автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Разработка и исследование моделей регенерационных участков волоконно-оптической линии передачи с кабельными вставками

На правах рукописи

Трошин Александр Викторович

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МОДЕЛЕЙ РЕГЕНЕРАЦИОННЫХ УЧАСТКОВ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОЙ ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ С КАБЕЛЬНЫМИ ВСТАВКАМИ

Специальность 05.12.13 -Системы, сети и устройства телекоммуникаций

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

Самара - 2006

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Поволжская Государственная академия телекоммуникаций и информатики» (ГОУВПО ПГАТИ)

Научный руководитель:

Ведущая организация: Сибирский Государственный Университет телекоммуникаций и информатики

Защита состоится « 22 » сентября 2006 г. в 15.00 часов на заседании диссертационного совета Д219.003.02 при Поволжской Государственной академии телекоммуникаций и информатики по адресу: 443010, г. Самара, ул. Льва Толстого, 23.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУВПО

- доктор технических наук, доцент

Бурдин В. А.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Морозов О. Г. кандидат технических наук, доцент Иванов В. И.

ПГАТИ.

Автореферат разослан «

2006г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д219.003.02 доктор технических наук, доцент

Мишин Д. В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы и состояние вопроса

Современный этап развития сетей связи характеризуется устойчивой тенденцией к увеличению пропускной способности и протяженности оптических сетей. Наибольшая скорость передачи информации в одном оптическом канале в промышленных системах на данный момент составляет 40 Гбит/с, разрабатываются оптические системы передачи (ОСП) со скоростями 80 Гбит/с, 160 Гбит/с и выше. Применение технологии спектрального уплотнения каналов (WDM — Wave Division Multiplexing) позволило достичь общей пропускной способности до нескольких Тбит/с в одном оптическом волокне (ОВ).

В результате постоянного увеличения скорости передачи информации в оптическом канале все большие ограничения на протяженность регенерационных участков (РУ) волоконно-оптической линии передачи (ВОЛП) начинают оказывать незначительные факторы искажений оптических импульсов, которые на предыдущих этапах развития не учитывались. К таким факторам относятся поляризационно-модовая дисперсия (PMD - Polarization Mode Dispersion) и многолучевая интерференция (MPI - Multipath Interference). Если поляризационно-модовая дисперсия возникает из-за случайных отклонений конструктивных параметров ОВ, то многолучевая интерференция связана с наличием различного рода отражающих нерегулярностей в оптическом тракте ВОЛП. Теории расчета нерегулярных линий передачи посвящены работы И. И. Гроднева, В. А. Андреева, В. А. Бурдина.

При постоянном росте пропускной способности сетей связи перед операторами на передний план выходит задача обеспечения их бесперебойной эксплуатации. Уязвимым местом современных ВОЛП является значительное время восстановления их работоспособности при повреждении линейного оптического кабеля (ОК), что может привести к серьезным финансовым потерям. Руководящими документами Министерства связи РФ регламентированы временная и постоянная схема восстановления ВОЛП при повреждениях ОК с использованием оптических кабельных вставок (ОКВ). Оптические кабельные вставки представляют собой ремонтные строительные длины ОК, которые монтируются вместо поврежденных участков линейного ОК ВОЛП. Временная схема восстановления производится при помощи монтажа одноэлементных и многоэлементных ОКВ с использованием механических соединителей ОВ или оптических разъемов, что позволяет снизить время восстановления ВОЛП. Затем в установленные сроки осуществляется переход на постоянную схему

восстановления путем замены временной ОКВ на постоянную. Применение временной схемы восстановления ВОЛП приводит к увеличению количества соединений ОВ на РУ, которые производятся при помощи механических соединителей и оптических разъемов. Основным недостатком такого типа соединений является высокий уровень дискретного (локального) отражения в местах стыков ОВ.

