eng
Выпуск #8/2024
И.К.Якушин, А.С.Ремизова, Л.А.Самоделкин, Д.Д.Старых, О.Е.Наний, В.Н.Трещиков
Исследование влияния импульсов рефлектометра на когерентные DWDM-каналы
Исследование влияния импульсов рефлектометра на когерентные DWDM-каналы
Просмотры: 1000
DOI: 10.22184/2070-8963.2024.124.8.62.66
Отмечается, что импульс рефлектометра влияет на попутный DWDM-сигнал за счет эффекта вынужденного комбинационного рассеяния (ВКР). Установлено, что в когерентных линиях связи важно учитывать как ослабление мощности сигнала DWDM, так и скорость, с которой это происходит, поскольку оба эти фактора могут вызвать кратковременную потерю трафика в линии связи. Для их учета была реализована динамическая модель – точное решение системы скоростных уравнений, описывающих ВКР-взаимодействие.
Отмечается, что импульс рефлектометра влияет на попутный DWDM-сигнал за счет эффекта вынужденного комбинационного рассеяния (ВКР). Установлено, что в когерентных линиях связи важно учитывать как ослабление мощности сигнала DWDM, так и скорость, с которой это происходит, поскольку оба эти фактора могут вызвать кратковременную потерю трафика в линии связи. Для их учета была реализована динамическая модель – точное решение системы скоростных уравнений, описывающих ВКР-взаимодействие.
Теги: dwdm fiber-opticlines optica lfiber reflectometry stimulated raman scattering волоконно-оптические линии связи вынужденное комбинационное рассеяние рефлектометрия оптических волокон
Исследование
влияния
импульсов
рефлектометра
на когерентные
DWDM-каналы
И.К.Якушин, инженер компании "Т8",
студент физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова / iakushin@t8.ru,
А.С.Ремизова, руководитель группы компании "Т8",
Л.А.Самоделкин, инженер компании "Т8",
Д.Д.Старых, заместитель начальника отдела компании "Т8",
О.Е.Наний, д.ф.-м.н., начальник научного отдела компании "Т8", проф. МГУ имени М.В. Ломоносова,
В.Н.Трещиков, д.т.н., генеральный директор компании "Т8"
УДК 681.7.068, DOI: 10.22184/2070-8963.2024.124.8.62.66
Отмечается, что импульс рефлектометра влияет на попутный DWDM-сигнал за счет эффекта вынужденного комбинационного рассеяния (ВКР). Установлено, что в когерентных линиях связи важно учитывать как ослабление мощности сигнала DWDM, так и скорость, с которой это происходит, поскольку оба эти фактора могут вызвать кратковременную потерю трафика в линии связи. Для их учета была реализована динамическая модель – точное решение системы скоростных уравнений, описывающих ВКР-взаимодействие.
Введение
В современном мире основные объемы данных передаются по волоконно-оптическим линиям связи (ВОЛС). Для увеличения их пропускной способности используется технология спектрального мультиплексирования (DWDM), которая позволяет передавать сигнал по одному волокну на нескольких длинах волн.
Круглосуточный или периодический контроль параметров оптического волокна (мониторинг ВОЛС) облегчает процесс эксплуатации, обеспечивает повышение качества услуг и обнаружение несанкционированного доступа, способствует росту надежности связи, а также сокращает затраты на аварийно-восстановительные работы.
Для мониторинга ВОЛС используют оптические рефлектометры (OTDR – Optical Time Domain Reflectometer). Обычно их подключают к "темным" оптическим волокнам, так как метод тестирования по свободному волокну является наиболее дешевым. Однако при отсутствии свободных волокон в кабеле или для контроля очень ответственных направлений приходится проводить мониторинг с использованием "светлых", то есть используемых для передачи информационного сигнала волокон. Это позволяет не только определять точку разрыва кабеля или волокна, но и при необходимости оценивать затухание в пролетах в режиме реального времени, а также следить за динамикой и проводить автоподстройку в линии связи.
