lightwave 2003 01

1LIGHTWAVE russian edition №1 2003 www.lightwave�russia.com

СодержаниеСодержание

3 К читателям5 Новости 7 Новые книги8 Новости технологий

12 Экономика ❑ Будет ли в России информа�ционное общество?

14 WDM и оптические сетисвязи❑ Эрбиевые волоконно�оптиче�ские усилители ❑ Элементная основа магис�тральных волоконно�оптическихсистем передачи со спектраль�ным разделением каналов❑ Протяженные ВОЛС на основеEDFA❑ Технические решенияоптических устройствввода/вывода в сетях доступа

31 Оптические кабели и ВОЛС❑ Оптические волокна и кабелидля протяженных линий связи

36 Измерительная техника❑ Методы и средства измеренияхроматической дисперсии

42 Официальные документы❑ Зачем нужны стандарты?

46 Новые продукты48 Основы ВОЛС

❑ Основы цифровых волоконно�оптических систем связи

53 Интернет директории54 Адресная книга55 Термины56 Работа & Карьера

❑ Коварство интервьюера

Научно�технический журнал №1/2003

Издается с 2003 года.Выходит 4 раза в год.

Учредитель: Pennwell Corp.98 Spit Brook RoadNashua New Hampshire 03062�5737 USAТел.: +1 603 891�0123

Издатель: Издательство «Высокие технологии»по лицензии Pennwell Corp.(ООО «Русский Лайтвэйв»)Тел./факс: (095) 505�5753, 939�3194E�mail: info@lightwave�russia.com

Главный редактор:О.Е. Наний,editor@lightwave�russia.com

Верстка и дизайн: Д. Дуев, В. Кащевский, И. Фащевская

Для писем:Россия, 105043 Москва, а/я 5

Подписной индекс по каталогу «Роспечать» – 82933

Подписано в печать 26.05.2003. Формат 60х90/8.Гарнитура Helios. Печать офсетная.Бумага мелованная. Печ. л. 7,0. Тираж 4000 экз. Заказ №257.

Отпечатанов ООО «Типография Принтхауз»Москва, ул.Вавилова, вл.9а, стр.7.Тел./факс: 132�7218, 105�0798

Издание зарегистрировано в Мини�стерстве Российской Федерации поделам печати, телерадиовещания исредств массовых коммуникаций.

Свидетельство о регистрации ПИ №77�14327 от 10.01.2003ISSN 1727�7248

© Издательство «Высокие технологии», 2003

№1 2003

Эрбиевые оптическиеусилители – основа WDM�сетей

Обложка: Дмитрий Дуев

стр. 14

ВОЛС дальней связи.Проектирование и расчетстр. 22

Кабели и волокна.Российская спецификастр. 31

No. 102


Вышел в свет первый номер журнала LightwaveRE – первое издание на русском языке, целикомпосвященное волоконно�оптической связи. Мно�гим из вас хорошо известны журналы LIGHTWAVE и LIGHTWAVE Europe. Они пользу�ются заслуженной популярностью в России, гдеих регулярно получают по подписке более тыся�чи специалистов. Считаю, что наш журнал можетстать столь же популярным и найти своего заин�тересованного читателя. Очень надеюсь, что ва�

ши отклики, предложения и пожелания будут способствовать повы�шению качества и полезности публикуемых материалов.В журнале Lightwave RE принята структура подачи материала, при�вычная читателям по американскому изданию. Основными разде�лами журнала являются: экономический, три технических («WDM иоптические сети связи», «Оптические кабели и ВОЛС», «измери�тельная техника»), учебный, «новости», «персоналии / работа икарьера», «словарь и терминология». Предусмотрено место дляпубликации материалов о новых продуктах, компаниях и офи�циальных документах.При постоянстве структуры рубрик, материалы каждого номеражурнала будут объединены общей темой – темой номера. Тема первого номера – дальняя связь. Не секрет, что потребностисистем дальней связи определяли направление и скорость техниче�ского прогресса в области волоконно�оптической связи на протяже�нии нескольких прошедших десятилетий. Для нашей страны про�кладка новых волоконно�оптических линий дальней связи и созда�

ние на их базе национальной сети связи не только экономическаязадача – это вопрос безопасности и стратегической стабильностигосударства. Запланированы следующие темы ближайших номеров журнала: 1) технологии строительства ВОЛС, 2) оптические сети доступа, 3) измерительное оборудование и эксплуатация.Несколько замечаний о степени сложности статей, публикуемых внашем журнале. Они рассчитаны на специалистов с подготовкой науровне общего курса физики технического вуза. Хотя в статьях, осо�бенно технической направленности, встречаются формулы, их припервом прочтении можно пропускать без ущерба для понимания су�ти статьи.В то же время мы считаем, что материалы, помещенные в нашемжурнале, призваны помочь техническим специалистам ориентиро�ваться в новых технологиях, сравнивать различные технические ре�шения, оценивать принципиальные возможности и достигнутый уро�вень различных технологий. Такая работа невозможна без использо�вания формул.Поэтому призываем вас, по меньшей мере, не пугаться формул ипостепенно начинать использовать их в своей практической работе.Для тех, кто желает быстрее освоить новые технологии, на сайтежурнала будут приведены более подробные версии статей с вы�кладками и ссылками на первоисточники.

Олег Наний,главный редактор

журнала Lightwave Russian Editioneditor@lightwave�russia.com

We are honored and pleased to launch this Russianlanguage edition in cooperation with High Technolo�gy Publishers. The optical fiber market in Russia isexpected to grow about 20% from about 680 Thou�sand kilometers of raw fiber to about 900 Thousandkilometers in 2004. We anticipate that LightwaveRussian Edition will play an important role in the de�velopment of this market, in part by introducingoverseas technology and products to network ope�

rators, equipment providers and distributors in the Russian Federation.Welcome to Russian first fiber optics communications magazine!

David Janoff, Senior Vice President

of PennWell's Advanced Technology [email protected]

Мы приветствуем рождение нового русскоязычного изданияLightwave, подготовленного совместно с Издательством «Высокиетехнологии» (ИВТ). Как ожидается, объем российского рынка вы�растет примерно на 20%, с 680 в 2002 г. до примерно 900 тысячкилометров проложенного волокна в 2004 г.Мы полагаем, что журнал Lightwave Russian Edition сыграет важ�ную роль в развитии этого рынка, знакомя российских операторовсвязи, провайдеров и дистрибуторов с новыми технологиями и из�делиями.Читайте первый русскоязычный журнал, посвященный техноло�гиям волоконно�оптической связи!

Дэвид Янофф, старший вице�президент

отделения перспективных технологий издательства [email protected]

The advance of optical communications technologyis a global phenomenon. While each country re�presents a unique communications environment,developers and planners around the world face asimilar set of questions: Is optical technology theright choice for my application? If so, how do I cho�ose the right architecture – and the right supplier? IfI develop optical communications equipment, howdo I design my product to meet my customer's ne�

eds with the greatest efficiency and the lowest cost? In Russia, the timehas arrived for a magazine that helps to answer these common ques�tions within the region's unique context. Lightwave Russian Edition isthat publication.In fact, it is our hope that Lightwave RE will in many ways be a partnerwith you in your optical endeavors. The Russian optical communicationsmarket is growing, and we at Lightwave and Lightwave RE wish to helpyou participate in this growth. Together, we can achieve great success.

Stephen HardyEditorial Director and Associate Publisher

[email protected]

Прогресс в развитии оптической связи – это явление планетарногомасштаба. Несмотря на специфику развития телекоммуникаций,разработчики и проектировщики систем связи во всех странах ми�ра задают себе одни и те же вопросы: использовать ли оптическиетехнологии для решения своих задач? Как выбрать правильную ар�хитектуру сети и лучшего поставщика оборудования? Разработчи�ков волнует вопрос, как уменьшить себестоимость оборудования,сохранив все его достоинства? В России наступило время для по�явления журнала, который поможет разобраться в этих вопросах.Таким журналом является Lightwave Russian Edition. Мы в праве надеяться, что Lightwave RE станет вашим надежнымпартнером в мире оптики. Российский телекоммуникационный ры�нок на подъеме, и мы, сотрудники Lightwave и Lightwave RE, наде�емся помочь вам этим воспользоваться. Вместе мы можем добиться больших успехов.

Стефан Харди,главный редактор журнала Lightwave

[email protected]

No. 109


Новости ECOCНовости ECOC

С 8 по 12 сентября 2002 года в Копенгагене состоялась 28�я Европейская конференцияпо оптической связи (European Conference on Optical Communication – ECOC’2002). ECOC (читается ЕКОК) – это крупнейшая в Европе конференция, целиком посвященнаяоптической связи. Она характеризуется высочайшим уровнем представляемых на нейдокладов. Одновременно с конференцией проходит выставка телекоммуникационногооборудования для ВОЛС.Тенденции развития элементнойбазы фотоникиДоклад проф. Дэвида Пэйна(Prof. David Payne,Optoelectronics Research Center, Southam�pton University, UK)

Профессор Д.Пэйн руководит одной из са�мых известных исследовательских лаборато�рий в области фотоники – исследователь�ским центром по оптоэлектронике Саут�гемптонского университета, Великобритания.В возглавляемой доктором Пэйном научнойгруппе был изобретен, сконструирован и ис�следован первый эрбиевый усилитель.В своем докладе проф. Д. Пэйн подчеркнулключевую роль инноваций в областиэлементной базы фотоники для развитияоптических сетей связи. Такие изобретения,как полупроводниковые лазеры, оптическоеволокно, эрбиевые усилители и оптическиефильтры, коренным образом изменялиоблик оптических сетей и многократно уве�личивали их возможности. Головокружи�тельный прогресс в увеличении емкости оп�тических сетей за последнее десятилетиесыграл, правда, злую шутку: как и в случаелюбого другого товара, превышение пред�ложений по увеличению скорости обменаинформацией над потребностями неизбеж�но привело к разрушению рынка. Хотя коллапс рынка сегодня довлеет надинвесторами, ситуация в недалеком буду�щем, по мнению Д.Пэйна, изменится к луч�шему, поскольку рост потребностей в ин�формационной емкости продолжается,несмотря на экономический спад. Разра�ботчикам стоит подготовиться к внедрениюновых технологий, которые окажутся вос�требованными после стабилизации рынка.Очевидно, что экономический аспект привыборе новых технологий будет играть клю�чевую роль. Одновременно необходимо ве�сти разработки технологий более отдален�ного будущего, направленных на созданиеполностью оптических сетей. Ключевая за�дача в этом направлении – разработка оп�тических устройств управления потокамиинформации.

Тенденции развития волоконно�оптической связи: от высокойемкости к гибкости оптическихсетейДоклад проф. Кохроха Кобаяши(Prof. Kohroh KobayashiTokyo Institute of Technology,Japan)

Профессор Токийского технологическогоинститута К. Кобаяши является вице�прези�дентом корпорации NEC.В докладе профессора Кобаяши рассмо�трена эволюция систем оптической связиза прошедшие 30 лет. В это время основ�ные усилия ученых, инженеров и разработ�чиков были направлены на увеличение ско�рости и дальности передачи информации. Врезультате емкость систем дальней связи,определяемая произведением скорости надальность, достигла 10 000 Тбит/(с.км). Этопочти в 10 миллионов раз больше рекор�дного уровня (1600 Мбит/(с.км)), о которомсообщалось на первой Европейской конфе�ренции по оптической связи в 1975 году вЛондоне. Как отметил профессор Кобаяши,японские ученые и, в частности, корпора�ция NEC внесли существенный вклад вэтот прогресс. Одно из последних достиже�ний корпорации NEC – осуществление пе�редачи 273 каналов по 40 Гбит/с на 117 км(суммарный поток информации более 10 Тбит/с).Касаясь сегодняшней ситуации в телеком�муникационной индустрии Японии, профес�сор Кобаяши отметил, что главные техноло�гические задачи концентрируются в областигородских оптических сетей, сетей доступаи полностью оптических сетей. Среди глав�ных задач, стоящих перед разработчиками,он назвал следующие:❑ снижение стоимости единицы переданной

информации;❑ уменьшение мощности, затрачиваемой на

поддержание работы системы связи;❑ гибкость в работе, масштабируемость и

адаптивность сетей связи, поддержкавсех форматов передачи информации.

Касаясь экономической ситуации, К. Кобая�ши отметил, что в Японии спада в телеком�муникационной индустрии практически нет.Бурный рост интернет трафика за послед�ний год и правительственная поддержка научных работ в области волоконно�оптиче�ской связи обеспечили планомерное разви�тие отрасли. Поддерживая развитие волоконной оптики,правительство Японии поставило амбициоз�ную цель – создать к 2005 году самое пере�довое государство в области информацион�ных технологий.

Оптические технологии и бизнес:прошлое, настоящее и будущее Доклад Андерса Олссона(Dr. Anders Olsson, CENiX Inc., USA)В докладе дан анализ причин наступленияспада, а также перспективы и сроки егопреодоления. Обрисовав довольно мрачнуюкартину кризиса, господин Олссон все жепредсказывает изменение ситуации к луч�шему: «Если наступила зима – весна не загорами». Действительно, спад в европейской и аме�риканской оптической промышленности до�вольно серьезный: ❑ в Европе сокращено 500 000 рабочих

мест;❑ объем рынка сократился на 2 млрд. евро;❑ денежные потоки уменьшились на 45%;❑ уровень инвестиций снизился на 70%.Для начинающих компаний наступили не са�мые лучшие времена, усугубляемые тем,что за предыдущие годы возникло слишкоммного новых компаний, а рынок для передо�вых революционных технологий временноисчез. Инвесторы не желают рисковать,предпочитая вкладывать деньги в надеж�ные, по их мнению, технологии, попросту ко�пируя друг друга. Компании, бюджет кото�рых еще недавно равнялся 100 миллионамевро, рады, если им предлагают сегодня 5миллионов. Никто сейчас, по мнению А. Олссона, не выложит 1 млрд. евро простоза то, что вы продемонстрировали новыйпротокол, как это еще недавно делала фирма

6 LIGHTWAVE russian edition №1 2003www.lightwave�russia.com

Nortel. Оценивая возникшие проблемы, онотметил громадное превышение предложе�ния очень дорогих высокоскоростных системнад реальными потребностями. По его мне�нию, причина этого, возможно, в том, что ин�дустрия развивалась под диктовку инжене�ров, а не маркетологов и финансистов.И все же есть свет в конце тоннеля. Трафикпередачи данных попрежнему ежегодноудваивается, число конечных пользователейширокополосных систем связи в США выро�сло на 100% за последнее время. Для начи�нающих компаний хорошим знаком являет�ся также сокращение числа конкурентов, атакже потребность индустрии в новых эко�номичных технологиях. Поэтому главная за�дача сегодняшнего дня – думать о снижениистоимости. С этой точки зрения, по мнениюАндерса Олссона, необходимо развиватьследующие технологии: перестраиваемыелазеры для DWDM; интеграция усилителейс излучателями и накачкой; использованиемногоканальных лазеров; интеграция при�емников с предусилителями; внедрениеполностью оптических сетей и поиск опти�мальной архитектуры для них.

Оптические усилители(обзор докладов)Исследования в области оптических усили�телей – одна из ключевых тем конференции.Наибольшее внимание было уделеносамому перспективному на сегодняшнийдень типу усилителей: рамановским усили�телям (в отечественной литературе их частоназывают ВКР�усилителями, т.е. усилителя�ми на основе вынужденного комбинационно�го рассеяния). Перспективность раманов�ских оптических усилителей связана с нес�

колькими обстоятельствами, среди которыхнаиболее важны следующие.

❑ Управляемая полоса усиления. В отличиеот эрбиевых усилителей, полоса усилениярамановских усилителей определяетсятолько спектральными характеристикамиизлучения накачки, следовательно, они мо�гут работать в любом диапазоне спектра.

❑ Распределенный характер усиления и меньший уровень шумов.

❑ В качестве усиливающей среды выступа�ет само телекоммуникационное волокно.

Наряду с работами по рамановским усили�телям (ВКР�усилителям), представленнымина соответствующем симпозиуме, на регу�лярных сессиях было заслушано большоеколичество докладов по исследованию ха�рактеристик других типов оптических усили�телей. Были представлены результаты но�вейших разработок усилителей на основелегированного волокна, включая усилителина основе тулиевого волокна, для новыхокон прозрачности. Ряд докладов был по�священ исследованиям параметрическихусилителей и изучению шумов в различныхтипах оптических усилителей.

Достижения в области повышения скорости и дальности передачи информацииСреди наиболее интересных результатов по�прежнему привлекают внимание достиженияв области увеличения скорости и дальностипередачи информации. Этой теме было по�священо более ста докладов, представленныхна конференции. Среди важнейших достиже�ний – осуществление передачи ОTDM�сигна�

ла со скоростью 320 Гбит/с. Развитиюустройств разделения (демультиплексирова�ния) OTDM�сигналов со скоростью 160 Гбит/си 80 Гбит/с был посвящен ряд докладов.Широким был диапазон тем докладов, свя�занных с исследованием системных аспек�тов высокоскоростной передачи информа�ции. На конференции были рассмотрены итерабитные трансокеанические DWDM�ли�нии связи, и высокоскоростные относитель�но короткие оптические сети с управляе�мым переключением длин волн и маршру�тизацией. Рассмотрены также были и во�просы увеличения спектральной эффектив�ности передачи информации. В этом напра�влении ожидается достижение эффективно�сти 3 бит/(с.Гц)!

Динамическая компенсация поляризационной модовой ихроматической дисперсииРаботы по динамической компенсации поля�ризационной модовой и хроматической дис�персии приобрели особую актуальность всвязи с достижением в коммерческих систе�мах связи скоростей 40 Гбит/с и демонстра�цией в эксперименте скорости передачи 320 Гбит/с. Ряд работ был посвящен вопро�сам электрической и оптической компенса�ции ПМД, а также методам динамическойкомпенсации хроматической дисперсии. Ос�нову динамических компенсаторов хромати�ческой дисперсии сегодня составляют пере�страиваемые брэгговские решетки, которымбыла посвящена специальная сессия на кон�ференции. Для создания эффективных ком�пенсаторов ПМД необходима разработка бы�стрых поляриметров и новых алгоритмов оп�тимальной стратегии компенсации.

Новости ECOCНовости ECOC

Несмотря на спад в отрасли, Европейскаяконференция ECOC'2002 собрала рекордноечисло участников. Общее впечатление отконференции – развитие технологии продол�жается, во многом благодаря уже сделанным

инвестициям в исследовательские программы. Вместе с тем оче�видно изменение ориентиров в направлении исследований. Еслиранее специалисты стремились продемонстрировать достиженияв увеличении информационной емкости линии связи, характери�зуемой произведением дальности на суммарную скорость пере�дачи информации Гбит/(с.км), то теперь на первый план начинаетвыходить экономическая эффективность разрабатываемых си�стем или их компонентов. Теперь для сравнения характеристикновых технологий целесообразно оценивать показатель экономи�ческой эффективности, учитывающий затраты на передачу ин�формации. Таким показателем является отношение информа�ционной емкости системы связи к ее стоимости Гбит/(с.км)/$. Главные вопросы, которые стоят перед разработчиками оптиче�ских сетей связи, – экономические. Как получить максимальнуюприбыль от уже существующих оптических сетей? Какова дол�жна быть стратегия их развития для обеспечения максимальнойэкономической эффективности?Новые технологии, появившиеся в последние годы, вполне воз�можно приведут вскоре к существенным изменениям в архитек�

туре и функционировании волоконно�оптических систем связи.Дело в том, что только на пути внедрения новых технологиче�ских и архитектурных решений можно добиться существенногоснижения затрат на строительство и эксплуатацию волоконно�оптических систем связи. Наиболее перспективный путь реше�ния экономической задачи – использование масштабируемыхтехнических решений и максимальная загрузка уже существую�щей инфраструктуры. Прогрессе в технике модуляции света, в производстве оптическихфильтров и стабилизации длины волны излучения полупроводни�ковых лазеров обеспечил быстрый рост плотности расположенияспектральных каналов в DWDM�системах. В 1998 году расстояниемежду каналами равнялось 200 ГГц при скорости 10 Гбит/с на ка�нал, сейчас при той же скорости передачи информации расстояниемежду каналами равняется 50 ГГц. Следующий шаг – практическоеиспользование расстояния между каналами 25 ГГц.Чем привлекательны системы со сверхплотным расположениемспектральных каналов? В первую очередь возможностью наибо�лее эффективно использовать стандартный диапазон усиленияэрбиевого усилителя (EDFA). Кроме того, у таких систем значи�тельно более высокие возможности масштабирования. В то жевремя для сверхплотного расположения спектральных каналовнеобходимо применение специальных узкополосных форматовпередачи информации. В системах связи с обычными бинарны�

Субъективные заметки участника конференцииС. Задворнов, Lightwave RE, zadvornov@lightwave�russia.com


Новые книгиНовые книги

В книге основные принципы и технологии современных оптических сетейпередачи информации изложены в понятной широкому кругу читателейформе. По словам автора, побудительным мотивом к написанию книгиявилось то обстоятельство, что для тех, «кто привык мыслить словами, ане квадратными корнями, оптические сети по�прежнему остаются огром�ным темным пятном». Книга будет полезна также и специалистам вобласти высокоскоростных систем передачи информации, и тем, чья ра�бота связана с эксплуатацией и внедрением оптических каналов связи идругих компонентов сети. Материал книги охватывает как основныефундаментальные физические принципы передачи световых импульсов,так и базовые компоненты оптических сетей – лазеры, детекторы, уси�лители, фильтры, мультиплексоры, коммутаторы и т.п. Авторы постави�ли особый акцент на описание сетевых архитектур, используемых присоздании оптических сетей. Так, в частности, приводится обзор стандар�та SONET, используемого в настоящее время для расширения сетейобщего пользования, и проводится анализ новых технологий, претендую�щих на замену этого стандарта в региональных сетях. И еще особое вни�мание уделено поискам приемлемых решений по проблеме «последнеймили» для создания условий высокоскоростного локального доступа.

Еще одна примечательная книга, на сей раз уже целиком посвящен�ная фундаментальным основам волоконной оптики. Содержаниепредставляет собой подбор статей, сделанных на основе научныхдокладов. Несмотря на полностью научный труд, составители поста�рались сделать книгу доступной самому широкому кругу интересую�щихся данной проблематикой. При этом она будет интересна и узко�му кругу специалистов, чей труд связан с эксплуатацией волоконно�оптических систем передачи информации.Фактически неподготовленный читатель может приступить к чте�нию с любого интересующего его раздела. Здесь подробно рас�смотрены типы оптических волокон и описаны основные физиче�ские явления, имеющие место при распространении света. Особоевнимание уделяется описанию явлений хроматической и поляриза�ционной модовой дисперсии, а также существующим методам ихизмерений. Приведено подробное описание солитонных линийсвязи и описание ряда нелинейных физических явлений. В концекаждой статьи приведена обширная библиография по материаламмалоизвестных у нас в стране статей и знакомых осведомленномучитателю книг.

Новые книги по волоконно�оптической связиЧитателям журнала Lightwave RE советуем обратить внимание на две новые книги по волоконно�оптической связи, вышедшие в 2002 году.

ми форматами передачи информации в стандартном С�диапазо�не можно разместить до 80 каналов со скоростью 10 Гбит/с. Ис�пользование новых модуляционных форматов позволяет увели�чить число каналов до 120 в этом же спектральном диапазоне. Развитие транспортной информационной структуры должно идтибок о бок с развитием сетевых архитектур для того, чтобы обеспе�чить удобство использования высокой емкости транспортной систе�мы. Кроме того, наиболее широко в настоящее время используют�ся системы со скоростью передачи информации 2,5 Гбит/с на канали меньше. Поэтому главная экономическая задача – обеспечитьудобные и экономически эффективные интерфейсы между низко�скоростными и высокоскоростными подсистемами. Таким образом, в ближайшие годы можно прогнозировать интенси�фикацию исследований в области новых сетевых архитектур, в

области интегральной оптики, в разработке узкополосных филь�тров, переключателей, преобразователей длины волны и других се�тевых элементов. Если раньше побудительной силой и двигателемтехнического прогресса в области волоконно�оптической связи вы�ступали потребности дальней связи в передаче информации во всевозрастающих объемах и на все большие расстояния, то теперь уз�ким местом стали сети доступа, устройства коммутации и управле�ния сетями. Поскольку сети доступа особенно чувствительны к це�не, при этом потребности в информационной емкости существеннониже, чем в сетях дальней связи, то в них будут использоватьсяспециальные технические решения. По�видимому, в ближайшеевремя в сетях доступа будут внедряться системы CWDM, оптиче�ские кабели на основе полимерных волокон и пассивные оптиче�ские сети.

Книга«ОПТИЧЕСКИЕ

СЕТИ»Д. Гринфилда («Essential guide tooptical networks» D. Greenfield), выпущенная торгово�издательским домом«ДиаСофт», предназ�начена для первогознакомства с пробле�мами волоконной оп�тики

Сборник статей«ВОЛОКОННАЯ

ОПТИКА», выпущенный изда�тельством «ВиКо»,предназначен подго�товленному читателю.


Новости технологийНовости технологий

До последнего времени воздействие поляризационной модовойдисперсии (ПМД) на работу волоконно�оптической системы связисчиталось нерегулярным, стохастическим явлением, вызываемымслучайными и неконтролируемыми изменениями двулучепреломле�ния волокна. Количественной мерой воздействия ПМД на работусистемы передачи информации является разность ∆τDGD групповыхзадержек (РГЗ) поляризационных компонент светового импульса наисследуемом участке линии связи на рабочей длине волны системысвязи. Величина ∆τDGD является сложной функцией длины волны ипараметров окружающей среды, в частности температуры.В работе М. Бродского с соавторами [1] впервые обнаружена пара�метрическая зависимость величины РГЗ на рабочей длине волныинформационной системы от температуры. Схема эксперименталь�ной установки показана на рис.1, а на рис. 2 приведены графикитемпературной зависимости изменения РГЗ на трех длинах волн.Измерения проводились с использованием модернизированногометода матриц Мюллера. Этот метод измерений, основанный наанализе спектральной зависимости поляризационной матрицыМюллера оптического волокна, дает наиболее полную информациюо характеристиках ПМД. Метод был модифицирован для работы вшироком спектральном диапазоне (100 нм) для увеличения динами�ческого диапазона. Динамический диапазон, увеличенный с помо�щью полупроводникового предусилителя, позволял проводить изме�рения ПМД участков волокна длиной до 150 км.Измерения, проведенные на участке инсталлированного оптическо�го кабеля с оптическим волокном, обладающим малым значениемкоэффициента ПМД (0,05 пс/√

−−км), позволили авторам обнаружить

взаимосвязь между временными изменениями РГЗ и временной за�висимостью окружающей температуры. Причем, если отсутствиеизменений РГЗ при постоянной температуре было ожидаемо, тонеожиданным фактом явилось наличие параметрической зависимо�сти РГЗ от температуры. Величина РГЗ была приблизительно одинакова при одинаковой температуре в моменты времени, разде�ленные интервалами 1, 15 и 20 дней. На основании проведенныхисследований авторам удалось установить параметрическую зави�симость РГЗ от температуры, иллюстрируемую рис.2.

Литература1. Brodsky M., Magill P.D., Frigo N.J. Evidence for Parametric Depen�

dence of PMD on temperature in installed 0.05 ps/sqrt km fiber. Proceedings of ECOC, 9.3.2, Copenhagen, 2002.

Новые данные о температурной зависимости ПМД в инсталлированных линиях связи

Оптическое волокно с рекордно малой величиной затухания Достижение ученых компании Sumitomo вновь напомнилодраматическую историю создания компанией Corning первоговолокна, пригодного для телекоммуникационных применений.В то время большинство компаний и исследовательских цен�тров сосредоточили усилия на создании волокна с сердцеви�ной из сверхчистого стекла без примесей. По словам одногоиз руководителей компании: «Компания Corning приняла ир�рациональное решение. Мы говорили, что будем использоватькварцевое стекло для сердцевины из�за его чистоты; и затемдобавляли различные вещества, чтобы сделать стекло менеечистым – явное противоречие!». Этот подход компании Corning, как известно, привел к успеху. Высокая технологич�ность разработанного волокна оказалась решающим факто�ром. И вот спустя тридцать лет разработчики вернулись к то�му, с чего все начиналось.Сообщение компании Sumitomo о создании оптического волокна с ре�кордно малым затуханием (0,151 дБ/км на длине волны 1568 нм) [1]вызвало повышенный интерес специалистов в области сверхдальнейсвязи и разработчиков подводных (морских) кабелей. Увеличениерасстояния между дорогостоящими пунктами обслуживания усилите�лей и регенераторов и, в конечном счете, сокращение их общего чи�сла дают очень значительный экономический эффект. Важно отме�тить, что экономия средств достигается как на стадии строительства,так и при эксплуатации линии связи.Теоретические оценки показывают, что в волокне со столь малым за�туханием расстояние между регенераторами превышает 330 км, а с

использованием рамановского (ВКР) распределенного усиления мо�жет достигать 400 км. Уменьшение затухания в волокне обеспечило повышение его одно�родности, достигнутое за счет изготовления сердцевины из чистогокварца без примеси германия. Сердцевина окружена двумя оболочка�ми из кварца, легированного фтором (рис.1).

Рис.1. Модернизированный метод матриц Мюллера

Рис.2. Зависимость РГЗ от температуры для λ=1519 нм(■), 1523 нм(●), 1546 нм(▼)

Рис.1. Профиль показателя преломления оптического волокна с сердце�виной из чистого кварцевого стекла



Источники излучения на основе лазеров с прямой модуляцией явля�ются экономически эффективным решением, нашедшим широкоеприменение в городских сетях связи. Основным недостатком такихлазеров является заметный чирп (паразитная линейная частотнаямодуляция), приводящий к расширению спектра. Поскольку расши�рение светового импульса из�за хроматической дисперсии прямопропорционально ширине спектра, то увеличить дальность и ско�рость передачи информации можно за счет уменьшения спектраль�ной ширины излучения полупроводникового лазера. Недавно предложены и исследованы два новых способа уменьше�ния ширины спектра излучения полупроводниковых лазеров с пря�мой модуляцией [1–3]. Экспериментальные исследования, прове�денные в [1], показали, что ширина спектра излучения лазера свнешним резонатором может быть уменьшена в 5 раз по сравне�нию с обычно использующимся РОС�лазерами (рис.1). В [2,3] продемонстрирована возможность сужения спектра излучения в ла�зерах с распределенной обратной связью за счет накачки импуль�

сами тока специальной формы. Такая накачка позволяет добитьсяувеличения контраста импульса при сохранении малой частотноймодуляции и подавлении релаксационных колебаний. Форма последовательности лазерных импульсов при накачке пря�моугольными импульсами и импульсами специальной формы пока�зана на рис.2.

Литература1. Chuyanov V. et al. OC�48 600 km transmission over SMF�28 using Di�

rectly Modulated Packaged External Cavity Laser, Proceedings ofECOC, 1.2.3, Copenhagen, 2002.

2. Sabinin N.K., Gladychevskii M.A., Leontiev K.G., Scherbatkin D.D., Nanii O.E., Belov K.N., Savochkin I.A. Dispersion reduction in optical fib�er communication lines with directly modulated lasers. Technical digest,LAT 2002, Moscow, June 2002, p.197.

3. Dokhane N., Lippi G.L. Appl. Phis. Lett., 78, 3938 (2001).

( К.Н. Белов, О.Е. Наний)

Уменьшение ширины спектра излучения лазеров с прямой модуляцией

Потери на рэлеевское рассеяние в волокне составляют 0,128 дБ/км,суммарные потери на поглощение – 0,018 дБ/км, потери из�за несовер�шества волокна – 0,004 дБ/км. Общие потери в волокне в диапазонедлин волн 1520–1606 нм не более 0,160 дБ/км.Простые оценки показывают, что применение такого волокна по�зволит на 30% увеличить расстояние между регенераторами посравнению с линиями связи, в которых применяются одномодовыеволокна с сердцевиной, выполненной из кварца, легированного гер�манием.

Литература

1. Nagayama K. et al. «Ultra Low Loss (0.151 dB/km) Fiber and its Im�pact on Submarine Transmission Systems», in Postdedline Papers ofOFC 2002, FA�10.Рис.2. Спектральная зависимость затухания оптического волокна с серд�

цевиной из чистого кварцевого стекла

Рис.1. Спектры излучения трех типов лазеров: DFB�лазер с распределенной обратной связью, ECLD�лазер свнешним резонатором (чирп уменьшен в 5 раз по сравнению сDFB�лазером), CW�лазер, работающий в непрерывном режиме

Рис.2 Форма последовательности лазерных импульсов при накачке пря�моугольными импульсами (DM) и импульсами специальной формы(DMPCF)



Трудности, с которыми сталкиваются разработчики систем связисо скоростью передачи информации 40 Гбит/с, многократно увели�чиваются при увеличении скорости передачи до 160 Гбит/с и бо�лее. Причин этого несколько. Очевидная причина заключается втом, что скорость 40 Гбит/с является практически предельной ско�ростью для электроники. Кроме того, с увеличением скорости пере�дачи информации квадратично возрастают искажения и увеличива�ется воздействие шумов. С еще большими проблемами, очевидно,сталкиваются разработчики измерительной аппаратуры. Обычноизмерительная аппаратура должна обеспечивать большую стабиль�ность параметров, иметь меньший уровень шумов и обладать болеешироким диапазоном управления параметрами сигналов, чем изме�ряемые устройства. Именно поэтому столь остро встает вопрос обизмерении параметров передаваемых сигналов при скоростях пе�редачи информации более 40 Гбит/с по одному информационномуканалу.Один из путей преодоления трудностей состоит в разработке опти�ческих измерительных систем, т.е. в замене электронных компо�нентов фотонными устройствами. О создании полностью оптиче�ского устройства для анализа глаз�диаграмм сообщается в статьеС. Шмидта с соавторами [1]. Измерение характеристик световыхимпульсов субпикосекундной длительности осуществляется в высо�коскоростном нелинейном интерферометре (GT�UNI ). В состав не�линейного интерферометра входит полупроводниковый усилитель(SOA), полоса усиления которого расположена вне рабочего диапа�зона длин волн тестируемых световых сигналов, но совпадает сдлиной волны пробных импульсов. Прохождение тестирующего им�пульса через SOA вызывает изменение показателя преломления надлине волны пробного сигнала и, следовательно, изменяет пропу�скание нелинейного интерферометра. Зависимость коэффициентапропускания GT�UNI от задержки пробного сигнала относительнотестируемого показана на рис.1. Временное разрешение составля�ет 1,8 пс.С помощью GT�UNI впервые была получена глаз�диаграмма последо�вательности информационных символов, передаваемых со скоро�стью 320 Гбит/с. Как видно из диаграммы, приведенной на рис. 2,глаз�диаграмма раскрыта. Оценка сверху для величины нестабиль�ности задержки (джиттера) дает значение 650 фемтосекунд.Все элементы системы изготовлены из полупроводниковых компо�нентов и, следовательно, могут быть выполнены в интегральном ис�полнении. Использование для получения оптической глаз�диаграм�

мы GT�UNI обеспечивает высокую линейность и большой динами�ческий диапазон измерений.

Литература1. Schmidt C. et al. 320 Gb/s All�optical Eye Diagram Sampling using

Gain�Transparent Ultrafast – Nonlinear Interferometer (GT�UNI). Proceedings of ECOC, 2.1.3, Copenhagen, 2002.

Полностью оптическое устройство для анализа световых сигналов в системах связисо скоростью передачи информации 320 Гбит/с

Рис. 1. Зависимость коэффициента пропускания GT�UNI от задержкипробного сигнала относительно тестируемого (временное разре�шение измерительной системы)

Рис.2. Оптическая глаз�диаграмма последовательности информационныхсимволов, передаваемых со скоростью 320 Гбит/с

Qwest завершил первый квартал2003 года с прибыльюАмериканская телефонная компания QwestCommunications International Inc. завершилапервый квартал 2003 года с прибылью бла�годаря мерам по снижению затрат. Ee при�быль составила $150 млн., или $0,09 на ак�цию, хотя выручка в первом квартале сокра�тилась на 9,4%, что составляет $3,63 млрд.Представители компании ожидали снижениявыручки за 2003 год и приняли дополнитель�ные меры по уменьшению расходов. Под ру�ководством генерального директора Ричар�да Ноутберта (Richard Notebaert) компаниявыкупила свои облигации, чтобы снизитьпроцентные расходы, а также сократилаиные издержки в целях стабилизации Qwestна фоне падающего спроса на ее услуги.

