 2 - блок-схема экспериментальной системы СУ, использовавшейся для получения дополнительных и уточняющих данных для настоящего изобретения. ФИГ. 3 - диаграмма зависимости частоты составляющих четырехволнового смешения от частот канала СУ при обычном, равномерном разносе каналов. ФИГ. 4 - диаграмма тех же зависимостей, построенная на координатных осях ФИГ. 3, для предпочтительной системы с неравномерным разносом. ФИГ. 5 - график зависимостей полной пропускной способности многоканальных систем СУ с равномерным и неравномерным разносом, отнесенных к величине хроматической дисперсии. ФИГ. 6-9 - сравнительные диаграммы спектра каналов с равномерным разносом и разносом, рассчитанным с использованием алгоритма. ФИГ. 6 - спектр входного сигнала для равномерно разнесенных каналов. ФИГ. 7 - спектр входного сигнала для неравномерно разнесенных каналов. ФИГ. 8 - спектр выходного сигнала для равномерно разнесенных каналов. ФИГ. 9 - спектр выходного сигнала для неравномерно разнесенных каналов. ФИГ. 10, 11 - индикаторные диаграммы, построенные на координатных осях мощности передаваемой энергии в мВт и времени в нс, для равномерного и неравномерного разноса каналов соответственно при использовании условий по ФИГ. 8 и 9. ФИГ. 12 - диаграмма, построенная на координатных осях вероятности ошибок и возбужденной мощности передаваемых сигналов, сравнивающая зависимости значений этих координат для равномерного и неравномерного разноса каналов. ФИГ. 13 - диаграмма зависимости расширения ширины полосы частот, требуемых для обеспечения минимального межканального разделения для системы по изобретению. Подробное описание изобретения
Общие положения
Системные разработки и рабочий режим системы по изобретению дают положительный результат в условиях, когда 4ВС является доминирующим ограничением пропускной способности. Это справедливо для многоканальных систем большой протяженности, использующих ВСД. Выражение "многоканальная система большой протяженности" определяется такими понятиями, как длина участка в 360 км, наличием трех равномерно разнесенных ОУЭЛ, имеющих четыре канала по всей ширине полосы частот, отвечающей требованиям полосы пропускания. В качестве примера полоса пропускания ОУЭЛ при максимальном приближении составляет 30 нм. При существующей в настоящее время практике разрабатываемые системы должны иметь общую ширину полосы частот в пределах от 10 до 20 нм. Другими требованиями к этим системам является требование сосредоточения этой ширины полосы частот в районе длины волны 1550 нм и с частотой ошибки на бит
![многоканальная волоконно-оптическая система связи, патент № 2134491](/images/patents/337/2134007/8773.gif)
![многоканальная волоконно-оптическая система связи, патент № 2134491](/images/patents/337/2134006/8805.gif)
Распределение каналов связи по спектру уплотнения частот использует теорию линейного программирования целых чисел (ЛПЦЧ), основанную на работе "Golomb Ruler". Cм. J.P.Robinson, "Optimum Golomb Rulers", IEEE Transactions on Computers том c-28, N 12, декабрь 1979 г., стр. 943, 944. В работе рассматривается возможность неравномерного разноса каналов для увеличения пропускной способности. В довольно специфическом изложении вариация чисто математической линейки Голумба успешно применяется к решению неизвестной проблемы. Проблема 4ВС включает в себя сложную проблему большого межканального разноса, связанную с эквивалентным критерием в области проблем, к которым она традиционно применяется. 4ВС представляет собой нелинейный процесс, в котором три волны с частотами колебаний fi, fj и fk (k
![многоканальная волоконно-оптическая система связи, патент № 2134491](/images/patents/337/2134188/8800.gif)
fijk=fi+fj-fk. (Ур. 1)