При измерениях на "светлых" волокнах длины волн, на которых работают каналы передачи данных и рефлектометр, должны отличаться. Поскольку в современных DWDM-системах связи используется С-диапазон (диапазон длин волн 1530−1560 нм) с возможностью расширения до диапазона C+L, то для работы OTDR обычно выбираю длину волны 1625 нм. С определенной периодичностью установленный рефлектометр проводит тестирование волокна в ВОЛС путем отправки импульсов на длине волны 1625 нм и приема возвратившегося из волновода излучения.
Эффект вынужденного комбинационного рассеяния приводит к передаче энергии коротковолновых сигналов более длинноволновым сигналам. Этот эффект можно рассматривать как "истощение" информационных DWDM-сигналов тестирующими импульсами OTDR. Если используются когерентные приемопередатчики, то критически важно учесть не только ослабление мощности сигнала, но и скорость ее изменения.
Поскольку сегодня ВОЛС проектируются с использованием точных моделей, то в методике проектирования необходимо учитывать влияние OTDR на качество DWDM-сигнала.
Механизм взаимодействия импульсов OTDR и сигнала DWDM
Наиболее значимый эффект при взаимодействии импульса OTDR и DWDM-сигнала оказывает эффект ВКР [1]. Чем выше мощности сигнала DWDM и OTDR, тем эффективнее ВКР-перекачка энергии. При встречном распространении импульс OTDR движется по волокну навстречу DWDM-сигналу, следовательно, длина взаимодействия с определенным участком сигнала составляет порядка нескольких километров, таким образом ВКР-взаимодействием можно практически пренебречь. Наибольшая перекачка энергии наблюдается при попутном распространении, где длина взаимодействия импульса OTDR с определенным участком сигнала составляет порядка нескольких тысяч километров. Таким образом, в случае попутного распространения необходимо учитывать эффект ВКР.
Данное явление ранее исследовалось в амплитудно-модулированных системах [2]. Однако в этом случае влияние оказывалось только за счет истощения мощности DWDM-сигнала. В настоящей работе проведено исследование влияния OTDR на когерентные системы связи.
Для сигнала когерентного транспондера можно выделить два негативных фактора влияния импульса OTDR на сигнал DWDM. Первый – это скорость изменения мощности сигнала dP/dt. Резкое изменение dP/dt может привести к неверному декодированию сигнала алгоритмами цифрового сигнального процессора (ЦСП) и кратковременному прерыванию трафика. Второй фактор – новое значение мощности DWDM-сигнала во время прохождения импульса. Это особенно критично в многопролетных линиях связи, где изменение формы спектра группового DWDM-сигнала может привести к уменьшению OSNR (Optical Signal-to-Noise-Ratio) для крайних каналов в конце линии на приемнике. Уменьшение мощности сигнала, приходящего на приемник, также может вывести линию связи за пределы работоспособности.
ВКР – нелинейное рассеяние на оптических фононах в волокне, сопровождающееся изменением длины волны излучения. Для описания взаимодействия излучения накачки и сигнала применяют стандартный формализм системы скоростных дифференциальных уравнений, позволяющих рассчитать мощности излучений накачки и сигнала при их распространении в любой точке световода x в любой момент времени t. Так как DWDM-сигнал расположен в C-диапазоне (1530–1560 нм), а импульс OTDR распространяется на длине волны 1625 нм, то в качестве накачки будет выступать сам DWDM-сигнал. Индексы 1 и 2 в уравнениях принадлежат величинам для сигнала DWDM и импульса OTDR соответственно. Таким образом, процесс ВКР для одного канала из C-диапазона и импульса OTDR описывается следующей системой связанных уравнений:
, (1)
где P – мощности, ω – частоты, α – коэффициенты затухания в световоде, vg – групповые скорости, а gR− коэффициент ВКР-усиления [3].
На рис.1 приведен нормированный спектр коэффициента ВКР усиления gR, создаваемого излучением с длиной волны 1625 нм. Значение gR для сигналов из C-диапазона будет отрицательным. Как видно из рисунка, абсолютное значение коэффициента gR максимально для отстройки по длинам волн около 100 нм (13 ТГц). Сдвиг между C-диапазоном и длиной волны 1625 нм составляет порядка 65−95 нм.
В том случае, если импульса от рефлектометра нет, система (1) решается только для DWDM-сигнала. В момент, когда распространяется импульс OTDR, распределение мощности в волокне, как и решение уравнений, изменяются.