За период эксплуатации ВОЛП возможна полная замена типов выпускаемых промышленностью ОВ, что может привести к необходимости использования разных типов ОВ в ОКВ и ВОЛП. Соединение разнотипных одномодовых ОВ обладает более высоким локальным отражением, поскольку в месте стыка ОВ происходит изменение параметров передачи сигнала и нарушение регулярности линии. Таким образом, ВОЛП с ОКВ приобретает кусочно-регулярную структуру и состоит из последовательных соединений ОВ разных пипов с многократными отражениями от стыков. В результате многократных отражений происходит многолучевое распространение (многолучевая интерференция) сигнала в ВОЛП, возникают встречный и попутный отраженные потоки. В ВОЛП также имеет место и распределенное обратное релеевского рассеяния на микрофлуктуациях показателя преломления ОВ, которое ведет к росту встречного и попутного отраженных потоков излучения.

По времени задержки отраженного попутного потока относительно передаваемого сигнала различают когерентную и некогерентную многолучевую интерференцию. При когерентной интерференции временная задержка сравнима с длительность передаваемых оптических импульсов и возникает из-за отражений сигнала в оптических разъемах и других пассивных компонентах ВОЛП. Некогерентная многолучевая интерференция возникает за счет переотражений оптического излучения от мест соединений ОВ, за счет двойного обратного релеевского рассеяния и взаимодействия локальных отражений и обратного рассеяния. Данный тип интерференции приводит к появлению мультипликативной помехи в оптическом канале связи. Исследованию некогерентной интерференции посвящены работы К. Флудгера, Р. Мирза, М. Ниссова, К. Роттвитта, Г. Агравала. Поскольку длины регулярных участков ОВ в ВОЛП с ОКВ составляют несколько десятков метров, то время задержки попутного потока значительно превышает длительность импульсов современных ОСП, поэтому в результате отражений на РУ с ОКВ преобладает некогерентный тип многолучевой интерференции.

Искажения оптических импульсов от многолучевой интерференции приводит к ухудшению качества передачи

информации, поэтому для обеспечения бесперебойной работы ВОЛИ необходимо разработать требования к параметрам ОКВ для проведения аварийно-восстановительных работ, рекомендаций по использованию различных типов ОВ в ОКВ.

При монтаже ОКВ места стыков ОВ защищаются при помощи оптических кабельных муфт, в которых витками выкладывается эксплуатационный запас ОВ для проведения монтажа. Изгибы О В являются нерегулярностями, приводящими к дополнительным потерям. Взаимодействие направляемого и излучаемого полей на нерегулярностях ОВ приводит также к искажениям передаваемых оптических импульсов за счет обратного преобразования излучаемого поля в направляемое с временной задержкой за счет различных путей и условий распространения. Искажения оптических импульсов на макроизгибах ОВ возникают за счет отражения излучаемого поля от границы оболочка - защитное покрытие ОВ и обратного преобразования в направляемое поле. Экспериментальные исследования спектральных характеристик потерь на макроизгибах одномодовых ОВ, проведенное в работах Дж. Фаррелла, Т. Фреира, К. Ванга показало их осциллирующий характер, вызванный интерференцией между отраженным излучаемым и направляемым полями.

Главный оптический тракт протяженных ВОЛП может включать несколько десятков различных устройств, содержащих выложенный витками запас ОВ: соединительные муфты, оптические кроссы, модули компенсации дисперсии. После проведения монтажа ОКВ за счет эксплуатационного запаса ОВ в устанавливаемых муфтах на РУ ВОЛП возрастает общая длина изогнутого ОВ, что может привести к возрастанию искажений оптических импульсов и ухудшению качества передачи информации. Для обеспечения бесперебойной работы ВОЛП необходимо разработать методику оценивания допустимых параметров макроизгибов ОВ в соединительных муфтах ОКВ.

В соответствии с вышесказанным задачи разработки и исследования моделей регенерационных участков ВОЛП с кабельными вставками, поставленные в диссертации, являются актуальными.

Цель работы и задачи исследования

Разработка и исследование моделей регенерационных участков ВОЛП с кабельными вставками и разработка требований к параметрам кабельных вставок для различных типов регенерационных участков.

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

1. Разработка рекомендаций по применению различных типов одномодовых ОВ в кабельных вставках.

2. Разработка математической модели искажений оптических импульсов в кусочно-регулярной ВОЛП с многократными отражениями, учитывающей совместное действие локальных отражений и распределенного обратного релеевского рассеяния.