Таким образом, три совместно распространяющиеся волны возбуждают посредством эффекта 4ВС девять новых световых волн (оптических волн). В системах СУ подобное явление происходит с каждым возможным выбором из трех волн каналов. Однако данная проблема осложняется при увеличении числа каналов. Так, в 8-канальной системе связи посредством 4ВС генерируются уже сотни волн. Как отмечалось, в обычных системах СУ каналы равномерно разносятся по частоте. Равномерный разнос значительно повышает отрицательное воздействие эффекта 4ВС, поскольку все термы составляющих, попадающие в пределы ширины полосы частот системы, приходятся точно на частоты каналов и ухудшают отношение сигнала к уровню шумов (отношение сигнал-шум). Более того, искажение "1" битов увеличивается параметрическим усилением в детекторе, что может привести к дальнейшему ухудшению отношения сигнал-шум. Если разделение частоты любых двух каналов системы СУ отличается от разделения каждой другой пары каналов, то волны 4ВС не будут генерироваться на номинальной частоте канала. Представленная методология проектирования системы удовлетворяет вышеприведенному требованию. Данный способ связан с предлагаемым способом в вопросе уменьшения эффекта интермодуляционной интерференции волн третьего порядка в системах радиосвязи. См. W.C.Babcock, "Intermodolution interference in radio systems", Bell Syst. Tech. J.. том 31, стр. 63- 73, январь 1953 г., а также M.D.Atkinson, N.Santoro и J.Urritia, "Integer sets with distinct sums and differences and carrier frequency assignments for nonlinear repeaters", IEEE Trans. Commun.. том СОМ-34, стр. 614-617, июнь 1986 г. Результаты моделирований и проведенных экспериментов подтверждают вывод о том, что предложенный настоящим изобретением способ распределения каналов позволяет в значительной степени уменьшить снижение рабочей характеристики системы, вызываемое эффектом 4ВС. Проблема разработки способа распределения каналов может быть сведена к проблеме линейного программирования целых чисел (ЛПЦЧ) посредством разделения имеющейся ширины полосы частот оптического спектра на равные интервалы (
![многоканальная волоконно-оптическая система связи, патент № 2134491](/images/patents/337/2134023/916.gif)
![многоканальная волоконно-оптическая система связи, патент № 2134491](/images/patents/337/2134023/916.gif)
nijk=ni+nj-nk (k
![многоканальная волоконно-оптическая система связи, патент № 2134491](/images/patents/337/2134188/8800.gif)
Если nijk не совпадает с любым из чисел канальных интервалов при любых значениях i, j, k, то не произойдет генерации волны 4ВС сигналом, созданным на любом из канальных интервалов. Если N принять за число передающих каналов, то достаточно выбрать N канальных интервалов (с возрастающими числами канальных интервалов) (n1, n2,..., nN), чтобы получить выражение
![многоканальная волоконно-оптическая система связи, патент № 2134491](/images/patents/337/2134491/2134491-2t.gif)
Уравнение (2) эквивалентно требованию о том, что для любых двух разных пар канальных интервалов частотное разделение между каналами в каждой паре разное. Теперь проблема 4ВС сведена до проблемы ЛПЦЧ нахождения вектора N-1 положительных целых чисел (m1, m2,..., mN-1), так что выражение N(N-1)/2 представляет собой частичные суммы смежных элементов
![многоканальная волоконно-оптическая система связи, патент № 2134491](/images/patents/337/2134491/2134491-3t.gif)
или выраженное в частотных значениях уравнение 3 примет вид
![многоканальная волоконно-оптическая система связи, патент № 2134491](/images/patents/337/2134491/2134491-4t.gif)
где все частотные значения отличны друг от друга. В обычных системах существуют определенные практические ограничения, накладываемые на близость размещения каналов друг от друга, а также стремление иметь наименьшую величину общей ширины полосы частот. Это может быть выражено в виде требования, что общая сумма
![многоканальная волоконно-оптическая система связи, патент № 2134491](/images/patents/337/2134491/2134491-5t.gif)
![многоканальная волоконно-оптическая система связи, патент № 2134491](/images/patents/337/2134023/916.gif)
![многоканальная волоконно-оптическая система связи, патент № 2134491](/images/patents/337/2134023/916.gif)
![многоканальная волоконно-оптическая система связи, патент № 2134491](/images/patents/337/2134023/916.gif)
![многоканальная волоконно-оптическая система связи, патент № 2134491](/images/patents/337/2134006/8805.gif)
![многоканальная волоконно-оптическая система связи, патент № 2134491](/images/patents/337/2134023/916.gif)