Экспериментальная часть
Была собрана установка для измерения абсолютного значения ослабления мощности сигналов DWDM из-за ВКР-перекачки их энергии в импульс OTDR.
На рис.2 изображен участок экспериментальной установки, на котором наблюдалось ослабление мощности на определенном канале из DWDM-сетки при прохождении импульса OTDR. Импульс рефлектометра (OTDR 1625 нм) приходит на мультиплексор (MWDM 1625 нм). Также на него приходит DWDM-сигнал (на рисунке приемопередатчик обозначен как DWDM). Затем сигнал попадает в участок волокна SMF длиной 100 км. На выходе с помощью демультиплексора (MWDM 1625 нм) импульсы OTDR отделяются от DWDM-сигнала и попадают на фотоприемник 1, подключенный к осциллографу. DWDM-сигнал приходит на разветвитель. Часть сигнала также попадает на фотоприемник 2, подключенный к осциллографу, а часть направляется на приемную часть приемопередатчика, к которому подключен измеритель коэффициента битовых ошибок (BERT).
При прохождении трафика в определенные моменты времени включался сигнал рефлектометра, что регистрировалось на канале осциллографа с фотоприемника 1. На рис.3 приведена осциллограмма, на которой наблюдается падение мощности сигнала на длине волны 1537,4 нм (60-й канал из DWDM-сетки каналов) в момент прохождения импульса рефлектометра. Оранжевым цветом отображен сигнал DWDM, синим – импульс OTDR с длиной волны 1625 нм. Фотоприемники были установлены после спектрально-селективных компонентов (MWDM 1625 нм), чтобы исключить влияние других каналов. Из осциллограммы видно, что время ослабления сигнала в точности соответствует длительности импульса 20 мкс.
Для приближения моделирования к реальности с помощью высокочастотного фотоприемника была измерена реальная форма импульса OTDR (рис.4). На этом рисунке представлена нормированная форма импульса.
Моделирование
Квазистационарные решения
Рассмотрим квазистационарные решения системы скоростных уравнений (1), в которых производные по времени полагаются равными нулю. Такие решения получены с использованием программы, написанной на языке программирования Matlab. Программа позволяет определить величину ослабления сигнала при прохождении импульса рефлектометра. Моделирование проводится в два этапа: расчет ВКР-взаимодействия DWDM-сигнала с сигналом OTDR и просто расчет распространения сигнала DWDM. Разница полученных значений мощности сигнала – это искомое значение истощения мощности сигнала DWDM.
На рис.5 показано сравнение значений ослабления мощности, полученных путем эксперимента (рис.2) и расчета в зависимости от номера канала. Из графика видна спектральная зависимость истощения канальной мощности. Следовательно, прохождение импульса OTDR скажется на изменении группового спектра DWDM-сигнала.
Таким образом, квазистационарное решение ВКР взаимодействия DWDM-сигнала и сигнала OTDR позволяет оценить значение истощения мощности ΔP. Однако она не позволяет определить параметр dP/dt, показывающий динамику взаимодействия. Для этого было реализовано решение для динамической модели – решение системы уравнений (1).
Точные решения уравнений
Для учета переходных процессов решение системы скоростных уравнений (1) находилось без пренебрежения членами, зависящими от времени.
При численном решении системы уравнений в частных производных был использован метод Эйлера (построение разностной схемы) [4]. Выбранный шаблон позволяет обеспечить безусловную устойчивость. Полученная разностная задача имеет следующий вид:
, (2)
где τ – шаг по времени, h – шаг по расстоянию. Значения мощностей P в точках (x–1, t) и (x, t–1) – известны, а в точке (x, t) – неизвестны. Численное решение этой задачи позволяет рассчитать значения мощностей излучений накачки и сигнала при их распространении в любой точке световода x в любой момент времени t.
На рис.6 для двух моделей показаны результаты расчета мощности DWDM-сигнала после 100 км стандартного одномодового волокна. Динамическая модель (синяя кривая) дает профиль истощения сигнала от времени, в то время как квазистационарная модель дает решение в предельных случаях: наличия (красный пунктир) и отсутствия (голубые точки) излучения на длине волны 1625 нм. Таким образом, из графика видно, что без сигнала рефлектометра и на плато при его наличии результаты расчета для двух моделей идентичны.