3. Разработка требований к параметрам кабельных вставок для различных типов регенерационных участков ВОЛП

4. Разработка математической модели искажений оптических импульсов на макроизгибах одномодовых ОВ и методики оценивания допустимых параметров изгибов ОВ в муфтах кабельных вставок.

Методы исследования

При решении поставленных задач использовались методы теории оптических волноводов, теории линий передачи, теории связи мод диэлектрических волноводов, теории дифференциального и интегрального исчисления и численного моделирования. Во время исследований широко использовались численные методы, реализованные на ЭВМ с применением математического пакета «МАТЬАВ».

Личный вклад

Все основные научные положения, выводы и рекомендации, составляющие содержание диссертации, получены соискателем лично.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Предложены аналитические выражения для расчета параметров обратного релеевского рассеяния слаболегированных одномодовых ОВ с произвольным осесимметричным профилем показателя преломления.

2. Разработана математическая модель искажений оптических импульсов в кусочно-регулярной ВОЛП при многократных отражениях, учитывающая совместное действие локальных отражений и распределенного обратного релеевского рассеяния.

3. Разработаны требования к параметрам кабельных вставок для различных типов регенерационных участков ВОЛП.

4. Разработана математическая модель искажений оптических импульсов на макроизгибах одномодовых ОВ.

Практическая ценность работы:

1. Рекомендации по применению различных типов одномодовых ОВ в кабельных вставках.

2. Разработаны требования к параметрам кабельных вставок для различных типов регенерационных участков ВОЛП для применения при проведении аварийно-восстановительных работ.

3. Разработана методика оценивания допустимых параметров макроизгибов одномодовых ОВ в муфтах кабельных вставок.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Аналитические выражения для расчета параметров обратного релеевского рассеяния слаболегированных одномодовых ОВ с произвольным осесимметричным профилем показателя преломления.

2. Математическая модель искажений оптических импульсов в кусочно-регулярной ВОЛП при многократных отражениях, учитывающая совместное действие локальных отражений и распределенного обратного релеевского рассеяния.

3. Требования к параметрам кабельных вставок для различных типов регенерационных участков ВОЛП.

4. Математическая модель искажений оптических импульсов на макроизгибах одномодовых ОВ.

Реализация результатов работы

Элементы теории, методики расчета, практические рекомендации внедрены в учебный процесс ГОУВПО ПГАТИ.

Практические рекомендации по применению различных типов ОВ в кабельных вставках, по определению требований к параметрам кабельных вставок для регенерационных участков ВОЛП, методика оценивания допустимых параметров макроизгибов одномодовых ОВ внедрены на ЗАО «Волгателком» (г. Волгоград) и используются при выполнении аварийно-восстановительных работ на линейно-кабельных сооружениях ВОЛП сети связи данного предприятия.

Практические рекомендации по определению требований к параметрам макроизгибов одномодовых ОВ внедрены в ОАО «Связьстрой-4» (г. Саранск) и применяются при разработке технологических карт монтажа оптических кабелей, при выполнении работ по монтажу муфт.

Апробация результатов работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и были одобрены на конференциях: XI и XII Российской научной конференциях профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов (Россия, Самара, ПГАТИ, 2004); III Международной научно-технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов» (Россия, Волгоград, ВолГУ, 2004); V Международной конференции «Проблемы техники и технологии телекоммуникаций» (Москва); LX научной сессии

посвященной Дню радио (Москва, МТУСИ, 2005), IV Международной технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов» (Россия, Нижний Новгород, НГТУ, 2005). Научно-технической конференции «Волоконно-оптические системы и сети связи» (Москва, МТУСИ, 2004), III Международной научно-технической конференции «Оптические технологии в телекоммуникациях» (Уфа, УГАТУ, 2005).

Публикации

Основные результаты диссертационной работы представлены в 12 печатных трудах, включая 5 статей в'научных изданиях, 7 тезисов докладов.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы и приложения. Содержит 162 страницы машинописного текста, 98 рисунков и 1 таблицу. Список литературы включает 122 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

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

В первой главе рассмотрены основные факторы, приводящие к ухудшению качества передачи информации на РУ ВОЛП с ОКВ.