Год назад компания завершила первыйквартал с убытком в размере $23,9 млрд.,или $14,32 на акцию. Многие аналитики вконце 2002 года предсказывали близкоебанкротство компании. Долги компании вто время составляли $26,6 млрд. Однакосамую острую проблему (нехватка налич�ности для выплаты «горящих» долгов)компании удалось решить. Для этого ейпришлось продать свое издательскоеподразделение QwestDex группе инвесто�ров, возглавляемых компаниями CarlyleGroup Inc. и Welsh, Carson, Anderson &Stowe, за $7,05 млрд. QwestDex специали�зируется на выпуске телефонных справоч�ников («желтых страниц») и являлось од�ним из самых стабильных подразделенийQwest Communications.

Компания Qwest является четвертым по ве�личине оператором местной телефоннойсвязи США и крупнейшим операторомместной телефонной связи в 14 западныхштатах страны – от Миннесоты до Вашинг�тона. Компания также является операторомдальней и международной связи. В конце 2002 г. компания была вынужденапризнать факт финансовых нарушений ,объем которых по меньшей мере составил$1,16 млрд. В настоящее время властиСША проводят расследование относитель�но возможных неточностей в бухгалтерскойотчетности Qwest. Компания готова пере�смотреть некоторые данные за 2000 и 2001годы, касающиеся, в частности продаживолоконно�оптических сетей и соответ�ствующего оборудования.

НОВОСТИ МИРА СВЯЗИ


Новости мира связиНовости мира связи

БелтелекомЗаместитель министра связи РеспубликиБеларусь Анатолий Будай заявил, чтоправительство страны в 2007 году начнетпроцесс приватизации крупнейшей госу�дарственной телекоммуникационнойкомпании «Белтелеком».Причиной данного шага послужило намере�ние страны вступить во Всемирную торго�вую организацию, для чего непременнымиусловиями являются сокращение доли госу�дарства в экономике и уменьшение числагосударственных компаний�монополистов(все белорусские Интернет�провайдеры позакону обязаны передавать и получать за�граничный трафик только через «Белтеле�ком», и только «Белтелеком» предоставляетподобные услуги). На переговорах, которыепроходили в начале этого года в Женеве(Швейцария), представители иностранныхкомпаний выразили свою заинтересован�ность в инвестировании в белорусский те�лекоммуникационный сектор. Тогда же сто�роны договорились считать датой началаприватизации 2007 год.Республиканское государственное объеди�нение «Белтелеком» было создано 3 июля1995 года и на сегодняшний день являетсясамым крупным предприятием электросвя�зи в стране. «Белтелеком» предоставляетпрактически все виды услуг связи: телефон�ную, пейджинговую, радиосвязь (системы«Вилия», «Алтай», «Карт»), доступ в Интер�нет по коммутируемым линиям и выделен�ным каналам, веб�хостинг, аренду каналов,и т.д. Опорная оптоволоконная сеть компа�нии соединяет основные города и обеспечи�вает выход в Латвию, Литву, Польшу, Рос�сию и Украину. Продолжается формирова�ние магистральных колец в Могилевской,Брестской и Гомельской областях.Республиканское объединение «Белтелеком» объявило тендер на прио�бретение оборудования DWDM, необхо�димого для модернизации магистраль�ной сети связи в Беларуси.Как сообщает «Интерфакс» со ссылкой наисточники в компании, модернизация пер�вичной сети предполагает внедрение техно�логии передачи информации со спектраль�ным разделением (технологии DWDM), про�кладку около 1 тыс. км волоконно�оптиче�ских линий связи, строительство внутри�областных зоновых сетей с использованиемцифрового оборудования SDH, обеспечи�вающего стабильную работу по всему ка�бельному сегменту. К настоящему временипротяженность телефонных каналов в Бела�руси составляет 16,4 млн км. Тендерныепредложения принимаются до 12:00 местно�го времени 27 июня и действуют в течениетрех месяцев после даты закрытия тендера.

Число широкополосныхподключений в Япониипревысило 10 млн.Число пользователей широкополоснойсвязью в Японии превысило 10 млн. в на�

чале июня 2003 года. Среди общего числаподключений доля подключений по опти�ческому волокну пока еще очень невеликаи составляет 2,8%. Львиная доля (74,5%)широкополосных подключений приходитсяна долю xDSL�подключений. 22,7% соста�вляют подключения через сеть кабельноготелевидения. В то же время прирост числаподключений по оптическому волокну, со�ставляющий примерно 12% в месяц, пре�вышает прирост числа DSL�подключений(7% в месяц) и прирост подключений че�рез сеть кабельного телевидения (2%). По�этому доля подключений по оптическомуволокну имеет тенденцию к увеличению.В Японии продолжается также и стабиль�ное увеличение количества людей, исполь�зующих для доступа в Интернет мобиль�ные телефоны. Каждый месяц таких пользо�вателей становится в среднем на 100 тыс.больше. А вот число пользователей мо�демной связью, наоборот, сокращается.Рост числа пользователей широкополос�ной связью во многом обусловлен тем, чтоведущие игроки рынка предлагают бес�платные подключения и льготы на сервис�ное обслуживание. Лидерами являются ре�гиональные филиалы NTT (36,4% рынкастраны) и Softbank (33,6%). Это, в своюочередь, стало возможным благодаря пра�вительственной поддержке курса на соз�дание в Японии передового информацион�ного общества. Развитие информационного общества вЯпонии получило государственную под�держку и начало быстро развиваться по�сле того, как в апреле 2000 года кабинетминистров возглавил Йоширо Мори. Й. Мори взял в свои руки инициативу посозданию правительственной структуры попродвижению политики информационнойреволюции, и в июле 2000 года в структу�ре кабинета министров Японии был созданСовет по развитию в области информа�ционных технологий (IT�Strategy Council)под руководством самого премьер�мини�стра и председательством президента кор�порации Sony Нобаюки Идеи. Советомбыл принят пятилетний план развития встране информационной инфраструктуры.Основная цель сформулирована так:«Предоставить возможность всем без ис�ключений получать выгоды от IT�револю�ции и всесторонне повышать меры, спо�собствующие развитию Японии как кон�курентоспособной страны, построеннойна развитой информационной инфра�структуре». По плану IT�Strategy, прави�тельство Японии введет в эксплуатациюинфраструктуру, которая позволит в те�чение 5 лет обеспечить 30 млн. жителейстраны высокоскоростным Интернет�до�ступом, а 5 млн. японцев смогут пользо�ваться сверхскоростным Интернет (насе�ление Японии сегодня составляет 126 млн.).Особенности различных подключений ксети Интернет будут рассмотрены в

третьем номере журнала Lightwave RE,который будет посвящен сетям доступа.

Цели Совета по развитию вобласти информационныхтехнологий ЯпонииI. Установление ультравысокоскоростной

сетевой инфрастуктуры.II. Содействие электронной коммерции.III. Реализация проекта «Электронное пра�

вительство» (Electronic Government), сутькоторого состоит в обеспечении к 2003году всех префектур и муниципалитетовединой электронной инфраструктуройобмена конфиденциальной информаци�ей с центральным правительством.

IV. Поддержание высокой квалификацииперсонала.

Для многих может показаться неожидан�ным факт, что Япония занимает сегоднялишь 14 место по уровню доступа в Интер�нет после таких стран, как Сингапур, Ав�стралия и Бермуды. Лишь 11% японцевсейчас имеют выход в Интернет. Реализа�ция плана IT�Strategy, по замыслу его соз�дателей, выведет Японию в лидеры поуровню доступа в Интернет.

Инвестиции в созданиеволоконно�оптической сети «ТрансТелеКома»составили $800 млн. Общий объем инвестиций для создания во�локонно�оптической сети связи компании«ТрансТелеКом» (ТТК) составил $800 млн.Об это сообщил на конференции «Теле�комТранс�2003» президент ЗАО «Компа�ния «ТрансТелеКом» Сергей Владимиро�вич Липатов. Волоконно�оптическая сетьТТК проходит через 11 часовых поясов исоединяет 71 из 89 регионов России, в ко�торых проживает до 90% населения стра�ны. Общая протяженность сети составляет45 тыс. км, пропускная способность – 2,5 Гбит/с. Строительство сети было за�вершено в декабре 2002 года. Масштабируемость и надежность услугТТК обеспечивает технология SDH. Воз�можности сети, имеющей кольцевуюструктуру с единым центром управленияи построенной по технологии SDH, суще�ственно расширяются мультисервиснойсетью, использующей современный про�токол MPLS.ЗАО «Компания ТрансТелеКом» – веду�щий российский альтернативный опера�тор связи, динамично растущая компа�ния, которая последовательно расширяетинфраструктуру своей сети в направле�нии клиентов, планомерно внедряет но�вые услуги и решения на основе послед�них достижений в области телекоммуни�каций. По мнению специалистов, готов�ность сети компании «ТрансТелеКом» квнедрению систем передачи со спек�тральным разделением каналов (техноло�гии DWDM) является наивысшей в отра�сли связи в России.


Во всех развитых и во многих развивающихсястранах мира (включая Африку, Восточную иЦентральную Европу) идет процесс переходак новой социально�экономической формации,которую условно называют информационнымобществом. Особенностью этой формации яв�ляется переход к глобальной, основанной назнании экономике (global knowledge basedeconomy). Такой, по прогнозам ведущих ана�литиков, экономика будет в ХХI веке, векеглобального информационного общества.Если конец XIX – начало XX века характери�зовались промышленной революцией, то на�чало XXI века называют эрой информацион�ной революции. Если важнейшими показате�лями уровня развития и экономической мощигосударства в XX веке являлось количествовыплавляемого металла и производимой тех�нической продукции, то в XXI веке на первыйплан выходят показатели, характеризующиеколичество информационных ресурсов, соз�даваемых и реализуемых обществом.Промышленная революция в свое времяпривела к коренному изменению в социаль�ной структуре общества, сделав самой многочисленной группой в развитых странахпролетариат. Начавшаяся информационнаяреволюция также изменяет социальную струк�туру общества. Возникают новые невиданныеранее формы труда, многие компании создаютвиртуальные рабочие места прямо за домаш�ним компьютером сотрудников. По некоторымоценкам, в настоящее время в США виртуаль�ной работой уже заняты около 16 млн., а встранах ЕС – 4 млн. человек. Предполагается,что к 2005 г. в развитых странах этим видомтруда будут заняты 20% работников. В Велико�британии этот процент уже достигнут. Доля информационной составляющей в про�дукции высоких технологий неуклонно повы�шается. Согласно оценкам инвестиционногобанка Veronis Suhler в США ежегодно затра�чиваются более $30 млрд. на закупку инфор�мации. Оценка всемирных затрат составляетболее $100 млрд. Именно эти тенденции ивызвали к жизни инициативы создания ин�формационных обществ в США, Японии иЗападной Европе. Глобальные перемены,происходящие на рубеже веков в индустри�ально развитых странах мира, осуществляют�ся, таким образом, под влиянием современ�ных информационно�телекоммуникационныхсредств. Новая рыночная экономика России, особеннов регионах, остро нуждается в создании ин�формационных средств нового поколения, ккоторым относятся информационные банкиданных и знаний. Однако для эффективного

функционирования новых информационныхсредств, пополнения их баз данных необходи�мо опережающее развитие средств доставкиинформации. Эта задача не решена даже дляМосквы. Говорить о внедрении новых инфор�мационно�емких технологий в регионах Рос�сии бессмысленно до тех пор, пока не созда�на общегосударственная информационнаясеть связи. О каких новых информационныхтехнологиях, о каких телеконференциях, о ка�ком виртуальном обучении можно говорить вусловиях, когда не до конца решена задачателефонизации?Создание телекоммуникационной инфра�структуры для нашего общества являетсяпервым и необходимым шагом на пути созда�ния информационного общества. Только в та�ких условиях, когда обеспечен свободный ибыстрый обмен информацией на всей терри�тории России, можно добиться качественногообновления экономики в соответствии с тре�бованиями XXI века. Основу системы связи вразвитых государствах мира составляют во�локонно�оптические сети. Отставание Россиив создании национальной волоконно�оптиче�ской сети дальней и местной связи грозитувеличением отставания нашей страны отмирового уровня в развитии наукоемких, вы�сокотехнологичных отраслей производства.Таким образом, необходимость быстрого ра�звития волоконно�оптической сети дальнейсвязи России не вызывает сомнения. Сегоднянет ни технических, ни технологических пре�пятствий для решения этой задачи.

Внешнеэкономические условияБурный рост инвестиций в развитие волоконно�оптической связи в 1998–1999 гг.сменился резким спадом после 2000 г. Надежды на быстрое преодоление кризисане оправдались. По оценкам ведущих экспер�тов, экономические проблемы в телекомму�никационной отрасли в западных странахпродолжатся, препятствуя ее развитию, покрайней мере, в текущем 2003 г. Рынок невосстановится до тех пор, пока провайдерыне решат своих проблем, а их проблемы –проблемы долгов и неплатежей, быстро неразрешаются. Вместе с тем кризис в теле�коммуникационной отрасли вызван не эконо�мическими причинами и даже не так называ�емым избытком волокна или избытком ин�формационной емкости. Скорее, он объясня�ется избытком конкуренции. Он связан с про�блемой неплатежей и неразберихой средипровайдеров, вызвавшей цепную реакцию(принцип домино). Реструктуризация долговкомпаний позволит выправить положение,

приблизит момент, когда провайдеры начнутполучать по долговым обязательствам. По�степенно узел проблем будет распутываться.Провайдеры продолжат сокращение капитало�вложений и уменьшение деловых обяза�тельств. Компании�неудачники будут консоли�дироваться или ликвидироваться, тем самымослабляя конкуренцию. Все это приведет кстабилизации цен и восстановлению при�быльности отрасли. Этот процесс неизбежени вопрос заключается только в его времен�ных рамках. Эксперты ожидают начало ста�билизации уже в конце 2003 г., однако воз�вращения к росту не следует ждать ранее2004 г.На рис.1 приведена диаграмма изменениякапиталовложений в волоконно�оптическиесистемы связи в США, включая прогноз на2003 г. Ожидается, что капиталовложенияпровайдеров услуг связи в 2003 г. останутсяна уровне капиталовложений в 2002 г.

На рынке производителей систем ситуациягораздо хуже. Снижение доходов в этом сек�торе производства значительно глубже: в2001 г. по сравнению с 2000 г. оно составило31%. Компании, производящие системы во�локонно�оптической связи, такие, как Alcatel,Lucent Technologies и Nortel Networks, созда�ют инфраструктуру для провайдеров услугсвязи. Реалии сегодня таковы, что большин�ство провайдеров считают вложения в разви�тие инфраструктуры несвоевременными и со�кратили их до минимума.На уровне производителей компонент глуби�на падения доходов еще значительнее. Фи�нансовый обвал и отказ от заказов сказалисьна этой группе производителей в сильнейшейстепени. Продажи компонент волоконно�опти�ческих систем связи сократились в 2001 г. на55% и в 2002 г. на 60%. В этом секторе эко�номики царит наибольшее уныние. Многиекомпании ликвидируют или сворачиваютобъемы производства, закрывают и продают

ЭкономикаЭкономика

Будет ли в России информационное общество?Н. Типикина, аналитический центр «ЭПК», [email protected]

Рис.1. Капиталовложения в развитие волоконно�оптических систем связи в США (2003 г. –прогноз)

млрд. $


целые заводы. Так, например, компания Corning свернула производство оптическоговолокна во всем мире за исключением США,Nortel ликвидировал свое подразделениеоптоэлектроники (Nortel Optoelectronics). Наторги выставлены и многие фабрики JDS.Ситуация с развитием инфрастуктуры воло�конной оптики лучше в Азии. Хотя по абсо�лютной величине инвестиции в Китае еще неочень значительны, наблюдается их быстрыйрост. Абсолютно особняком стоит Япония.Это единственная высокоразвитая страна, ко�торую не коснулся кризис в телекоммуника�ционной отрасли. Правительство Японии по�ставило амбициозную задачу – создать к2005 г. самое передовое по информационнойоснащенности общество. Развитие отраслиидет при планомерной экономической под�держке государства. Опыт Японии заслужи�вает отдельного изучения и анализа.Как может повлиять внешнеэкономическаяситуация в отрасли на развитие волоконнойоптики в России? Наверное, для ответа наэтот вопрос требуются детальный научныйанализ и прогноз, но несомненно одно: ценына основные компоненты волоконно�оптиче�ских сетей и на системы связи упадут на са�мый низкий возможный уровень, определя�емый себестоимостью. Как пример можнопривести трехкратное падение стоимости оп�тического волокна и 20 – 30% снижение стои�мости измерительного оборудования и си�стем передачи информации.

Внутриэкономические условияНа фоне общемирового кризиса телекомму�никационного рынка Россия выглядит образ�цом стабильности: общие доходы отраслисвязи в РФ ежегодно увеличиваются на 20 –25%, хотя темпы строительства оптическихлиний связи в 2002 г. существенно замедли�лись по сравнению с 2001 г. Оценивая общуюситуацию в телекоммуникационной отраслиРоссии, нетрудно заметить, что наш этап ра�звития соответствует предыдущему «рывку»телекоммуникационного рынка в западныхстранах. У нас уже появились современныесети, использующие новые технологии, и оте�чественные операторы сумели поставить напоток в своей зоне обслуживания предоста�вление традиционных услуг связи, в первуюочередь обычной (проводной) телефонии.При этом, как известно, Россия все еще от�стает от развитых стран по уровню телефо�низации населения: 20% против 50% и выше(и даже свыше 100%, если учитывать сото�вые телефоны). Интернетизация находитсяна еще более низком уровне и составляет по�рядка 3 – 5% (наиболее активные и регуляр�но работающие пользователи). Кстати, при�близительно на таком же уровне находитсяпока и мобильная связь. К тому же этим ус�пехам страна обязана крупнейшим городам,прежде всего Москве. Посему наиболее про�даваемыми в России остаются услуги теле�фонии, а наиболее уверенно чувствуют себяоператоры, занимающиеся активным осво�ением телефонной номерной емкости. По�

скольку до насыщения рынка далеко, степеньрезервирования действующих линий связиочень мала, а потребность в развитии инфра�структуры исключительно высока, то на фоненаблюдаемой на мировом телекоммуника�ционном рынке рецессии и жесточайшегоспада Россия выглядит чуть ли не инвести�ционным раем. Внутренний телекоммуника�ционный рынок растет, демонстрируя приэтом большое количество свободных «ниш».В своих позитивных оценках будущего рос�сийских телекоммуникаций эксперты едино�душны настолько же, насколько пессимистич�ны в оценках мирового телекоммуникацион�ного рынка. По мнению специалистов The Boston Consulting Group, в ближайшие три го�да объем российского рынка будет увеличи�ваться примерно на 15% ежегодно, что вышепредполагаемых темпов роста ВВП. В 2000 г.он составлял примерно $4,6 млрд. (1,8% ВВП– 250 млрд.), а в 2001 г., по самым консерва�тивным оценкам, его доля поднялась до 1,9%($5,4 и 290 млрд. соответственно). Согласнотем же прогнозам в 2004 г. рынок связи в на�шей стране вырастет до $8 млрд., что соот�ветствует 2,05% ВВП ($390 млрд.). В каче�стве ключевых факторов роста называютсяобщее улучшение экономической ситуации,укрепление рубля, проникновение мобильнойсвязи в регионы и осуществление реструкту�ризации тарифов местной связи. Поэтому ин�терес к данному сегменту рынка со стороныпотенциальных инвесторов весьма высок. Переход к информационному обществу и раз�витие волоконно�оптических сетей связи –это объективные процессы, столь же неиз�бежные для России, как и для Японии, СШАили Китая. В отсутствие ясной, долгосроч�ной экономически обоснованной программыразвития информационной инфраструктурыи ее станового хребта – волоконно�оптичес�кой сети общенационального масштаба, сти�хийные переходные процессы неизбежноприведут к кризисным явлениям и болезнен�ным экономическим последствиям. ОпытЯпонии показывает, что разумными мерамигосударственного регулирования можнопредотвратить кризисные явления в эко�номике. Конечно, этот опыт нам не очень по�лезен в силу огромного различия в экономи�ческих, географических и других условиях.Скорее, следует учитывать положительныйопыт Китая. Какое влияние «кризис» в телекоммуника�ционной отрасли «западных» стран окажетна ситуацию в России? Как единодушно от�мечают практически все специалисты, кри�зисные явления не оказывают негативноговлияния на экономическую ситуацию в на�шей стране. Наоборот, резкое снижениецен на основные компоненты и системысвязи является для нас благоприятнымфактором.Сегодня в России внешнеэкономические ивнутриэкономические условия благоприят�ствуют развитию волоконно�оптической сетисвязи. В какой�то мере они напоминают усло�вия на Западе перед телекоммуникационным

бумом, сменившимся затем кризисом. Учиты�вая этот опыт, ожидать быстрой экономиче�ской отдачи от внедрения сети не следует.Отдача появится от внедрения новых видовинформационных услуг, развития информа�ционно�емких технологий, развития Интерне�та, внедрения системы дистанционного об�учения, виртуальных конференций, удаленно�го доступа к базам данных и знаний, от соз�дания виртуальных приемных в органах упра�вления, одним словом, от роста потребностив информации. Экономическая ситуация складывается такимобразом, что неизбежно делает наше тесноепартнерство с передовыми в техническом от�ношении странами еще более тесным. Помо�гая преодолеть кризис на Западе, Россия мо�жет и должна заложить основу для своегобыстрого технического и технологическоговозрождения и развития. Объективные усло�вия для этого сложились самые благоприят�ные.

ВыводыВ наиболее благоприятных условиях сегодняв России оказались операторы дальней и ме�стной связи. Цены на все волоконно�оптиче�ские компоненты и системы передачи инфор�мации упали до предельно низкого значения.Производители заинтересованы в выходе нанаш рынок, что позволяет заключать выгод�ные партнерские соглашения на длительныйпериод времени. И этой уникальной ситуаци�ей обязательно надо воспользоваться, таккак сложившиеся условия не вечны. Такимобразом, на ближайшее время в России мож�но прогнозировать оживление деловой актив�ности в отрасли связи, быстрое развитие ин�фраструктуры национальной сети. Эти тенденции должны укрепить российскихпроизводителей оптического кабеля, а такжемогут способствовать возрождению и укре�плению отечественного производителя си�стем связи. Экономическая ситуация в этойобласти неоднозначна: с одной стороны, ожи�дается высокий спрос на производимую про�дукцию и сложилась благоприятная обстанов�ка с ценами на компоненты, с другой стороны –усиливается ценовое давление со сторонызарубежных конкурентов и остается недове�рие российских потребителей к продукцииотечественного производства. Следует иметьв виду, что нашему производителю в силусложившейся ситуации можно ориентировать�ся только на российский внутренний рынок.По нашему мнению, необходимы срочная го�сударственная помощь российским произво�дителям систем связи и возрождение науч�ных исследований в этой области. В сходной ситуации находятся российскиепроизводители компонент, которым такженужна поддержка на государственномуровне.В целом, необходима комплексная государ�ственная программа возрождения отраслисвязи в России как самостоятельной отрасли,опирающейся на отечественную науку и про�изводство.

ЭкономикаЭкономика


ВведениеХорошо известно, что через каждые 50 –100 км волоконно�оптического тракта про�исходит ослабление оптического сигнала на10 – 20 дБ, что требует его восстановления.До начала 90�х г. в действующих линияхсвязи единственным способом компенсациипотерь в линии было применение регенера�торов. Регенератор – это сложное устрой�ство, включающее в себя как электронные,так и оптические компоненты. Регенераторпреобразует световой сигнал в электриче�ский, распознает его и производит элек�тронное восстановление первоначальнойформы сигнала, а затем вновь излучает оп�тический сигнал, передаваемый дальше поволокну. Пропускная способность сети илилинии дальней связи с регенераторамиограничена возможностями электроники(на сегодняшний день предельная ско�рость обработки сигналов для электрони�ки порядка 40 Гбит/с, а в 1986 г. она непревышала 1 Гбит/с).Интенсивные исследования несколькихгрупп ученых в 1985 – 1990 годах, каскадоткрытий и изобретений привели, в конеч�ном счете к появлению технически совер�шенных промышленных эрбиевых усилите�лей (Erbium�Doped Fiber Amplifier – EDFA).Усилители на волоконном световоде, леги�рованном ионами эрбия (Er�doped fiber),обладают сочетанием уникальных свойств,обеспечившим им быстрое внедрение в си�стемы дальней связи. Среди этих свойствследующие:➊ Возможность одновременного усиления

сигналов с различными длинами волн.➋ Непосредственное усиление оптических

сигналов, без их преобразования в элек�трические сигналы и обратно.

➌ Практически точное соответствие рабоче�го диапазона эрбиевых усилителей обла�сти минимальных оптических потерь све�товодов на основе кварцевого стекла.

➍ Низкий уровень шума и простота включе�ния в волоконно�оптическую систему пе�редачи.

Преимущества оптических усилителей надрегенераторами были очевидными и до их

практической реализации. Поэтому первоеже сообщение (1987 г.) об успешных экспе�риментах научной группы из УниверситетаСаутгемптона (Великобритания) под руко�водством Д. Пэйна (D. Payne) по усилениюсвета в волоконном световоде, легирован�ном ионами эрбия, привлекло пристальноевнимание ученых и разработчиков [1]. За короткое время были проведены экспе�риментальные и теоретические исследова�ния, подтвердившие практическую возмож�ность создания компактного, обладающегохорошими характеристиками чисто оптиче�ского усилителя [2�4]. В 1990 г. были прове�дены крупные конференции, посвященныеисключительно эрбиевым усилителям и ихкомпонентам; на эту тему было опубликова�но множество статей и уже в 1992 г. на рын�ке появились готовые для применения мо�дули таких усилителей. Существенныйвклад наряду с группой из Саутгемптонавнесла научная группа под руководствомЭммануила Десурвира (Emmanuel Desurvire)из лаборатории Bell (США). В нашей странеработы в этом направлении велись под ру�

ководством Е.М. Дианова в отделе воло�конной оптики Института общей физикиАН СССР (в настоящее время Научныйцентр волоконной оптики при ИОФ им.А.М. Прохорова РАН). Разработка и применение эрбиевых воло�конных усилителей привели к революцион�ным изменениям в линиях дальней связи иобеспечили внедрение технологии спек�трального уплотнения DWDM. Быстрый ростинформационной емкости волоконно�опти�ческих линий связи, основанных на новыхтехнологиях, способствовал возникновениютелекоммуникационного бума и росту инве�стиций в эту область в конце 90�х.

Принцип работыэрбиевого усилителяПринцип работы усилителей EDFA основанна явлении усиления света при вынужден�ном излучении (Light Amplification by Stimula�ted Emission of Radiation). Это то же самоеявление, которое обеспечивает возникнове�ние генерации в лазерах и, собственно го�воря, дало им название (слово LASER это и

WDM и оптические сети связиWDM и оптические сети связи

Эрбиевыеволоконно�оптические

усилители

Рис.1. Упрощенная схема уровней энергии ионов эрбия (Er3+) в кварцевом стекле

А.С. Курков, д.ф.м.н., с.н.с. НЦВО при ИОФ РАН, [email protected]О.Е. Наний, д.ф.м.н., главный редактор журнала Lightwave RE,

editor@lightwave�russia.com


есть аббревиатура вышеприведенной фра�зы). Возможность усиления света в светово�дах, легированных ионами эрбия, обусла�вливается схемой уровней энергии данногоредкоземельного элемента, представленнойв упрощенном виде на рис.1.Усиление света в эрбиевом усилителе про�исходит благодаря переходу между уровня�ми 2�1 (4I13/2�4I15/2). Каждый из этих уров�ней расщеплен на ряд подуровней из�завзаимодействия ионов эрбия с внутрикри�сталлическим полем кварцевого стекла(эффект Штарка). Под действием накачкиза счет поглощения фотонов накачки ионыэрбия переходят из основного состояния(уровень 1) в верхнее возбужденное со�стояние (уровень 3), которое является ко�роткоживущим (время жизни τ3=1 мкс), и засчет процессов релаксации переходят вдолгоживущее состояние (на метастабиль�ный уровень 2 энергии). Термин метаста�бильный означает, что время пребыванияиона эрбия на этом уровне энергии (еготакже называют временем жизни) относи�тельно велико (τ2=10 мс, т.е τ2=10 000τ3).Поэтому число ионов, находящихся науровне 2, при соответствующей мощностинакачки может превышать число ионов науровне 1. Уровень 1 называется основнымсостоянием, т.к. в отсутствие накачки прак�тически все ионы эрбия находятся на этомэнергетическом уровне. Доля частиц, нахо�дящихся на остальных уровнях, в отсут�ствие накачки мала.

Число ионов в единице объема, находя�щихся на некотором уровне энергии, на�зывается населенностью этого уровняэнергии. В нормальных условиях, т.е. вотсутствие накачки, населенность ос�новного уровня энергии вещества мак�симальна, населенности всех остальныхуровней энергии быстро уменьшаются сувеличением энергии уровня. Состояниесреды, при котором населенность неко�торого более высокого уровня энергиииона превышает населенность некото�рого нижележащего уровня, являетсяочень необычным и получило названиесостояния с инверсией населенностейуровней, или, более коротко, инверсиейнаселенности.

Если в среду с инверсией населенности по�падает излучение с энергией фотона, сов�падающей с энергией перехода из метаста�бильного состояния в основное, то с боль�шой вероятностью происходит переход ионас метастабильного уровня 2 на основнойуровень 1 с одновременным рождениемеще одного фотона. Увеличение числа фо�тонов при их взаимодействии с ионами эр�бия означает, что происходит усиление све�та, распространяющегося в среде с инвер�сией населенности.Отметим, что длина волны и спектр усиле�ния жестко определены типом активных ионов. Тот факт, что спектр усиления волок�

на, легированного ионами эрбия, совпадаетс областью минимальных потерь кварцево�го оптического волокна, является удачнымсовпадением.Не все ионы эрбия находятся в метастабиль�ном состоянии и обеспечивают усиление.Часть ионов находится на уровне 1 и эти ионы, взаимодействуя с фотонами, энергиякоторых совпадает с энергией перехода, эф�фективно их поглощают, переходя на уро�вень 2. При этом спектр усиления ионов эр�бия практически совпадает со спектром по�глощения. Если количество ионов, находя�щихся на уровне 2, меньше числа ионов, на�ходящихся на основном уровне 1, то наблю�дается поглощение. Именно поэтому необхо�димым условием усиления света являетсясоздание инверсии населенностей междудвумя рабочими уровнями энергии 2 и 1.Для создания инверсии населенностей в эр�биевом усилителе необходимо перевестипримерно половину ионов эрбия на метаста�бильный уровень 2. Мощность накачки опти�ческого усилителя, при которой населен�ность уровней 1 и 2 равны, называется по�роговой мощностью. При мощности накачки ниже пороговой на�блюдается не усиление, а поглощение све�тового сигнала. На рис.2 представленыспектры поглощения/усиления при различ�ных значениях относительной населенностиуровня 2, определяемой уровнем мощностинакачки. Нижняя кривая, наблюдающаяся вотсутствии накачки (все частицы находятсяв основном состоянии, населенность уровня2 равно 0%), соответствует «отрицательно�му усилению», т.е. поглощению во всем ра�бочем спектральном диапазоне.По мере увеличения мощности накачки всебольшее число активных ионов переходит ввозбужденное состояние. Это приводит, каквидно из рис.2, сначала к уменьшению ко�

эффициента поглощения, а затем к усиле�нию света. Отметим также, что спектр уси�ления несколько сдвинут в длинноволновуюобласть относительно спектра поглощения.Следовательно, для усиления в длинновол�новой части спектра требуется меньшеезначение инверсии. Использование трехуровневой схемы накач�ки приводит к появлению следующих важ�ных свойств эрбиевого усилителя:● Наличию пороговой мощности накачки,

при которой происходит «просветление»активного волоконного световода, т.е.достигаются нулевые потери. При превы�шении пороговой мощности накачкиначинается усиление сигнала. В зависи�мости от структуры активного волоконно�го световода, концентрации легирующейпримеси и длины волны накачки величи�на пороговой мощности составляет от до�лей до нескольких единиц мВт.

● Необходимости выбора оптимальной дли�ны эрбиевого волокна, то есть длины, прикоторой достигается максимальное уси�ление при заданной концентрации ионовэрбия. При длине волокна больше опти�мальной в дальних участках волокна бу�дет наблюдаться поглощение сигнала, апри использовании эрбиевого волокна не�достаточной длины излучение накачки ис�пользуется неполностью. Оптимальнаядлина эрбиевого волокна, вообще говоря,зависит от частоты усиливаемого сигна�ла. Чем меньше частота сигнала, тем бо�лее длинный отрезок эрбиевого волокнасоответствует максимальному усилению.

При отсутствии усиливаемого сигнала ионыэрбия переходят в основное состояниесамопроизвольно, излучая фотоны с энер�гией, соответствующей данному переходу.То есть появляется спонтанное излучение.


Рис.2. Спектральная зависимость усиления/поглощения эрбиевого волокна при разных значениях от�носительной населенности метастабильного уровня энергии. Нижняя (черная) кривая – насе�ленность 0%, верхняя кривая – населенность 100%. Кривые проведены для населенностей, из�меняющихся с шагом 10%


Следует подчеркнуть, что и в рабочем ре�жиме при наличии усиливаемого сигналачасть возбужденных ионов переходит в ос�новное состояние спонтанно, при этом спон�танное излучение также усиливается, при�водя к появлению усиленного спонтанногоизлучения. Усиленное спонтанное излуче�ние является основным источником шумов,а также ограничивает коэффициент усиле�ния, особенно в случае слабого сигнала.

Оптическая схема эрбиевоговолоконного усилителяУпрощенная схема эрбиевого волоконногоусилителя представлена на рис.3.Оптическая накачка, необходимая для пе�ревода ионов эрбия в возбужденное состоя�ние, осуществляется на длинах волн, соот�ветствующих одной из их полос поглоще�ния. В табл.1 приведены значения эффек�тивностей использования накачки, опреде�ляемой максимальным значением отноше�ния коэффициента усиления к мощностинакачки, для нескольких полос поглощения.Источники накачки видимого диапазона наоснове твердотельных и газовых лазеровиспользовались на начальном этапе иссле�дований эрбиевых волоконных усилителей,пока не были разработаны необходимые по�лупроводниковые источники. Наибольшаяэффективность использования накачки до�стигается на длинах волн 980 и 1480 мкм.Отметим, что именно этот факт дал мощ�ный толчок развитию полупроводниковойтехники высоких мощностей. Если в первыхэкспериментах по усилению сигнала ис�пользовались полупроводниковые лазеры смаксимальной мощностью 20 – 30 мВт, то внастоящее время разработаны устройстванакачки с мощностью в несколько сотен мВт,введенной в одномодовое волокно. Боль�шая мощность накачки требуется, напри�мер, для обеспечения высокого коэффици�ента усиления одновременно большого чи�сла информационных каналов в системахсо спектральным уплотнением (DWDM).Для объединения входного оптического сиг�нала и излучения накачки используютсямультиплексоры. Необходимыми элементамиоптических усилителей являются оптическиеизоляторы – устройства, пропускающие све�товые сигналы только в одном направле�нии. Оптические изоляторы на входе и вы�ходе усилителя применяются для того, что�бы предотвратить проникновение в усили�тель паразитных отраженных от неоднород�ностей линии связи сигналов. Отраженные

сигналы, усиленные в эрбиевом волокне,являются источником шумов, ухудшающихработу усилителя.Собственно усилительной средой усилителяявляется эрбиевое волокно – волоконныйсветовод с примесями ионов эрбия. Изгота�вливаются такие световоды теми же метода�ми, что и световоды для передачи информа�ции, с добавлением промежуточной опера�ции пропитки не проплавленного материаласердцевины раствором солей эрбия либооперации легирования ионами эрбия из га�зовой фазы непосредственно в процессе ос�

аждения сердцевины. Волноводные параме�тры эрбиевого волоконного световода дела�ют сходными с параметрами световодов, ис�пользуемых для передачи информации, вцелях уменьшения потерь на соединения.