Далее было проведено моделирование с экспериментальной формой импульса OTDR. В качестве граничного условия была использована реальная форма импульса OTDR, полученная из эксперимента (рис.4), и учитывалось различие групповых скоростей для DWDM-сигнала и импульса OTDR. На рис.7 приведен результат моделирования – форма профиля ослабления сигнала на расстоянии 100 км.
Полученные результаты позволяют оценить как значение ослабления мощности сигнала, так и параметр dP/dt. Резкие скачки dP/dt могут при работе алгоритмов ЦСП на когерентном приемопередатчике вызвать кратковременное падение трафика. Таким образом интересующие нас значения – это оценка максимальных абсолютных значений dP/dt.
Принято, что для этого необходимо рассматривать изменение dP/dt на фронте и спаде профиля ослабления на значениях 20 и 80 % от абсолютного значения истощения мощности сигнала. Эти точки отмечены на рис.7. Фиолетовые соответствуют падению мощности на 20 %, а оранжевые – на 80 %. Значение dP/dt рассчитывается по следующей формуле:
, (3)
где P(80%) и P(20%) – мощности сигнала в точках, а t(80%) и t(20%) – время.
Заключение
Влияние импульса OTDR на DWDM-сигнал происходит в первую очередь за счет эффекта вынужденного комбинационного рассеяния. В когерентных линиях связи требуется учитывать несколько факторов этого влияния. Первый – ослабление мощности DWDM-сигнала. Второй – резкое изменение мощности этого сигнала. Для оценки абсолютного значения изменения мощности существуют различные готовые решения, в частности, квазистационарная модель, рассмотренная в данной статье.
Также была реализована динамическая модель для ВКР-взаимодействия двух длин волн, позволяющая оценить профиль истощения мощности сигнала, откуда можно получить как значение величины истощения мощности, так и значения скоростей изменения мощности. Данная модель может быть использована для оценки штрафов DWDM-сигнала от влияния рефлектометров.
Литература
Grinstein V. and Venter M. In-Service OTDR Monitoring and Mitigating the Effects of Raman Scattering [Электронный ресурс]. URL: https://www.lightwaveonline.com/test/network-test/article/16667976/in-service-otdr-monitoring-and-mitigating-the-effects-of-raman-scattering (дата обращения 03.12.2024).
Kjeldsen P.M., Obro M. et al. SRS induced depletion of 1540 nm signal co propagating with 1630 nm OTDR pulses // Electronics Letters. 1996. Vol. 32. No. 20. 1996. PP. 1914–1916.
Headley C., Agrawal G.P. Raman Amplification in Fiber Optical Communication Systems. Cambridge, MA: Academic Press, 2005. 374 p.
Самарский А.А. Введение в теорию разностных схем. М.: Наука, 1971. 552 с.
влияния
импульсов
рефлектометра
на когерентные
DWDM-каналы
И.К.Якушин, инженер компании "Т8",
студент физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова / iakushin@t8.ru,
А.С.Ремизова, руководитель группы компании "Т8",
Л.А.Самоделкин, инженер компании "Т8",
Д.Д.Старых, заместитель начальника отдела компании "Т8",
О.Е.Наний, д.ф.-м.н., начальник научного отдела компании "Т8", проф. МГУ имени М.В. Ломоносова,
В.Н.Трещиков, д.т.н., генеральный директор компании "Т8"
УДК 681.7.068, DOI: 10.22184/2070-8963.2024.124.8.62.66
Отмечается, что импульс рефлектометра влияет на попутный DWDM-сигнал за счет эффекта вынужденного комбинационного рассеяния (ВКР). Установлено, что в когерентных линиях связи важно учитывать как ослабление мощности сигнала DWDM, так и скорость, с которой это происходит, поскольку оба эти фактора могут вызвать кратковременную потерю трафика в линии связи. Для их учета была реализована динамическая модель – точное решение системы скоростных уравнений, описывающих ВКР-взаимодействие.