![многоканальная волоконно-оптическая система связи, патент № 2134491](/images/patents/337/2134491/2134491-6t.gif)
где Bc= (N-1)
![многоканальная волоконно-оптическая система связи, патент № 2134491](/images/patents/337/2134023/916.gif)
![многоканальная волоконно-оптическая система связи, патент № 2134491](/images/patents/337/2134023/916.gif)
На диаграмме ФИГ. 13 показан фактор расширения ширины полосы частот, определенный как Bopt/Bc относительно N, числа каналов в системе СУ, для различных значений минимального параметра разделения каналов n. Сплошные кривые линии диаграммы построены по значениям, полученным в результате значительной работы, проделанной с применением компьютерной техники; пунктирные линии диаграммы изображают значения нижней границы ширины полосы частот системы, полученные из уравнения 4. Для значения n
![многоканальная волоконно-оптическая система связи, патент № 2134491](/images/patents/337/2134006/8805.gif)
![многоканальная волоконно-оптическая система связи, патент № 2134491](/images/patents/337/2134006/8805.gif)
![многоканальная волоконно-оптическая система связи, патент № 2134491](/images/patents/337/2134023/916.gif)
![многоканальная волоконно-оптическая система связи, патент № 2134491](/images/patents/337/2134023/916.gif)
![многоканальная волоконно-оптическая система связи, патент № 2134491](/images/patents/337/2134023/916.gif)
![многоканальная волоконно-оптическая система связи, патент № 2134491](/images/patents/337/2134023/916.gif)
![многоканальная волоконно-оптическая система связи, патент № 2134491](/images/patents/337/2134023/916.gif)
![многоканальная волоконно-оптическая система связи, патент № 2134491](/images/patents/337/2134491/2134491-7t.gif)
![многоканальная волоконно-оптическая система связи, патент № 2134491](/images/patents/337/2134023/916.gif)
![многоканальная волоконно-оптическая система связи, патент № 2134491](/images/patents/337/2134023/916.gif)
![многоканальная волоконно-оптическая система связи, патент № 2134491](/images/patents/337/2134007/8776.gif)
В результате выбор и применение основной идеи изобретения является вопросом стоимости ее практической реализации. Подходя традиционно, эффективное использование алгоритмически определенного разноса каналов требует обеспечения величины стабилизации частоты каналов, равной
![многоканальная волоконно-оптическая система связи, патент № 2134491](/images/patents/337/2134491/2134491-8t.gif)
![многоканальная волоконно-оптическая система связи, патент № 2134491](/images/patents/337/2134003/177.gif)
![многоканальная волоконно-оптическая система связи, патент № 2134491](/images/patents/337/2134023/916.gif)
На ФИГ. 3 и 4 показана эффективность применения системы с неравномерным разносом каналов, полученным с помощью алгоритма, при удержании составляющих смешения волн за пределами частотных интервалов. Диаграмма ФИГ. 3 составлена для системы с 10 равномерно разнесенными каналами (разнесенными на 125 ГГц), сосредоточенными вблизи номинального значения длины волны несущей, составляющего 1550 нм. (Математическое решение, полученное на компьютере, представляет собой чисто цифровые термы, обозначающие число каналов 1, 6, 11, 16 и т.д). По оси ординат диаграммы обозначены значения количества составляющих смешения. Разнос между каналами равен 1 нм, в данном случае рассматривается минимальный разнос, требуемый для выбора каналов с помощью оптического фильтра, благодаря чему достигается общая ширина полосы частот, равная 9 нм. Все составляющие смешения волн в пределах этой полосы частот расположены на канальных интервалах частот. На ФИГ. 4 проводится сравнение эффективности аналогичной системы, однако с числом каналов, рассчитанным с помощью разработанного алгоритма и составляющим 1, 6, 16, 22, 30, 39, 50, 57, 69, 82 каналов. Для сохранения минимально допустимых результатов разноса каналов необходимо задействовать фактор расширения полосы частот системы (Ур. 4) со значением, равным 1,8, или иметь ширину полосы частот 16 нм. Все составляющие смешения в этом случае расположены в интервалах между канальными интервалами, следовательно, их воздействие может быть отфильтровано. Примеры