Принципиальным является выбор легирую�щих добавок, формирующих сердцевину ак�тивного световода, а также подбор концен�трации ионов эрбия. Различные добавки вкварцевое стекло изменяют характер штар�ковского расщепления уровней энергии ио�нов эрбия (рис.1). В свою очередь это приво�дит к изменению спектров поглощения и из�лучения. На рис. 4. представлены спектрыизлучения ионов эрбия в кварцевом стекле,легированном наиболее часто применяемы�ми в технологии волоконных световодов до�бавками. Из представленных данных видно,что наиболее широкий спектр излучения (азначит, и спектр усиления), составляющийоколо 40 нм по полувысоте, достигается прииспользовании в качестве добавки алюми�ния. Поэтому этот элемент стал необходи�мой составляющей материала сердцевиныэрбиевых волоконных световодов.Концентрация ионов эрбия в сердцевине оп�тического волокна фактически определяетего длину, используемую в усилителе призаданных уровнях сигнала и накачки. Верх�ний предел концентрации активных ионовопределяется возникновением эффекта ко�оперативной апконверсии. Это явление со�стоит в том, что при большой концентрацииактивных ионов возможно образование кла�стеров, состоящих из двух и более ионовэрбия. Когда эти ионы оказываются в воз�бужденном состоянии, происходит обменэнергиями, в результате чего один из нихпереходит в состояние с еще более высокойэнергией, а второй – безызлучательно ре�лаксирует на основной уровень. Таким об�разом, часть ионов эрбия поглощает излу�чение усиленного сигнала, снижая эффек�тивность усилителя.


Длина волны Максимальная эффективность накачки, нм накачки, дБ/мВт

980 111480 6.3664 3.8532 2.0827 1.3

Таблица 1. Эффективность использова�ния накачки [5]

Рис.4. Спектры излучения ионов эрбия в кварцевом стекле с различными добавками

Рис.3. Упрощенная схема эрбиевого волоконного усилителя


Нижний предел по концентрации ионов эр�бия определяется тем, что слишком длин�ный активный световод неудобен при изго�товлении усилителя, а также тем, что прииспользовании большого количества актив�ного световода повышается стоимость уси�лителя. На практике концентрация ионов эр�бия составляет 1018 – 1019 см�3, что обеспе�чивает длину используемого активного све�товода от нескольких единиц до несколькихдесятков метров.Изображенная на рис.3 схема усилителяпредставляет собой вариант схемы с попут�ной накачкой, когда сигнал и излучение на�качки распространяются в одном и том женаправлении. Возможным является вариантсо встречной накачкой, а также применениенакачки в двух направлениях. Двунапра�вленная накачка позволяет использоватьдва источника накачки, повышая суммар�ную мощность накачки.

Основные параметры волоконных усилителейДля практического использования в систе�мах волоконно�оптической связи наиболь�шее значение имеют следующие параметрыэрбиевых усилителей:● коэффициент усиления;● выходная мощность сигнала;● шум�фактор и мощность усиленного

спонтанного излучения; ● спектральная ширина и равномерность

полосы усиления.Рассмотрим их более подробно.Коэффициент усиленияКоэффициент усиления G определяется какотношение мощности Pout сигнала на выхо�де оптического усилителя к мощности Pinсигнала на его входе с учетом дополнитель�ных потерь на мультиплексоре и в оптическом изолятореG = Pout /Pin.В технических спецификациях коэффициентусиления выражают в децибелахg[дБ]=10lgG.Если мощность входного и выходного сигна�лов также выражена в логарифмическихединицах (дБм), то коэффициент усиленияравен разности мощностей выходного ивходного сигналов:g[дБ] = pout [дБ] – pin [дБ].При оптимизированных параметрах актив�ного волоконного световода коэффициентусиления определяется мощностями накач�ки Pp и входного сигнала Pin. Коэффициентусиления слабого сигнала, влиянием кото�рого на величину населенностей уровнейэнергии ионов эрбия можно пренебречь,называется ненасыщенным коэффициен�том усиления. Ненасыщенный коэффици�ент усиления увеличивается при увеличе�нии мощности накачки и длины эрбиевоговолокна. В то же время неограниченномувозрастанию коэффициента усиления пре�пятствуют самонасыщение усилителя уси�ленным спонтанным излучением и возни�кновение паразитной лазерной генерации.

В лабораторных условиях достигнуто уси�ление 50 дБ. В серийных эрбиевых усили�телях типичные значения коэффициентаусиления слабого сигнала находятся в ра�йоне 30 дБ. Увеличение мощности входно�го сигнала уменьшает населенность мета�стабильного лазерного уровня 2 и, тем са�мым, снижает коэффициент усиления(рис.2). Для оценки эффекта насыщения в эрбие�вых усилителях часто используется значе�ние выходной насыщающей мощности PSoutили входной насыщающей мощности PSout.Выходная насыщающая мощность PSoutопределяется как значение мощности сиг�нала на выходе, при которой насыщенныйкоэффициент усиления GS в два раза мень�ше коэффициента усиления при маломвходном сигнале G (при этом gS [дБ]= (g–3)[дБ]).Аналогично определяется входная насы�щающая мощность PSin.Выходная мощность сигнала и энергети�ческая эффективность накачкиОдно из применений оптических усилителейв системах связи – усиление мощности сиг�налов, вводимых в волоконно�оптическуюлинию связи. Выходная мощность сигналаопределяет рассстояние до следующегоусилителя. Поэтому важными параметрамиэрбиевых усилителей, работающих в каче�стве усилителей мощности, являются вы�ходная мощность Pout и энергетическая эф�фективность PCE накачки. Энергетическаяэффективность определяется отношениемизменения мощности сигнала к мощностинакачки

Pout – PinPCE= ———————.

Pp

Для того чтобы обеспечить высокую энерге�тическую эффективность, необходимо, что�бы практически все фотоны накачки переда�вали свою энергию фотонам сигнала. Отно�шение числа фотонов сигнала NFS, появив�шихся в процессе усиления сигнала, к числуNFP поглощенных фотонов накачки называ�ется квантовой эффективностью накачкиQE=NFS / NFp. Так как энергия фотона вы�ходного излучения меньше энергии фотонанакачки, то энергетическая эффективностьменьше квантовой и зависит от соотноше�ния длин волн накачки λp и сигнала λS:

λpPCE= ————QE.

λS

Следовательно, для получения максималь�ной энергетической эффективности перс�пективнее использовать накачку на длиневолны 1480 нм, а не на длине волны 980 нм.В настоящее время при накачке на длиневолны 1480 нм достигнута энергетическаяэффективность 86%, при квантовой эффек�тивности 91%. Накачка на длине волны 980 нм позволяет получить энергетическуюэффективность 55% при квантовой эффек�тивности 86%.

Большая энергетическая эффективностьпозволяет использовать для накачки ис�точники излучения меньшей мощности, аследовательно, более дешевые. Эта ха�рактеристика особенно важна в системахсо спектральным уплотнением, где тре�буется усиливать одновременно большоеколичество сигналов большой суммар�ной мощности.Для достижения уровней выходной мощ�ности в сотни мВт и выше разработаныспециальные волоконные световоды сдвойной оболочкой и схемы накачки та�ких световодов. Усилители на основе эр�биевых волоконных световодов с двой�ной оболочкой обеспечивают получениевыходного излучения мощностью более1,5 Вт (33 дБ).Таким образом, для получения максималь�ной энергетической эффективности для на�качки эрбиевого усилителя целесообразноиспользовать излучение на длине волны1480 нм, в то же время накачка на длиневолны 980 нм обеспечивает меньшее значе�ние шума усиленного спонтанного излуче�ния (будет показано ниже).Шум�факторОсновным источником шума в усилителе наволокне, легированном эрбием, являетсясамопроизвольное (спонтанное) излучениепри переходе иона эрбия с метастабильногоуровня энергии 2 на основной уровень 1(рис.1). Это спонтанное излучение усилива�ется и повторно поглощается по всей длинеусилителя приблизительно так же, как сла�бый сигнал, распространяющийся по усили�телю. Именно этим объясняется отличиемежду формами спектра усиленного спон�танного излучения (ASE) и спектра неуси�ленного спонтанного излучения (SE). Усиленное спонтанное излучение при рас�пространении по волоконно�оптической ли�нии поглощается и усиливается так же, каки сам информационный сигнал. Увеличениемощности ASE приводит к увеличению шумафотоприемника, который является источни�ком ошибок в цифровых системах связи. По�луклассическая теория дает следующее вы�ражение для среднеквадратичного отклоне�ния фототока от среднего значения [5]:σeN = σshot+σs�ASE+σASE�ASE+σth.Первый член σshot приведенного выражениясоответствует флуктуациям фототока, вы�званным шумом Шоттки (его еще называютдробовым шумом), происхождение которогосвязано с квантовой природой света. Вто�рой член σs�ASE – это флуктуации фототока,вызванные биениями между сигналом иусиленным спонтанным излучением. Третийчлен σASE�ASE связан с биениями между раз�личными спектральными компонентами уси�ленного спонтанного излучения, и послед�ний член σth определяет тепловые флуктуа�ции тока фотоприемника. Качество приня�того системой передачи информации ци�фрового сигнала определяется величинойотношения мощности принятого электриче�ского сигнала к мощности шума. Эта вели�



чина, кратко называемая электрическим от�ношением сигнал/шум (SNRe), равна отно�шению квадрата фототока, создаваемогосигналом, к среднеквадратичному отклоне�нию фототока

Is2

SNRe= —————.σ 2

eN

Величина электрического отношения сиг�нал/шум зависит от характеристик фотопри�емника и поэтому не может непосредствен�но характеризовать качество оптическогоинформационного сигнала. Поэтому для ха�рактеристики оптического сигнала вводитсяпонятие оптического отношения сигнал/шумOSNR. Оптическое отношение сигнал/шумOSNR в оптической спектральной полосе Boчисленно равно электрическому отношениюсигнал/шум SNRe в идеальном фотоприем�нике с электрической спектральной полосойBe = Bo. Идеальным называется фотоприем�ник, в котором отсутствуют тепловые шумыи квантовая эффективность которого равна100%. Для характеристики качества оптическогоусилителя вводится параметр Nf, получив�ший название шум�фактор. Величина шум�фактора является мерой ухудшения отно�шения сигнал/шум входного когерентногосигнала OSNRINCOG при прохождении черезоптический усилитель

OSNRINCOGNf = ————————.

OSNROUT

Следует обратить внимание на тот факт,что шум�фактор определяет ухудшение иде�ального когерентного сигнала. При приемеидеального оптического сигнала в фототокеотсутствуют флуктуации фототока σs�ASE иσASE�ASE , связанные с усиленным спонтан�ным излучением. Поэтому выражение дляоптического отношения сигнал/шум входно�го сигнала имеет вид (шумом Шоттки пре�небрегают, считая фотоприемник идеаль�ным):

Is2 Ps

OSNRINCOG = ————= —————σ 2

shot 2hvsBo

Оптическое отношение сигнал/шум выход�ного сигнала имеет вид:

(GIs)2

OSNROUT = —————————————σ 2shot+σ 2s�ASE+σ 2ASE�ASE

В приближении слабых шумов биениямиспектральных компонент усиленного спон�танного излучения можно пренебречь, тогда

GPsOSNROUT = ———————————————,

2hvsBo+4(G – 1)hvsBonsp

где G – коэффициент усиления, nsp – фак�тор спонтанного излучения, зависящий отсредних населенностей рабочих уровней.Величина фактора спонтанного излученияопределяет относительные вероятностиспонтанного и вынужденного излучения фо�тона. Поскольку вероятность спонтанногоизлучения определяется средней населен�

ностью N–

2 метастабильного уровня энергии2, а вероятность вынужденного переходаразностью населенностей (N

–2 – N

–1) уровней

2 и 1 (рис.1), тоσa(λS)

nsp � N–

2 /(N–

2 – ————— N–

1),σe(λS)

где σa(λS) и σe(λS) – сечения поглощения иизлучения ионов эрбия на длине волны сиг�нала.Из полученных выражений для отношениясигнал/шум входного и выходного сигналовполучаем значение шум�фактора эрбиевогоусилителя

1Nf = ——[1+2nsp(G – 1)].

G

Минимальное значение фактора спонтанно�го излучения nsp = 1 достигается при полнойинверсии населенностей рабочего перехода(N–

1=0). В этом случае в усилителях с боль�шим усилением Nf = 2 (шум�фактор в лога�рифмических единицах равен 3 дБ). Значе�ние шум�фактора 3 дБ является минималь�но возможным для усилителей любого типас большим усилением. Типичные значенияшум�фактора серийных эрбиевых усилите�лей составляют 5 дБ.Если во входном сигнале присутствует«классический» шум, например усиленноеспонтанное излучение от предыдущего уси�лителя, то ухудшение отношения сиг�нал/шум будет меньше значения шум�фак�тора:

OSNRIN1< ———————� Nf.

OSNROUTПоскольку коэффициент шума при большомусилении зависит только от соотношения на�селенностей метастабильно уровня 2 и ос�новного уровня 1

σa(λS)Nf � 2nsp � N

–2 /(N

–2 – ———— N

–1),

σe(λS)обеспечить минимальное значение шумаможно с использованием накачки большоймощности на длине волны 980 нм, работаю�

щей по трехуровневой схеме. В этом случаетеоретически населенность основного уровня1 может быть снижена практически до нуля. Излучение накачка на длине волны 1480 нмсамо эффективно взаимодействует с ионовэрбия, находящимися на метастабильномуровне энергии 2, а это приводит к тому,что населенность уровня 1 не может бытьснижена до нуля. Поэтому уровень шумапри использовании накачки на длине волны1480 нм выше, чем при использовании на�качки на длине волны 980 нм. При накачкево встречном по отношению к сигналу на�правлении шум�фактор также несколько вы�ше, чем при сонаправленной накачке, по�скольку очень важно обеспечить большуюнаселенность метастабильного уровня 2 ималую населенность уровня 1 там, где сиг�нал слабый.На рис. 5 представлены спектральные зави�симости шум�фактора при двух значенияхвходного сигнала – �30 дБм и �0,5 дБм. Вид�но, что данная величина не превышаетуровня 5 дБ в диапазоне 60 нм.Ширина и равномерность полосыусиленияШирину полосы усиления можно определятьразными способами. В любом случае этотпараметр должен давать информацию отом, что в определенном диапазоне длинволн значение усиления не ниже некоторогограничного уровня. Как правило, этот уро�вень составляет �3 дБ от максимальногозначения коэффициента усиления. Для мно�

гоканальных волоконно�оптических системсо спектральным мультиплексированиемэтот параметр является принципиальным.Поскольку в настоящее время число кана�лов достигает 100 и практически трудно ре�ализовать разделение отдельных спек�тральных каналов с интервалами менее чем0,4 нм (100 ГГц), то ширина спектра усили�ваемого излучения может превышать 40 нм.В этих условиях ширина полосы усиленияначинает оказывать определяющее влияниена число спектральных каналов, используе�мых для передачи информации, а значит, и


Рис.5. Спектральные зависимости коэффициентов шума и усиления эрбиевого усилителя для двухзначений входного сигнала


на общую информационную пропускнуюспособность волокна.Вообще говоря, ширина полосы усиленияопределяется спектром излучения ионов эр�бия в материале сердцевины оптическоговолокна. Определяющее влияние материа�ла сердцевины волокна на спектр излуче�ния связан с тем, что ионы эрбия окруженымолекулами этого материала. Под действи�ем молекул окружения уровни энергии ионов эрбия расщепляются на подуровни(рис.1). Величина расщепления и определя�ет ширину полосы излучения. Чем шире по�лоса излучения, тем более широкого спектра усиления можно добиться при кон�струировании усилителя. Наиболее широ�ким спектром излучения обладают ионы эр�бия в алюмосиликатном стекле (рис.4).Спектры усиления типичного эрбиевого уси�лителя на алюмосиликатном стекле придвух значениях мощности входного сигналапредставлены на рис.5.Увеличивая длину активного волокна,удается получать достаточно большой ко�эффициент усиления вплоть до длины вол�ны 1560 нм, при превышении которой уси�ление резко спадает. Таким образом, шири�на полосы усиления для традиционной кон�фигурации усилителя составляет примерно30 нм (1530 – 1560 нм). Эта полоса усиле�ния имеет название стандартного диапазо�на (conventional band), или C�диапазона. Каквидно из рис.4, интенсивность люминесцен�ции имеет заметное значение вплоть до1600 нм. При этом поглощение в области1560 – 1600 нм падает очень быстро, что по�зволяет использовать и этот диапазон дляусиления световых сигналов. Таким обра�зом, оказывается возможным усиление втак называемом длинноволновом диапазоне(long wavelength band) или L�диапазоне, еслииспользовать длинное эрбиевое волокно.Следует отметить, что при такой конструк�ции усилителя активная среда оказываетсяне полностью инвертированной, и для опти�ческих сигналов в C�диапазона такоеустройство работает как поглотитель. Поэто�му перед усилением оптические сигналы

разделяются по диапазонам C и L, и длякаждого используется свой усилитель. Спек�тральные характеристики усиления в обоихдиапазонах представлены на рис.6.Дальнейшее расширение рабочего спек�трального диапазона эрбиевых усилителейсвязано с использованием области 1480 –1530 нм, или S�диапазона (short wavelengthband – коротковолновый диапазон). Интен�сивность люминесценции ионов эрбия вэтой области не меньше, чем в L�диапазо�не, однако существенным является сильноепоглощение сигнала. Эта проблема решает�ся использованием более мощных источни�ков накачки по сравнению с другими усили�телями. Вторая проблема выглядит болеесерьезной и связана она с сильной конку�ренцией между усилением сигнала в S�ди�апазоне и спонтанным излучением в С�ди�апазоне, для которого условия усиления яв�ляются более благоприятными. В последнеевремя опубликованы несколько работ, в ко�торых показана возможность усиления вS�диапазоне при использовании фильтровили введении изгибных потерь в диапазоне1530 – 1560 нм для подавления усиленногоспонтанного излучения.Другое направление исследований в обла�сти расширения полосы усиления эрбиевыхусилителей связано с поиском материаласердцевины волокна, позволяющего расши�рить спектр люминесценции. Так, в послед�нее время появился значительный интерес кэрбиевым волокнам на основе теллуритногостекла. Однако усилители на основе теллу�ритного волокна пока находятся на стадиилабораторных исследований.Важной характеристикой усилителя в систе�мах связи со спектральным разделениемканалов (WDM) является равномерностькоэффициента усиления в пределах рабоче�го спектрального диапазона. Как видно изрис.5 неравномерность коэффициента уси�ления слабого сигнала может превышать10 дБ в пределах одной спектральной поло�сы. В рабочих условиях неравномерностькоэффициента усиления уменьшается из�заповышения суммарной мощности оптиче�

ского сигнала. Тем не менее при прохожде�нии в длинной линии через ряд усилителейсуммарная неоднородность усиления можетпривести к потере информации в каналах сменьшим усилением. Таким образом, акту�альным является сглаживание спектра уси�ления. Для этого в схему усилителя обычновводятся спектрально селективные погло�щающие фильтры на основе как световод�ных, так и объемных элементов [6,7]. Однимиз популярных видов фильтра является фо�тоиндуцированная длиннопериодная решет�ка (LPG, long�period grating)[7]. Такие решет�ки изготавливают путем пространственнопериодического облучения сердцевины све�товода ультрафиолетовым излучением че�рез его поверхность. Решетка, период кото�рой, как правило, лежит в диапазоне 0,1 –1 мм, обеспечивает резонансное взаимо�действие фундаментальной моды с модамиоболочки. Следствием такого взаимодей�ствия являются преобразование части энер�гии основной моды волоконного световодас резонансной длиной волны в энергию обо�лочечных мод и быстрое затухание этихмод. Спектр и интенсивность поглощениязадаются периодом решетки и временемоблучения световода. Применение сглажи�вающих фильтров, изготовленных с исполь�зованием этой техники, позволяет умень�шить вариации коэффициента усиления додесятых долей дБ в пределах рабочего ди�апазона.

Литература1. Mears R.J., Reekie L., Jancie I.M., and

Payne D.N., «High�gain rare�earth doped fib�er amplifier at 1.54 mm», in Optical FiberCommunication Conference, Vol.3, 1987OSA Technical Digest Series, (Optical Socie�ty of America, Washington, DC., 1987) p.167.

2. Desurvire E.E., Simpson R.J., and Becker P.C., «High�gain Erbium doped tra�veling�wave fiber amplifier», Opt. Lett., v.12,pp.888�890, 1987.

3. Mears R.J., Reekie L., Jancie I.M., and Payne D.N., «Low noise erbium�doped fiberamplifier opersting at 1.54 mm», Elect. Lett.,v.23, pp.1026�1028, 1987.

4 .Zyskind J.L., Nagel J.A., and Kidorf H.D.,«Erbium�doped fiber amplifiers for opticalcommunications», in Optical Fiber Telecom�munications, v. IIIB, edited by I.P. Kaminovand T.L. Koch, Academic Press, San Diego,1997, pp.13�68.

5. Desurvire E. Erbium�doped fiber amplifiers.A Wiley�Interscience publication, 1994.

6. Дианов Е.М., Карпов В.И., Курков А.С.,Протопопов В.Н. «Методы сглаживанияспектра усиления эрбиевых волоконныхусилителей». Квантовая электроника,1996, т.23, сс.1059�1064.

7. Васильев С.А., Дианов Е.М., Курков А.С.,Медведков О.И., Протопопов В.Н. «Фото�индуцированные внутриволоконные ре�шетки показателя преломления для связимод сердцевина�оболочка», Квантоваяэлектроника, 1997, т. 24, сс. 151–154.


Рис.6. Спектральные характеристики двухдиапазонного усилителя


Единая сеть связи Российской Федера�ции (ЕСС России) является одной их са�мых динамично развивающихся отра�слей экономики. В настоящее время ка�бельная составляющая сети, в особен�ности магистральные и зоновые ееучастки, полностью выполнена на осно�ве оптических кабелей. Для удовлетво�рения непрерывно растущих потребно�стей в увеличении пропускной способ�ности сетей связи РФ интенсивно вне�дряются системы передачи с времен�ным уплотнением – системы синхрон�ной цифровой информации различныхиерархий скоростей – СТМ�4, СТМ�16,СТМ�64, в ближайшей перспективеСТМ�256 (40 Гбит/с), являющейся пре�дельной для электронных методов об�работки сигналов. В этих системах пе�речисленные цифровые потоки переда�ются на одной оптической несущей сопределенной длиной волны. Дальней�шее повышение скорости передачи воз�можно только с использованием чистооптических методов временного уплот�нения, обозначаемых в англоязычнойтехнической литературе аббревиатуройOTDM (Optical Time Division Multiple�xing). В настоящее время ведутся ин�тенсивные теоретические и экспери�ментальные исследования и разработкипо созданию волоконно�оптических си�стем передачи (ВОСП) с OTDM. Прошлиуспешные испытания эксперименталь�ных ВОСП с OTDM по передаче цифро�вых потоков информации со скоростью160 Гбит/с на расстояние до 300 км [1]и 1,28 Тбит/с на расстояние до 70 км[2]. Однако эти системы пока не вышлииз стадии лабораторных образцов. Аль�тернативным методом повышения про�пускной способности ВОСП являетсяпередача необходимого количества (на�пример, m) цифровых потоков инфор�мации упомянутых выше иерархий ско�

ростей на соответствующих оптическихдлинах волн (λ1…λm) по одному оптиче�скому волокну. Такой метод увеличенияпропускной способности оптическоготракта получил название «уплотнениеоптических сигналов по длинам волн» –WDM (Wavelength Division Multiplexing),при плотном размещении оптическихканалов в заданном (рабочем) диапазо�не длин волн (окно прозрачности) –DWDM (где первая D – dense (плот�ный)). В отечественной отраслевой тех�нической литературе в соответствии сРД 45.286.2003 [3] используются термин«волоконно�оптические системы пере�дачи со спектральным разделением оп�тических каналов» и аббревиатураВОСП�СР. В настоящее время ВОСП�СРполучили широкое распространение вомногих странах мира, включая Россию.Оборудование ВОСП�СР производяттакже ведущие компании мира, такие,как Nortel Networks (Канада), LucentTechnologies (США), NEC (Япония), Sie�mens и Alcatel (Германия), Huawei (Ки�тай), ИРЭ�Полюс (Россия), и некоторыедругие, а отдельные компоненты дляВОСП�СР производят более 20 компа�ний мира.Увеличение пропускной способностимагистральных и зоновых ВОСП проис�ходит благодаря широкому внедрениюоптических и квантово�электронныхтехнологий. В развитии этих технологийутвердилась устойчивая тенденция пол�ного вытеснения электронных методовобработки сигналов оптическими. Этотпроцесс получил название фотонизациисетей связи. Для оптического трактамагистральных и зоновых ВОСП�СРэтот процесс фотонизации можно счи�тать состоявшимся, поскольку на этомучастке ВОСП�СР используются полно�стью оптические компоненты: оптиче�ские волокна и ОК на их основе, опти�

ческие усилители передачи и приема,оптические промежуточные усилители,полностью оптические компенсаторыхроматической дисперсии, полностьюоптические 2R� и 3R�регенераторы.Следует отметить, что один из самыхважных компонентов оптического трак�та – оптическое волокно по такому па�раметру, как коэффициент затухания,приблизился на длине волны 1550 нм ктеоретическому пределу 0,151 дБ/км(теоретический предел 0,14 дБ/км) [4].Для уменьшения влияния оптическихнелинейных явлений, возникающих вОВ при введении в него оптическогогруппового сигнала с повышеннымуровнем мощности (+23…30 дБм), соз�даны одномодовые оптические волокнас большой эффективной площадью по�перечного сечения Аэфф = 211 мкм2 [5].Исследования в области создания ми�кроструктурированных (дырчатых) опти�ческих волокон указывают на возмож�ность снижения коэффициента потерьдо α � 0,1 дБ/км за счет уменьшениярелеевского рассеяния. Уменьшениерелеевского рассеяния в «дырчатых»волокнах обусловлено тем, что значи�тельная часть энергии оптического сиг�нала распространяется в физическихканалах, представляющих собой трубкидиаметром 1…1,5 мкм, содержащиевоздух или вакуум.Оптический тракт регенерационныхсекций магистральных ВОСП�СР боль�шой протяженности, как правило, со�держит до 7…8 оптических промежу�точных усилителей и до 9 элементар�ных кабельных участков (ЭКУ). ДлинаЭКУ LЭКУ обычно не превышает 180 –200 км. Достаточно часто возникаетнеобходимость существенного увеличе�ния LЭКУ в тех местах, где нет населен�ных пунктов и источников электриче�ского питания. Такая ситуация особенно


ЭЛЕМЕНТНАЯ ОСНОВА МАГИСТРАЛЬНЫХ ВОЛОКОННО�ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ СО СПЕКТРАЛЬНЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ КАНАЛОВ

Е.А. Заркевич,О.К. Скляров,

С.А. Устинов, ЦНИИС


характерна, например, для азиатскойчасти территории России. Существен�ное увеличение длин ЭКУ для ВОСП�СР,проходящих через такие территории,может быть достигнуто с помощью при�менения на ЭКУ рамановских оптиче�ских усилителей. Преимущество этихусилителей состоит в том, что активной(усиливающей) средой является обыч�ное рабочее волокно, по которому пере�дается информационный оптическийсигнал, т.е. часть самого оптическоготракта в виде оптического кабеля пре�вращается в распределенный оптиче�ский усилитель длиной до 50 км.Одним из основных факторов, ограни�чивающих длину регенерационной сек�ции ВОСП�СР, является увеличениедлительности информационных оптиче�ских импульсов в процессе их распро�странения в ОВ, что приводит к взаим�ному наложению информационных сим�волов и возникновению ошибок приприеме сигналов. Это увеличение дли�тельности вызвано хроматической дис�персией в оптическом волокне. Для од�новолновых ВОСП влияние хроматиче�ской дисперсии практически снимаетсяпутем ее компенсации с помощью дис�кретных компенсаторов, основанных наиспользовании сдвоенных дифракцион�ных решеток Брэгга. Основным досто�инством компенсаторов хроматическойдисперсии дискретного типа являютсямалые вносимые потери (менее 1 дБ) ималые габариты, недостаток – значи�тельная температурная зависимость па�раметров, вследствие чего такие ком�пенсаторы требуют температурной ста�билизации. Применение дискретныхкомпенсаторов хроматической диспер�сии в системах со спектральным уплот�нением нецелесообразно, поскольку вэтом случае такие компенсаторы приш�лось бы ставить для каждого спек�трального канала. Если в системе пере�даются 20 – 30 и более спектральныхсигналов, устройство компенсаторарезко усложняется, что приводит кнеобходимости дополнительного увели�чения потребляемой электрическоймощности для температурной стабили�зации, увеличению габаритов и неприемлемого повышения стоимости. В системах ВОСП�СР проблема компен�сации хроматической дисперсии реша�ется с помощью использования оптиче�ского волокна с отрицательным коэф�фициентом хроматической дисперсии.Компенсаторы, в которых используетсятакое волокно, являются распределен�ными. Их достоинства: широкополос�ность, позволяющая с помощью одногокомпенсатора осуществлять компенса�цию дисперсии во всем рабочем диапа�зоне. Кроме того, такие компенсаторыне требуют температурной стабилиза�

ции, и, следовательно, отпадаетнеобходимость в электропитании. Ос�новной недостаток распределенных во�локонных компенсаторов – большой ко�эффициент затухания компенсирующе�го волокна. Большое затухание, вноси�мое в оптический тракт компенсирую�щим волокном, нейтрализуется допол�нительным оптическим усилением. Напрактике бухта с компенсирующим во�локном располагается в оптическомпромежуточном усилителе, состоящемиз двух каскадно соединенных ВОУ�предусилителя и усилителя мощности,между которыми включена упомянутаябухта. Включение дополнительного оп�тического усилителя приводит к возра�станию мощности усиленного спонтан�ного излучения, в результате чего сни�жается отношение сигнал/шум. В ре�альных системах передачи компенси�рующее волокно распределяется на все(или часть) промежуточные усилителирегенерационной секции. Очевидно, чтоприменение дополнительных усилите�лей в промежуточных пунктах и, какследствие этого, снижение отношениясигнал/шум уменьшают энергетическийпотенциал и длину регенерационныхсекций системы ВОЛС�СР. Магистраль�ные ВОСП�СР большой протяженности,как правило, состоят из нескольких ре�генерационных секций и регенерацион�ных пунктов, в которых применяютсяоптические регенераторы. В настоящеевремя в реализованных проектахВОСП�СР используются оптические кван�тово�электронные регенераторы, в кото�рых оптический сигнал преобразовывает�ся в электронный и после соответствую�щей обработки по восстановлению формыи временных параметров цифровых сигна�лов происходит обратное их преобразова�ние в оптические цифровые сигналы. Од�нако, как уже упоминалось выше, в на�стоящее время созданы полностью опти�ческие 2R� и 3R�регенераторы без преоб�разования в электронную форму энергиисигналов [6,7]. Тем не менее эти наукоем�кие изделия высоких технологий покаимеют высокую стоимость, препятствую�щую их использованию в коммерческихВОСП�СР. Таким образом, проблема уме�ньшения влияния хроматической диспер�сии остается актуальной. Решение этойпроблемы просматривается по трем на�правлениям: разработка и снижение стои�мости оптического волокна с пониженнымкоэффициентом дисперсии и малым ко�эффициентом наклона дисперсионной ха�рактеристики (ОВ стандарта G.655 ITU�T);применение в оптическом тракте чередую�щихся участков с волокнами с положи�тельным и отрицательным коэффициен�том дисперсии в сочетании с рамановскимусилителем; использование в передающихустройствах на стороне передачи или в

регенерационных пунктах полупроводни�ковых лазеров с внешними модуляторами.Использование внешней модуляции даетвозможность ограничить ширину линииизлучения практически только спектроммодулирующего сигнала. Наибольший эф�фект это дает в системах со скоростямипередачи 622 Мбит/с или 2,5 Гбит/с.Успешная фотонизация магистральныхи зоновых сетей практически снимаетограничения по пропускной способностии дальности передачи информации наближайшие 5 – 10 лет. Эти утверждениямогут быть подтверждены тем, что до�стигнутая пропускная способность экс�периментальной ВОСП�СР 11 Тбит/с [8]далеко превосходит потребности сегод�няшних дней, а начало реализации про�екта SAT�3/WASL протяженностью 28 тыс.км [9] свидетельствует о реше�нии проблемы дальности передачи.

Литература1. Signal Channel 160 Gbit/s (40 Gbit/s

x4) 300 km – Transmission Using EAModulator based – OTDM module and40 GHz External �Cavity Mode�lockedLD. Murai, Hitoshi at al ECOC 2002,Copenhagen, Sept. 2002 SS.2.1.

2. 1,28 Tbit/s – 70 km OTDM transmissionwith a phase thirb and fourth – order si�multaneously dispersion compensationwith a phase modulator ¤¤YamamotoT., Tamura K.R. Electronics Letters –2000 V.36 – N24, p.2027 – 2028.

3. РД 45.286.2002 Аппаратура волокон�но�оптической системы передачи соспектральным разделением. Техниче�ские требования.

4. Ultra Low Loss 10,151 dB/km) Fiberand its Impact on Submarine Transmis�sion Systems. K. Nagayama, T. Saitohat al OFC 2002, USA Postdidline Pa�pers.

5. Ulyra Low Nonlinearity Pure�Silica�CoreFiber with an Effective Area of 211mm2 and Transmission Loss of 0,159dB/km. Masno Trukitani, Masahiko Mat�sui at al ECOC 2002, Copenhagen,Sept. 2002, SS.6.3.

6. Optical 3R regeneration with all�opticaltiming extraction and simultaneous wa�velength conversion using a singleElectro�Absorbtion Modulator. AwadEhab, Goldhar, Julius at al ECOC 2002,Copenhagen, Sept. 2002, SS.6.3.

7. Novel 3R Regenerator architecture withwavelength flexible output. SartoriusBernd, Slovak Juray (Germany) ECOC2002.

8. 1092 Tbit/s, 273 Channel, 40 Gbit/s perchannel spacing bandwidth efficiency50 GHz. Fucuchi R. et al NEC Corpora�tion, OFC Post diadline, OFC 2001.

9. 20000 km under the sea. Mark TelfordLIGHTWAVE EUROPE October 2002,pp. 3031.



ВведениеПреимущества передачи, использующей оп�тическое усиление сигнала и плотное вол�новое мультиплексирование DWDM, изме�нили концепции построения оптических се�тей. Менее чем за 10 последних лет ем�кость одного волокна в эксплуатируемыхсистемах возросла с 2,5 до 1600 Гбит/с, т.е.выросла почти в 1000 раз. Такому быстромупрогрессу систем связи в последние 10 летпредшествовали еще 20 лет исследованийи отработки волоконно�оптических техноло�гий в научных институтах и лабораториях.В настоящее время волоконно�оптическиелинии связи (ВОЛС) используются в сетяхпрактически всех масштабов: корпоратив�ных сетях и сетях доступа, городских и ре�гиональных сетях, междугородных и тран�сконтинентальных линиях связи. И чем боль�ше протяженность, чем выше скорость пере�дачи, тем более заметны преимущества тех�нологии ВОЛС по сравнению с другими.Анализ развития протяженных линий связипоказывает, что в качестве среды переда�чи информации нет никакой альтернативыволокну. В течение последних лет мы на�блюдаем соревнование одной волоконно�оптической технологии с новой, более со�вершенной волоконно�оптической техноло�гией.Основные этапы эволюции протяженныхВОЛС представлены на рис.1.