Введение
В современном мире основные объемы данных передаются по волоконно-оптическим линиям связи (ВОЛС). Для увеличения их пропускной способности используется технология спектрального мультиплексирования (DWDM), которая позволяет передавать сигнал по одному волокну на нескольких длинах волн.
Круглосуточный или периодический контроль параметров оптического волокна (мониторинг ВОЛС) облегчает процесс эксплуатации, обеспечивает повышение качества услуг и обнаружение несанкционированного доступа, способствует росту надежности связи, а также сокращает затраты на аварийно-восстановительные работы.
Для мониторинга ВОЛС используют оптические рефлектометры (OTDR – Optical Time Domain Reflectometer). Обычно их подключают к "темным" оптическим волокнам, так как метод тестирования по свободному волокну является наиболее дешевым. Однако при отсутствии свободных волокон в кабеле или для контроля очень ответственных направлений приходится проводить мониторинг с использованием "светлых", то есть используемых для передачи информационного сигнала волокон. Это позволяет не только определять точку разрыва кабеля или волокна, но и при необходимости оценивать затухание в пролетах в режиме реального времени, а также следить за динамикой и проводить автоподстройку в линии связи.
При измерениях на "светлых" волокнах длины волн, на которых работают каналы передачи данных и рефлектометр, должны отличаться. Поскольку в современных DWDM-системах связи используется С-диапазон (диапазон длин волн 1530−1560 нм) с возможностью расширения до диапазона C+L, то для работы OTDR обычно выбираю длину волны 1625 нм. С определенной периодичностью установленный рефлектометр проводит тестирование волокна в ВОЛС путем отправки импульсов на длине волны 1625 нм и приема возвратившегося из волновода излучения.
Эффект вынужденного комбинационного рассеяния приводит к передаче энергии коротковолновых сигналов более длинноволновым сигналам. Этот эффект можно рассматривать как "истощение" информационных DWDM-сигналов тестирующими импульсами OTDR. Если используются когерентные приемопередатчики, то критически важно учесть не только ослабление мощности сигнала, но и скорость ее изменения.
Поскольку сегодня ВОЛС проектируются с использованием точных моделей, то в методике проектирования необходимо учитывать влияние OTDR на качество DWDM-сигнала.
Механизм взаимодействия импульсов OTDR и сигнала DWDM
Наиболее значимый эффект при взаимодействии импульса OTDR и DWDM-сигнала оказывает эффект ВКР [1]. Чем выше мощности сигнала DWDM и OTDR, тем эффективнее ВКР-перекачка энергии. При встречном распространении импульс OTDR движется по волокну навстречу DWDM-сигналу, следовательно, длина взаимодействия с определенным участком сигнала составляет порядка нескольких километров, таким образом ВКР-взаимодействием можно практически пренебречь. Наибольшая перекачка энергии наблюдается при попутном распространении, где длина взаимодействия импульса OTDR с определенным участком сигнала составляет порядка нескольких тысяч километров. Таким образом, в случае попутного распространения необходимо учитывать эффект ВКР.
Данное явление ранее исследовалось в амплитудно-модулированных системах [2]. Однако в этом случае влияние оказывалось только за счет истощения мощности DWDM-сигнала. В настоящей работе проведено исследование влияния OTDR на когерентные системы связи.
Для сигнала когерентного транспондера можно выделить два негативных фактора влияния импульса OTDR на сигнал DWDM. Первый – это скорость изменения мощности сигнала dP/dt. Резкое изменение dP/dt может привести к неверному декодированию сигнала алгоритмами цифрового сигнального процессора (ЦСП) и кратковременному прерыванию трафика. Второй фактор – новое значение мощности DWDM-сигнала во время прохождения импульса. Это особенно критично в многопролетных линиях связи, где изменение формы спектра группового DWDM-сигнала может привести к уменьшению OSNR (Optical Signal-to-Noise-Ratio) для крайних каналов в конце линии на приемнике. Уменьшение мощности сигнала, приходящего на приемник, также может вывести линию связи за пределы работоспособности.