Массив экспериментальных данных, изложенных в примерах 1 и 2, реализован на схеме ФИГ.2. Два указанных примера сравнивают равномерный разнос каналов с неравномерным разносом каналов для идентичных систем. Сравнительные результаты приведены на ФИГ. 6, 7, 8, 9 и 10. На ФИГ. 2 изображена схема 8-канальной системы, обеспечивающей без использования повторителей передачу данных по восьми каналам со скоростью 10 Гбит/с на 137 км с использованием ВСД. Сигналы восьми внешних резонаторных лазеров с длинами волн излучения, на языке символов от
![многоканальная волоконно-оптическая система связи, патент № 2134491](/images/patents/337/2134002/955.gif)
![многоканальная волоконно-оптическая система связи, патент № 2134491](/images/patents/337/2134002/955.gif)
![многоканальная волоконно-оптическая система связи, патент № 2134491](/images/patents/337/2134002/955.gif)
![многоканальная волоконно-оптическая система связи, патент № 2134491](/images/patents/337/2134002/955.gif)
![многоканальная волоконно-оптическая система связи, патент № 2134491](/images/patents/337/2134002/955.gif)
Экспериментальная система, изображенная на схеме ФИГ. 2, испытывалась в режиме равномерно разнесенных каналов при 1,6 нм, что соответствует общей ширине полосы частот системы в 11,2 нм. Спектры входного и выходного сигналов приведены на ФИГ. 6 и 8. Индикаторная диаграмма спектра выходного сигнала изображена на ФИГ. 10. Величина возбужденной мощности составила 3 дБм (2 мВт). Пример 2
Та же самая модель системы испытывалась и в режиме неравномерно разнесенных каналов, причем величина возбужденной мощности составляла 5 дБм. В данном примере с целью сохранения прежнего значения ширины полосы частот величиной в 11,2 нм был установлен минимальный разнос при наименьшей полосе частоты канала, составившей 1 нм. Спектры входного и выходного сигналов данного эксперимента приведены на ФИГ. 7 и 9; индикаторная диаграмма показана на ФИГ. 11. В обоих этих примерах и в примере 1 диаграммы спектра выходного сигнала снимались для третьего частотного канала (наихудшего канала). Уровень составляющих смешения волн в эксперименте с неравномерным разносом отмечен более высоким (ФИГ. 8 и 9) из-за большей возбужденной мощности. Простое рассмотрение диаграмм для неравномерного разноса (ср. ФИГ. 11 и ФИГ. 10), несмотря на более высокую возбужденную мощность, говорит в пользу настоящего изобретения. Сравнение диаграммы спектра выходного сигнала на ФИГ. 8 (равномерный разнос) и на ФИГ. 9 (неравномерный разнос) показывает, что составляющие 4ВС генерируются за пределами ширины полосы частот каналов в случае с неравномерным разносом. Порог области Бриллоуина для данной испытываемой системы был определен как 10 дБм - величина, превышающая наибольшее значение возбужденной мощности, равное 9 дБм. Этот факт и другие исследования подтверждают вывод о том, что данная система даже при ее усовершенствовании продолжает оставаться системой с пропускной способностью, ограниченной 4ВС. На ФИГ. 12 представлена диаграмма вероятности ошибок в логарифмической зависимости по оси ординат от значений величин возбужденной мощности по оси абсцисс для режимов работ системы, описанных в примерах 1 и 2. Данные, отражающие результаты эксперимента при неравномерном разносе, изображены на диаграмме кружками, а данные для системы с равномерным разносом - квадратами. При низкой передаваемой мощности, меньше значения -2 дБм, системы с равномерным и неравномерным разносом показали одинаковые результаты, касающиеся воздействия 4ВС. Однако по мере увеличения мощности рабочая характеристика системы с равномерным разносом деградировала стремительно, что привело к частоте ошибки на бит выше 10-6. В то же время система с неравномерным разносом продолжает улучшать свои показатели по мере нарастания возбужденной мощности вплоть до значения, превышающего примерно +7 дБм. (Первоначальное увеличение частоты ошибки на бит в этом случае объясняется сравнительным снижением рабочих показателей системы из-за наличия шумов усилителя). Система с неравномерным разносом на ФИГ. 12 в значительной мере свободна от ошибок (частота ошибки на бит