Первую волоконно�оптическую коммуника�ционную систему компания Standard Telephones and Cables построила в сентяб�ре 1975 г. В 1977 г. сразу несколько компа�ний сделали независимые заявления отом, что телефонный трафик был переданв реальном времени по оптическому волок�ну в их испытательных сетях. Это быликомпании AT&T, General Telephone andElectronics, British Post Office и другие. Си�стемы с многомодовыми волокнами (MMF)составляли основу протяженных ВОЛС то�го времени. Наряду с градиентным много�модовым волокном (волокно G.651) в ихсостав входили светодиоды на основе ар�сенида галлия, излучающие на длине вол�ны 850 нм [1]. Поскольку потери в волокнена этой длине волны были более чем суще�ственны (3 дБ/км), такие линии связистроились с большим числом близко рас�положенных друг к другу регенераторов.Эти оптические магистрали были наземны�ми, а для межконтинентальной связи всееще использовались подводные коаксиаль�ные кабели.С появлением одномодового волокна –стандартного одномодового волокна SSF,или волокна G.652, – стало ясно, что зна�чительно перспективней вести передачуна длине волны 1300 нм – меньше потерии дисперсия. Использование одномодово�го волокна позволяет передавать оптиче�

ские сигналы с большей скоростью и набольшие расстояния.Сначала сложно было реализовать на прак�тике преимущество нового типа волокна.Однако развитие технологии производстваи улучшение технологии сварки одномодо�вого волокна, серийное производство лазе�ров на длине волны 1300 нм способствова�ли быстрому моральному старению протя�женных систем связи на основе многомодо�вого волокна.Коммерческие преимущества новой техно�логии продемонстрировала компания MCI в1982 г. Система связи компании MCI, функ�ционирующая на длине волны 1300 нм, пе�редавала данные на 50% быстрее, чем си�стема AT&T, использовавшая градиентноемногомодовое волокно и передачу на двухдлинах волн, 850 и 1300 нм. При этом MCIсмогла увеличить расстояние между повто�рителями с 7 до 30 км! Это показало огром�ное превосходство одномодового волокнаперед многомодовым градиентным для на�земных протяженных линий связи. Другиекомпании, специализирующиеся на строи�тельстве протяженных линий связи, быстросделали выбор в пользу новой технологиина основе одномодового волокна.Между тем трансатлантические кабельныеоператоры продолжали терять рынок – под�водные коаксиальные кабельные системы немогли больше противостоять появляющимсясистемам спутниковой связи – и в поисках ресурсов для увеличения полосы пропусканиявынуждены были рассмотреть возможностьиспользовать волокно. Подводные оптическиекабели (ОК) начали производить позднее, чемкабели для наземных волоконно�оптическихмагистралей. Это было обусловлено сложно�стью изготовления подводного ОК – нагрузкина кабель и соответственно на волокна приукладке кабеля в грунт значительно меньше.Тем не менее в 1988 г. после нескольких летпланирования и строительства консорциумкомпаний, ведомый AT&T, сдал в эксплуата�цию первую трансатлантическую волоконно�оптическую систему TAT�8, состоящую из 3пар одномодовых волокон, работающую надлине волны 1300 нм с расстоянием междуповторителями 60 км.Выделяются следующие технологическиеэтапы в развитии волоконно�оптических те�лекоммуникационных технологий.Волокно: градиентное многомодовое волокно MMF ��стандартное одномодовое волокно SSF ��волокно со смещенной дисперсией DSF ��волокно с ненулевой смещенной дисперсиейNZDSF.


Протяженные ВОЛСна основе EDFA

Р.Р. Убайдуллаев, к.ф.�м.н., Телеком Транспорт, [email protected]

Рис.1. Эволюция волоконно�оптических линий связи (оптический уровень)


Источник излучения:светодиод � лазер Фабри–Перо �лазер DBR � лазер DFB � лазер VCSEL.Длина волны: 850 нм � 1300 нм � 1550 нм � использова�ние C�диапазона (1530 – 1565 нм) � исполь�зование C� и L�диапазонов (1530–1625 нм).Число каналов:один канал � двух�, трехоконное мульти�плексирование WDM: 850 нм, 1300 нм,1550 нм � широкозонное волновое мульти�плексирование CWDM (4, 8 каналов) �плотное волновое мультиплексированиеDWDM (16, 32, 40, 96, 192 канала).Модуляция:формат NRZ � формат RZ �� дуобинарныйформат � фазомодулированный формат RZ.Восстановление сигнала:частая электронная регенерация � эрбиевыеусилители � рамановские усилители � ком�пенсация хроматической дисперсии � ком�пенсация ПМД � оптическая 3R�регенерация.Скорость передачи по одному каналу: 2 Мбит/с � 34 Мбит/с � 155 Мбит/с �622 Мбит/с � 2,5 Гбит/с � 10 Гбит/с �40 Гбит/с � 160 Гбит/с.Маршрутизация сигнала: опто�электро�оптическое преобразование �оптический мультиплексор ввода/вывода �оптическая коммутация �полностью оптическая сеть.Минимальные значение потерь в стандартномодномодовом волокне 0,2–0,25 дБ/км достигает�ся на длине волны, близкой к 1550 нм. Мини�мальная хроматическая дисперсия, в окрестно�сти нуля, достигается на длине волны 1310 нм.Чтобы обеспечить высокую скорость передачи набольшие расстояния, необходимо свести к мини�муму потери и дисперсию, причем на одной и тойже длине волны.Прямолинейным ответом было создание во�локна со смещенной дисперсией (DSF, волок�но G.653). Это волокно, имеющее нулевуюдисперсию в окрестности длины волны 1550 нм, обещало быть очень привлекатель�ным для одноканальной передачи. Однакодве появившиеся впоследствии технологии –DWDM и EDFA – показали несостоятельностьволокна DSF. Четырехволновое смешение,эффект, выражающийся в появлении допол�нительных паразитных сигналов на частотах,являющихся комбинацией рабочих частот, ко�торые также усиливаются, проходя через ка�скады усилителей EDFA. Этот эффект стано�вится заметным при многоволновой передаче. Одновременно две причины приводят крезкому увеличению нелинейных эффек�тов в волокне DSF: нулевая дисперсия врабочем диапазоне длин волн и малое эф�фективное поперечное сечение. Уменьше�ние эффективного поперечного сечениясвязано с тем, что смещение дисперсиидостигается за счет увеличения волновод�ной дисперсии при изменении профиля по�казателя преломления и уменьшении диа�метра сердцевины.В 1994 г. создается волокно с ненулевойсмещенной дисперсией (NZDSF, волокно

G.655), в котором длина волны нулевой дис�персии вынесена за пределы зоны усиленияEDFA. И это волокно также оказалось неспособным удовлетворить растущие потреб�ности. Рост числа каналов, канальной ско�рости передачи, увеличение протяженностисегментов между усилителями – все этифакторы по отдельности и тем более вме�сте требуют увеличения мощности излуче�ния, вводимого в волокно.В 1998 г. разрабатываются еще более со�вершенные волокна NZDSF с увеличеннойэффективной площадью поперечного сече�ния. Поскольку проявление нелинейных эффектов зависит от плотности световойэнергии в волокне, то увеличение эффек�тивной площади приводит к ослаблениювлияния нелинейных эффектов и увеличи�вает дальность и скорость передачи инфор�мации.

Эрбиевые оптическиеусилители (EDFA)Принципиальным отличием оптическогоусилителя от регенератора является то, чтов усилителе нет оптоэлектронного преобра�зования. Оптический усилитель увеличива�ет амплитуду входных оптических импуль�сов чисто оптическим путем, не выполняяпри этом никакого восстановления формыимпульсов. Первыми были исследованы по�лупроводниковые и рамановские усилители,однако наличие ряда технологических недо�статков в первое время ограничили их прак�тическое использование.В 1990 г. создаются первые оптические уси�лители на основе волокна, легированногоэрбием (EDFA), и становится очевиднымвозможности их широкого использования впротяженных линиях связи. Несмотря напозднее рождение, EDFA первыми проника�ют на телекоммуникационный рынок и насегодняшний день доминируют на нем.Оптический усилитель имеет три суще�ственных преимущества перед регенерато�ром. Во�первых, оптический усилитель кон�структивно проще. Во�вторых, оптическийусилитель в отличие от регенератора непривязан к протоколу или скорости переда�чи и может преобразовывать (усиливать)

входной сигнал любого формата. В�третьих,оптический усилитель способен одновре�менно усиливать большое число независи�мых спектрально разделенных каналов, в товремя как регенератор может обрабатыватьтолько один канал, одну длину волны. Пере�численные преимущества оптического усилителя настолько значительны, что по�зволяют мириться с главным недостатком –дополнительным шумом, вносимым усили�телем.

Основные параметрыоптического усилителяТри ключевых параметра характеризуют оп�тический усилитель – коэффициент усиле�ния, мощность насыщения на выходе усили�теля и шум�фактор.Коэффициент усиления G (gain) и его лога�рифмический эквивалент g = 10lgG [дБ]определяются из соотношенияG = PS out / PS in , g = pS out – pS in , (1)где PS in и PS out – мощности (полезных) сиг�налов на входе и выходе усилителя (малень�кие буквы относятся к уровням мощности,выраженным в логарифмических единицах p = 10lg(P/1 мВт) [дБм]). Коэффициент уси�ления оптического усилителя EDFA зависитот длины волны и мощности входного сигна�ла. Зависимость от длины волны имеет до�статочно сложную форму. Она определяетсяформой энергетических уровней ионов эр�бия, их концентрацией, распределением,длиной волны лазера накачки и многимидругими параметрами (подробнее см. [3]).На рис.2а приведены типовые зависимостиот длины волны для трех фиксированныхзначений мощности. Более простой вид (видмонотонно убывающей функции) имеет за�висимость коэффициента усиления от мощ�ности входного сигнала. Такая зависимостьдля длины волны 1550 нм приведена нарис.2б. С практической точки зрения удобноввести еще один параметр, характеризую�щий EDFA, Pout sat – мощность насыщенияна выходе усилителя. Pout sat определяетсякак значение мощности сигнала на выходе,при которой коэффициент усиления G в двараза (g на 3 дБ) меньше максимального зна�чения коэффициента усиления Gmax, дости�


Рис.2. Зависимости коэффициента усиления EDFA от:а) длины волны входного сигнала при фиксированных значениях мощности;б) мощности входного сигнала при фиксированном значении длины волны 1550 нм.

Мощность насыщения выходного сигнала равна 0 дБм


гаемого при малом входном сигнале.Эрбиевые усилители, используемые какусилители мощности, обычно работают врежиме насыщения, когда мощность сигна�ла на выходе близка или превосходит мощ�ность насыщения Pout sat . Именно в этом режиме удается получить максимальнуювыходную мощность и максимальную эф�фективность накачки.Качество оптического сигнала характеризу�ют величиной, которую принято называтьоптическим отношением сигнал�шум(OSNR). OSNR равно отношению мощностиполезного сигнала к мощности шума в спек�тральном интервале ∆ν , определяемом окном фильтра или демультиплексора наприемной стороне. Значение OSNR должнобыть достаточно большим, чтобы обеспе�чить требуемую для стандарта передачимаксимально допустимую частоту появле�ния ошибок BER. По мере распространениясигнала между регенераторами значениеOSNR может только убывать.Шум�фактор NF (noise figure) показывает,как сильно возрастает шум в усилителе посравнению с полезным сигналом, и опреде�ляется как отношение сигнал�шум на входе(OSNRin) к отношению сигнал�шум на выхо�де (OSNRout):

PS in PS out OSNRinNF = –––––––– / ––––––––– = ��. (2)

PN in PN out OSNRout

Здесь следует отметить, что шум�факторусилителя определяется в условиях, когда навход подается идеальный когерентный сиг�нал частоты ν, т.е. сигнал с минимальнымтеоретическим значением мощности шума,определяемым квантовыми флуктуациями PN in = hν∆ν,где h – постоянная Планка, ∆ν – ширинаспектра оптического фильтра. Меньше этойвеличины уровень шума быть не может. Утакого идеального сигнала отношение сиг�нал/шум максимально возможное, но небесконечное, и вычисляется по формуле OSNRin = PS in / hν∆ν.При этом мощность шума на выходе будетсостоять из мощности усиленного спонтан�ного излучения PASE (amplified spontaneousemission) и мощности шума, связанной сквантовыми флуктуациями: PN out = PASE + hν∆νМощность усиленного спонтанного излуче�ния PASE определяется соотношением [2]PASE = 2nsp (G – 1)hν∆ν, (3)где nsp – коэффициент спонтанной эмис�сии. Для идеального усилителя nsp = 1. Ко�эффициент спонтанной эмиссии зависит отзаселенностей уровней эрбия. Если учесть,что PS out / PS in = G, то шум�фактор (2) мож�но выразить через коэффициент усиления икоэффициент спонтанной эмиссии

1NF = –––– (1+ 2nsp (G – 1)),

Gа мощность усиленного спонтанного излуче�ния будет равнаPASE = (NF.G – 1)hν∆ν. (4)

Часто при описании EDFA значение шум�фактора, как и значение коэффициентаусиления, указывается в дБ: nf = 10lgNF.При G >>1 NF = 2nsp. Таким образом, в уси�лителях с большим усилением минимальноезначение шум�фактора (теоретический пре�дел) NF равен 2 (nf = 3 дБ) и достигаетсяпри nsp = 1. Шум�фактор NF двух последовательныхусилителей, характеризующихся соответ�ственно коэффициентами усиления G1 и G2и шум�факторами NF1 и NF2 определяетсяпо формуле

NF2 – 1NF = NF1 + –––––––––– . (5)

G1В более общем случае многокаскадногоусиления вклад в результирующий шум�фактор со стороны шум�фактора n�го уси�лителя уменьшается в число раз, равноепроизведению коэффициентов усилениявсех предыдущих усилителей.Это правило позволяет сформулировать об�щее требование при создании многокаскад�ных усилителей: лучший способ получениямногокаскадного усилителя с более низкимуровнем шума состоит в использованиинизкошумящего усилителя с малым шум�фактором и бoльшим усилением в первомкаскаде. Именно первый каскад определяетшумовую характеристику многокаскадногоусилителя.В двухкаскадном усилителе первый каскадработает с малым входным сигналом и на�зывается предусилителем, второй каскадобеспечивает большую выходную мощностьи называется усилителем мощности. При�менительно к каскаду усилителей EDFAимеют место следующие практические вы�воды: конструкция предусилителей EDFAдолжна обеспечивать минимально возмож�ное значение NF1, а конструкция усилите�лей мощности должна обеспечивать наи�большее значение выходной мощности и

эффективности накачки. Наименьшее зна�чение шум�фактора достигается в усили�телях, использующих сонаправленную накачку на длине волны 980 нм, и именноих целесообразно использовать в качествепредусилителей [3]. Наибольшую эффектив�ность накачки и выходную мощность можнополучить при использовании встречной на�качки на длине волны 1480 нм. Такую кон�струкцию целесообразно использовать вусилителях мощности.

Протяженная ВОЛС спериодическим усилениемРабота усилителей в протяженной линиисвязи значительно отличается от работымногокаскадных усилителей. В ВОЛС меж�ду усилителями расположены участки во�локна, в которых сигнал существенно осла�бляется.Процесс накопления шума в протяженнойлинии связи удобно продемонстрировать напримере линии, содержащей Namp опти�ческих усилителей с одинаковыми коэффи�циентами усиления G и коэффициентамиспонтанной эмиссии nsp (рис.3). Усилителиразделены сегментами оптического волок�на, каждый из которых вносит затухание1/G. Таким же сегментом волокна отделенпервый усилитель от точки ввода сигнала. Такое рассмотрение хотя и является упро�щенным, в частности не учитывает эффектнасыщения усилителя, однако дает доста�точно правильный результат и позволяетсделать важные практические выводы [4].Для простоты анализа удобно разделитьшум на две компоненты: квантовый шум иклассический шум. Классический шумведет себя аналогично полезному сигналу,т.е. ослабляется в линии и усиливается вусилителе. Кроме того, в каждом усилителек усиленному классическому шуму от пре�дыдущего каскада добавляется шум уси�ленного спонтанного излучения. На вход


Рис.3. Накопление шума и уменьшение SNR в линии с равноудаленными оптическими усилителями


первого сегмента подается «незашумлен�ный» сигнал мощностью Pin (в таком сигна�ле присутствует только квантовый шум). Доэтого же уровня мощности происходит уси�ление сигнала на каждом усилителе. Одна�ко на каждом новом усилителе линейно бу�дет накапливаться усиленное спонтанноеизлучение, и на выходе Namp �го усилителяPASE N_amp = Namp 2nsp (G – 1)hν∆ν, рис.3.Для определения полного шума на выходелинии с Namp одинаковыми усилителямиследует добавить квантовые флуктуацииhν∆ν. Тогда отношение сигнал/шум на выхо�де будет равно

Pin 1OSNRout = ––––––– • ––––––––––––––––––––– . (6)

hν∆ν 2Namp nsp (G – 1)+1Главная задача в телекоммуникационныхсистемах передачи – получить на выходекак можно большее значение отношениясигнал/шум (OSNRout ). В знаменатель вхо�дит произведение Namp (G – 1), чем оно ме�ньше, тем лучше. Поскольку сигнал на каж�дом каскаде усиливается до прежнего зна�чения, то справедливо соотношение G = exp(aL / [Namp10lg(e)]) = exp(0,23aL / Namp )илиg = 10lg G = aL / Namp , где a [дБ/км] – удельное затухание в волок�не, и L / Namp – длина пролета между усили�телями. Произведение Namp (G – 1) стремит�ся к своему минимальному значению, равно�му aL(10lg(e)) � 0,23aL при Namp, стремящем�ся к бесконечности (т.к. усиление G – экспо�ненциальная функция, то множитель (G – 1)очень быстро растет с уменьшением Namp ).Таким образом, оптимальной стратегией бы�ло бы как можно более частое размещениеусилителей и соответствующее уменьшениеих коэффициентов усиления. Цена, однако,диктует противоположную стратегию. Напрактике экономически не выгодно разме�щать оптические усилители близко, так каккаждый узел, в котором находится оптиче�ские усилитель, требует определеннойинфраструктуры – наличие источника пита�ния, помещения, защищенности узла. Так ха�рактерные расстояния между усилителямисоставляют 40–100 км и более.При типичных для реальных систем переда�чи информации расстояниях между усили�телями коэффициент усиления должен бытьбольшим. В этом случае соотношение (6)упрощается

Pin 1OSNRout = ––––––– . ––––––––––––– =

hν∆ν 2Namp nsp G

Pin 1= ––––––– . ––––––––––––– . (7)

hν∆ν 2Namp NF.GЕсли подставить частоту ν, соответствую�щую длине волны 1550 нм, а ∆ν положитьравным 12,5 ГГц (это соответствует ширинефильтра 0,1 нм на указанной длине волны),то из (7) можно получить удобную при прак�тических расчетах формулу для отношениясигнал�шум, выраженного в децибелах

osnrout = 58 + pin – g – nf – 10lgNamp , (8)где pin [дБм] – вводимая в волокно мощ�ность в расчете на канал; g [дБ] – коэффи�циент усиления; nf [дБ] – шум�фактор.Хотя расстояния между усилителями в линяхсвязи на практике не одинаковы, соотноше�ние (8) позволяет понять многие принципыпостроения протяженных линий связи. Во�первых, отметим, что если расстояниемежду усилителями фиксировано, то на одиндоступный дБ уменьшения OSNRout протя�женность безрегенерационного участка уве�личивается на 25%, а на каждые 3 дБ – рас�стояние удваивается. Действительно, т.к. всечлены правой части выражения (8) кроме по�следнего постоянны, то увеличение отноше�ния сигнал/шум на 3 дБ позволяет удвоитьчисло усилителей. Поскольку расстояниемежду усилителями постоянно, то удвоениечисла усилителей эквивалентно увеличениюдлины линии вдвое.Во�вторых, из соотношения (8) также видно,что к увеличению OSNRout ведет увеличе�ние вводимой в волокно мощности на каналPin или, что эквивалентно, мощности сигна�ла на канал на выходе усилителя, уменьше�ние шум�фактора и уменьшение потерь вволокне.В�третьих, имеет место более слабая лога�рифмическая зависимость отношения сигнал/шум от числа линейных усилителей(рис.3). Формулу (8) можно преобразовать, восполь�зовавшись связью усиления в усилителе сдлиной участка l между усилителями и ко�личества усилителей с длиной регенераци�онного участка: g = al,Namp = L / l:osnrout = 58+pin – al – nf – 10lg(L/l).Прямой путь увеличения отношения сиг�нал/шум – увеличение мощности сигнала.Однако вводимая в волокно мощность огра�

ничена из�за влияния нелинейных эффек�тов. Вторая возможность – уменьшение потерь вволокне. По этому пути постоянно идут раз�работчики волокна, и в настоящее времяпотери в кварцевом волокне снижены прак�тически до теоретического предела [5]. На рис.4 показана зависимость OSNRout отполных агрегированных потерь на регенера�ционном участке для четырех различных зна�чений потерь на пролете между усилителями.Потери 15, 20, 25 и 30 дБ соответствуют про�летам 60, 80, 100 и 120 км. Параметры, при�веденные на рис.4, типичны для DWDM�си�стем протяженностью в несколько сот кило�метров. При расчете протяженных систем вусловиях сверхвысоких скоростей передачи(10 Гбит/с и больше) для OSNRout следуетвносить дополнительные поправки [6].Еще одна возможность увеличения OSNR – это уменьшение шум�фактора.Чтобы увеличить OSNR в конце линии на 1 дБ, т.е. по прохождению всех усилителей,необходимо уменьшить NF на 1 дБ длякаждого усилителя. Мы говорили, что тео�ретический предел для NF составляет 3 дБ. На практике усилитель вносит ещебольший шум, и типичные значения шум�фактора составляют 4–6 дБ, которыеуменьшить достаточно сложно. При оченьбольших пролетах часто используется двух�каскадное усиление на линейном узле –предварительное усиление и усилениемощности. В этом случае шум�фактор та�кого узла определяется формулой (5), иобычно стремятся уменьшать значения NFоптического предусилителя.Отметим здесь принципиальное отличиеВОЛС с периодически расположеннымиусилителями, между которыми достаточнобольшие пролеты, от многоэлементногоусилителя – устройства, состоящего из нес�


Рис.4. Зависимость OSNRout от полных агрегированных потерь на регенерационном участке дляучастков волокна между усилителями, вносящих потери 15, 20, 25 и 30 дБ. Мощность входногосигнала 0 дБм, шум�фактор 5 дБ

ОS

NR

, д

Б


кольких усилителей, в котором каждый по�следующий усилитель следует непосред�ственно за предыдущим. Итоговый шум�фактор локального многоэлементного уси�лителя главным образом определяетсяшум�фактором первого каскада, в то времякак итоговый шум�фактор линии с последо�вательными усилителями критично зависитот шум�фактора каждого линейного усили�теля в отдельности. В последнем случаеитоговое улучшение шум�фактора на 1 дБтребует уменьшить шум�фактор каждогоусилителя на 1 дБ, что может привести когромным дополнительным расходам, де�лающим этот путь практически неприемле�мым.Параметр OSNR характеризует накоплениешума в оптическом тракте. В протяженнойлинии связи наиболее весомый вклад в сум�марный шум вносят накопленные шумыASE и избыточный шум источника опти�ческого излучения.Расчет для конкретной линии связи.Пусть дана линия связи протяженностьюL0 = 1000 км с числом усилителей N0 = 10 ипотерями в волокне α = 0,2 дБ/км. Требует�ся определить число таких же усилителейN, которые обеспечили бы прежнее значе�ние OSNR для линии 2000 км.Решение. Чтобы обеспечить одинаковый уровеньOSNR для линий 1000 и 2000 км. С учетом(8) получаемg + 10lgN = g0 + 10lgN0 , где g0 = α L0 / N0 = 20 дБ, аg = 2α L0 / N = 400/N, и мы получаем уравнение относительно N:400 /N + 10lgN = 30 дБ , решая которое най�дем N = 25. Интервалы между усилителямидолжны быть уменьшены со 100 км до 80 км.

Q�факторРабота цифровых систем связи считаетсянормальной только в том случае, если ко�эффициент битовых ошибок BER не превы�шает определенный допустимый уровень,зависящий от используемого сетевого стан�дарта. Современные оптические линиисвязи строятся так, чтобы удовлетворитьлюбому сетевому стандарту. Поэтому приих расчете и строительстве закладываетсядостаточно жесткое ограничение уровняошибок (от BER=10�11 до BER=10�15) . Рассмотрим теперь работу фотоприемника.Будучи синхронизованным с приходящимоптическим сигналом, фотоприемникпериодически в оптимальные моменты вре�мени проводит обработку принимаемогосигнала – регистрирует интенсивность оп�тического сигнала и по определенному по�роговому значению решает, какой сигналпринят – 0 или 1 (рис.5). Качество работыцифровой системы связи можно оценить поглаз�диаграмме.К снижению качества цифровой передачиприводит много факторов: дисперсия, нели�нейные эффекты в волокне, нестабильностьтаймеров, усиленное спонтанное излучение

и др. Кумулятивное воздействие этих фак�торов хорошо описывается всего четырьмяпараметрами: уровнями µ0 , µ1 сигналов, со�ответствующих 0 и 1, и их среднеквадратич�ными отклонениями σ0 , σ1 . Более того, длярасчета BER требуется еще меньше инфор�мации, а именно, знание только одного па�раметра – Q�фактора, который определяет�ся следующим выражением

µ1 – µ0Q = –––––––––– , (9)

σ1 + σ0OSNR – это только один из факторов, влия�ющих на коэффициент ошибок. Однако впредположении, что главным источникомошибок являются биения между сигналом иусиленным спонтанным излучением (ASE),можно найти допустимый уровень OSNR,который обеспечивает данное значение Q�фактора [5].

Q2BeOSNR = ––––––– , (10)

B0где B0 – исходная спектральная полоса 12,5 ГГц (~0,1 нм), Be – полоса пропусканияэлектрического фильтра фотоприемника,индекс модуляции m = I0 / I1 , принят равнымнулю ( I0, I1 – интенсивности передачи 0 и 1лазером). Отметим, что соотношение (10)справедливо в тех случаях, когда можнопренебречь джиттером, дисперсионнымиэффектами и ненулевой интенсивностьюпередачи символа «0».С другой стороны можно аналитически вы�разить BER как функцию Q с использовани�ем функции ошибок.Если задано требуемое значение BER, топользуясь выражением (11) можно найти

требуемое значение Q�фактора. Так длязначения BER =1,0�11 требуется обеспечитьзначение Q=16,53.Часто в качестве значения Q�фактора при�водят его логарифмический эквивалентq = 20lgQ [дБ], табл. 1. Следует обратитьвнимание, что множитель 20 (а не 10) вы�бран постольку, поскольку в (10) OSNR ква�дратично зависит от Q. Таким образомобеспечивается соответствие с моделью ли�

нейного накопления шума – из (8) и (10)следует, что приросты в децибелах дляOSNR и Q�фактора будут одинаковыми.

Прямая коррекция ошибокДлина межрегенерационного участка можетдостигать нескольких тысяч км, а число ли�нейных оптических усилителей на такомучастке пары десятков и более. Это не мо�жет не сказываться негативно на отноше�нии сигнал/шум. В общем случае к умень�шению OSNRout и соответственно к увели�чению BER ведет накопление дисперсии вволокне между регенераторами, накопле�ние искажений сигналов за счет нелиней�ных эффектов в волокне, накопление шу�мов в EDFA, неидеальная работа лазеров ифотоприемников. Все это ограничивает про�тяженность линии связи между регенерато�рами, скорость передачи на канал, числоканалов и расстояния между соседнимиусилителями.Прямая или упреждающая коррекция оши�бок FEC резко повышает качество работылинии связи и, в частности, позволяет сох�ранить на прежнем уровне значение BERпри более низком отношении SNR, т.е. прибольшей протяженности межрегенерацион�ного участка. Прямая коррекция ошибокфункционально организована следующимобразом, рис.6:❑ Кодер FEC, находящийся в оптическом

терминальном узле, принимает информа�ционный битовый поток, добавляет в негорассчитанные избыточные символы и вы�


1 Q exp(– Q2 / 2)BER(Q) = ––– erfc (––––) � ––––––––––––– , (11)

2 2 Q 2π

Q�фактор, q [дБ] BER6,00 2,73.10�2

7,00 1,45.10�2

8,00 6,77.10�3

9,00 2,67.10�3

10,00 8,50.10�4

11,00 2,08.10�4

12,00 3,63.10�5

13,00 4,15.10�6

14,00 2,80.10�7

15,00 9,64.10�9

16,00 1,43.10�10

17,00 7,38.10�13

18,00 1,00.10�15

Таблица 1. BER для нескольких значе�ний Q�фактора

Рис.5. Типичный вид глаз�диаграммы при использовании кода RZ (возвращение к нулю) при приемеоптического сигнала. Справа показана модельная схема гауссовских распределений напряже�ния после фотоприемника непосредственно перед цепью принятия решения


дает кодированный битовый поток набольшей скорости.

❑ Декодер FEC принимает на другом тер�минальном узле битовый поток, выполня�ет коррекцию ошибочно принятых битов,устраняет избыточные биты и передаетбитовый поток дальше.

Коррекция ошибок обеспечивает нормаль�ную работы системы в условиях более низ�кого значения OSNRout , что, в свою оче�редь, позволяет увеличить число оптиче�ских усилителей и общую протяженностьмежрегенерационного участка (рис.7).Устройство коррекции ошибок обычно явля�ется неотъемлемой частью современной во�локонно�оптической системы передачи. Приэтом существуют разнообразные методыреализации кодеков FEC. Так, при исполь�зовании сетевых стандартов Fast Ethernet,Gigabit Ethernet в оптических интерфейсахзаложено увеличение битовой скорости на25%, а соответствующие схемы кодирова�ния получили название 4B/5B и 8B/10B.Стандарт 10 Gigabit Ethernet предусматрива�ет два типа кодирования: 64B/66B (избыточ�ность 3%) для передачи по одномодовомуволокну и 8B/10B (25%) для передачи помногомодовому волокну. Следует добавить,что в технологии Ethernet (10/100/1000/…)предусмотрена и вторая коррекция ошибок.Так, кадр стандарта IEEE 802.3 содержитспециальное поле «контроль последова�тельности кадра» CRC, под которое отво�дится 4 байта. При учете допустимого изме�нение длины кадра в пределах от 64 до1518 байт (преамбула исключена, так какпри вычислении контрольной суммы, зано�симой в поле CRC, преамбула не учитыва�ется) дополнительная избыточность за счетполя CRC составляет 0,26–6,67%.В технологии SDH функцию коррекцииошибок несут однобайтовые поля B1 (мони�торинг качества) и B2 (четности) SDH�фрейма.В линиях дальней связи наиболее широкоераспространение получил так называемый«out of band» FEC ITU G.975 стандарт(1999),который основан на коде Рида–СоломонаRS(255,239). FEC увеличивает битовую ско�рость с 9,95 до 10,66 Гбит/с и позволяетуменьшить BER от 10�5 до 10�15, соответ�ствующий выигрыш по SNR составляет

6 дБ. FEC, основанный на коде RS(255,239).Этот код был первым одобрен для исполь�зования в коммерческих подводных систе�мах. В настоящее время поставляются коде�ки G.975 FEC, выполненные в виде одноймикросхемы, для наземного оборудованиядальней связи.Конечно, использование FEC приводит кувеличению общей стоимости оптическойлинии связи. Экономически оправдано ис�пользование коррекции ошибок в системахдальней связи, т.к. позволяет уменьшить ко�личество усилителей и регенераторов. Так, нет надобности вводить дополнитель�ный FEC и в городские DWDM�системы всилу малых расстояний между регенерато�рами. Также не требуется дополнительныйFEC при передаче низкоскоростных потоковSTM�1/4/16, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet.

Коды Рида–СоломонаПри огромном разнообразии кодеков FECпри строительстве протяженных линий свя�зи с множеством линейных оптических уси�лителей широкое распространение получи�ли кодеки на основе блочных кодов Рида–Соломона (Reed–Solomon) RS(n,k) с s�бито�выми символами, и в частности кодовRS(255,251), RS(255,239), RS(255,223) c од�нобайтовыми (s = 8) символами. Это озна�чает, что кодер FEC принимает последова�тельно каждые k символов данных длиной s бит каждый и добавляет к ним n–k симво�лов, рассчитанные по принятым k.s битам,дополняя фрагмент до кодового слова. Этокодовое слово длиной n, состоящее из не�измененной части данных длиной k и рас�считанной добавки длиной n–k предается влинию. Декодер из полученного кодовогослова, в котором могли появиться ошибки,может исправить до t символов, где t = (n – k)/2. При этом исправление сим�вола не зависит от числа ошибочных битоввнутри него. Избыточность кода называетсяотношение (n – k)/k. При использовании ко�деков требуется определенная процессор�ная мощность на кодирование и декодиро�вание потока данных. Причем наибольшиересурсы требуются на этапе декодирования.В табл. 2 приводятся типовые данные неап�паратного декодирования при использова�нии процессора Pentium P�IV, 2 ГГц. Предпо�

лагается, что чем больше избыточность,тем больший процент ошибочных символомможно откорректировать. При больших ско�ростях передачи необходимо использоватьаппаратные кодеки.Отметим основные достоинства кодов Рида–Соломона.➊ Обеспечивается значительная корректи�

рующая емкость – алгоритм RS(n,k) спосо�бен корректировать до (n–k)/2 ошибочнопереданных байт�символов в одном кодо�вом слове длиной n байт.

➋ Конструктивная простота как кодера, так идекодера FEC.

➌ Структура кодирования совместима с би�нарной передачей.

➍ Значительная корректирующая емкостьпри появлении «взрывных» или непрерыв�ных ошибок. Это свойство, присущее сам�ому коду RS(n,k), можно дополнительноусилить путем использования чередова�ния нескольких комплектов кодеков наодин канал. Длина непрерывного участкаошибок, которые могут быть полностьюоткорректированы, возрастает пропорцио�нально числу чередующихся кодеков.

В настоящее время коды Рида–Соломонаостаются непревзойденными по простоте иэффективности и находятся на переднемрубеже научных достижений.Эффективность FEC принято измерять повыигрышу OSNR, т.е. насколько данный ме�тод коррекции ошибок позволяет умень�шить OSNR на приемной стороне при сох�ранении значения BER на прежнем уровне.Так BER на выходе10�11 требует Q�фактора16,5 дБ, табл. 1. На рис.8 приведена зависи�мость BER на выходе как функция Q�фак�тора (сверку указаны значения BER на вхо�де, соответствующие данному значению Q�фактора) для трех случаев, без коррек�ции ошибок, с FEC 7% и 23%. Для FEC 23%BER на выходе 10�11 достигается при q = 8,4 дБ. Полный выигрыш составляет 8,1 дБ (16,5–8,4 дБ). Чистый выигрыш будетменьше, так как возросла на 23% скоростьв оптическом канале передачи. Штраф заэто можно грубо оценить исходя их того, чтоувеличение скорости приводит к пропорцио�нальному увеличению спектральной полосысигнала и захватывает больше шума, чтосоответствует добавке 10lg(1,23) или 0,9 дБ.Таким образом, чистый выигрыш будет 7,2 дБ.Рассмотрим, что реально дает чистый вы�игрыш при использовании FEC, например,∆q = 3 дБ. Это означает, что соответствую�щее значение OSNR также можно умень�шить на 3 дБ (уменьшить в два раза) присохранении прежнего уровня BER. Если об�ратиться к соотношению (8), то уменьшения


Код Избыточность Поток данныхRS(255,251) 1,6% 144,0 Мбит/сRS(255,239) 6,7% 32,4 Мбит/сRS(255,223) 14,3% 13,2 Мбит/с

Таблица 2. Максимальная скорость потока дан�ных, которую может обрабатыватьPentium P�IV, 2 ГГц

Рис.6. Система передачи с использованием FEC


на 3 дБ можно достичь, например, двукрат�ным увеличением числа оптических усили�телей, не меняя другие параметры. То естьможно увеличить в два раза протяженностьлинии, сохраняя все прежние остальные па�раметры – вводимую в волокно мощность,коэффициент усиления и шум�фактор уси�лителей и расстояния между соседнимиусилителями. Выигрыш 7,2 дБ позволяет более чем в пятьраз увеличить протяженность линии связи!

ЗаключениеПрименение эрбиевых усилителей открылоновую эру ВОЛС. Стала возможной безре�генерационная передача на расстояния до1000 км и более. В настоящее время можноутверждать, что решения на основе EDFAпроверены практикой, надежны, сравни�тельно недороги, достаточно эффективны ине имеют лучших альтернатив при строи�тельстве протяженных ВОЛС с расстояниеммежду усилителями 60 – 120 км.

Литература1. Frank G. Wakeham , Corning Inc., Backbone

to the future «Traditionally, long�haul net�works served as the proving ground fortechnologies that migrated to other parts ofthe network», Lightwave, September 2001.

2. Волноводная оптоэлектроника / Под ред.ТамираТ. М.: Мир, 1991. 575 с.

3. Курков А.С., Наний О.Е. «Эрбиевые воло�конно�оптические усилители», LightwaveRussian Edition, Июнь 2003, сс.14–19.