Приводится обзор основных тенденций развития современных оптических сетей связи и главных задач, возникающих при жсплуатации линейных сооружений ВОЛП. Подробно рассматривается технология восстановления ВОЛП с использованием одно- и многоэлементных, постоянных и временных ОКВ. Проведен анализ основных факторов приводящих к возникновению интерференционных искажений оптических импульсов на РУ ВОЛП с ОКВ. Как показано в работах Дж. Л. Джимллетта, А. X. Султанова искажения импульсов от когерентной многолучевой интерференция могут приводить к сбоям в работе ОСП при скоростях передачи информации свыше 450 Гбит/с.

Основными причинами появления некогерентной многолучевой интерференции на РУ ВОЛП с ОКВ являются: многократные локальные отражения на стыках разнотипных ОВ, механических соединителях и разъемах; двойное обратное релеевское рассеяние в ОВ; локальные отражения обратнорассеянной мощности передаваемого сигнала и обратного рассеяния мощности отраженного

потока излучения. Общий уровень многолучевой интерференции на РУ ВОЛП определяться суммой воздействий отдельных факторов. Применение оптических усилителей (ОУ) на РУ протяженных ВОЛП приводит к накоплению интерференционных искажений вдоль линии на каждом ЭКУ. Приведенные теоретические и экспериментальные данные в работах К. Флудгера, Р. Мирза, М. Ниссова, К. Роттвитта показывают, что незначительный уровень некогерентной интерференции может привести к сбоям в работе ОСП, поэтому при проведении аварийно-восстановительных работ необходимы требования к допустимым параметрам ОКВ.

Рассмотрены причины, проводящие к появлению искажений импульсов на макроизгибах одномодовых ОВ. Данные искажения накапливаются по длине изогнутого ОВ, что может привести . к снижению качества передачи информации. Для обеспечения бесперебойной работы ОСП при проведении аварийно-восстановительных работ необходимо проводить оценку допустимых параме!ров макроизгибов одномодовых ОВ в муфтах ОКВ.

Выполненный в данной главе анализ основных факторов и причин появления искажений оптических импульсов на РУ ВОЛП с ОКВ позволяет сформулировать основные задачи данной диссертационной работы.

Вторая глава посвящена разработке рекомендаций по применению разных типов одномодовых ОВ в кабельных вставках.

Проведено исследование спектральных характеристик локальных отражений на стыках разнотипных одномодовых ОВ и параметров обратного релеевского рассеяния.

В общем случае задача о расчете электромагнитного поля в соединении регулярных волноводов включает решение задач для этих оптических волноводов и задачи сшивания полей регулярных волноводов с учетом конструкции перехода. Строгое решение подобной задачи осложняется трудностью задания геометрических и материальных характеристик волноводного перехода в пространстве. При этом в трехмерной постановке данная задача решается только численными методами. Основным недостатком данных методов является большое количество вычислительных операций. Поэтому для оценки коэффициента отражения на соединении диэлектрических волноводов на практике наиболее широко применяются простые аналитические методы Френеля и эффективного показателя преломления. Вместе с тем имеется ограниченное число работ, посвященных оценке точности применения данных методов для расчета коэффициента отражения на стыках ОВ. Расчету

коэффициента отражения на обрыве диэлектрических волноводов с произвольным поперечным сечением посвящены работы А. Б. Маненкова, в которых разработан вариационный метод расчета коэффициента отражения. Сравнение результатов расчетов аналитических и вариационного методов позволяют сделать вывод, что в характерной области одномодового режима работы ОВ (при нормированной частоте ¥=2..У) значение коэффициента отражения можно аппроксимировать эмпирическим выражением:

(1)

где рК[ и Рш - коэффициенты отражения, рассчитанные методами Френеля и эффективного показателя преломления.

Оценка точности расчетов по формуле (1) проводилась путем сравнения результатов расчета коэффициента отражения одномодового ОВ со ступенчатым профилем показателя преломления (ППП) в диэлектрической среде с близким показателем преломления с результатами, полученными вариационным методом. Погрешность в области одномодового режима не превышает 5%, что можно считать приемлемым для практических расчетов результатом. Используя выражение (1) проведены расчеты спектральных характеристик коэффициента отражения на стыках разных типов одномодовьтх ОВ ведущих мировых фирм.