ВКР – нелинейное рассеяние на оптических фононах в волокне, сопровождающееся изменением длины волны излучения. Для описания взаимодействия излучения накачки и сигнала применяют стандартный формализм системы скоростных дифференциальных уравнений, позволяющих рассчитать мощности излучений накачки и сигнала при их распространении в любой точке световода x в любой момент времени t. Так как DWDM-сигнал расположен в C-диапазоне (1530–1560 нм), а импульс OTDR распространяется на длине волны 1625 нм, то в качестве накачки будет выступать сам DWDM-сигнал. Индексы 1 и 2 в уравнениях принадлежат величинам для сигнала DWDM и импульса OTDR соответственно. Таким образом, процесс ВКР для одного канала из C-диапазона и импульса OTDR описывается следующей системой связанных уравнений:
, (1)
где P – мощности, ω – частоты, α – коэффициенты затухания в световоде, vg – групповые скорости, а gR− коэффициент ВКР-усиления [3].
На рис.1 приведен нормированный спектр коэффициента ВКР усиления gR, создаваемого излучением с длиной волны 1625 нм. Значение gR для сигналов из C-диапазона будет отрицательным. Как видно из рисунка, абсолютное значение коэффициента gR максимально для отстройки по длинам волн около 100 нм (13 ТГц). Сдвиг между C-диапазоном и длиной волны 1625 нм составляет порядка 65−95 нм.
В том случае, если импульса от рефлектометра нет, система (1) решается только для DWDM-сигнала. В момент, когда распространяется импульс OTDR, распределение мощности в волокне, как и решение уравнений, изменяются.
Экспериментальная часть
Была собрана установка для измерения абсолютного значения ослабления мощности сигналов DWDM из-за ВКР-перекачки их энергии в импульс OTDR.
На рис.2 изображен участок экспериментальной установки, на котором наблюдалось ослабление мощности на определенном канале из DWDM-сетки при прохождении импульса OTDR. Импульс рефлектометра (OTDR 1625 нм) приходит на мультиплексор (MWDM 1625 нм). Также на него приходит DWDM-сигнал (на рисунке приемопередатчик обозначен как DWDM). Затем сигнал попадает в участок волокна SMF длиной 100 км. На выходе с помощью демультиплексора (MWDM 1625 нм) импульсы OTDR отделяются от DWDM-сигнала и попадают на фотоприемник 1, подключенный к осциллографу. DWDM-сигнал приходит на разветвитель. Часть сигнала также попадает на фотоприемник 2, подключенный к осциллографу, а часть направляется на приемную часть приемопередатчика, к которому подключен измеритель коэффициента битовых ошибок (BERT).
При прохождении трафика в определенные моменты времени включался сигнал рефлектометра, что регистрировалось на канале осциллографа с фотоприемника 1. На рис.3 приведена осциллограмма, на которой наблюдается падение мощности сигнала на длине волны 1537,4 нм (60-й канал из DWDM-сетки каналов) в момент прохождения импульса рефлектометра. Оранжевым цветом отображен сигнал DWDM, синим – импульс OTDR с длиной волны 1625 нм. Фотоприемники были установлены после спектрально-селективных компонентов (MWDM 1625 нм), чтобы исключить влияние других каналов. Из осциллограммы видно, что время ослабления сигнала в точности соответствует длительности импульса 20 мкс.
Для приближения моделирования к реальности с помощью высокочастотного фотоприемника была измерена реальная форма импульса OTDR (рис.4). На этом рисунке представлена нормированная форма импульса.
Моделирование
Квазистационарные решения
Рассмотрим квазистационарные решения системы скоростных уравнений (1), в которых производные по времени полагаются равными нулю. Такие решения получены с использованием программы, написанной на языке программирования Matlab. Программа позволяет определить величину ослабления сигнала при прохождении импульса рефлектометра. Моделирование проводится в два этапа: расчет ВКР-взаимодействия DWDM-сигнала с сигналом OTDR и просто расчет распространения сигнала DWDM. Разница полученных значений мощности сигнала – это искомое значение истощения мощности сигнала DWDM.
На рис.5 показано сравнение значений ослабления мощности, полученных путем эксперимента (рис.2) и расчета в зависимости от номера канала. Из графика видна спектральная зависимость истощения канальной мощности. Следовательно, прохождение импульса OTDR скажется на изменении группового спектра DWDM-сигнала.