4. Rajiv Ramaswami, Kumar N. Sivarajan «Optical Networks: A Practical Perspective»,Academic Press, 1998, 632 pp.

5. «Оптическое волокно с рекордно малойвеличиной затухания», Lightwave RussianEdition, Июнь 2003, с. 8.

6. «Optical Fiber Telecommunications IVB»,edited by Ivan Kaminow and Tigye Li, Aca�demic Press, 2002, 1022 pp.


Рис.7. Коррекция ошибок FEC позволяет увеличить расстояние между регенераторами

Рис.8. Улучшение сигнала при использовании FEC на основе кодов Рида–Соломона приизбыточности 7 и 23%

Прогресс в развитии магистральных и зоно�вых сетей, а также наметившаяся устойчиваятенденция организации мультисервисных ре�гиональных и городских сетей делают акту�альной задачу резкого увеличения пропу�скной способности сетей доступа. Стимуломдля решения этой задачи является увеличе�ние количества и улучшение качества новыхвидов услуг связи, увеличение числа пользо�вателей INTERNET с широкополосным досту�пом, гигабитная и десятигигабитная сетьETHERNET, электронная почта и другие услу�ги. Развитие сетей доступа требует не только

увеличения пропускной способности, но игибкой и оперативной переконфигурации ар�хитектуры этих сетей, повышения скоростикоммутации и маршрутизации на оптическомуровне, а также эффективной системы упра�вления. Одним из прогрессивных методов по�вышения пропускной способности сетей до�ступа является использование технологийспектрального разделения оптических кана�лов (WDW и DWDM). При этом повышенныйинтерес проявляется к разновидности WDM –CWDM (Coarse – WDM), позволяющей суще�ственно снизить требования к спектральным

параметрам лазеров, оптических мультиплек�соров/демультиплексоров и оптических филь�тров и тем самым снизить стоимость обору�дования. Использование технологий WDM всетях доступа дает возможность не толькоувеличивать пропускную способность, но иповышать скорость и гибкость маршрутиза�ции и пакетной коммутации. В этом случаемаршрутизация осуществляется не только повремени и направлениям, но и по длинамволн. Для этого разработаны оптические вол�новые коммутаторы и маршрутизаторы [1, 2].Основой этих устройств являются волновые

ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВВВОДА/ВЫВОДА В СЕТЯХ ДОСТУПА Е.А. Заркевич, О.К. Скляров,

С.А. Устинов, ЦНИИС


конверторы. В настоящее время разработаныготовые к серийному производству волновыеконверторы двух типов: к первому типу отно�сятся λ�конверторы, основанные на использо�вании полупроводниковых оптических усили�телей с модуляцией коэффициента усилениямодулирующим излучением; второй тип λ�конвертора основан на использовании сме�щения зоны поглощения полупроводниковогоэлектроабсорбционного модулятора (ЕАМ)света (эффект Келдыша–Франца). В сетяхсвязи с применением технологий спектраль�ного уплотнения основным элементом явля�ется оптический мультиплексор (ОМ), выпол�няющий функцию объединения в один груп�повой поток пространственно разделенныхоптических сигналов с различными длинамиволн (λ1…λN), и оптический демультиплексор.Это устройство, выполняющее обратнуюфункцию – разделение в пространстве груп�пового оптического потока с λ1…λN на от�дельные оптические потоки с соответствую�щими длинами волн. Оптический мультиплек�сор/ демультиплексор составляет основу оп�тического мультиплексора ввода�вывода(ОАДМ), который широко используется как втранспортных (магистральных) сетях, так и вгородских сетях доступа. В качестве примерана рис. 1 представлена типовая структурнаясхема участка волоконно�оптической системыпередачи информации со спектральным раз�делением оптических каналов (ВОСП�СР) свключением в оптический тракт узла ОАДМ.В оконечных пунктах А и Б размещена аппа�ратура SDH вместе с аппаратурой спектраль�ного уплотнения, в состав которой входит оп�тический мультиплексор ОМ1 и демульти�плексор ОД1 (п.А) и ОМ2 – ОД2 (п.Б). В неко�тором промежуточном пункте В в оптическийтракт включен узел с ОАДМ. Он состоит издвух оптических мультиплексоров ОМ3 иОМ4 и демультиплексоров ОД3 и ОД4. Изсхемы видно, что часть оптических каналовна длинах волн λ1…i с выходов ОД3 вводятсяв соответствующие входы ОМ3, другая частьна длинах волн λk…m, где k=i+1,выводится изОД3 и направляется к потребителю в пункт В,из этого же пункта уже другая информацияна тех же длинах волн λk…m вводится в муль�типлексор ОМ3. В обратном направлениисхема включения аналогична, для чего в узле

содержатся мультиплексор ОМ4 и демульти�плексор ОД4. Одним из основных факторов,сдерживающих развитие сетей связи с ис�пользованием ОАДМ, является их высокаястоимость, обусловленная высокой стоимо�стью оптических мультиплексоров, из кото�рых состоит ОАДМ. Кроме того, оптическиемультиплексоры обеспечивают заданныеспектральные параметры только при условиижесткой температуры стабилизации с точно�стью не хуже ±1° С. Это означает, что узел сОАДМ требует подведения электрическогопитания. Согласно данным, приведенным в[3], для температурной стабилизации одногооптического мультиплексора на 32 спектраль�ных канала требуемая электрическая мощ�ность составляет величину от 3 до 5 Вт.Необходимость подведения к узлу с ОАДМэлектропитания приводит к требованию раз�мещения таких узлов в пунктах, где имеетсяэлектрическая сеть, либо к организации ди�станционного электропитания. Такие ситуации актуальны в первую оче�редь для магистральных транспортных се�тей. Очевидно, что для городских сетей до�ступа проблема электропитания снимается,хотя вопрос стоимости остается.В ЦНИИС был предложен альтернативный спо�соб осуществления ввода/вывода информациис помощью использования устройства [4], схемакоторого представлена на рис. 2. Это устрой�ство – волоконно�оптический блок (ВОБ), со�

стоит из шести Y�ответвителей, соединенныхмежду собой так, как показано на схеме.Устройство ВОБ не является спектрально�се�лективным, вследствие чего не требуется тем�пературной стабилизации, а значит, и электри�ческого питания. В этом случае для связи меж�ду пунктами в направлении А→Б используютсядлины волн λ1…i, в обратном направлении Б→ А – λk…m и λp…j, между пунктами Б→В дли�ны волн λ1…i , λk…m и λp…j, в обратном напра�влении В→Б используются λk…m. Мультиплек�соры ОМ1, ОМ2 и ОМ3 и демультиплексорыОД1, ОД2 и ОД3 рассчитаны на количествоспектральных каналов, равное j. Предложен�ный волоконно�оптический блок (ВОБ) можетбыть эффективно использован в таких ВОСП�СР, в которых задействованы не все каналы,на которые рассчитаны оптические мультиплек�соры, а только часть из них. Неполная загрузкаВОСП�СР практически соответствует для на�стоящего времени и ближайшего будущего ре�альному положению не только для сети связиРоссии, но и остальных стран. В подавляющемчисле реализованных ВОСП�СР, рассчитанныхна передачу 40…80 и более спектральных ка�налов, пока используется от 4 до максимум 16спектральных каналов. Реализованный в 1990г. в ЦНИИС ВОБ имел размеры 200х110х30мм. Он может быть размещен в любом местекабельного оптического тракта ВОСП�СР, втом числе в соединительной муфте, а его стои�мость в десятки раз ниже стоимости ОАДМ.

Литература1. 168 � Gbit/s OTDM Wavelength Conversion

using an SMZ � TYPE all�optical switch. Y.Ueno, S. Nakamura et al. ECOC�2000, Mu�nich, Germany, Proceedings V.1.

2. Design Model for Transparent WDM PacbatSwitched Irregular Networks. Gerardo Casta�non. ECOC�2000, Munich, Germany, Proce�edings V.2.

3. Проспект компании NELL (Япония) 2000 г.4. Волоконно�оптический блок для организа�

ции локальных световодных систем пере�дачи информации. Гизатулин Р.З., Иса�ев Р.И., Скляров О.К. 2�я науч.�техн. конф. Оптические сети связи (ОСС 91) 21–25 ок�тября, 1991 г., Владимир, стр. 122–123.


Рис. 1. Структурная схема ВОСП�СР с пунктом В, содержащим оптический мультиплексор ввода�вывода (ОАДМ)

Рис. 2. Структурная схема ВОСП�СР с пунктом В, в котором включен волоконно�оптический блок(ВОБ)

No. 110


➊ Российские особенности оптическихкабелей связи

Занимая одну седьмую часть земной сушипри малой заселенности территории, Рос�сия отличается от других стран такими осо�бенностями телекоммуникационных линийсвязи, которые в большинстве стран невстречаются. Ограниченные финансовые иэкономические ресурсы России не позволя�ют в обозримом временном интервале по�строить общенациональную разветвленнуюсеть связи с достаточным сетевым резерви�рованием. Огромные пространства с суро�вым климатом и вечномерзлыми грунтамипредъявляют к кабелям связи повышенныемеханические и температурные требования.Расположение России на транзитных напра�влениях Восток–Запад и Север–Юг обусла�вливает целесообразность строительствачерез ее территорию транзитных транспорт�ных инфокоммуникационных коридоров. На�личие самостоятельных ведомственных се�тей связи у ряда российских министерств иведомств, которые по протяженности срав�нимы с общенациональной сетью связи,предполагает возможность взаимного ре�зервирования этих сетей при условии про�ведения единой технической политики впроцессе строительства и эксплуатации об�щенациональной и ведомственных сетейсвязи.Уже этот далеко не полный перечень рос�сийских особенностей протяженных сетейсвязи определяет существенные особенно�сти оптических кабелей связи для указан�ных сетей. Остановимся на наиболее суще�ственных особенностях оптических кабелейдля протяженных кабельных линий россий�ских сетей связи.Первой особенностью российских оптиче�ских кабелей связи для протяженных теле�коммуникационных линий следует признатьособенность выбора оптических волокон.Эта особенность заключается в том, что длясети общего пользования (или для крупныхфрагментов этой сети), а также для каждой вотдельности ведомственной сети связи вы�бирается один тип (один производитель) оп�тического волокна. Это означает, например,что для конкретной сети на достаточно дли�тельный промежуток времени ее строитель�ства и эксплуатации применяются кабели содним типом волокон, чаще всего одного итого же производителя. Например, для маги�стральной сети ОАО «Ростелеком» были вы�браны одномодовые волокна фирмы «Фу�

джикура» (Fujikura), Япония по рекомендацииМСЭ�Т G.652 [1]. Для магистральной сетиЗАО «Компания Транстелеком» основнымоптическим волокном выбрано одномодовоеволокно фирмы «Корнинг» (Corning), США,по рекомендациям МСЭ�Т G.652/G655. Применение одного и того же типа оптиче�ского волокна в условиях сетей с малым се�тевым резервированием позволяет избегатьтрудностей при сварке волокон разного ти�па в процессе ремонта кабельной сети приповреждении кабелей. Применение одноготипа волокна на всей сети облегчает прове�дение будущих реконструкций линий путемустановки систем передачи со спектраль�ным уплотнением. Кроме того, упрощаетсяобеспечение эксплуатационного запаса ка�белей – при одном типе волокон запасногокабеля требуется меньше, отсутствует про�блема выбора и доставки запасного кабеляв случае проведения ремонтных работ.Второй особенностью применения оптиче�ских кабелей в России является использо�вание на телекоммуникационных сетях оп�тических кабелей с высокими значениямимеханических параметров. Эта особенностьобусловлена не только сложными климати�ческими и геологическими особенностямиРоссии, но и особенностями построения се�ти. Как правило, российские сети связи яв�ляются «тонкими» с минимальным резерви�рованием, поэтому требуются оптическиекабели с повышенной эксплуатационной на�дежностью, которая достигается увеличени�ем значений параметров механическойпрочности кабеля. В России внедрена особаяклассификация оптических кабелей по меха�ническим параметрам: классификация по ти�пам (тип 4 – кабели с допустимым растяги�вающим усилием [Рдоп] � 2,7 кН, тип 3 – кабе�ли с [Р доп] � 7 кН, тип 2 – кабели с [Р доп ] �20 кН, тип 1 – кабели с [Р доп]� 80 кН), исхо�дя из значений минимально допустимоймеханической прочности. Эта классифика�ция оптических кабелей позволяет учиты�вать геологические особенности при про�кладке оптических кабелей в разных типахгрунтов.Третьей особенностью оптических кабелейдля протяженных линий связи в России яв�ляется наличие у этих кабелей металличе�ской брони или металлической оболочки.Основное назначение брони и металличе�ской оболочки заключается в обеспечениивысокой механической прочности. Крометого, металлическая броня (оболочка) вы�

полняет еще и важную эксплуатационнуюфункцию, а именно, функцию поиска трас�сы кабельной линии путем подачи от спе�циальных генераторов на металлическуюброню (оболочку) тональных электромаг�нитных сигналов, излучение которых реги�стрируется на поверхности земли спе�циальными индикаторами. В условиях сетис ограниченным резервированием этоочень важно для проведения поиска трассыкабеля и мест его повреждения в целях ре�монта в очень короткие промежутки време�ни (обычно в течение 6 ч после поврежде�ния кабеля). Еще одной очень важной особенностью оп�тических кабелей протяженных линий связив России является широкий диапазон тем�ператур эксплуатации этих кабелей. В пер�вую очередь эта особенность относится ккабелям, подвешиваемым на опорах ЛЭПили на опорах контактной сети электрифи�цированных железных дорог. Эта особен�ность предполагает тщательный выбор ги�дрофобных заполнителей, которые должныиметь стабильные параметры вязкости вочень широком температурном диапазоне.Отдельное место среди российских особен�ностей оптических кабелей связи для протя�женных линий занимают экономическиеособенности. К 1991 г. отставание в разви�тии оптических систем связи в России былокатастрофическое, ни на одной из сетейсвязи не было ни одной протяженной воло�конно�оптической линии. В этих условияхправопреемник Министерства связи СССРпо магистральным линиям связи ОАО «Рос�телеком» смогло первым среди операторовсвязи приступить к созданию волоконно�оптической сети связи. Опираясь только насобственные финансовые возможности и навзаимовыгодное сотрудничество с ведущи�ми зарубежными операторами и фирмами,ОАО «Ростелеком» к 1995 г. построило«хребет» волоконно�оптической сети на ос�нове импортных кабелей. В целях поддерж�ки отечественной промышленности ОАО«Ростелеком» с 1996 г. приступило к актив�ной работе с отечественными производите�лями средств связи, и прежде всего с оте�чественными кабельными заводами. Пер�вым среди этих заводов стал завод ОАО«Севкабель», который вместе с ЗАО «Сев�кабель�Оптик» разработал собственнуюпрограмму производства междугородныхоптических кабелей, удовлетворяющих тре�бованиям ОАО «Ростелеком». Надо отме�

Оптические кабели и ВОЛСОптические кабели и ВОЛС

ОПТИЧЕСКИЕ ВОЛОКНА И КАБЕЛИ ДЛЯ ПРОТЯЖЕННЫХЛИНИЙ СВЯЗИ В.Н. Спиридонов, к.т.н., начальник инжинирингового

центра ССКТБ–ТОМАСС, [email protected]


тить, что требования ОАО «Ростелеком»были очень жесткими: они учитывали до�стигнутый мировой уровень разработок оп�тических кабелей и российские особенностиэксплуатации междугородных кабелей.Именно эти требования и определили про�гресс в организации производства отече�ственных кабелей для протяженных воло�конно�оптических линий связи. В дальней�шем еще два завода: ЗАО «Москабель�Фу�джикура» и ЗАО «Лусент Текнолоджис –Связьстрой�1. Воронежская оптическая ком�пания», довели уровень своего производ�ства до требований ОАО «Ростелеком» истали его поставщиками. К 1998 г. ежегод�ные закупки ОАО «Ростелеком» отече�ственных оптических кабелей составили бо�лее 8 тыс. км. Необходимо подчеркнуть, чтоОАО «Ростелеком» к этому времени сталопризнанным российским лидером волокон�но�оптической связи. К 2000 г. общая длинапротяженных волоконно�оптических линийсети ОАО «Ростелеком» составила около 35 тыс. км. Но это было только началом соз�

дания современной общенациональной сетисвязи. Из 225 тыс. км общей сети ОАО«Ростелеком» еще 190 тыс. км сети остава�лись построенными на медножильных ка�белях. После создания «хребта» волоконно�оптической сети строительство ответвленийэтой сети не давало быстрой окупаемости,но интересы развития общенациональнойсети требовали пойти на такое строитель�ство. Учитывая, что сеть ОАО «Ростелеком»в 225 тыс. км являлась и ранее сетью с ма�лым резервированием, ее протяженностьжелательно было бы увеличить до требова�ний разветвленной сети с гарантированнымрезервированием.Следует отметить, что вслед за ОАО «Рос�телеком» некоторые ведомственные сетитакже пошли по пути замены своих линий смедножильными кабелями на волоконно�оп�тические линии. Например, амбициозныепроекты Министерства путей сообщения РФвылились в создание новой сети ВОЛС подэгидой ЗАО «Компания Транстелеком»(протяженность этих ВОЛС по линиям кон�

тактной сети электрифицированных желез�ных дорог уже составляет 45 тыс. км). РАО ЕЭС через свои сетевые структурыстроит ВОЛС на основе оптических кабе�лей, встроенные в грозотросы, подвешивае�мые на опорах высоковольтных линий элек�тропередачи – ЛЭП. Однако по�настоящемутолько сеть ОАО «Ростелеком» все еще ос�тается единственной общенациональной те�лекоммуникационной сетью России.Если оценить роль ОАО «Ростелеком», ЗАО«Транстелеком», РАО ЕЭС в поддержке оте�чественной промышленности, можно кон�статировать, что операторы дальней связи взначительной степени определяют прогрессв развитии производства оптических кабе�лей для протяженных волоконно�оптическихлиний связи.В 2000 г. в связи с началом крупномасштаб�ной реструктуризации ОАО «Ростелеком»приостановило ускоренное строительствоновых волоконно�оптических линий связи,ограничившись в основном расширениемпропускной способности ранее построенных


Магистральная сеть ОАО «Ростелеком» на основе волоконно�оптических линий передачи


ВОЛС. В этот же период времени корректи�ровку планов строительства ВОЛС осуще�ствили и ряд ведомственных операторовдальней связи – они тоже ограничили пла�ны своего развития. Поэтому в этот периодвремени в несколько раз сократилась по�требность в оптических кабелях для протя�женных линий связи. Причем в отличие отпередовых стран сокращение производстваэтих кабелей не является признаком созда�ния разветвленных волоконно�оптическихсетей, а является результатом реструктури�зации операторов дальней связи.Конечно, процесс реструктуризации вре�менный и после его окончания темпы строи�тельства протяженных ВОЛС должны бытьвосстановлены. Жаль только, что будет по�теряно время для ускоренного строитель�ства и имеющиеся возможности отече�ственного кабельного производства не бу�дут использованы должным образом.

➋ Выбор оптических волокон для кабелейпротяженных линий связи

Как отмечено в разделе 1, выбор оптиче�ских волокон для оптических кабелей рос�сийских протяженных линий связи имеетважное технико�экономическое значение.Правильный выбор типа волокна обеспечи�вает минимизацию эксплуатационных рас�ходов и расходов на последующие рекон�струкции линий.В первые годы строительства протяженныхлиний связи при отсутствии в России соб�ственного производства отечественных оп�тических кабелей приемлемого качестваглавное внимание уделялось оптимально�му выбору зарубежных поставщиков опти�ческих кабелей. С этой целью специалистыОАО «Ростелеком» – ведущего российско�го оператора связи, в 1992 г. разработалитехнические требования на оптические ка�бели для протяженных линий связи, в кото�рых впервые были систематизированы тре�бования к оптическим волокнам для этихкабелей.Главным типом оптических волокон былоопределено волокно по рекомендации МСЭ�Т G.652, т.е. оптическое волокно, опти�мизированное по хроматической дисперсиина длину волны 1,31 мкм, хотя рабочей дли�ной волны уже тогда была выбрана длина1,55 мкм. Волокно по рекомендации МСЭ�Т G.653, оптимизированное на длинуволны 1,55 мкм, было исключено из приори�тетных волокон. Уже в то время имеющиесяданные по этому типу волокна говорили отом, что эти волокна обладают худшими ме�ханическими характеристиками (на растя�жение, на изгиб), чем волокна по рекомен�дации G.652, – механические характеристи�ки волокон очень важны для протяженныхлиний связи с ограниченным резервирова�нием. Кроме того, учитывались успехи всоздании аппаратуры систем передачи, по�зволяющей аппаратурными средствами засчет использования узкополосных лазеровбороться с отрицательным влиянием хрома�

тической дисперсии. Последующие допол�нительные исследования показали, что во�локна G.653 обладают нелинейными эф�фектами, отрицательно сказывающимисяпри передаче высокоскоростных оптическихсигналов. Можно констатировать, что выборволокон G.652 для протяженных линий свя�зи был очень удачным.Новые разработки оптических волокон с не�нулевой смещенной дисперсией по реко�мендации МСЭ�Т G.655 ориентированыпрежде всего на подводные океаническиесистемы связи, для которых очень важноиметь как можно меньше регенераторовпри максимально большой длине регенера�ционных участков. Ненулевая смещеннаядисперсия на длине волны λ = 1,55 мкм по�зволяет уменьшить влияние хроматическойдисперсии на ограничение длины регенера�ционных участков. Для наземных протяжен�ных линий связи, для которых установка ре�генераторов через 100–150 км не являетсяпроблемой даже для России, эти преимуще�ства волокон с ненулевой смещенной дис�персией (НСД) не являются определяющи�ми. Кроме того, волокна с НСД в 3–4 разадороже волокон по рекомендации G.652, ихприменение приводит к значительному удо�рожанию оптических кабелей. Успехи присоздании аппаратуры высокоскоростных си�стем передачи таковы, что уже практическидоступны системы передачи, обеспечиваю�щие передачу 256 систем STM�16 на рас�стояние до 150 км по одной паре волокон. Таким образом, для российских протяжен�ных (не подводных) кабельных линий связиосновным типом волокон являются одномо�довые волокна G.652. Эти волокна произво�дятся всеми ведущими мировыми произво�дителями оптических волокон (в России та�ких производителей нет и в обозримом бу�дущем не предвидится). Выбрав в первыегоды основным партнером по поставкамсредств волоконно�оптической связи фирмуSiemens, ОАО «Ростелеком» одновременновыбрало и оптические кабели фирмы Sie�mens с волокнами G.652 фирмы Siecor. По�строив вместе с фирмой Siemens около 3,5 тыс. км протяженных линий связи, ОАО «Ростелеком» получило в эксплуата�цию 3,5 тыс. км кабельных линий с волокна�ми Siecor.Дальнейшее строительство в объеме около2,5 тыс.км ОАО «Ростелеком» осуществиловместе с фирмой Fujikura, Япония, на ка�белях фирмы Fujikura с волокнами G.652этой же фирмы. Проведя всесторонниесравнения волокон G.652 фирм Siecor, Fujikura, Corning и других, ОАО «Ростеле�ком» при заказах оптических кабелей рос�сийским производителям начиная с 1996 г.,сделал выбор в пользу волокон фирмы Fujikura. Этот выбор был обусловлен тем,что, во�первых, уже значительная часть се�ти была построена на основе этих волокон,во�вторых, по основным показателям пара�метры волокон Fujikura находятся на уровнелучших мировых показателей, особенно в

части механических и температурных влия�ний, в�третьих, в условиях дефицита на ми�ровом рынке оптических волокон в1997–2000 гг. фирма Fujikura обеспечивалапоставку всех запрашиваемых российскимикабельными заводами объемов, в�четвер�тых, фирма Fujikura обеспечивала поставкиволокон по приемлемым для России ценам.В результате на главной волоконно�оптиче�ской сети России – сети ОАО «Ростелеком»основным волокном стало волокно G.652фирмы Fujikura.Другие операторы дальней связи сделалисвой выбор, исходя из собственного опыта.Например, «Компания Транстелеком» ос�новным волокном выбрала волокно G.652ведущей мировой фирмы Corning, США.Ряд операторов, строя пока только фраг�менты будущих сетей, еще не выбрали ос�новного поставщика волокон. Например, нафрагментах сетей РАО ЕЭС, ОАО «Транс�нефть», ОАО «Газпром» используются раз�ные волокна фирм Alcatel, Corning, Pirelli идругих.Исследования, проведенные в России, пока�зывают, что в случае применения на одномрегенерационном участке волокон G.652разных производителей возникают затруд�нения при выборе режимов сварки волоконразных производителей. В настоящее времяэти затруднения довольно успешно преодо�леваются при использовании конкретныхустановок сварки для волокон фирм Cor�ning, Fujikura, Lucent Technologies в разныхих сочетаниях. Для волокон других произво�дителей требуются дополнительные иссле�дования по режимам сварок в различныхвариантах применения. Технология изгото�вления заготовки, материал и степень леги�рования заготовки для получения необходи�мого профиля показателя преломления –все эти параметры влияют на качествосварного соединения.Влияния сварок различных сочетаний воло�кон фирм Corning, Fujikura, Lucent Technolo�gies на режим передачи высокоскоростныхоптических сигналов систем со спектраль�ным уплотнением емкостью до 40 длин волнне обнаружено. Для сварок волокон другихфирм и для систем емкостью большей, чем40 длин волн, требуются дополнительныеисследования.

➌ Оптические кабели для новых технологий строительства протяженных линий связи

В последние годы в технологии строитель�ства протяженных кабельных линий связи вРоссии произошли существенные измене�ния. Самым главным изменением следуетотметить внедрение технологии строитель�ства защитных пластмассовых труб, кото�рые прокладываются предварительно в ви�де трубопроводов на той же глубине, что икабели (как правило, на глубине 1,2 м). Про�кладка кабельных трубопроводов осущест�вляется как в предварительно вырытуютраншею, так и механизированным спосо�



бом с помощью традиционных кабелеуклад�чиков. Срок службы защитных пластмассо�вых труб гарантируется в 50 лет, поэтому завремя эксплуатации кабельных трубопрово�дов осуществляются не менее двух прокла�док кабеля.Поскольку кабельный трубопровод защи�щает проложенный внутри кабель от внеш�них механических воздействий, кабельможно делать облегченной конструкции.Кабель, как правило, прокладываетсявнутрь трубопровода методом задувки, по�этому он должен быть достаточно малога�баритным (оптимальный диаметр кабеляпримерно равен 1/2 внутреннего диаметратрубы) и относительно легким. Для умень�шения трения при задувке кабеля в трубо�провод (и при замене кабеля) внешняяоболочка кабеля должна быть достаточножесткой и гладкой. На подземных протя�женных кабельных линиях связи в усло�виях России очень важно в любое времягода (и зимой тоже) быстро отыскивать ка�бельную трассу для обнаружения возмож�ных повреждений кабеля. Самым надеж�ным, традиционным и широко используе�мым методом поиска трассы кабеля явля�ется поиск с помощью трассопоис�ковыхприборов, для чего на металлический эле�мент кабеля (как правило, на металли�ческую оболочку или броню) должно бытьподано напряжение переменного тока за�данной частоты от специального генерато�ра. Поэтому кабель должен иметь металли�ческую оболочку или броню.

Обычно кабельный трубопровод негермети�чен, в процессе эксплуатации в него можетпопасть и долго оставаться влага. Поэтомукабели внутри трубопровода должны бытьвлагостойкими. Любая пластмасса не можетобеспечить полную влагонепроницаемость,необходимую влагонепроницаемость можетобеспечить только сплошная металлическаяоболочка. Наличие металлической оболочки в кабелетребует обеспечения защиты кабеля отударов токов молнии. Для условий Россииэто требование заключается в том, что ме�таллическая оболочка должна выдержи�вать импульсный ток 105 кА, имитирующийток молнии. При этом наличие второго ме�таллического элемента, например метал�лического центрального элемента, не до�пускается.Таким образом, кабель для кабельных тру�бопроводов должен обладать следующимихарактеристиками: быть малогабаритным;легким; достаточной механической прочно�сти, чтобы выдерживать задувку в трубо�провод; иметь сплошную металлическуюоболочку, электрическое сопротивление ко�торой достаточно низкое для передачи сиг�налов поиска трассы и для обеспечениятребуемой молниестойкости; не допускают�ся другие, кроме оболочки, металлическиеэлементы, например центральный элементкабеля не должен быть металлическим.Относительно новой технологией прокладкипротяженных кабельных линий являетсяподвеска оптических кабелей, встроенных в

грозотрос на опорах высоковольтных ЛЭП(в иностранной литературе эти кабели обоз�начаются как кабели OPGW). В условияхРоссии требования к кабелям OPGW отли�чаются рядом особенностей. Эти особенно�сти заключаются прежде всего в том, чтоклиматические условия требуют обеспече�ния рабочего диапазона температур от ми�нус 60 до плюс 70� С. Это означает, что ги�дрофобные заполнители модулей и сердеч�ника кабеля должны сохранять свои пара�метры в диапазоне минус 60 – плюс 70� С.Кроме того, температурные коэффициентырасширения составляющих кабеля и грозо�троса должны быть очень близкими друг кдругу для исключения эффектов «выполза�ния», «вползания» кабеля и его элементов.На российских кабельных заводах не реше�ны вопросы разработки и серийного произ�водства кабелей OPGW, в полной мере от�вечающих климатическим условиям.Еще одной относительно новой технологиейпрокладки протяженных кабельных линийявляется подвеска оптических кабелей наконтактной сети электрифицированных же�лезных дорог. Кабели для этих целей крометрадиционных механических параметров ха�рактеризуются и таким параметром, как ви�бростойкость. Эти кабели, и особенно ка�бельные муфты, являются объектами, по ко�торым охотники открывают стрельбу в про�цессе неудачной охоты. Еще одним влия�ющим фактором для этих кабелей могутбыть пожары сухой травы в зоне железнойдороги, во время которых может оплавитьсяоболочка подвешенных кабелей. Поэтомудля повышения надежности кабелей, подве�шиваемых на опорах контактной сети элек�трифицированных железных дорог, необхо�димо уделять внимание повышению их ви�бростойкости, пожаростойкости и защите отвоздействий при попадании дроби охотни�чьих ружей.За рубежом в последние годы строятся про�тяженные волоконно�оптические кабельныелинии связи на основе малогабаритных ка�белей, проложенные вдоль автодорог в уз�кую траншею, которая фрезеруется в ас�фальтированном полотне, а поверх кабелятраншея заделывается асфальтной массой.Однако в России автодороги практическине используются для строительства теле�коммуникационных линий, хотя строитель�ство протяженных кабельных линий вдольавтодорог очень перспективно и экономиче�ски выгодно. Правда, технология строитель�ства ВОЛС вдоль российских автодорогдолжна отвечать особенностям состояния иэксплуатации этих автодорог. Но это темаособого рассмотрения.

➍ Оптические кабели для протяженныхлиний связи в районах вечномерзлыхгрунтов

Огромные территории России находятся взоне вечной мерзлоты. Прокладка кабелейсвязи в вечномерзлых грунтах всегда пред�ставляла труднейшую задачу. В России на�


No. 111


копился определенный опыт по такой про�кладке. Этот опыт можно использовать идля прокладки оптических кабелей.Не останавливаясь на технологии прокладкикабельных линий связи в вечномерзлых грун�тах, рассмотрим требования к оптическим ка�белям, прокладываемым в данных грунтах. Всистематизированном виде эти требованиябыли рассмотрены рабочей группой Q, соз�данной в 1995 г. совместно ОАО «Ростеле�ком» и кабельным департаментом фирмы Siemens, ФРГ. В течение трех лет группа Qвела разработки оптических кабелей для веч�номерзлых грунтов. Эти разработки позволи�ли сделать следующие выводы:● для прокладки в вечномерзлый грунт оп�

тические кабели должны быть брониро�ванными круглой проволочной броней,допустимые растягивающие механиче�ские напряжения которой составляют неменее 50 кН;

● эти кабели (как и другие оптические ка�бели протяженных линий) не должныиметь других металлических элементов,прежде всего металлического централь�ного стержня;

● перепад диаметров кабеля и соедини�тельной муфты для него должен быть ми�нимальным с плавным конусообразнымпереходом, чтобы исключить влияниеразницы в выталкивающих силах в слу�чае «пучинистых» явлений;

● при прокладке кабелей следует обходитьместа с «пучинистыми» явлениями грунтов;

● конструкции соединительных муфт для ка�белей в вечномерзлых грунтах близки кконструкциям муфт для подводных кабе�лей: эти муфты делаются минимально воз�можных диаметров при конусообразныхплавных перепадах до размеров кабеля.

Кроме того, в России проведены исследо�вания по определению возможности про�кладки оптических кабелей в вечномер�злых грунтах в защитных полиэтиленовыхтрубах (в специализированной лаборато�рии филиала ОАО «Ростелеком» в Иркут�ске). Исследования в течение десяти летпоказали, что технология прокладки в веч�номерзлых грунтах оптических кабелей вкабельных трубопроводах вполне реализу�ема. Показано, что замерзание воды втрубе не приводит к повреждениям кабе�ля. При строительстве по этой технологиив районах вечной мерзлоты остается про�блема размещения контейнеров оператив�ного доступа, в которых укладываются ка�бельные муфты. Поскольку размеры этихконтейнеров велики по сравнению с диа�метром труб, их следует размещать научастках трассы, не подверженных «пучи�нистым» явлениям, а в котлованах подконтейнеры делать песочные «подушки».➎ Оптические кабели для подводных

протяженных линий связиПодводные протяженные волоконно�опти�ческие линии связи в России связаныпрежде всего с международными линия�ми, построенными ОАО «Ростелеком»

совместно с иностранными партнерами:ВОЛС «Дания–Россия №1», ВОЛС «Ита�лия–Турция–Украина–Россия – ИТУР»,ВОЛС «Россия–Япония–Корея», ВОЛС«Новороссийск–Сочи». Эти системы бази�руются на подводных кабелях зарубежно�го производства. В России не производят�ся подводные оптические кабели. Един�ственным кабельным предприятием, кото�рое ранее производило подводные медно�жильные кабели для нужд Министерстваобороны и ВМФ СССР, является завод«Севкабель». Однако этот завод не сталорганизовывать производство подводныхволоконно�оптических кабелей из�за от�сутствия заказов на них и финансирова�ния разработок, но принципиально наэтом заводе можно организовать такоепроизводство.Оптические кабели для подводных протя�женных систем конструктивно сложны итрудоемки в изготовлении. Эти кабелидолжны содержать элементы, защищаю�щие оптические волокна от влаги и ато�марного водорода. Кабели должны выпу�скаться большими строительными длина�ми, причем на строительной длине кабелявсе оптические волокна не должны иметьсварок.В рабочем диапазоне длин волн волокнадолжны обладать низкими значениями ко�эффициента затухания, хроматической иполяризационно�модовой дисперсии. По�этому в современных условиях в качествеоптических волокон подводных кабелей вы�бирают волокна с ненулевой смещеннойдисперсией по рекомендации МСЭ�Т G.655.Подводные оптические кабели отличаютсявысокими значениями механических пара�метров растяжения и раздавливания.Обычно градация этих кабелей по механи�ческим параметрам предполагает изгото�вление кабелей прибрежной прокладки (снаибольшими значениями механическихпараметров), кабелей для зоны морскогорыболовства (чаще всего эти кабели заглу�бляются в донный грунт), кабелей для глу�боководной зоны. В Черном море подвод�ные кабели дополнительно должны бытьустойчивы к воздействию сероводорода.

➏ Общая оценка ситуацииСовременный этап развития волоконно�оп�тических сетей связи в России характеризу�ется резким замедлением темпов строи�тельства протяженных линий связи, поэтомупотребность в кабелях такого типа значи�тельно уменьшилась. В условиях недоста�точно развитых сетей связи и недостаточноустойчивой экономики это может привести котставанию в области новых разработок иповышения качества оптических кабелейдля протяженных линий связи.

Литература1. Кабельные линии связи. История разви�

тия в очерках и воспоминаниях. М.: Радиои связь, 2002.

2. High Perfomance Dispersion and DispersionSlope Compensating Fiber Modules for Non�zero Dispersion Shifted Fibers. FujikuraTechnical Review, No.32, s.5�10.

3. Future Guide�TM. Fujikura Technologies ofOptical Fiber. Материалы семинара на вы�ставке «Связь экспоком�2003».


В опубликованной статье затронуты важ�нейшие для развития общенациональнойсети связи вопросы:● Каковы перспективы построения обще�

национальной разветвленной сети свя�зи с достаточным сетевым резервиро�ванием?