![многоканальная волоконно-оптическая система связи, патент № 2134491](/images/patents/337/2134007/8773.gif)
На ФИГ. 1 представлена система СУ. Она состоит из четырех передающих устройств 10, 11, 12 и 13, объединенных в один пассивный элемент 14 (4:1). Объединенный сигнал поступает в волоконную линию 15 передачи, включающую два оптических усилителя 16 и 17. На приемном конце линии четырехканальные сигналы разделяются устройством 18 разделения каналов, после чего разделенные сигналы направляются к четырем регенераторам (восстановителям) 19, 20, 21 и 22. На ФИГ. 5 приведены сравнительные данные пропускной способности передачи битов системы с равномерным разносом (кривая 60) и системы с неравномерным разносом (кривая 61) как функции дисперсии. По оси ординат проставлены цифровые значения для четырехканальной системы с длиной участка 360 км. При нулевой дисперсии система с равномерно разнесенными каналами обеспечивает пропускную способность примерно 2 Гбит/с. Система с неравномерно разнесенными каналами, сохраняя нулевую дисперсию, увеличивает пропускную способность до величины порядка 12 Гбит/с. Сравнение кривых при одних и тех же показателях улучшения дает возможность оценить значение величины дисперсии оптического волокна по всей области ее изменения и отметить, что пропускная способность со значения около 120 Гбит/с увеличивается почти до значения 900 Гбит/с для "заблокированных" систем, работающих в диапазоне длин волн 1550 нм и использующих волокно ВСУ (волокно с дисперсией 2,0 пс/нм-км на данной длине волны). Та же форма кривых и те же сравнительные данные по пропускной способности системы применяются и к более сложным системам. Примеры 1 и 2, описывающие 8-канальную систему, иллюстрируют это. При обсуждении вопроса о повышении пропускной способности системы делается определенное предположение. Предполагается, что четырехкратное увеличение пропускной способности системы (6 дБ) объясняется неизменностью ширины полосы частот системы в процессе эксперимента. Подобное объяснение справедливо для случаев, когда общая ширина полосы частот системы ограничивается полосой пропускания, например полосой пропускания ОУЭЛ. Поскольку воздействие фактора 4ВС возрастает с уменьшением разноса, то высказанное выше предположение ставит под сомнение справедливость подхода к данной проблеме, из чего следует, что использование четырехкратного умножителя частоты в испытываемой модели уже не отвечает современным требованиям. Но, с другой стороны, если сохраняется минимальный разнос между каналами, что влечет за собой увеличение общей ширины полосы частот, воздействие смешения уменьшается для всех каналов, кроме одной их пары. Для такой расширенной полосы частот показатель улучшения функционирования системы составляет почти 9 дБ (полученный путем использования 8-кратного умножителя частоты). На ФИГ. 5 представлены характеристики систем по настоящему изобретению, которые, возможно, позволят использовать в них более четырех каналов связи, что рассматривается в настоящий момент. Более длинные системы могут включать и более длинные участки или их множество, так чтобы имелась возможность использовать четыре передающих устройства для регенерации сигналов. Для экспериментальной 4-канальной системы с равномерным разносом длина участка составляет 360 км, а усилители установлены через 120 км. Разнос каналов, т. е. разность длин волн несущих равна 200 ГГц (или около 1,5 нм). Соответствующая разрабатываемая система использует каналы, разнесенные через 180, 200, 220 ГГц. Тракт волоконно- оптической линии, как это обсуждается, возможно, будет состоять из волокна с постоянной дисперсией по всей его длине или, что также возможно, будут применяться сцепленные и компенсационные волокна. Данные, представленные на ФИГ. 13, могут быть использованы для определения наименьшего разноса каналов для постоянной ширины полосы. Этот канал просто уменьшен посредством инверсии фактора расширения.
Класс H04B10/24 передача сигналов в двух направлениях