Таким образом, квазистационарное решение ВКР взаимодействия DWDM-сигнала и сигнала OTDR позволяет оценить значение истощения мощности ΔP. Однако она не позволяет определить параметр dP/dt, показывающий динамику взаимодействия. Для этого было реализовано решение для динамической модели – решение системы уравнений (1).
Точные решения уравнений
Для учета переходных процессов решение системы скоростных уравнений (1) находилось без пренебрежения членами, зависящими от времени.
При численном решении системы уравнений в частных производных был использован метод Эйлера (построение разностной схемы) [4]. Выбранный шаблон позволяет обеспечить безусловную устойчивость. Полученная разностная задача имеет следующий вид:
, (2)
где τ – шаг по времени, h – шаг по расстоянию. Значения мощностей P в точках (x–1, t) и (x, t–1) – известны, а в точке (x, t) – неизвестны. Численное решение этой задачи позволяет рассчитать значения мощностей излучений накачки и сигнала при их распространении в любой точке световода x в любой момент времени t.
На рис.6 для двух моделей показаны результаты расчета мощности DWDM-сигнала после 100 км стандартного одномодового волокна. Динамическая модель (синяя кривая) дает профиль истощения сигнала от времени, в то время как квазистационарная модель дает решение в предельных случаях: наличия (красный пунктир) и отсутствия (голубые точки) излучения на длине волны 1625 нм. Таким образом, из графика видно, что без сигнала рефлектометра и на плато при его наличии результаты расчета для двух моделей идентичны.
Далее было проведено моделирование с экспериментальной формой импульса OTDR. В качестве граничного условия была использована реальная форма импульса OTDR, полученная из эксперимента (рис.4), и учитывалось различие групповых скоростей для DWDM-сигнала и импульса OTDR. На рис.7 приведен результат моделирования – форма профиля ослабления сигнала на расстоянии 100 км.
Полученные результаты позволяют оценить как значение ослабления мощности сигнала, так и параметр dP/dt. Резкие скачки dP/dt могут при работе алгоритмов ЦСП на когерентном приемопередатчике вызвать кратковременное падение трафика. Таким образом интересующие нас значения – это оценка максимальных абсолютных значений dP/dt.
Принято, что для этого необходимо рассматривать изменение dP/dt на фронте и спаде профиля ослабления на значениях 20 и 80 % от абсолютного значения истощения мощности сигнала. Эти точки отмечены на рис.7. Фиолетовые соответствуют падению мощности на 20 %, а оранжевые – на 80 %. Значение dP/dt рассчитывается по следующей формуле:
, (3)
где P(80%) и P(20%) – мощности сигнала в точках, а t(80%) и t(20%) – время.
Заключение
Влияние импульса OTDR на DWDM-сигнал происходит в первую очередь за счет эффекта вынужденного комбинационного рассеяния. В когерентных линиях связи требуется учитывать несколько факторов этого влияния. Первый – ослабление мощности DWDM-сигнала. Второй – резкое изменение мощности этого сигнала. Для оценки абсолютного значения изменения мощности существуют различные готовые решения, в частности, квазистационарная модель, рассмотренная в данной статье.
Также была реализована динамическая модель для ВКР-взаимодействия двух длин волн, позволяющая оценить профиль истощения мощности сигнала, откуда можно получить как значение величины истощения мощности, так и значения скоростей изменения мощности. Данная модель может быть использована для оценки штрафов DWDM-сигнала от влияния рефлектометров.
Литература
Grinstein V. and Venter M. In-Service OTDR Monitoring and Mitigating the Effects of Raman Scattering [Электронный ресурс]. URL: https://www.lightwaveonline.com/test/network-test/article/16667976/in-service-otdr-monitoring-and-mitigating-the-effects-of-raman-scattering (дата обращения 03.12.2024).
Kjeldsen P.M., Obro M. et al. SRS induced depletion of 1540 nm signal co propagating with 1630 nm OTDR pulses // Electronics Letters. 1996. Vol. 32. No. 20. 1996. PP. 1914–1916.
Headley C., Agrawal G.P. Raman Amplification in Fiber Optical Communication Systems. Cambridge, MA: Academic Press, 2005. 374 p.
Самарский А.А. Введение в теорию разностных схем. М.: Наука, 1971. 552 с.
Отзывы читателей