● Можно ли реализовать выгоды геогра�фического расположения России натранзитных направлениях Восток–За�пад и Север–Юг путем создания тран�зитных транспортных линий связи?

● Как обеспечить проведение единойтехнической политики в процессе стро�ительства и эксплуатации общенацио�нальных и ведомственных сетей связи?

● Что необходимо сделать для увеличе�ния темпов строительства разветвлен�ной общенациональной сети связи сдостаточным резервированием?

● Как крупнейшие операторы дальнейсвязи (ОАО «Ростелеком», РАО ЕЭС,ЗАО «Компания Транстелеком» и дру�гие) могут повлиять на развитие отече�ственного производства оптическогокабеля для протяженных волоконно�оп�тических линий связи?

Вопросы сложные и не имеют простых иоднозначных ответов, поэтому пригла�шаю к их обсуждению читателей нашегожурнала. Было бы интересно познако�мить читателей также с точкой зренияминистерства связи и информатизации ируководства крупных операторов связина обсуждаемые в статье вопросы.Как главный редактор, разделяю тревогуавтора статьи, вызванную резким замед�лением темпов строительства протяжен�ных линий связи в России в условиях ихнедостаточного развития. Считаю, чторазвитие информационной инфраструк�туры, фундаментом которой являются во�локонно�оптические сети, является стра�тегически важной государственной зада�чей. Одновременно хочу напомнить, чтомнение автора статьи «Оптическиеволокна и кабели для протяженных линийсвязи», как и авторов других публикацийнашего журнала, необязательно во всемсовпадает с мнением редакции или глав�ного редактора.

Главный редактор О.Е. Наний

От редакции


Развитие современных систем передачиданных неизменно идет по пути наращива�ния объема и дальности передаваемой ин�формации. Для увеличения объема переда�ваемой информации необходимо увеличи�вать скорость передачи данных. Сегодняпроисходит переход от скорости 2,5 Гбит/с кскорости 10 Гбит/с и в скором будущем кскорости 40 Гбит/с. При передаче информа�ции со столь высокими скоростями прихо�дится учитывать факторы, воздействие ко�торых ранее считалось пренебрежимо ма�лым. К таким факторам относятся хромати�ческая дисперсия (CD) и поляризационнаямодовая дисперсия (ПМД) [1]. В частности,хроматическая дисперсия стандартного од�номодового волокна ограничивает даль�ность безрегенерационной передачи инфор�мации даже со скоростью 2,5 Гбит/с рас�стоянием всего примерно 300 км на длиневолны минимального поглощения в волокне1550 нм (ограничения в системах передачисо скоростью 10 Гбит/с возрастают ещепримерно в 16 раз). Кроме самого волокнанекоторые другие элементы волоконно�оп�тических сетей связи являются источникамиCD. К таким источникам хроматическойдисперсии относятся оптические эрбиевыеусилители EDFA. Причем величина CD, вно�симой EDFA, зависит от уровня накачки [2].Оценки показывают, что CD, вносимая 30усилителями, достигает предельного допу�стимого значения для систем передачи соскоростью 40 Гбит/с. Хроматическая дисперсия, таким образом,является важным фактором, который следу�ет принимать во внимание при проектиро�вании и строительстве волоконно�оптиче�ских линий связи (ВОЛС). Ограничения,связанные с этим явлением, можно умень�шить, воспользовавшись техникой компен�сации CD [3]. Так как телекоммуникацион�ное волокно обладает положительной дис�персией, то для его компенсации в линиюсвязи вводят специальный компенсирую�щий модуль (DCM), содержащий отрезоккомпенсирующего дисперсию волокна,обладающего отрицательной дисперсией.Компенсация дисперсии может также осу�ществляться с помощью дискретных компо�нентов, таких, как брэгговские дифракцион�ные решетки.Компенсация хроматической дисперсии оп�тических кабелей в современных системахпередачи информации, таким образом, яв�ляется необходимым условием их каче�ственной и бесперебойной работы. Для реа�лизации эффективной компенсации CD обя�

зательным является измерение точного зна�чения хроматической дисперсии всех ка�бельных участков и других элементов высо�коскоростных систем дальней связи. В предлагаемой статье рассматриваютсяметоды и средства измерения хроматиче�ской дисперсии. Хроматической дисперсией называется какзависимость эффективного показателя пре�ломления оптического волокна от длиныволны, так и ее следствие – увеличениедлительности оптических импульсов при ихраспространении по волокну. Длительность оптического импульса на вы�ходе длинного оптического волокна опреде�ляется относительной групповой задержкойсамой медленной спектральной компонентыотносительно самой быстрой. Поэтомувлияние хроматической дисперсии пропор�ционально ширине спектра светового сигна�ла. Именно по этой причине в системахдальней связи используются узкополосныеисточники излучения – лазеры. Современные лазеры, работающие в непре�рывном режиме, или непрерывные лазеры,являются источниками практически коге�рентного излучения, ширина полосы излуче�ния которых может составлять единицы ки�логерц и меньше. Поэтому при использова�нии в качестве передатчика оптических сиг�налов непрерывных лазеров с внешней мо�дуляцией ширина спектра светового сигна�ла определяется характером модуляции.Ширина спектра ∆ν последовательности оп�тических импульсов цифровой двоичной си�стемы связи в этом случае пропорциональ�на битовой скорости ∆ν = ΚΒ, (1)где коэффициент пропорциональности Κ,близкий к единице, зависит от используемо�го формата модуляции. Таким образом,каждый световой импульс сигнала предста�влен не единственной длиной волны, а груп�

пой длин волн в узком спектральном диапа�зоне – волновым пакетом. Так как различные длины волн распростра�няются с разными скоростями (или, точнее,с разными групповыми скоростями), товходной оптический импульс по мере про�хождения по волокну будет становиться всешире и шире. По мере увеличения длитель�ности соседние импульсы начинают про�странственно перекрываться, нарушая ра�боту цифровой системы передачи информа�ции. С увеличением длины линии связи и скоро�сти передачи информации влияние хрома�тической дисперсии возрастает. Действи�тельно, увеличение длины линии приводит кпрямо пропорциональному увеличению раз�ности временных задержек спектральныхкомпонент светового сигнала, т.е. увеличе�нию его длительности. Увеличение скоростипередачи информации и, следовательно, со�кращение длительности и периода следова�ния несущих информацию импульсов сказы�ваются двояко. Во�первых, допустимая ве�личина хроматической дисперсии линииубывает пропорционально сокращению пе�риода следования T= (B)�1 импульсов. Во�вторых, ширина спектра ∆ν растет пропор�ционально битовой скорости B.В результате этого четырехкратное увели�чение битовой скорости приводит к шест�надцатикратному сокращению предельнойдопустимой дальности передачи информа�ции.Определение хроматической дисперсии,приведенное в рекомендациях Международ�ного союза электросвязи ITU�T G.650 [4].Хроматическая дисперсия (CD) – это ушире�ние светового импульса в оптическом во�локне, вызванное разностью групповых ско�ростей различных длин волн, составляющихспектр оптического информационного сиг�нала.

Измерительная техникаИзмерительная техника

Методы и средства измеренияхроматической дисперсииА.М. Бродниковский, к.ф.м.н., [email protected]

Рис. 1. Увеличение длительности световых импульсов после прохождения участка оптического волок�на, вызванное дисперсией, и сокращение длительности импульса после прохождения компен�сирующего модуля DCD


Примечание. Вклад в CD вносят следующиесоставляющие: материальная дисперсия,волноводная дисперсия, дисперсия профиляпоказателя преломления.Хроматическая дисперсия оптического во�локна характеризуется следующими пара�метрами.➊ Коэффициент хроматической дисперсии

(chromatic dispersion coefficient): малое из�менение задержки светового импульса научастке волокна единичной длины (1 км),при единичном изменении длины волны (1 нм) несущей этого импульса. Единицаизмерения – пс/(нм·км).

➋ Наклон кривой в точке нулевой дисперсии(zero�dispersion slope): наклон зависимостикоэффициента хроматической дисперсииот длины волны в точке нулевой диспер�сии. Единица измерения – пс/((нм)2·км).

➌ Длина волны нулевой дисперсии: длинаволны, при которой коэффициент хрома�тической дисперсия принимает нулевоезначение. Единица измерения – нм.

Методы измеренияхроматической дисперсииКоэффициент хроматической дисперсии Dволокна определяется по разнице в группо�вой задержке световых сигналов с различ�ными длинами волн τ(λ) в волокне извест�ной длины по формуле:

1 dτ (λ)D = —.————, (2)

L dλгде L – длина волокна, λ – длина световойволны. Различие методов измерения хрома�тической дисперсии фактически связано сиспользованием разных методов измерениявременных задержек.В соответствии с рекомендациями ITU�TG.650 [4] существует три регламентирован�ных метода измерения дисперсии: ● фазовый метод измерения (Phase shift

technique); ● интерферометрический метод (Interfero�

metric technique);● импульсный метод измерения (Pulse delay

technique). Наиболее распространенным методом из�мерения дисперсии является фазовый ме�тод и его разновидность, дифференциаль�ный фазовый метод. Эти методы дают наи�большую точность измерений и удобствореализации*.

Фазовый метод измеренияхроматической дисперсииСущность метода: относительная групповаязадержка определяется фазовым методом.Этот метод состоит в сравнении фазы про�шедшего через измеряемый световод сиг�нала с фазой опорного сигнала. Получен�ные значения сдвига фаз ϕ (λ) связаны сгрупповыми задержками формулой

τ (λ) = ϕ / (2π f), (3)где f – частота модуляции сигнала.Измерения задержки должны быть проведе�ны на нескольких длинах волн. Реализоватьизмерения можно несколькими способами:● использовать несколько источников излу�

чения с фиксированными длинами волн иширокополосный фотоприемник;

● использовать источник с перестраивае�мой длиной волны (перестраиваемый ла�зер или широкополосный источник с се�лектором длин волн) и широкополосныйфотоприемник;

● использовать широкополосный источники фотоприемник с селектором длин волн.

В случае использования измерителя хрома�тической дисперсии с перестраиваемой ра�бочей длиной волны необходимо установитьграницы спектрального диапазона и шаг из�менения длины волны. Структурная схема фазового метода изме�рения CD с использованием широкополос�ного источника излучения и фотоприемникас селектором длин волн представлена нарис. 2. Сигнал с задающего генератора мо�дулирует мощность излучения источника.Модулированное световое излучение, про�шедшее по тестируемому волокну, исполь�зуется в качестве измеряемого сигнала, по�даваемого на фазометр. Тот же сигнал сопорного генератора, подаваемый на фазо�метр по другому каналу, служит опорным

сигналом. Фазометр измеряет сдвиг фазмежду опорным и измеряемым сигналом.Измерения повторяются на каждой из вы�бранных длин волн. Из полученных значений относительногосдвига фаз по формуле (3) рассчитываетсявеличина относительной задержки для всехдлин волн, на которых проводились измере�ния.Обработка результатов измерения заклю�чается в подборе функциональной зависи�мости τ (λ), значения которой на измеря�емых длинах волн наиболее близки к изме�ренным значениям. Международные стан�дарты [4,5] рекомендуют для каждого типаволокна и спектрального диапазона изме�рений выбирать функциональные зависи�мости в виде некоторых многочленов, пред�ставляющих собой степенные функции дли�ны волны λ с неизвестными коэффициента�ми. В процессе математической обработкиизмерений вычисляются значения этих ко�эффициентов. Широко используются, на�пример, трех� или пятичленные функцииСолмейера. Развитием фазового метода являетсядифференциальный фазовый метод(Differential Phase Shift method), когдаизмеряются относительные фазовыесдвиги и относительные задержки τ1 иτ2 двух сигналов на соседних близкорасположенных длинах волн λ1 и λ2.


*Международный стандарт МЭК IEC 60793�1�42:2001) [5] рассматривает дифференциальныйфазовый метод как независимый метод измеренияхроматической дисперсии. – Прим. ред.

No. 112


Значение величины дисперсии на длиневолны λ1/2, равной полусумме длин волнλ1 и λ2 , определяется линейной аппрок�симацией по формуле

1 (τ1 – τ2)D(λ1/2) = —. —————.

L (λ1 – λ2)

Интерференционный методизмерения хроматическойдисперсииКак уже было сказано, альтернативнымметодом является интерференционный ме�тод. Структурная схема измерителя CD, ис�пользующего интерференционный метод(на основе интерферометра Маха–Цанде�ра), представлена на рис. 3. Излучение отширокополосного источника после селек�тора длин волн попадает в интерферометрМаха–Цандера. При линейном перемеще�нии конца волокна, входящего в составопорного плеча интерферометра, в опор�ный канал вносится известная разность оп�тических длин, значение которой позволяетвычислить групповую задержку световогосигнала в тестируемом волокне, располо�женном в измерительном плече интерфе�рометра. Интерферометрический методприменяется при измерении характеристиккоротких отрезков волокна длиной нес�колько метров и в основном используетсядля контроля производственного процессапри изготовлении волокон и компонентовсистем передачи.

Импульсный метод измеренияхроматической дисперсииСтандарт ITU�T G�650 регламентирует так�же метод, основанный на прямом измере�нии задержки световых импульсов с раз�личными длинами волн при прохождениичерез волокно заданной длины (time offlight). В этом методе можно проводить из�мерения времени задержки оптических им�пульсов лазеров при прохождении заданно�го участка волокна «туда и обратно», т.е.при отражении от удаленного конца волок�на. Точность измерения CD в этом методениже, чем точность измерения фазовым ме�тодом из�за меньшей точности измерениявременных задержек.

Поскольку точность импульсного методаобратно пропорциональна длительностииспользуемых импульсов, то стандартомМЭК IEC 60793�1�42 [5] накладываетсяограничение: длительность используемыхимпульсов должна быть не более 400 пс. –Прим. ред.Схема установки для проведения измеренийпри этом остается почти такой же, как и приизмерении фазовым методом. Вместо фазо�метра при измерении импульсным методомнеобходимо использовать другое устройство,позволяющее измерять относительную вре�менную задержку двух импульсов.

Аппаратура для измеренияхроматической дисперсииПоскольку измерения хроматической диспер�сии производятся не только на смонтирован�ных линиях для точной компенсации, но ипри производстве и разработке компонентовсистем передачи, ОВ и ОК, а также для науч�ных исследований, то на рынке существуютустройства различных категорий, предназна�ченные для измерения значений CD. Их тех�нические параметры варьируются в оченьшироком диапазоне. Однако сравнение тако�го большого количества приборов выходитза рамки настоящей статьи, поэтому мыограничимся здесь лишь измерителями CD,предназначенными для контроля ВОЛС.В настоящее время на рынке представленыприборы ведущих производителей измери�тельной техники, таких, как Acterna, Anritsu,EXFO, Luciol, NETTEST, Perkin Elmer и бело�русского предприятия ИИТ (Институт ин�формационных технологий).

Сравнительные характеристики приборовпредставлены в таблице*.Приборы, представленные в таблице, услов�но можно разделить на полевые и стацио�нарные. К категории полевых были отнесе�ны сравнительно небольшие устройства,имеющие автономное питание наряду с пи�танием от сети.Измерение хроматической дисперсии на ос�нове прямого измерения задержки распро�странения коротких световых импульсовразных фиксированных длин волн (импульс�ный метод измерений) представлено в при�боре ν�CD1 швейцарской компании Luciol.Постоянство длины волны источников излу�чения обеспечивается решетками Брэгга,играющими роль узкополосного (0,1 нм) оп�тического фильтра излучателя. Количествоисточников может быть произвольным. По�грешность временных измерений составля�ет 5 пс. Для достижения высокой чувстви�тельности (до 42 дБ) в приборе применяетсятехника счета фотонов с регистрацией сиг�налов на уровне �100 дБм.Единственным отечественным производите�лем измерителей хроматической дисперсииявляется компания ИИТ (Институт информа�ционных технологий, Беларусь). В приборахэтой компании ИД�2�1 (для кабельных заво�дов и испытательных лабораторий) и ИД�2�2(для измерения проложенных линий) приме�няется фазовый метод с 7 источниками излу�чения для измерения разности фаз синус�оидально модулированного сигнала на фик�сированных длинах волн. При этом реализо�вано техническое решение с использованиемлавинного фотодиода в качестве смесителявысокочастотных сигналов, что дает возмож�ность применить низкочастотный оптическийприемник для регистрации сигнала разностифаз опорного и сигнального каналов и суще�ственно увеличить отношение сигнал/шум.Последующая цифровая обработка сигналас помощью преобразования Фурье позволяетминимизировать искажения сигналов в при�емной части устройства [6]. Приборы ИД�2�1и ИД�2�2 обладают высокими техническимихарактеристиками (большой динамическийдиапазон, высокая скорость измерений, ба�тарейное питание, малый вес) и выгодно от�личаются низкой стоимостью по сравнению сзарубежными аналогами.


* При составлении таблицы использовались технические характеристики приборов, представленные в ка�талогах, рекламных материалах и размещенные на официальных сайтах компаний.

Рис.3. Структурная схема интерференционного метода измерения CD

Рис.2. Структурная схема фазового метода измерения CD с использованием широкополосногоисточника излучения и фотоприемника с селектором длин волн



Компания Acterna Anritsu EXFO NETTEST NETTEST Perkin Elmer Perkin Elmer Luciol ИИТНазвание прибора MTS�5000 MW9076D1 FTB�5800 CMA�5000 CMA�5000 FD�440 CHROMOS11 v�CD1 ИД�2�2Модель c модулем (модуль для OTDR/CD CD

5083 CD FTB�400) applicationТип: полевой или полевой полевой полевой полевой полевой станционный станционный станционный станционныйстанционныйМетод измерения импульсный, импульсный, фазовый импульсный, фазовый дифференци� дифференци� импульсный, фазовый(ITU�G.650, регистрируется регистрируется (Phase Shift) регистрируется (Phase Shift) альный фазовый альный фазовый регистрируется (Phase Shift)см. в тексте отраженный отраженный отраженный (Differential (Differential отраженныйстатьи) сигнал сигнал сигнал Phase Shift) Phase Shift) сигналТип излучателя, 4 излучателя 4 излучателя 1530–1625 6 излучателей 1525–1625 1250–1350; 1525–1575 (С) 1500–1580; 6 излучате�количество, 1500–1600 1569–1620 (L) 1510–1630 лей ширина полосы широкополосный 1525–1620 (C+L) +1 опорный(нм) светодиод перестр. лазерДинамический до 120 км 30 42 38 40 30 (32 и 40 до 60 38/42 42диапазон как опция) (дБ или км в SMF)Точность уста� +/� 5 +/�0,5 0,1 �� 0,04 +/�0,5 +/�0,1 0,2 ��новки длины волны (нм)Точность изме� �� 20 км G 652 +/�1% или 1.5%; +/�0,02 +/�1% �� +/� 1%рения дисперсии 1,6 +/�0,05 пс/нм(пс/нм*км) 120км G.652 пс/нм*км

3,120 км NZDSF1,9

Воспроизводи� +/�0,2 +/�0,05 20 км � � 1,5% +/�1% 0,02 0,005мость пс/(нм.км) пс/(нм.км) 0,04 пс/нм пс/(нм.км) пс/(нм.км)измерений ХД 80 км 0,05

120 км 0,25Воспроизводи� +/�1 �� 0,03 0,1 1,5 +/�1 �� 0,13мость измере� 20 км ний наклона G.652дисперсионной кривой (%)Воспроизводи� �� +/�0,6 нм 0,1 нм при +/�6 нм +/�0,5 нм 0,5 нм 0,1 нм 0,1 нм 0,5 нммость измере� 20 км G�652; (при длине ний длины 0,14 нм при волокнаволны нулевой 80 км G�652; 25 км)дисперсии 1,1 нм при

120 км G�652Погрешность �� 0,03 при �� +/�1,5 �� +/�1 ��измерения 20 км G�652;наклона кривой 0,05 прив точке нулевой 80 км G�652;дисперсии, % 0,25 при

120 км G�652Общее время 40 с короткое число точек 4 мин. При <30 с �� 30 с 10 с 10 сизмерения измерения, измерении (типичное время)

выраженное 50 км.в с.

Возможность нет нет да нет нет нет да, да датестирования модельлиний с CHROMOS 12усилителямиРазмеры (см) 30х23,5х13 29х19,4х12,2 35х33х10,5 24,1x34,3x9,5 24,1 x 34,3x 35х33х10,5 35х42х10,5 26х9х26,5 29х26х6,5

(приемник), (размеры 15.2 (CMA� приемник два блока (приемник) (два модуля)36х42х10,5 платформы 5000 с мо� 35х42х10,5 +12,5х4,8х21 (источник) CMA�5000) дулями ХД излучатель (источник)

и ПМД)Масса (кг) 5,5 5,4 9 приемник 5,4 около 10 18 18 2,3 источник 3 источник

4 источник 0,8 приемник 4 приемник

Таблица. Технические параметры измерителей хроматической дисперсии

Таблица составлена по данным фирм�производителей.


К типичным представителям полевых прибо�ров для измерения CD следует отнести опти�ческие рефлектометры Anritsu (MW9076D1) иActerna (MTS�5000e), а также универсальныеизмерительные платформы CMA�5000 ком�пании Nettest и FTB�400 с модулем FTB�5800компании EXFO. Особый интерес для опера�торов связи представляют полевые приборы,построенные на модульной основе, так назы�ваемые портативные модульные измери�тельные платформы. Принцип построениятаких платформ основан на использованиипортативного индустриального компьютера исменных блоков, выполняющих широкийспектр измерений, таких, как рефлектоме�трия, измерение вносимых потерь и потерьна обратное отражение, спектральных изме�рений в системах WDM, измерение ПМД иCD и т.д. Идеология построения полевыхприборов на модульной основе впервые бы�ла представлена компанией EXFO в 1996 го�ду (FTB�300); в настоящее время наблюдает�ся устойчивая тенденция построения прибо�ров на этом принципе. Приборы компаний Anritsu (MW9076D1), Acterna (MTS�5000 c модулем 5083 CD) и Net�test (CMA�5000 OTDR/CD) позволяют произ�вести оценку хроматической дисперсии с ис�пользованием излучения лазеров на 4 фик�сированных длинах волн: 1310, 1450, 1550 и1625 нм**, при этом используется метод из�мерения временных интервалов прохожде�ния световых импульсов через волокно. Не�сомненным достоинством этих приборов яв�ляется малый вес, высокая скорость измере�ний и дополнительная возможность измере�ния рефлектограмм. К недостаткам следуетотнести несколько меньшую точность изме�рения дисперсии, связанную не только с при�

менением всего 4 фиксированных источни�ков излучения, но и с меньшей точностьюопределения временных задержек импульс�ным методом по сравнению с фазовым, осо�бенно в участках волокна небольшой длины(несколько км). Портативная модульная измерительная си�стема компании Nettest CMA�5000, предста�вленная осенью 2002 года, может включать всебя также и модуль измерения хроматиче�ской дисперсии, характеристики которогоприведены в таблице. Принцип измеренияпостроен на методе измерения сдвига фазпри перестройке длины волны излучающеголазера.В полевом приборе компании EXFO такжеприменяется метод измерения фазовогосдвига сигнала, причем в качестве опорнойдлины волны используется выделеннаяфильтром компонента широкополосного из�лучения светодиода. Такое решение обеспе�чивает процесс измерения с использованиемодного волокна, без обратной связи с источ�ником излучения для спектральной привязкирезультатов измерения. В результате появля�ется возможность измерения длинных участ�ков волокна с однонаправленными элемента�ми, такими, как изоляторы и усилители (до30 усилителей). В частности, сообщалось обуспешном измерении 500�километровой ли�нии связи с восемью усилителями EDFA. Заметим, что в настоящее время несколькокомпаний предлагают приборы, выполнен�ные на модульном принципе, что позволяетпроводить комбинированные измерения CDи ПМД на основе одной платформы в поле�вых условиях (см. таблицу). В такой комплек�тации можно проводить весь комплекс изме�рений дисперсионных параметров ВОЛС в

полевых условиях на базе одного переносно�го устройства.

В заключение можно сделать вывод, что всовременных телекоммуникационных систе�мах измерение и компенсация хроматиче�ской дисперсии становятся все более насущ�ной задачей. Большой выбор приборов нарынке измерительной техники позволяет ус�пешно решать эту, казалось бы, непростуюзадачу. Следует отметить, что все основныепроизводители измерительного оборудова�ния, перечисленные выше, представлены вРоссии либо напрямую, либо через россий�ские компании, осуществляющие продажи врамках дистрибуторских соглашений.

Литература1. Жирар Андрэ. Руководство по технологии и

тестированию систем WDM. – М.: EXFO,2001. / Пер. с англ. под ред. А.М. Бродни�ковского, Р.Р. Убайдуллаева, А.В. Шмалько.

2. Barlow A.J. Chromatic dispersion toleranceget tighter. Perkin Elmer Optoelectronics, webexclusiv, 5 sept., 2002.

3. Наний О.Е., Гладышевский М.А., Щербат�кин Д.Д. Методы компенсации хроматиче�ской дисперсии. В сб. Волоконная оптика.М.: ВиКо, 2002, с. 52–79.

4. ITU�T Recommendation G.650, «Defenitionsand test methods for the relevant parametersof single mode fibres».

5. International standard CEI/IEC 60793�1�42:2001.

6. Марьенков А.А., Бобров В.И., Грин�штейн М.Л., Лузгин А.Н. Измерение хроматической дисперсии в проложенных оптических кабелях, http://www.ruscable.ru/statya�36.shtml.


Эксплуатация волоконно�оптических линий дальней связи на основестандартного одномодового волокна (G.652) при скорости 10 Гбит/с не�возможна без использования компенсации хроматической дисперсии.Действительно, при типичном значении коэффициента дисперсии 17 пс/(нм·км) на длине волны λ=1550 нм и передаче информации вформате без возвращения к нулю (NRZ) в отсутствии частотной моду�ляции (чирпа) уже при длине участка 60 км хроматическая дисперсиявносит энергетический штраф в 1 дБ. Статья А.М. Бродниковского исключительно актуальна, т.к. в нашейстране осуществляется внедрение систем передачи информации соскоростями 10 Гбит/с, при этом в большинстве линий связи проложеностандартное одномодовое волокно G.652. Измерение хроматическойдисперсии, таким образом, наряду с измерением потерь становитсяобязательной процедурой при сдаче линии связи в эксплуатацию, приподключении новой аппаратуры связи и при периодическом тестирова�нии. Для измерения CD проложенных оптических кабелей применяются дваметода: фазовый (в том числе дифференциальный фазовый) и им�пульсный. (Интерференционный метод используется в основном в ла�бораторных условиях и при производстве оптического волокна.) Каж�дый из этих методов обладает определенными преимуществами и не�достатками. Фазовый метод обладает потенциально несколько большей точностью,особенно при измерении дисперсии в коротких участках. Кроме того,

он позволяет проводить измерения на участках, содержащих усилите�ли и соответственно изоляторы. Однако при проведении измерений этим методом требуется доступ к двум концам линии и необходимо наличие двух операторов.Приборы на основе импульсного метода позволяют проводить измере�ния одним оператором, имеющим доступ только к одному концу линии.К недостаткам можно отнести невозможность проводить измерения влиниях с усилителями, т.к. необходимым условием работы таких прибо�ров является двунаправленность линии связи.В статье А.М. Бродниковского проанализированы характеристики прак�тически всех производителей измерителей хроматической дисперсиидля проложенных линий связи. Данные о приборах получены от фирм�производителей непосредственно либо через Интернет. Следует отметить, что доступность упомянутых в статье приборов вРоссии неодинакова. Если приборы ИД�2�1, ИД�2�2 (ИИТ), MW9076D1(Anritsu), FTB�5800 (модуль для FTB�400) (EXFO), FD�440 (Perkin Elmer)легко приобрести в России и можно познакомиться с образцами у ди�стрибьютеров, то приборы MTS�5000 c модулем 5083 CD (Acterna) иCMA�5000 OTDR/CD (Nettest) менее доступны. Редакция журнала благодарит А.А. Марьенкова и В.К. Горчакова заценные замечания.Журнал Lightwave RE предлагает всем заинтересованным компаниямпровести сравнительное тестирование приборов для измерения хрома�тической дисперсии в технической лаборатории журнала.

О.Е. Наний, главный редактор

От редакции

** В приборе СМА�5000 OTDR/CD используется излучение 6 лазеров.

No. 113


В повседневной жизни мы редко задаемсебе вопрос: «Зачем нужны стандарты?»Однако трудно себе даже вообразить,насколько тесно стандарты вошли в нашужизнь и в какой кошмар превратилась быона в их отсутствии. Стандарты нужны,например, чтобы карточки входили в со�ответствующую прорезь банкомата и мымогли получить деньги; чтобы электриче�ские вилки электроприборов подходили крозеткам, а напряжение имело нужноезначение; чтобы залив бензин в бак, мож�но было завести машину. Несовпадениестандартов, принятых в разных государ�ствах, создает множество неудобств, скоторыми сталкивался каждый, кто бывалза границей. Когда машины, системы илиприборы взаимодействуют, в большин�стве случаев это происходит благодарясуществованию международных стандар�тов, хотя это осознают лишь немногие лю�ди. В узком значении слова «стандарт» –это «нормативный документ по стандар�тизации, разработанный, как правило, наоснове согласия, характеризующегося от�сутствием возражений по существеннымвопросам у большинства заинтересован�ных сторон, принятый (утвержденный)признанным органом (предприятием)»(ГОСТ Р 1.0�92. Государственная системастандартизации РФ. Основные положе�ния). Применение стандартов способству�ет улучшению качества продукции, повы�шению уровня унификации и взаимозаме�няемости, развитию автоматизации про�изводственных процессов, росту эффек�тивности эксплуатации и ремонта изде�лий. Существующие в России стандартыразличают по сфере действия: государ�ственные (ГОСТ) – на всей территории идля всех отраслей, отраслевые (ОСТ),республиканские (РСТ), предприятий(объединений) (СТП). В отрасли связи по�лучили широкое распространение руково�дящие документы отрасли (РД). На меж�дународном уровне вопросами стандарти�зации занимаются в основном три органи�зации: Международная организация постандартизации, сокращенно ИСО, Меж�дународный союз электросвязи, или со�кращенно МСЭ, и Международная элек�тротехническая комиссия, сокращенноМЭК. Стандарты того или иного уровня,принятые и утвержденные официальнымиорганами, называются стандартами де�юре. В широком значении слова – стандарт (отанглийского standard – норма, образец) –

это образец, эталон, модель, принимае�мые за исходные для сопоставления с ни�ми других подобных объектов. Нефор�мальный перечень или спецификациянормативов, требований, размеров, усло�вий применения, ограничений и т.п. кобъекту любой природы, принятый неко�торым неформализованным кругом заин�тересованных организаций, называетсястандартом де�факто. Существует нес�колько неформальных объединений, к чи�слу которых относятся ATM Forum и Fra�me Relay Forum, проводящих работу постандартизации независимо, а затем пе�редают разработанные стандарты дляодобрения и принятия в формальные ор�ганизации по стандартизации. Трудно переоценить роль стандартов вобласти связи, так как передача голосо�вых или цифровых сообщений в их отсут�ствие была бы невозможна. Возникнове�ние стандартов – верный признак того,что технология стремительно развиваетсяи получает широкое распространение. Хо�рошо разработанные, регулярно обновля�емые стандарты обеспечивают защитупользователя при проектировании сетейсвязи от применения устройств и исполь�зования технологий, которые могут уста�реть в ближайшем будущем. Стандартыслужат основой для проведения новых ис�следований и разработок. Стандарты по�стоянно развиваются, но каждое их поко�ление является стабильной средой длясоздания оборудования и систем с опти�мальным на данный момент сочетаниемэксплуатационных качеств и характери�стик.Соответствие стандартам обеспечиваетвозможность для систем связи различныхпровайдеров, применяющих даже непохо�жее оборудование и предоставляющихразные услуги, относительно легко взаи�модействовать друг с другом. При отсут�ствии стандартов было бы достаточносложно или вовсе невозможно обеспе�чить согласование интерфейсов междутакими системами; при недостаточно оп�тимальных стандартах для этого приш�

лось бы пожертвовать производительно�стью систем. Наличие соответствующихстандартов обеспечивает возможностьсоздания объединенных сетей многихвладельцев с оборудованием различныхпроизводителей, которые могут работатьс максимальной эффективностью.От наличия стандартов выигрывают какпровайдеры услуг, которые могут исполь�зовать оборудование различных произво�дителей, что стимулирует здоровую кон�куренцию, так и производители оборудо�вания, которые получают основу длябольших объемов производства и соот�ветственно снижения цен.Хороший пример влияния стандартов –успех стандарта синхронных оптическихсетей SONET (Synchronous OpticalNetwork) в Северной Америке и стандартасинхронной цифровой иерархии SDH(Synchronous Digital Hierarchy) в Европе иАзии. Широкое распространение этихстандартов позволяет сегодня непосред�ственно соединять сети связи, в которыхиспользуется оборудование различныхпроизводителей. К стандартам SONET иSDH постепенно перешли практическивсе создатели волоконно�оптических се�тей во всем мире.

КАК УСТАНАВЛИВАЮТСЯМЕЖДУНАРОДНЫЕСТАНДАРТЫ?Разработкой и принятием международ�ных стандартов в области связи занима�ются в основном три организации, сферыдействия которых дополняют друг друга,образуют единую сеть организаций постандартизации, в рамках которой заклю�чаются на добровольной основе между�народные технические соглашения.Этими организациями являются: Между�народный союз электросвязи, или сокра�щенно МСЭ (International Telecommunica�tion Union, сокращенно ITU), которыйопределяет стандарты на применениетехнологий и оборудования, Международ�ная электротехническая комиссия, сокра�щенно МЭК (International Electrotechnical

Официальные документыОфициальные документы

ЗАЧЕМ НУЖНЫСТАНДАРТЫ?

Применение технологий и Оборудование, взаимосвязь Уровеньоборудования информационных системITU IEC ISO/IEC МеждународныйETSI CENELEC ЕвропаTTC JISC Япония

ANSI и EIA/TIA США

Таблица 1. Организации, занимающиеся разработкой стандартов

О.Е. Наний


Commission, сокращенно IEC) и Междуна�родная организация по стандартизации,сокращенно ИСО (International Organiza�tion for Standardization, сокращенно ISO).Международная организация по стандар�тизации (ИСО) организует практическуюработу по стандартизации в области ин�формационных технологий в рамкахобъединенного технического комитетаИСО/МЭК (Joint Technical CommitteeJTC1). Поэтому фактически одобрениевсех стандартов в области телекоммуни�каций и придание им статуса официаль�ных международных стандартов осущест�вляется двумя организациями: МСЭ иМЭК. Они тесно сотрудничают с основны�ми национальными и региональнымиагентствами по стандартизации, такими,как Ассоциация телекоммуникационнойпромышленности TIA (TelecommunicationsIndustry Association) в США, Европейскийинститут по телекоммуникационнымстандартам ETSI (European Telecommuni�cation Standard Institute) в Европе и TTC вЯпонии (табл. 1).Принятие решений в этих международныхорганизациях происходит путем голосова�ния. Голоса, выделенные каждой стране,распределяются между представителямигосударства и телекоммуникационнойпромышленности. Процесс принятия ре�шений основан на обсуждении предвари�тельных предложений до тех пор, пока небудет достигнут удовлетворяющий всехподход. Инерционность этого процессаприводит к тому, что стандарты обычнона несколько лет отстают от технологий.Однако в этом есть и определенные плю�сы, поскольку международные стандартыпринимаются на основе консенсуса, топосле их опубликования они начинаютприменяться на добровольной основесразу и безоговорочно, без долгих после�довательных приближений.

Международный союзэлектросвязи (МСЭ),международное название –International Telecommunica�tions Union (ITU)МСЭ – это многопрофильный союз приООН, объединяющий частный и государ�ственный секторы для координации дея�тельности в области развития телекомму�никаций.МСЭ был основан в 1865 г., но до 1932 г.назывался Международным союзом потелеграфии. Высший орган МСЭ – полно�мочная конференция, которая собираетсяраз в пять лет. Рабочий орган – генераль�ный секретариат. Целью Союза являетсяобеспечение и расширение международ�ного сотрудничества в региональном ис�пользовании всех видов связи, совершен�ствование технических средств, их эф�фективная эксплуатация.В декабре 1992 г. определена его новаяструктура включающая:

● сектор стандартизации связи (Telecom�munications Standardization Sector (TSS),сокращенно обозначаемый ITU�T);

● сектор радиосвязи (ITU�R);● сектор стандартизации телекоммуника�

ций и развития телекоммуникаций (ITU�D), занимающийся вопросамистратегии и политики в области связи.

Высшим органом каждого сектора явля�ется всемирная конференция. Все секто�ры имеют исследовательские комиссии.Сектор стандартизации телекоммуника�ций (ITU�T) в наибольшей степени связанс волоконно�оптическими сетями. До кон�ца 1992 г. он назывался Международнымконсультативным комитетом по телегра�фии и телефонии (МККТТ). Сектор обра�зован организациями пяти классов:● класс A: национальные министерства и

ведомства связи;● класс B: крупные частные корпорации,

занимающиеся связью;● класс C: научные организации и предпри�

ятия, производящие оборудование связи;● класс D: международные организации,

в том числе международная организа�ция по стандартизации (ISO);

● класс E: организации из других обла�стей, но заинтересованные в деятель�ности сектора.

Стандарты имеют статус рекомендаций ипринимаются на основе консенсуса средиорганизаций, имеющих право голоса(право голоса имеют только представите�ли организаций классов A, B).Каждые четыре года представители всехстран – членов ITU собираются на все�мирные конференции по стандартизациив области телекоммуникаций WTSC(World Telecommunication StandardizationConference) и определяют основные на�правления деятельности этого сектора,формируют новые рабочие группы иутверждают план работ на следующие че�тыре года. Стандарты ITU не являются обязательны�ми, но широко поддерживаются, так как

облегчают взаимодействие между сетямисвязи и позволяют провайдерам предо�ставлять услуги по всему миру.В отделе ITU�T для работы над конкрет�ными задачами формируются специаль�ные группы, которые распускаются послезавершения работ. Сейчас работают пят�надцать таких исследовательских групп,включая группу SG 15 (транспортные се�ти, системы и оборудование), которая наиболее тесно связана с системамиDWDM.Группа SG 15 занимается разработкоймеждународных стандартов в областитранспортных сетей, систем и оборудова�ния, включая коммутацию и процессы об�работки сигналов. Например, недавногруппа SG 15 начала работать в областистандартизации передачи данных по во�локонно�оптическим сетям с использова�нием протокола IP (Internet Protocol). Однаиз важнейших областей деятельности, ко�торая привлекает к ITU�T множество но�вых организаций, – стандартизация до�ступа, в частности, для оптических сетей.В настоящее время группа SG 15 занима�ется выработкой 89 новых рекомендаций(в том числе исправлением старых) по та�ким направлениям, как:● линии цифрового абонентского доступа

(xDSL);● обработка сигналов (эхо�контроль, обо�

рудование для соединения GSTN, сетиIP);

● SDH/SONET (формат, оборудование,сетевые архитектуры, IP поверхSDH/SONET);

● оборудование ATM (в том числе обору�дование для IP поверх ATM);

● оптические технологии (системы, уси�лители, компоненты, полностью оптиче�ские сети, IP по оптике);

● управление системами и оборудовани�ем передачи данных (функции, услуги,информационное моделированиеэлементов сети, в том числе аспекты,связанные с IP).


Государство ITU (МСЭ) IEC (МЭК) ISO (ИСО)Россия + + +Азербайджан + +с

Армения + +Беларусь + + +Грузия +Казахстан + +Киргизия + +с

Латвия + +* +с

Литва + +* +с

Молдова + +с

Таджикистан +Туркменистан + +с

Узбекистан + +Украина + + +Эстония + +* +с

+* – ассоциированное членство.+с – член�корреспондент.

Участие России и бывших республик Советского Союза в организациях,разрабатывающих международные стандарты


Международнаяэлектротехническая комиссия(МЭК),международное название –International ElectrotechnicalCommission (IEC)В отличие от МСЭ, который разрабатыва�ет стандарты на применение технологий иоборудования (стандартизирует протоко�лы, четко определяет и описывает харак�теристики различных явлений в линиисвязи, стандартизирует способы распре�деления каналов и т.д.), Международнаяэлектротехническая комиссия (МЭК) раз�рабатывает стандарты для оборудования.Деятельность МЭК не ограничивается те�лекоммуникациями и включает также та�кие области, как электроника, магнетизми электромагнетизм, электроакустика,выработка и распределение энергии.Около 50 стран являются полноправнымичленами МЭК. Все они имеют равныеправа при голосовании и представленынациональными комитетами (NationalCommittees). Каждый национальный коми�тет представляет интересы своей страныв области электротехники и включает какпредставителей государства, так и пред�ставителей частных компаний. Совме�стная работа национальных комитетов на�правлена на достижение согласия в обла�сти стандартов на международном уров�не. Страны–кандидаты в члены IEC име�ют статус наблюдателей и не могут при�нимать участия в голосовании. Устана�вливая международные стандарты и под�готавливая технические доклады, IECобеспечивает национальным агентствампо стандартизации твердую основу дляразработки регулирующих стандартов.Следование стандартам IEC являетсядобровольным, даже для стран–членовIEC.Международная электротехническая ко�миссия IEC имеет официальные связи сдругими международными организациямив области стандартизации, включая Меж�дународную организацию по стандартиза�ции ISO (International Organization for Stan�dardization), ITU, Организацию по между�народной торговле WTO (World Trade Or�ganization), Европейский комитет по стан�дартизации в области электротехникиCENELEC (European Committee for Electro�technical Standardization). В сфере теле�коммуникаций многие наиболее активныечлены TIA являются также членами IEC.Организационная структура МЭК включа�ет управляющий комитет (IEC Council),различные административные единицы,около 200 технических комитетов(Technical Committee, TC) и подкомитетов(SubCommittee, SC) и более 700 рабочихгрупп (WorkGroup, WG). Более 10 000 экс�пертов со всего мира подготавливаюттехнические документы, необходимые дляразработки международных стандартов.Участвовать в разработке стандартов мо�

жет любая страна–член МЭК и любая ор�ганизация, которая имеет официальныесвязи с МЭК.Интересы тех, кто разрабатывает стан�дарты для оборудования, в целом совпа�дают с интересами тех, кто разрабатыва�ет стандарты на применение технологий иоборудования. Поэтому неудивительно,что области деятельности техническогокомитета TC 86 IEC и ITU во многом пере�секаются. В частности, и технический ко�митет TC 86 IEC, и ITU работают надтакими направлениями, как поляризаци�онная модовая дисперсия PMD (Polariza�tion Mode Dispersion), WDM, оптическиеусилители, технические требования к во�локну.

Ассоциациятелекоммуникационнойпромышленности,международное название – Telecommunication Industry Association (TIA)

В Северной Америке стандартизацией исертификацией во всех областях теле�коммуникаций занимается Ассоциация те�лекоммуникационной промышленности(TIA). Организационно TIA входит в аккре�дитованный при ANSI альянс электроннойпромышленности (Electronic Industries Alli�ance – EIA http://www.eia.org/technology/or�ganization.phtml). EIA является головнойорганизацией для входящих в нее ассоци�аций и ведет работу через них. Поэтомутелекоммуникационные стандарты, раз�рабатываемые TIA, индексируются какстандарты EIA/TIA.В TIA есть два комитета, связанных с во�локонной оптикой: FO�2.0 (системы опти�ческой связи), разрабатывающий стан�дарты для систем и для применения тех�нологий и оборудования, и FO�6.0 (воло�конная оптика), разрабатывающий стан�дарты для оборудования. В каждый изэтих комитетов входят несколько актив�ных подкомитетов и рабочих групп, изкоторых наиболее тесное отношение ксистемам WDM имеют: FO�2.1.1 (систе�мы, подсистемы и устройства с оптиче�ским усилением), FO�2.1.2 (рабочая груп�па по разработке систем передачи по од�номодовому волокну), FO�6.3.5 (пассив�ные волоконно�оптические устройстваразветвления) и FO�6.6.5 (одномодовыеволокна). TIA – независимая организа�ция при Американском национальном ин�ституте стандартов ANSI (American Natio�nal Standards Institute). Ее членами явля�ются представители государств и част�ных компаний. Многие члены TIA являют�ся также членами ITU и IEC, с которымиTIA поддерживает прямые официальныесвязи.Ассоциация телекоммуникационной про�мышленности, как региональная органи�зация, более оперативно реагирует на за�

просы промышленности по разработкеновых стандартов, стандарты TIA, какправило, принимаются на 2–3 года рань�ше их международных аналогов. Работапо стандартизации в области новых тех�нологий проводится в таких рабочих груп�пах, как FO�2.1.1, FO�2.1.2, FO�6.3.5, FO�6.6.5, и других.Группа FO�2.1.1 работает над такими на�правлениями, связанными с оптическимиусилителями, как точное определение иизмерение коэффициента шума, цикличе�ское тестирование, ошибки относитель�ной интенсивности шумов.Группа FO�2.1.2 предложила стандартнуюпроцедуру тестирования оптического во�локна по измерению оптического отноше�ния сигнал/шум с применением OSA наоснове интерферометра Майкельсона, ди�фракционной решетки и/или интерферо�метра Фабри–Перо (OFSTP�6, Optical Fib�er Standard Test Procedure). Спектральнаяразрешающая способность такого OSAпозволяет выполнять измерения мощно�сти сигнала с погрешностью менее 0,1 дБ. Например, для канала со скоро�стью 10 Гбит/с необходимая ширина поло�сы составляет � 0,2 нм, а для каналов соскоростью 2,5 Гбит/с и меньше – � 0,09 нм.Группа FO�6.3.5 занимается основнымипринципами и методами измерения поля�ризационной модовой дисперсии PMD ипотерь, зависящих от поляризации PDL, вволокне, в том числе и для компонентовсистем WDM.Группа FO�6.6.5 работает над такими на�правлениями, как нелинейные эффекты вволокне, новые волокна с низким погло�щением группами ОН–, измерение PMDна основе анализа собственных значенийматрицы Джонса и метода анализа сфе�ры Пуанкаре.

КТО РАЗРАБАТЫВАЕТСТАНДАРТЫ?Разработкой стандартов занимается мно�жество организаций, часть из которыхуполномочена официальными организа�циями по стандартизации, а часть дей�ствует самостоятельно (например, ATMForum and Frame Relay Forum). Одна изорганизаций – Internet Engineering TaskForce (IETF), первоначально возникшаякак неформальное объединение, при�обрела фактический статус официально�го разработчика стандартов для сети Ин�тернет. В области связи и информационных тех�нологий очень важно единство стандар�тов на международном уровне. Эту зада�чу решают три международные организа�ции: ИСО (ISO), МСЭ (ITU) и МЭК (IEC).Фактически эти организации занимаютсямеждународным согласованием стандар�тов, разработанных национальными илирегиональными организациями или груп�пами. Поэтому основу международных



стандартов, как правило, составляютстандарты национальные (региональные).Разработчиками стандартов националь�ного уровня являются национальные орга�низации, объединяющие правительствен�ные и частные структуры (в частности,ATIS, TIA, TTC, ETSI 2). В Северной Аме�рике крупные компании оказывают оченьсильное воздействие на процесс разра�ботки международных телекоммуника�ционных стандартов. Влияние таких ком�паний определяется высоким технологи�ческим уровнем, инновациями, финансо�выми возможностями и прямой заинтере�сованностью в одобрении официальнымиорганизациями разработанных ими норми правил. Чтобы уравновесить влияниекрупнейших компаний, в США различныеобщественные и государственные органи�зации спонсируют и поддерживают други�ми способами деятельность органов,официально уполномоченных разрабаты�вать стандарты, например IEEE 802, TIATR и ATIS T1. Телекоммуникационные стандарты созда�ются все большим и большим числом ор�ганизаций. В настоящее время их разра�боткой занимаются по крайней мере пятьразличных типов организаций.Новые организации часто создаются длябыстрой разработки стандартов, наибо�лее полно удовлетворяющих запросыпользователей. Обычно их возникновениесвязано с необходимостью облегчениявнедрения новых технологий или с рас�ширением области применения тех илииных технологий на новые сегменты рын�ка. Очевидно, что новые технологии требуютсоздания новых стандартов. Разработчи�ки новых технологий зачастую не оченьхорошо осведомлены о деятельности су�ществующих организаций, занимающихсявопросами стандартизации. Они решают,в первую очередь, производственные за�дачи, и часто у них складывается мнение,что организации, разрабатывающие стан�дарты, не успевают за развитием техно�логии. Именно поэтому разработчики тех�нологий часто решают вопросы стандар�тизации путем создания новых организа�ций–разработчиков стандартов.В России разработчиками стандартов вобласти связи являются научно�исследова�

тельские и учебные институты, а также кру�пные предприятия отрасли. В частности, ак�тивно участвуют в разработке стандартовГосударственное предприятие «Централь�ный научно�исследовательский институтсвязи» (ГП ЦНИИС), ФГУП «Научно�иссле�довательский институт радио» (НИИР), Фе�деральное государственное унитарное пред�приятие «Ленинградский отраслевой научно�исследовательский институт радио» (ФГУПЛОНИИР), Федеральное государственноеунитарное предприятие «Ленинградскийотраслевой научно�исследовательский ин�ститут связи» (ФГУП ЛОНИИС), Московскийтехнический университет связи и информа�тики (МТУСИ), ОАО «ССКТБ ТОМАСС».Проведение работ по стандартизациивзаимоувязанной сети связи (ВСС) РФ от�носится к основному направлению дея�тельности ГП ЦНИИС.

Новый руководящий документ Минсвязи РоссииЦентральным научно�исследовательскиминститутом связи (ГП ЦНИИС) разрабо�тан руководящий документ (РД 45.286�2002) отрасли «Аппаратура волоконно�оп�тической системы передачи со спектраль�ным разделением. Технические требова�ния». РД введен в действие с 01.12.2002приказом Минсвязи России № 108 от29.08.2002.Технические требования, изложенные в РД45.286�2002, распространяются на аппара�туру волоконно�оптических систем передачисо спектральным разделением (ВОСП�СР).(В зарубежной и переводной научно�техни�ческой литературе для обозначения такихсистем обычно используется латинская аб�бревиатура WDM.) Аппаратура ВОСП�СРпредназначена для передачи в одном илидвух направлениях нескольких сигналов поодному волокну оптического кабеля с ис�пользованием источников излучения с раз�личными длинами волн для передачи каж�дого сигнала.Стандартом определены три рабочих спек�тральных диапазона: S, C и L, и сетка но�минальных значений частот и длин волнисточников излучения при расстояниимежду ними 100 ГГц. Центральный C�ди�апазон занимает полосу частот от 196,1 до 192,1 ТГц (в длинах волн от1528,77 до 1560,61 нм соответственно).

Сектор стандартизации электросвязи Международного cоюза электросвязи (ITU�T) сокращает сроки рассмотрения и принятия стандартов

До 1988 г. Сектор стандартизацииэлектросвязи Международного союзаэлектросвязи (МСЭ) (ITU�T) осуществлялпроцедуру одобрения своих рекоменда�ций только по завершении четырехлетне�го периода. Однако в связи с изменениемпроцедуры время одобрения периодиче�ски уменьшалось, сначала до двух лет впериод между 1989 и 1993 гг., затем до 18 месяцев в период между 1993 и 1996гг. и, наконец, до девяти месяцев в пе�риод между 1996 и 2000 гг. Для удовлетворения растущих потребно�стей со стороны быстро развивающихсяновых технологий недавно введена новая,ускоренная процедура одобрения реко�мендаций. В соответствии с новой проце�дурой если одна из рабочих групп МСЭ(ITU�T Study Group) принимает решение одостаточной зрелости предварительноговарианта рекомендации, она объявляет оего «согласовании» (consent). После со�гласования рекомендации вводится бы�страя процедура одобрения, которая в со�ответствии с новыми правилами сокраще�на до 10 недель.

Где приобрести стандарты?

Стандарты МСЭ (ITU) наиболее простоприобрести через электронный магазин(http://ecs.itu.ch/cgi�bin/ebookshop/).Стандарты МЭК (IEC) можно приобрестипо сети Интернет (http://webstore.iec.ch/).Стандарты TIA/EIA можно заказать по сети Интернет (http://www.tiaonlie.org/standards/search_n_order.cfm). Там же можно полу�чить бесплатно каталог стандартов.Стандарты ИСО (ISO) можно заказать по сети Интернет (http://www.iso.ch/iso/en/xsite/advertising_guidelines.html).Государственные стандарты России истандарты ИСО можно купить через кон�сультационно�внедренческую фирму «ИНТЕРСТАНДАРТ»(http://www.interstandard.gost.ru/)С отраслевыми стандартами МинсвязиРФ можно ознакомиться на сайте(http://www.minsvyaz.ru/site.shtml?parent=12&id=80). База данных стандар�тов отрасли связи, доступная по Интер�нет, к сожалению, заканчивается 1999 г.Издание и распространение руководяще�го документа «Телематические службы»осуществляет Ассоциация документаль�ной электросвязи (АДЭ)(http://www.rans.ru).Обзоры по стандартам в сети Интернетможно найти на сайтеhttp://www.csrstds.com/klist.html


Организации Тип стандарта (статус) Кем поддерживаетсяРазрабатывающие стандартыITU, IEC Международные стандарты Правительствами государствATIS, TIA, ETSI, TTC Стандарты для членов Национальными профессиональными

ассоциаций объединениямиATM Forum, Frame Relay Forum Стандарты де�факто, Членами организаций

связанные с официальными организациями

Internet Engineering Task Force Стандарты де�факто, Пользователями интернетпризнанные международным сообществом пользователей

PCCA, DSVD Стандарты компании Частными компаниями


В мае 2003 г. канадская компа�ния EXFO сообщила о выпускеполяризационного рефлектоме�тра EXFO P�OTDR�1100. Поляри�зационная модовая дисперсия(ПМД) является препятствиемдля передачи сигнала с высокимкачеством и на высокой скоро�сти. Несмотря на огромные до�

стижения в создании одномодо�вых волокон, которые позволилизначительно снизить ПМД, в на�стоящее время экономическиболее выгодно модернизироватьволоконно�оптические линии,чем полностью заменять их. Та�ким образом, при переходе наболее высокие скорости на ста�

рых волоконно�оптических ли�ниях, при работе в смешаннойсреде старых и новых оптиче�ских волокон будет наблюдатьсябольшой разброс значений ПМДна каждом конкретном участкевашей ВОЛС. Поэтому операто�ры ищут пути для обнаруженияучастков с большим значениемПМД для того, чтобы заменитьстарые оптические кабели/во�локна при модернизации своихсистем. Вместе с швейцарскимпартнером GAP OPTIQUEфирма EXFO представляет но�вый метод тестирования, бази�рующийся на измерении степе�ни поляризации (DOP) сигналаобратного рассеяния рефлекто�метра (OTDR). Прибор выполненв виде четырехслотового модулядля надежной УниверсальнойИзмерительной Системы FTB�400. Следует отметить, что приборEXFO P�OTDR�1100 не измеряетпространственное распределе�ние PMD вдоль волокна, но по�зволяет идентифицироватьучастки с высокой вероятностьюбольшого значения ПМД. В за�висимости от степени поляриза�ции сигнала обратного рассея�ния прибор выделяет участкиволокна с низким, средним и вы�соким значением ПМД.

Новые продуктыНовые продукты

Огромный интерес посетителей выставкиСвязь�Экспокомм 2003 вызва�

ла новинка, представленнаякомпанией Оптиктелеком, –

первый оптический рефлекто�метр с встроенным BlueTooth�

адаптером. Данный рефлекто�метр представляет собой моди�

фикацию уже известного прибо�ра ОР�2�2, зарекомендовавшегосебя как надежное и относитель�

но недорогое решение для изме�рений параметров ВОЛС.

Прибор ОР�2�2�Б позволяет по�новому организовать процесс измере�

ния даже тех волокон, доступ к которымзатруднен, так как теперь не требуется

непосредственное подключение рефлекто�метра к ноутбуку. Оператор, подключив рефлектометр к тестиру�емому волокну, может удобно расположиться за столом лабора�тории. Дальность связи между устройствами составляет от 10 до100 м в зависимости от типа используемого BlueTooth�адаптера.

Первый оптический рефлектометр с

Bluetooth ОР�2�2�Б

Поляризационный рефлектометр (P�OTDR) для идентификации участковволоконно�оптических линий связи с высоким значением PMD

В настоящее время извест�ны два типа поляризацион�ных рефлектометров (P�OTDR). Первоначальнобыли предложены P�OTDR,измеряющие изменение со�стояния поляризация (SOP)излучения, рассеянногоразличными участками оп�тического волокна. Однакопри использовании этогометода измерений требует�ся очень высокое про�странственное разрешение,совместить которое с боль�шим динамическим диапа�зоном является непростойзадачей. В P�OTDR второготипа, основанных на изме�рении степени поляриза�ции, такого высокого про�странственного разреше�ния не требуется. Во вто�ром номере журнала запла�нирована статья, посвящен�ная методам измерения по�ляризационной модовойдисперсии. В этой статьебудет рассмотрен принципработы P�OTDR обоих ти�пов.

Примечаниередакции

На выставке Связь�Экспокомм 2003 компа�ния Оптиктелеком представила новое реше�ние для оптической коммутации на крупныхузлах. Конструкция данной системы оптими�зирована с точки зрения критических угловизгиба волокна и обеспечивает возможностьбыстрой коммутации или оперативной заме�ны патч�корда при необходимости.Система ШОТК представляет собой кроссо�вый шкаф с возможностью установки шестираспределительных модулей общей макси�мальной емкостью до 576 портов. Основнойотличительной особенностью данных модулейявляется расположение розеток под углом 45o,что исключает возможность поврежденияпатч�корда. В системе также используются мо�дули для хранения сплайс�кассет и модули дляхранения избытка патч�кордов. Такая кон�струкция позволяет гибко заполнять кроссо�

вый шкаф в зависимости от текущих задач.Интерес, проявленный посетителями выставки, дает возможность су�дить о востребованности рынком данного решения.

Кроссовое и распределительноеоборудование ШОТК

No. 103

No. 104

No. 105


ЗАО «Самарская оптическая кабельная компания» (ЗАО «СОКК»)продолжает совершенствовать конструкции магистральных оптиче�ских кабелей связи с броней в виде повива круглых стальных оцин�кованных проволок типа ОКЛК. Кабель отличает высокая допусти�мая растягивающая нагрузка – 40 кН при повышенной стойкости краздавливанию, минимальном весе и диаметре. Обычно подобныекабели имеют два повива брони из стальных проволок, что делаетих тяжелыми и неудобными при прокладке. Новая конструкция от�личается тем, что высокая допустимая растягивающая нагрузка до�стигнута при одном повиве брони из высокопрочных стальных про�волок. Совершенная технология наложения повива брони позволяетснять механические напряжения с проволок. Это дает возможностьполучить механически устойчивую нераскручивающуюся конструк�цию бронепокрова, что облегчает прокладку кабеля, особенно всложных грунтах и через водные переходы. Новая конструкцияудачно дополняет ряд кабелей для прокладки в грунт, которыйвключает теперь кабели на 7 кН, 10, 20, 40 и 80 кН. ЗАО «СОКК»выпускает также для прокладки в грунт кабели с максимальным ко�личеством оптических волокон до 96, с повышенной стойкостью к

раздавливающей нагрузке, кабели с повышенной устойчивостью кпроникновению влаги. Это позволяет удовлетворить практическилюбые требования заказчика к кабелям для прокладки в грунт.Также особое внимание заслуживают кабели типа ОКЛЖ, выпу�скаемые ЗАО «СОКК». Это самонесущие диэлектрические оптиче�ские кабели для подвески на высоковольтных линиях напряжениемдо 220 кВ и с допустимой растягивающей нагрузкой до 35 кН. Га�рантированное сцепление наружной оболочки с силовыми элемен�тами (арамидными нитями) обеспечивается специальной технологи�ей и подтверждено испытаниями на растяжение с применением на�тяжной спиральной арматуры и камеры нагрева.Используемая сегодня на «СОКК» уникальная технология произ�водства самонесущих кабелей разрабатывалась и совершенствова�лась по результатам многократных механических испытаний, кото�рые проводились на испытательных полигонах ОАО «Фирма ОРГРЭС» и ЗАО «Электросетьстройпроект». Кабели типа ОКЛЖимеют сертификат соответствия Минсвязи, сертификат пожарной безопасности и экспертное заключение РАО ЕЭС.

No. 107

Новые продуктыНовые продукты

Устанавливаемый в центральномузле мини�OLT TW060 (высота 1U)имеет порт Gigabit Ethernet, восемьпортов Е1 с поддержкой сигнали�зации и оптический порт PON.Устанавливаемые на абонентскойстороне мини�ONT выпускаются вдвух версиях: TW200 (1U) с двумяпортами Ethernet 10/100Base�TX ивосемью портами FXS и TW202только с двумя портами Ethernet.Устройства TW200 позволяют за�менить оптические трансиверы и

раздать Ethernet 10/100BT в 32 точ�ки по одному волокну с концентра�цией Gigabit Ethernet в центре.Устройства TW20x позволяют пре�доставлять услуги качественной те�лефонии и передачи данных для ма�лого и среднего бизнеса. Новая ли�нейка отражает политику компаниипо уменьшению масштаба централь�ных и абонентских устройств PON.Подробную информацию можно по�лучить на сайте www.tt.ru.

No. 106

Компания Terawave в партнерстве с «Телеком Транспорт» представляет новую линейку продуктов:компактные мини�OLT и ONT, работающие по технологии PON

НОВЫЕ МАГИСТРАЛЬНЫЕ КАБЕЛИ САМАРСКОЙ ОПТИЧЕСКОЙ КАБЕЛЬНОЙ КОМПАНИИ

Компанией FOD разработана новая модель волоконно�оптическо�го коллиматора. Коллиматор представляет собой пассивное инте�гральное оптическое устройство, преобразующее пучок оптиче�ского излучения с высокой расходимостью (NA=0,1…0,3), выходя�щий из оптического волокна, в коллимированный слабо расходя�щийся (ϕ � 0,001) пучок. Коллиматор оптимизирован для соответ�ствующей длины волны излучения выбором градиентной линзы инапылением просветляющего λ/4�покрытия. Принципиальное отли�чие новой разработки заключается в том, что коллиматор инте�грирован в широко известный волоконно�оптический разъем типаFC. Это позволяет использовать устройство в системах, где опти�ческие стыки выполнены с применением FC, в частности при пре�цизионной калибровке измерителей оптической мощности. Как

известно, высокоточные эталоны оптической мощности имеют ис�ключительные метрологические характеристики, но эти характе�ристики нормированы для случая, когда на чувствительныйэлемент падает коллимированный пучок излучения. Если эталоноснащен адаптером типа FC, применение коллиматора позволяетосуществлять прецизионную калибровку рабочих средств измере�ний оптической мощности методом сличения, так как FC являетсянаиболее распространенным типом соединителя, устанавливае�мым на измерительные приборы. Разработка может быть интерес�на предприятиям и лабораториям, деятельность которых связанас метрологическим обслуживанием волоконно�оптического кон�трольно�измерительного оборудования.

No. 108


ВведениеФундаментальным отличием волоконно�оп�тических систем связи (ВОСС) от более тра�диционных систем электрической связи яв�ляется то, что в качестве несущих информа�цию волн используются инфракрасные све�товые волны. Световые волны отличаютсяот радиоволн в принципе только одним – ча�стотой (в оптике вместо частоты ν чаще ис�пользуется длина волны λ = с/ν, с – ско�рость света в вакууме).

Однако по своим физическим свойствам ихарактеру распространения в пространствесветовые и радиоволны существенно разли�чаются, из чего вытекают технологическиеотличия ВОЛС от традиционных системэлектросвязи. Вместо медных проводов икабелей на их основе для передачи оптиче�ских сигналов используются оптические во�локна и оптические кабели на их основе.Использование оптического волокна позво�ляет уже сегодня обеспечить суммарнуюскорость передачи информации по одномуоптическому волокну до нескольких десят�ков Тбит/с (читается терабит в секунду). Чему равен Терабит? Оптический канал,передающий поток информации 1 Тбит/с,позволяет одновременно вести 10 млн. те�лефонных разговоров: таким образом, что�бы обеспечить телефонной связью всехжителей Москвы, достаточно всего одноговолокна.В волоконно�оптических системах связикаждую секунду передаются огромные ко�личества двоичной информации. Для удоб�ства выражения таких умопомрачительнобольших чисел Международная системаединиц (СИ) рекомендует использовать пре�фиксы, представляющие степени 10:

В радиодиапазоне для повышения скоростипередачи информации необходимо исполь�зовать самую высокую доступную частотуи, следовательно, самую короткую длинуволны. Иначе обстоит дело в оптическомдиапазоне. Частоты световых волн настоль�ко велики, что не ограничивают скоростьпередачи информации в современных си�

стемах связи. Основным фактором, ограни�чивающим максимальную скорость переда�чи информации по одному каналу величи�ной порядка 40 Гбит/с, является конечноебыстродействие электроники, входящей всостав оптических передатчиков и приемни�ков. Для дальнейшего увеличения переда�ваемого потока информации необходимоприменять оптические методы уплотнениялибо с временным разделением (OTDM),либо со спектральным разделением (WDM)информационных каналов.Решающими факторами при выборе несу�щей оптической частоты (длины волны) явля�ются величина затухания и наличие эффек�тивных источников излучения. Поскольку приповышении частоты резко, в четвертой сте�пени, увеличиваются потери, в волоконно�оп�тической связи обычно применяются инфра�красные световые волны, а в качестве мате�риала волокна используется кварцевое сте�кло. ВОСС работают в трех спектральныхдиапазонах с центральными длинами волнλ�850 нм, λ�1300 нм и λ�1550 нм. Эти спек�тральные диапазоны, характеризующиесялокальными минимумами затухания светав кварцевом волокне, принято называтьтремя окнами прозрачности волокна(рис.1).

Видимый свет (λ�600 нм) применяется дляпередачи информации на очень небольшиерасстояния. В этом случае используется бо�лее дешевое и удобное полимерное (пла�стиковое) оптическое волокно.Подавляющее большинство волоконно�оп�тических систем связи является цифровымибинарными системами, в которых информа�ция представлена в виде некоторой после�довательности всего двух символов: нулей(0) и единиц (1). Для передачи двоичных

символов в волоконно�оптических системахсвязи обычно используется импульсно�кодо�вая модуляция (ИКМ). При этом последова�тельность двоичных символов может бытьпо�разному представлена в виде последова�тельности оптических импульсов. Различ�ные форматы представления двоичной ин�формации в цифровых системах связи по�казаны на рис.2.

Наиболее часто применяются первые дваформата: амплитудная модуляция без воз�вращения к нулю (NRZ) и амплитудная мо�дуляция с возвращением к нулю (RZ). Вобоих случаях используется простейшая ин�туитивно естественная кодировка, при кото�рой ноль (0) соответствует отсутствию сиг�нала, а единица (1) – наличию сигнала. От�личие заключается в том, что в NRZ�форма�те импульс, обозначающий 1, занимает весьвыделенный для ее передачи период, а вRZ�формате только некоторую часть перио�да, например 50%. В системах передачи но�вого поколения, использующих оптическоевременное уплотнение информации(OTDM), нашли применение также двухфаз�ный формат, или «Манчестерский код», иформат CMI. Кроме импульсно�кодовой модуляции(ИКМ), используется также аналоговая мо�дуляция, нашедшая применение в основномв кабельном телевидении. В аналоговых си�стемах информация представлена в виденепрерывной зависимости какого�либо па�раметра световой волны от времени. Применение аналогово�цифрового преобра�зования позволяет использовать цифровыесети для передачи аналоговых сигналов.Принцип работы аналого�цифрового преоб�разователя поясняет рис.3. Передачу анало�гового сигнала по цифровым сетям связи

Основы ВОЛСОсновы ВОЛС

Основы цифровых волоконно�оптических систем связиО.Е. Наний

Частоты ν Длины волн λИК световые волны 200–300 ТГц 850–1600 нмРадиоволны СВЧ 1–100 ГГц 0,3–30 смРадиоволны ВЧ 1–1000 МГц 0,3–300 м

микро одна миллионная 10�6

нано одна миллиардная 10�9

гига один миллиард 10003 = 109

тера один триллион 10004 = 1012

Рис. 1. Спектральная зависимость коэффици�ента затухания одномодового волокна.Пунктир – волокно без водородного пи�ка затухания

Рис. 2. Форматы представления двоичной ин�формации в цифровых системах связи симпульсно�кодовой модуляцией (PCM):без возвращения к нулю (NRZ), с воз�вращением к нулю (RZ), двухфазный,или Манчестер (Bi�Phase), CMI�код (CMI)


обеспечивает последовательная передачабинарных цифровых сигналов, соответ�ствующих амплитуде аналогового сигнала вопределенные моменты времени, выражен�ная в двоичной системе счисления. Любоечисло может быть записано в двоичной си�стеме и, следовательно, может быть пере�дано последовательностью двоичных сигна�лов. Например, числа 7 и 5 в двоичной си�стеме запишутся в виде последовательно�стей символов 111 и 101 соответственно.

Структура и основныекомпоненты ВОЛСПростейшая волоконно�оптическая системасвязи передает информацию между двумяточками. Такие системы связи точка�точканазывают волоконно�оптическими линиямисвязи (ВОЛС). В состав ВОЛС входят: ● передатчик – устройство, преобразующее

входные управляющие электрическиесигналы в выходные световые сигналы;

● физическая среда передачи информа�ционных сигналов – оптическое волокно;

● регенераторы и/или оптические усилители;● приемник – устройство, преобразующее

входные оптические сигналы в выходныеэлектрические сигналы.

Как правило, источниками световых сигна�лов служат полупроводниковые лазерыили светодиоды. Световые сигналы, выхо�дящие из передатчика, вводятся в снаб�женное разъемом волокно и передаются поволоконно�оптической линии. В конце ли�нии свет поступает в фотоприемник, пре�образующий его в электрические сигналы,которые затем обрабатываются и исполь�зуются в приемном оборудовании. Такимобразом, обязательными элементамиВОЛС являются передатчик, оптическоеволокно и приемник. Для увеличения даль�ности передачи информации используютсярегенераторы или оптические усилителисигналов. Схема ВОЛС, используемой дляпередачи информации на большое рас�стояние, показана на рис.4.

Регенераторы осуществляют детектирова�ние оптических сигналов, преобразованиеих в электрические сигналы, отделение шу�мов и дальнейшую ретрансляцию в виде оп�тических сигналов. Регенераторы – слож�ные и дорогие устройства и позволяют уси�ливать только один информационный канал. В оптических усилителях отсутствует преоб�разование оптического сигнала в электри�ческий и при этом они позволяют одновре�менно усиливать много (до 160) спектраль�но�разделенных информационных каналов.Однако недостатком оптического усилителяявляется накопление искажений ввиду от�сутствия операции восстановления.

ВолокноОптическое волокно – тонкая стекляннаянить с сердцевиной, имеющей показательпреломления несколько больший, чем окру�жающая сердцевину оболочка. Наиболееважным свойством оптического волокна яв�ляется его способность переносить излуче�ние на большие расстояния с очень малымипотерями (мерой потерь света в волокне яв�ляется величина затухания, равная 0,2дБ/км на длине волны 1550 нм). С физиче�ской точки зрения свет распространяется всердцевине оптического волокна за счетполного внутреннего отражения (ПВО),практически не проникая в оболочку.

При пересечении лучом границы разделадвух сред угол преломления будет большеугла отражения θ > i, если он переходит изоптически более плотной среды в оптическименее плотную n1 > n2. Тогда если угол па�дения равен ic = arcsin(n2 /n1), то из законапреломления n1

.sin i = n2 . sinθ следует,

θ = 90� и преломленный луч распространя�ется вдоль границы раздела, не проникаяво вторую среду. Если же угол падения пре�вышает критический ic, то свет, не прело�мляясь, полностью отражается от границыраздела. Этот эффект называют полнымвнутренним отражением.Для характеристики оптического волокнаиспользуются следующие величины:

Распространение света в многомодовом во�локне можно достаточно хорошо описать наязыке геометрической оптики как распро�странение лучей, для которых выполненоусловие ПВО. Такие лучи могут распростра�няться под разными углами к оси волокна впределах от 0 до ψmax , где ψmax определя�ется критическим углом ПВО. Более точныйанализ на основе волнового подхода пока�зывает, что лучи в волокне могут распро�страняться не под любым углом к оси, атолько под углами, удовлетворяющимиусловию конструктивной интерференции.Совокупность лучей, распространяющихсяпод углами, удовлетворяющими условиюконструктивной интерференции, называют�ся волноводными модами. В общем случае разность фаз между пара�ми отраженных лучей не постоянна, поэто�му в некоторых точках вдоль оси наблюда�ется интерференционное сложение ампли�туд (конструктивная интерференция), вдругих – интерференционное гашение (де�структивная интерференция). Только длясовокупности лучей, распространяющихсяпод углами, удовлетворяющими условиюконструктивной интерференции, распреде�ление интенсивности не меняется вдоль во�локна.Если диаметр сердцевины и разность пока�зателей преломления волокна достаточномалы, то световое излучение с длиной вол�ны λ � λCR может распространяться в видетолько одной моды. Критическая длина вол�ны λCR называется длиной волны отсечки. Условием распространения в стандартномтелекоммуникационном волокне одной мо�ды является выполнение неравенстваV < 2,405. У одномодовых волокон типичноезначение ∆ � 0,3%, величина d обычно ле�жит в диапазоне от 8 до 10 мкм, а NA при�близительно равна 0,1. Для многомодового волокна величина ∆принимает значения 1 � 1,5 %, величина dлежит в диапазоне от 50 до 100 мкм, а NAможет меняться от 0,2 до 0,3.По мере распространения в волокне свето�вой сигнал затухает из�за потерь мощности.Затухание в дБ равно произведению коэф�фициента затухания α на длину L волокна.Причинами затухания светового сигнала воптическом волокне являются поглощение,рассеяние и излучательные потери на ми�


● Волновой параметр2π d

V = ——— n12 – n2

2 ,λ

где d – диаметр сердцевины; n1 и n2 – пока�затели преломления сердцевины и оболочкисоответственно; λ – длина волны света в ва�кууме.● Нормированная разность показателей

преломления ∆ = (n1 – n2 ) / n1.● Числовая апертура волокна NA, равнаяполовине угла ввода излучения в волокно,

NA = n12 – n2

2 � n1 2∆∆ .

Рис. 3. Принцип работы аналогово�цифровогопреобразователя

Рис. 4. Схема волоконно�оптической линиидальней связи


кро� и макроизгибах. Поглощение в кварце�вом волокне на рабочих длинах волн прене�брежимо мало. Радиационные потери такжемогут быть уменьшены до пренебрежимомалого уровня при правильном изготовле�нии защитного покрытия оптического волок�на и оптического кабеля. Типичная зависи�мость затухания света от длины волны в од�номодовом волокне приведена на рис.1.В отсутствие поглощения и излучательныхпотерь единственным существенным источ�ником затухания в оптическом волокне яв�ляется рэлеевское рассеяние на неоднород�ностях структуры кварцевого стекла. Поте�ри на рассеяние можно оценить по эмпири�ческой формулеα = B/ λ4,где В = 0,9 (дБ•мкм4)/км для лучших типовкварцевого волокна. В диапазоне длин волнот 800 до 1600 нм значительное отклонениеот формулы (3) наблюдается только вблизидлины волны λ = 1400 нм и связано с резо�нансным поглощением света ионами ги�дроксильной группы OH–, так называемыйводородный пик поглощения. Некоторыефирмы производят в настоящее время во�локно, в котором пик поглощения водыпрактически отсутствует. Волоконные усилители в основном предста�влены двумя типами: волоконные усилителилегированные эрбием, и рамановские (ВКР)волоконные усилители. Первые представля�ют собой отрезок волокна, легированныйредкоземельным элементом – эрбием. Припрохождении по нему оптического сигнала внего, сверх того, накачивается внешнее из�лучение с другой длиной волны. В результа�те ионы эрбия начинают резонировать спроходящим излучением, отдавая ему частьсвоей энергии и усиливая тем самым прохо�дящий световой сигнал. Похожим образомработают и рамановские усилители, в кото�рых оптическое поле накачки передаетчасть своей энергии нелинейной среде, чтоприводит к возникновению дополнительныхлиний комбинационного спектра излучения,распространяющегося в направлении свето�вой волны. Усиление происходит, если дли�на волны сигнала лежит в полосе комбина�ционного усиления. Большинство современных систем дальнейсвязи работает на длинах волн вблизи 1550 нм. Это связано не столько с тем, чтовблизи нее достигается абсолютный мини�мум поглощения кварцевого волокна (0,16 дБ/км), а, главное, с тем, что в этомдиапазоне длин волн работают наиболееэффективные оптические усилители – эр�биевые волоконные усилители (EDFA). С по�явлением оптических усилителей затуханиеперестало быть фактором, ограничива�ющим дальность передачи информации поВОЛС без регенерации. Таким фактором влиниях связи с оптическими усилителямистала дисперсия.Дисперсия – основная причина ухудшениякачества связи и ограничения скорости пе�редачи информации. В волоконной оптике

этим термином называют расширение све�тового импульса при распространении вдольволокна. Существуют несколько видов дис�персии: межмодовая, хроматическая и поля�ризационная модовая. Межмодовая диспер�сия является основным источником расши�рения световых импульсов в многомодовыхволокнах. В таких волокнах распростране�ние световой волны можно описать как рас�пространение совокупности световых лучей,для которых выполняется условие полноговнутреннего отражения. Лучевые компонен�ты (моды) светового импульса, распростра�няющегося под бoльшими углами к оси во�локна, проходят больший путь, чем лучевыекомпоненты, распространяющиеся почти па�раллельно оси. Задержка между лучевымикомпонентами импульса приводит к увели�чению его длительности.

В многомодовом волокне энергия входногосветового импульса распределяется побольшому числу мод. Компоненты импульсана разных модах из�за различия их группо�вых скоростей попадают на выходной конецволокна с разной задержкой, что приводитк уширению импульса. Этот вид дисперсииназывается межмодовой.В градиентном многомодовом волокне ве�личина дисперсии на единицу длины L опре�деляется выражениемδτ / L = n1∆2 / 10c.Несмотря на то что градиентное волокноспециально разработано для уменьшениямежмодовой дисперсии, ее значение оста�ется на уровне порядка 1 нс/км. (Межмодо�вая дисперсия в волокне со ступенчатымпрофилем показателя преломления еще в1000 раз больше!) Поэтому многомодовоеволокно обычно применяется только припередаче информации на относительно ко�роткое расстояние с невысокой скоростью.В системах дальней связи в настоящеевремя применяется только одномодовоеволокно. В большинстве городских сетей

связи также используется одномодовое во�локно.Хотя в одномодовом волокне распространя�ется только одна пространственная мода, внем все же остаются два источника расши�рения световых импульсов: хроматическаядисперсия и поляризационная модовая дис�персия (ПМД).Физическая природа хроматической дис�персии коренится в различии групповыхскоростей распространения разных спек�тральных компонент светового сигнала(рис.6).

Хроматическая дисперсия зависит от спек�тральной ширины ∆λ входного световогоимпульсаδτ = D.∆λ . L,где D – коэффициент хроматической дис�персии волокна. Следовательно, для уменьшения величиныхроматической дисперсии необходимо ис�пользовать узкополосные источники излуче�ния. Ширина спектра ∆ν импульсного сигна�ла, выраженная в Гц, обратно пропорцио�нальна длительности светового сигнала.Чем короче импульс, тем шире спектр. По�этому ширина спектра не может быть мень�ше некоторого предельного значения, про�порционального скорости передачи двоич�ных символов В (bit rate), выраженной вбит/с. ∆ν � кВ, где коэффициент пропорцио�нальности к зависит от формата модуляциии, как правило, к>2.Ширина спектра, выраженная в длинах волн∆λ, связана с ∆ν выражением∆λ = (λ2 / c) ∆ν.Передача двоичной информации по воло�конно�оптической системе связи становитсяневозможной, если величина δτ хроматиче�ской дисперсии сравнима с периодом Tдвоичного символа δτ = 0,5T.Для нескольких скоростей передачи двоич�ных символов, типичных для современныхсистем связи, в табл. 1 приведены макси�мально допустимые значения хроматическойдисперсии для линии связи длиной 250 км.Как видно из таблицы, хроматическая дис�персия ограничивает скорость передачи ин�формации по стандартному волокну длиной250 км величиной 2,5 Гбит/с. Увеличить ско�рость и дальность передачи информации


Дисперсией в волоконной оптике называет�ся расширение световых импульсов по мерераспространения вдоль оптического волок�на. Численно величина дисперсии участкаволоконно�оптической линии связи характе�ризуется средней разностью временных за�держек δτ компонент светового импульса.Длительность импульса на выходе τout изучастка волокна связана с длительностьюτin на его входе и величиной дисперсии δτ выражением

τout = (τin)2 +(δτ)2.

Рис. 5. Различные лучевые компоненты «при�бывают» к выходному торцу волокна сразной временной задержкой

Рис. 6. Расширение светового импульса прираспространении в оптическом волокнес положительной дисперсией: коротко�волновые компоненты импульса (пока�заны серым цветом) обгоняют централь�ную часть, длинноволновые компонентыотстают (показаны оранжевым цветом).Ширина спектра светового импульсане изменяется, длительность увели�чивается


позволяет компенсация дисперсии.Схему линии связи с компенсацией диспер�сии и принцип ее действия иллюстрируетрис. 7.

Между участками волокна с положительнойдисперсией расположены компенсирующиемодули с отрицательной дисперсией. Пол�ная дисперсия в такой линии равна суммедисперсий в волокне и компенсирующих мо�дулях. Компенсирующие дисперсию модулиизготавливаются из волокна с противопо�ложным знаком дисперсии (возможно изго�товление компенсирующих модулей на ос�нове специальных интерференционныхустройств). Компенсация хроматическойдисперсии позволяет осуществлять переда�чу информации со скоростями 10 и даже 40 Гбит/с на расстояние более 1000 км.Плоская поперечная световая волна пред�ставлена двумя ортогональными векторамиE(z,t) и H(z,t), компоненты которых в напра�влении распространения световой волныотсутствуют. Направление векторов H и Еназывают направлением поляризации.Обычно направление поляризации совпада�ет с направлением вектора Е. Плоскость, вкоторой лежат единичный вектор z и векторЕ, называют плоскостью поляризации, а со�ответствующую волну – линейно (плоско)поляризованной волной.Еще одна причина искажений в одномодо�вом волокне связана с поляризацией свето�вых волн. Поскольку свет это электромаг�нитная волна, то одна и та же простран�ственная мода в действительности содер�жит две поляризационные компоненты, илидве поляризационные моды. В идеальномволокне эти моды вырождены, т.е. скоростиих распространения одинаковы. В реальномволокне возникающие в процессе производ�ства напряжения вызывают двулучепрелом�ление, распределение которого вдоль во�локна труднопредсказуемо. Кроме того, не�

симметричные напряжения и деформацииволокна увеличиваются в процессе изгото�вления кабеля и при его прокладке. В любой точке волокна импульс поляризо�ванного оптического излучения можно раз�ложить на поляризационные компоненты сдвумя взаимно ортогональными состояния�ми поляризации, направленными вдоль двухортогональных осей волокна. Скорости рас�пространения поляризованных компонентсветового импульса различны. В соответ�ствии со скоростью распространения поля�ризационных компонент оси называют бы�строй и медленной соответственно. В корот�ком отрезке волокна величина двулучепре�ломления постоянна. Отставание медлен�ной компоненты от быстрой (разность груп�повых задержек) пропорциональна длиневолокна (δτПМД = D дет

ПМД L) и не зависит отдлины световой волны (δτПМД (λ) = const(λ)).Такое волокно называется волокном с де�терминированным двулучепреломлением.Величина относительной разности группо�вых задержек (РГЗ) поляризационных ком�понент характеризует расширение импульсаи называется поляризационной модовойдисперсией (ПМД).

В длинном телекоммуникационном волокне(5 км и более) направление быстрой и мед�ленной осей, а также относительная раз�ность скоростей распространения поляриза�ционных компонент изменяются вдоль во�локна случайным образом. Реальное волок�но упрощенно можно представить в видепоследовательности коротких участков с де�терминированным двулучепреломлением(рис.9). Ориентации этих участков меняютсяслучайным образом.

В таком волокне величина расширения све�тового импульса зависит не только от егополяризации, но и от длины волны. Длякаждой выделенной длины волны излучения

можно подобрать таких два взаимно ортого�нальных состояния поляризации оптическо�го импульса на входе, что импульс с этимисостояниями поляризации при прохожденииволокна не будет испытывать никакого рас�ширения. Такие поляризации называютсяосновными состояниями поляризации, а от�носительная задержка δτРГЗ этих поляриза�ционных компонент, так же, как и в волокнес детерминированным двулучепреломлени�ем, называется разностью групповых задер�жек (РГЗ).

Следует иметь в виду, что РГЗ телекомму�никационного волокна непредсказуемо ме�няется с изменением длины волны (рис.10).Кроме того, величина РГЗ δτРГЗ очень силь�но зависит от окружающих условий и, какследствие, заметно меняется в течение су�ток (рис.11). Расширение световых импуль�сов из�за двулучепреломления называетсяполяризационной модовой дисперсией(ПМД), а его количественной мерой являет�ся среднее значение РГЗ δτПМД = �δτРГЗ�, гдезнак � � означает усреднение. Длинное те�лекоммуникационное волокно характеризу�ется коэффициентом дисперсии первого по�рядка DПМД, связывающим δτПМД с длинойучастка волоконно�оптической линии L фор�мулойδτПМД = DПМД L.Типичные значения DПМД для современныхволокон лежат в пределах 0,1–0,2 пс/ км , хотя во многих ранее проло�женных и использующихся линиях связи ве�личина коэффициента ПМД оптического во�локна превышает 1 пс/ км и может дохо�дить до 10 пс/ км.

Коварство ПМД заключается в том, что по�скольку РГЗ изменяется случайно, то в те�чение некоторого времени его величина мо�жет в несколько раз S превышать измерен�ное среднее значение ПМД.


Рис. 7. Принцип работы компенсирующе�го модуля

Рис. 8. Распространение световых импульсов вволокне с детерминированным двулуче�преломлением

Рис. 11. Зависимость РГЗ от времени

Рис. 10. Зависимость РГЗ от длины волны све�тового излучения. Среднее по длиневолны значение РГЗ определяет вели�чину ПМД телекоммуникационного во�локна

Рис. 9. Модель волокна со случайным распре�делением двулучепреломления

В, Гбит/c ∆λmin, нм δτmax, пс) Dmax, пс/нм/км2,5 0,04 200 2010 0,16 50 1,340 0,64 12,5 0,1

Таблица 1. Максимальное значение коэффици�ента хроматической дисперсии вВОЛС длиной 250 км для заданныхскоростей передачи информации.Рабочая длина волны 1,5 мкм,∆λmin � 2(λ 2/c)B.


С учетом стохастического характера ПМДна практике целесообразно исходить изусловияδτПМД < 0,1/B.В этом случае вероятность выхода системыиз строя, определяемая уровнем энергети�ческого штрафа 1 дБ, очень мала(Р=1/18 000, что составляет 1/2 часа в год). Энергетический штраф – это величинаухудшения чувствительности приемника из�за искажения оптического сигнала, вызван�ного дисперсией.В современных оптических кабелях исполь�зуется волокно с очень малым значениемкоэффициента ПМДDПМД = 0,1 пc / км.

В таких волокнах ПМД при скорости пере�дачи информации 10 Гбит/с практически несказывается на работоспособности системысвязи, однако уже при скорости 40 Гбит/сПМД даже в самых лучших волокнах огра�

ничивает дальность передачи информациирасстоянием порядка 600 км. Кроме того,следует иметь в виду, что в настоящее вре�мя проложено достаточно большое количе�ство кабеля с ненормированным значениемПМД. Коэффициент ПМД на отдельныхучастках такого кабеля достигает величиныDПМД =10 пc / км .Дальность передачи в таком кабеле прискорости 10 Гбит/с ограничена расстояниемвсего 1 км.

Литература1. Jacobs I. Optical fiber communication technolo�

gy and system overview, in Fiber Optics Hand�book, McGraw�Hill Companies Inc., 2002.

2. Agraval G.P. Fiber�optic communication sy�stems, Second edition, John Wiley&SonsInc., 1997.

3. Волоконная оптика. Сборник статей. М.:ВиКо, 2002.


S PROB3,0 4,2 •10�5

3,1 2,0 •10�5

3,2 9,2 •10�6

3,3 4,1 •10�6

3,4 1,8 •10�6

3,5 7,7 •10�7

3,6 3,2 •10�7

3,7 1,3 •10�7

3,8 5,1 •10�8

3,9 2,0 •10�8

4,0 7,4 •10�9

4,1 2,7 •10�9

4,2 9,6 •10�10

4,3 3,3 •10�10

4,4 1,1 •10�10

4,5 3,7 •10�11

Таблица 2. Вероятность (PROB) того, что РГЗ вS раз больше ПМД

Журнал Lightwave REи

МГУ им. М.В. Ломоносова

приглашают на отделение дополнительного образованияфизического факультета МГУ

для обучения по специальности:

волоконно�оптическиесети и системы связи

Начало обучения 1 октября 2003 г.Запись до 15 сентября,

Тел. (095) 939�3194


Интернет�директорииИнтернет�директории

Компания

«ОПТИКТЕЛЕКОМ»Материалы, технологии и решения для строитель�ства и эксплуатацииВОЛС

Компания FOD –производитель контроль�но�измерительного обо�рудования для волоконно�оптических сетей

НПП АЛЬКОР Все для волоконно�опти�ческих линий связи

«ТЕЛЕКОМ ТРАНСПОРТ»

Оборудование и материа�лы для монтажа, строи�тельства и тестированияВОЛС

Компания NOYES FIBER SYSTEMSШирокий спектр измери�тельного оборудованиядля обслуживания ВОЛС,измерения и документи�рования их параметров ихарактеристик

Компания PR�GROUP предлагает оптическиекроссы Telect различныхконфигураций

Компания EXFOКомплексные решениядля диагностики, контро�ля и мониторинга пристроительстве, пускона�ладке и техническойэксплуатации ВОЛС

Компания KMI –мировой лидер в областиисследований рынка во�локонно�оптических ком�муникаций

www.optictelecom.ru www.fod.ru

www.tt.ru

www.exfo.com

www.kmiresearch.comwww.telect.ru

www.noyes�fiber.com

www. exforussia.ru


Адресная книгаАдресная книга

FOD

Aдрес: Россия, 129090 Москва, а/я 48Тел.: +7 095 105�3464Факс: +7 095 105�3468E�mail: [email protected]Сайт: www.fod.ru

КБ волоконно�оптических приборов(FOD) с 1991 года выпускает контроль�но�измерительное оборудование для во�локонно�оптических коммуникаций.Предприятие образовано на базе и уси�лиями специалистов НИИ радиоизмери�тельных приборов (ВНИИРИП, Вильнюс)и Института радиотехники и электроникиРАН (ИРЭ РАН, Фрязино). На российскийи мировой рынки оборудование поста�вляется под торговой маркой FOD. В пе�речне выпускаемого оборудования: ре�флектометры (OTDR), измерители опти�ческой мощности, тестеры, источникиоптического излучения, аттенюаторы, атакже широкая номенклатура активныхи пассивных компонентов. Компаниятакже является дистрибутором продук�ции ряда зарубежных производителейоборудования и аксессуаров: Noyes FiberSystems (подразделение AFL), Silicomp(Италия) и ряда других.

ОПТИКТЕЛЕКОМ

Aдрес: Россия, 115035 Москва, ул. Садовническая, д.77,корп. 2, стр. 1

Тел.: +7 095 951�6808Факс: +7 095 953�5249E�mail: [email protected]Сайт: www.optictelecom.ru

Aдрес: Белоруссия, 220034 Минск,ул. Платонова, д.15, офис 39

Тел.: +375 17 236�0178Факс: +375 17 236�0346

Aдрес: Казахстан, 480016 Алматы, ул. Гоголя, д.207, офис 301�303

Тел.: +7 3272 68�2334Факс: +7 3272 50�7327

Компания «ОПТИКТЕЛЕКОМ»:материалы, технологии и решения длястроительства и эксплуатации ВОЛС.

ТЕЛЕКОМ ТРАНСПОРТ

Aдрес: Россия, ГСП�7, 117997 Москва, ул. Профсоюзная, д.84/32,корп. Б2�2, офис 27�30

Тел.: +7(095) 787�5550Факс: +7(095) 333�3300E�mail: [email protected]Сайт: www.tt.ru

Миссия компании «Телеком Транспорт» –поиск, разработка и внедрениеперспективных технологий на сетяхсвязи отечественных операторов икорпоративных сетях. Специалистыкомпании с 1994 года занимаютсяпроектированием и строительствомсистем связи. Компания хорошоизвестна в России и странах СНГ какодин из лидеров в области сетевойинтеграции.

EXFO

Aдрес: Le Dynasteur 10�12, rue Andras Beck 92366 Meudon La Foret Cedex FRANCE

Тел.: +33 1 40 83 8585Факс: +33 1 40 83 0442E�mail: [email protected]Сайт: www.exfo.com

Комплексные решения для диагностики,контроля и мониторинга пристроительстве, пусконаладке итехнической эксплуатации ВОЛС.

НПП АЛЬКОР

Aдрес: Россия, 103104 Москва,а/я № 91

Тел.: +7 095 265�4430, 267�1393Факс: +7 095 746�5601E�mail: [email protected]Сайт: www.alkorfiberoptics.ru

Волоконно�оптические линии связи:проектирование, комплектация, монтаж«под ключ». Поставка оптическогокабеля по ценам завода�изготовителя.Подготовка и оснащение монтажныхбригад. Поставка и обслуживаниеоборудования.

KMI RESEARCH

Тел.: +1 401 243�8100, 243�8111Факс: +1 401 243�8100E�mail: [email protected]Сайт: www.kmiresearch.com

Ведущая консалтинговая фирма,специализирующаяся на исследованияхмирового рынка волоконно�оптическихкоммуникаций. Анализ, обзоры рынка.Прогнозы развития.

PR�GROUP

Aдрес: Россия, 107120 Москва, Костомаровский пер., д.3, стр.1а

Тел.: +7 095 105�0582Факс: +7 095 105�0582E�mail: info@pr�group.ruСайт: www.pr�group.ru

Компания PR�GROUPпредлагает оптические кроссы Telect.Решения включают в себя кроссывысокой плотности ADF, панельныекроссы LYNX, настенные кроссы, атакже уникальную разработку – системыгибкой разводки оптических кабелейWavetrax/CableLinks.

NOYES FIBER SYSTEMS

Aдрес: 16 Easgate Park Road, Belmont, NH 03220, USA

Тел.: +1 603 528 7780Факс: +1 603 528 2025Сайт: www.noyes�fiber.com

Cевероамериканский производитель(подразделение AFL) контрольно�измерительного оборудования иаксессуаров для строительства иобслуживания ВОЛС.


ТерминыТермины

Английский термин Русский термин Определение и описание значения терминаGain (Optical amplifier gain) 1. Коэффициент усиления (линейный) G 1. Отношение мощности Pout сигнала на выходе оптического усилителя к мощности Pin

(оптического усилителя) сигнала на его входе G= Pout /Pin. 2. Коэффициент усиления 2. В технических спецификациях коэффициент усиления выражают в децибелах

(логарифмический) g g[дБ]=10lgG. Если мощность входного и выходного сигналов также выражены влогарифмических единицах (дБм), то коэффициент усиления равен разности мощностей выходного и входного сигналов: g[дБ]= pout [дБм]–pin[дБм].

Loss 1. Потери Многозначный термин. Чаще всего переводится как потери или затухание. Однако оба 2. Затухание эти слова не всегда правильно отражают его значение. В англоязычной технической

литературе термин loss может означать всего лишь, что некоторое отношение величин A/B выражается в децибелах, причем это отношение меньше единицы, но отрицательный знак в выражении 10.lg(A/B) отброшен.

Insertion loss IL Вносимые потери IL Разность уровней входной и выходной мощности оптического излучения. IL= pin[дБ] – pout [дБ].

Optical return loss, Развязка ORL Отношение мощности входного сигнала PIN к суммарной отраженной и рассеянной Backward loss мощности PBack , выраженное в децибелах: ORL=10lg(PIN / PBack).Polarization Поляризационный разброс потерь PDL Максимальное значение вариации вносимых потерь при изменении поляризации dependent loss (PDL) входного оптического излучения. Величина PDL численно равна разности между

максимальным и минимальным значением вносимых потерь: PDL= ILMAX – ILMIN.Attenuation Коэффициент затухания Для однородного волокна в состоянии равновесия коэффициент затухания

определяется как затухание на единицу длины: а(λ) = А (λ)/L [дБ/ед. длины], обычно [дБ/км]. Коэффициент затухания зависит от длины волны (подробнее см. стр.54).Численно равен величине потерь, вносимых отрезком волокна длиной 1 км.

Английские термины и их значения, использующиеся в волоконной оптике

В настоящее время объемы информации вразличных сферах человеческой деятельно�сти неизмеримо возросли, увеличилось чи�сло понятий и определений. Очевидно,чтобы разбираться в технической информа�ции, необходимо понимать смысл терминов,т.е. овладеть терминологией данной обла�сти техники. Довольно часто возникает соблазн ввестиновый термин, особенно при переводе зару�бежных публикаций на русский язык. По�скольку современные технологии приходятв Россию в основном с Запада, то, как от�мечается в работе [1], «в силу сложившейсяситуации в русский технический язык про�никают в качестве новых терминов слова,означающие при ближайшем рассмотрениивполне доступные пониманию известныепонятия, которые без ущерба могут бытьвыражены на существующем языке. Приме�рами таких терминов, используемых в обла�сти связи, являются «джиттер», «вондер» идр. Особенно не повезло «коэффициентуотражения», для которого придумано столь�ко новых наименований, что не успеваешьих запоминать. Такое положение не такбезобидно, как кажется с первого взгляда,так как терминологическая путаница приво�дит к неизбежным разрывам в цельностинаучных знаний и при обучении молодыхспециалистов».Аналогичная ситуация возникает и в науч�ной среде, когда ученый, работающий в не�которой узкой области, обнаружив новое яв�ление, использует для его описания новыетермины. В отдельных случаях введение но�

вых терминов оправдано. Как правило, этосвязано с появлением новых областей ис�следований в науке или с внедрением новыхтехнологий. Однако в большинстве случаевтермины и понятия множатся от невежества,лени и лукавства. Разбираться в особенно�стях работы технических новинок трудно, инередко при переводе технической докумен�тации или статей с описанием новых техно�логий у переводчика возникает искушениеввести новый термин, как правило, «кальку»с зарубежного аналога. Такая ситуацияочень опасна, но встречается в последнеевремя довольно часто: новые термины начи�нают употреблять, не до конца разобрав�шись в их сути, к ним привыкают. Замечание Петра Великого о качестве пе�ревода книги о фортификации на русскийязык [1]: «Книгу о фортификации, которуювы перевели, мы прочли: разговоры зелохорошо и внятно переведены; но как учитьфортификации делать, то зело темно и не�понятно переведено; не надлежит речь отречи хранить в переводе, но точно его вы�разумев, на свой язык уже так писать, каквнятнее может быть!».Особенно отрицательно сказывается то об�стоятельство, что для одного и того же меж�дународного понятия различными группамиспециалистов используются различные тер�мины на русском языке. По существу, своятерминология складывается в отечествен�ной научной литературе, отечественной тех�нической, в основном переводной литерату�ре и в отечественных нормативных доку�ментах.

Прекрасный американский ученый и педа�гог Р. Фейнман в своих воспоминаниях пи�сал, что в молодости ему казалось болееудобным вводить собственные термины иобозначения для описания физических яв�лений или математических понятий. Болеетого, некоторое время ему это казалось бо�лее эффективным и удобным. Однако в не�правомерности использования индивиду�альной терминологии и обозначений он бы�стро убедился, когда попытался объяснитьсвои новые результаты коллеге: из этой по�пытки просто ничего не получилось.В науке чистоте терминов всегда уделялосьбольшое внимание. Борьба за чистоту тер�минов – это стремление к правильному мы�шлению. В связи с этим уместно вспомнитьвысказывание Конфуция, которого спроси�ли, что бы он сделал, если бы стал правите�лем империи. «Вернул словам их первона�чальный смысл», – сказал великий китай�ский философ. Так давайте и в техническойлитературе в области волоконно�оптическойсвязи вернем словам их первоначальныйсмысл. Вместе мы сможем создать удоб�ную, интуитивно понятную и не вводящую взаблуждение «неспециалистов» терминоло�гию.

Литература1. Тищенко В.А., Токатлы В.И., Лукьянов

В.И. О нормировании и измерении маг�нитных полей сотовых систем связи. Ме�трология и измерительная техника в свя�зи, 2001, № 4, с. 11.

Перевод международных технических терминов и их толкование.Зачем в журнале Lightwave RE нужен раздел, посвященный терминологии?

О.Е. Наний, главный редактор Lightwave RE


Американские менеджеры считают, что работунеобходимо менять каждые 5 лет. При этом годот года данная планка опускается все ниже.Так, в 60�х годах оптимальным считались 10–12лет проведенных на одном месте. А с вступле�нием нашего общества в информационную эрусрок освоения специальности и жизненныйцикл сотрудника на одном месте стремительносокращаются. Исходя из этого, каждый из насдолжен иногда задумываться над вопросом пе�ремены места работы, а потому стоит быть го�товым к внезапному звонку хедхантера с пред�ложением поговорить о новой вакансии. В нашей стране звонок сотрудника кадровогоагентства часто воспринимается с подозрени�ем и недоверием, в то время как общение сконсультантом не несет в себе никакой угрозы,а, напротив, дает возможность внешней оцен�ки собственной квалификации и стоимости нарынке труда. По единодушному мнению спе�циалистов кадрового консалтинга, успешныепрофессионалы в отрасли всегда открыты кконструктивному разговору с консультантом иизвлекают из него подчас больше пользы, не�жели оппонент. «Динамичные российские компании, компаниипервого ряда, уже несколько лет применяютдовольно сложные методики отбора персона�ла, – говорит Ирина Лазуткина, начальник от�дела по подбору персонала ОАО «Ростеле�ком». – Знание этих методик и понимание ме�ханизма их работы помогут даже вполне зре�лому профессионалу в правильном светепредставить своему потенциальному работода�телю свою ценность».Мы не будем останавливаться на само собойразумеющихся деталях: времени прихода наинтервью без опоздания, соответствия вашегостиля одежды самым строгим правилам, при�нятым в отрасли (кстати, весьма консерватив�ной), и достаточной информационной насы�щенности вашего резюме – эти детали такмного могут сказать опытному консультанту,что их обсуждение должно стать темой отдель�ной статьи, а возможно, и книги.Итак, постараемся обозначить основные спо�

собы проведения интервью, которыми пользу�ются сотрудники кадровых служб, и типовыеошибки, которые делают наши кандидаты. ➊ Интервью биографическое: здесь будет об�

суждаться вся ваша жизнь, возможно, начи�ная со школьной скамьи. Отвечая на разныевопросы, кандидаты, сознательно провоцируе�мые консультантом, иногда увлекаются и супоением рассказывают о победе на матема�тической олимпиаде в 8�м классе, теме ди�пломной работы или о менеджерском опыте,полученном в студенческие годы на картошке.При таком подходе вам может не хватить вре�мени на самое главное – рассказе о своихобязанностях и достижениях на последнемместе работы, именно из�за которых, как пра�вило, вас сюда и пригласили. Каждому из насприятно говорить о своей молодости, о томвремени, когда все казалось легко и весь мирбыл у ваших ног. Сбивая кандидата на эту те�му, консультант помогает ему преодолетьпсихологический барьер. В результате чегокандидат перестает видеть в консультантепартнера по переговорам, и последний начи�нает казаться кандидату приятелем из дет�ства. Далее в расслабленном состоянии кан�дидат запросто может сообщить, что за по�следние три года он ни разу не выполнял планпродаж, а все контракты со стратегическимипартнерами были заключены его предше�ственником, которого он успешно подсидел,поскольку учился в одном классе с генераль�ным директором. Естественно, после таких от�кровений резюме кандидата отправляется впапку архив. А консультант переходит к рабо�те со следующими кандидатами, которые,возможно, окажутся более осмотрительными.

➋ Функциональное интервью строится на об�суждении ваших профессиональных навы�ков и достижений. В процессе данного ин�тервью цель консультанта – выяснить, како�ва была именно ваша роль в том или иномпроекте, как вы справлялись со своей рабо�той по сравнению с вашими коллегами.Здесь нередки вопросы: на какое место сре�ди всех сервисных инженеров вы бы себя

поставили? К кому обращаются ваши колле�ги в сложной ситуации? К кому в такой жеситуации обращаетесь вы? При ответе наподобные вопросы скромность может лишьнавредить. Здесь надо с наибольшей объек�тивностью оценить свои сильные стороны иумолчать о слабых.

➌ Стрессовое интервью сознательно проводит�ся в жесткой и агрессивной манере, для тогочтобы проанализировать поведение кандида�та в стрессовой ситуации. Вас могут поса�дить лицом к свету, интервьюер может опоз�дать на 15 минут и не извиниться, беспре�рывно отвечать на звонки по мобильному те�лефону, пить кофе, не предложив вам, и да�же подпилить ножки у вашего стула (хресто�матийный пример, редко используемый в ре�альной жизни). Цель всего этого вывести васиз себя. Наиболее успешным выходом изданной ситуации было бы обращение всего вшутку, но это вам вряд ли удастся. Ведь цельконсультанта совсем иная. Мы не будемздесь описывать всех приемов борьбы с по�пытками вывести вас из себя, хотим лишьобратить ваше внимание на возможность та�кого проведения интервью и не рассматри�вать такое поведение как личное оскорбле�ние. Однако в корректной форме необходимодостаточно оперативно дать понять интер�вьюерам, что такой стиль общения для васнеприемлем: выключить свой мобильный те�лефон на глазах интервьюера со словами:вы не хотели бы со мной побеседовать в ти�шине; переставить свой стул, чтобы солнцене светило вам в глаза или просто подойти изакрыть жалюзи; попросить бутылочку мине�ральной воды; попросить новый стул, по�скольку этот вам неудобен.

Но какую бы форму ни избрал консультант, ва�ша задача не только показать себя увереннымв себе человеком, профессионалом, знающимсебе цену, но и узнать как можно больше окомпании�работодателе. О том, как собрать на�иболее полную и точную информацию о компа�нии, в которую вас приглашают, мы расскажемвам в следующем выпуске нашей рубрики.

Работа & КарьераРабота & Карьера

Коварство интервьюераТатьяна Пестрякова, консультант департамента IT&Telecom Recruitment,

«Aгентство Кoнтакт», e�mail: [email protected]

121019 Москва, Б. Афанасьевский пер., 36Тел.: (095) 956�9159Факс: (095) 203�2363

Ведущая международная компания – произ�водитель телекоммуникационного оборудо�вания приглашает на работу руководителяпроекта.

Координаты для контактов: e�mail: [email protected], факс: (095) 956�9160

121019 Москва, Б. Афанасьевский пер., 36Тел.: (095) 956�9159Факс: (095) 203�2363

Международная компания – производительоборудования связи объявляет конкурс назамещение должности Key Account Managerпо работе с операторами связи.

Координаты для контактов: e�mail: [email protected], факс: (095) 956�9160

Главный специалист службы развития

первичной сети● Анализ состояния существующей первичной се�

ти и разработка предложений по ее развитию.● Разработка технических требований и специфи�

каций для проведения тендеров и заключенияконтрактов на поставку оборудования.

● Разработка технико�экономических предложе�ний по организации связи для клиентов.

Факс: 973�9963, e�mail: [email protected]

ОБЗОР ВЫСТАВКИЕСОС’2002

НОВОСТИ МИРАСВЯЗИ

ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯТЕХНИКА

ОФИЦИАЛЬНЫЕДОКУМЕНТЫ

УЧЕБНЫЕСТАТЬИ

ОБЗОР ВЫСТАВКИЕСОС’2002

НОВОСТИ МИРАСВЯЗИ

ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯТЕХНИКА

ОФИЦИАЛЬНЫЕДОКУМЕНТЫ

УЧЕБНЫЕСТАТЬИ

тема номера:ДАЛЬНЯЯ СВЯЗЬтема номера:ДАЛЬНЯЯ СВЯЗЬ

№1 2003

No. 114

No. 115

lightwave 2003 01

Documents