Распространяясь вдоль ОВ, оптическое излучение испытывает релеевское рассеяние на микрофлуктуациях показателя преломления. Часть рассеянной мощности захватывается ОВ и распространяется в обратном направлении. Теория обратного релеевского рассеянья в ОВ изложена в работах А. Н. Хартога, М. Р. Голда, М. Наказавы. В работах В. Чу, Р. Гуобина, М. Е. Лихачева, С. Л. Семенова, показано, что в слаболегированных кварцевых ОВ коэффициент релеевского рассеяния имеет линейную зависимость от концентрации легирующих примесей. Используя аппроксимацию радиальной зависимости поля основной моды функцией Гаусса и представлением произвольного ППП ОВ профилем с /и-оболочками одинаковой толщины с постоянными коэффициентами рассеяния, выведено выражение для среднего коэффициента релеевского рассеяния одномодового ОВ с произвольным осесимметричным ППП:

ехр

-ш

-ехр

"Г

+ 1)АяУ

(2)

где д - коэффициент релеевского рассеяния ;-й оболочки профиля ОВ; = Га !а - эквивалентный нормированный радиус пятна моды; а -радиус сердцевины ОВ; г0 - эквивалентный радиус пятна моды; Д/г -нормированная ширина оболочки ППП.

Используя аналогичные представления, выведена аналитическая формула для коэффициента захвата обратнорассеянной мощности:

где М4 — числовая апертура ОВ, п - средний показатель преломления сердцевины-оболочки ОВ; V-нормированная частота.

Для оценки точности предложенных формул (2) и (3) выполнены сравнения результатов расчетов по предложенным формулам, и строгим выражениям для одномодового ОВ со ступенчатым ППП. Погрешность расчетов по предложенным выражениям не превышает 5%, что можно считать приемлемой для практики точностью. Используя предложенные выражения, проведены расчеты спектральных характеристик параметров обратного релеевского рассеяния различных типов одномодовых ОВ ведущих мировых фирм.

Па основании полученных результатов даны рекомендации по использованию разных типов одномодовых ОВ в ОКВ для использования на РУ ВОЛП со стандартным одномодовым ОВ со ступенчатым ППП.

Третья глава диссертации посвящена разработке математической модели искажений оптических импульсов в кусочно-регулярной ВОЛП с многократными отражениями, учитывающей совместное действие локальных отражений и распределенного обратного релеевского рассеяния.

Модели нерегулярных электрических проводных и волноводных линий рассмотрены в работах Б. 3. Канцеленбаума, И. И. Гроднева, В. А. Андреева. Разработанные в данных работах методы не эффективны для расчета нерегулярных ВОЛП, поскольку не учитывают их специфически, требуют значительных вычислительных ресурсов и объемов памяти ЭВМ. Расчетам нерегулярных ВОЛП посвящены работы Х.-Г. Унгера, Д. Маркузе, А. Снайдера, Дж. Лава, теория расчета кусочно-регулярных ВОЛП изложена в работах В. А. Бурдина. В большинстве работ предлагается моделировать

5 =

(3)

распространение сигнала в нерегулярной ВОЛП с использованием универсальных численных методов решения волноводных задач: методом конечных разностей во временной и частотной области, методом моментов, методом волновых пакетов и их разнообразными модификациями. Неудобство реализации данных методов на практике связано со сложностью задания граничных и начальных условий, а также очень высокими требованиями к ресурсам ЭВМ.

Разработан алгоритм расчета импульсных параметров многолучевой интерференции, индуцированной локальными отражениями на основе известных из теории нерегулярных линий рекуррентных выражений. Расчету многолучевой интерференции от обратного релеевского рассеяния посвящены работы, М. Ниссова, К. Роттвитта, Г. Агравала и многих других. В общем случае для расчета параметров искажений требуется численно решить систему дифференциальных уравнений для мощности излучения рассеянного в обратном и прямом направлениях. В работе К. Флудгера и Р. Мирза получены приближенные аналитические выражения для параметров интерференции на регулярных участках ОВ. Для кусочно-регулярной ВОЛП данная задача значительно усложняется, поскольку требуется проводить поиск решения на отдельных регулярных участках с согласованием граничных условий на стыках разнотипных ОВ, в результате чего численное моделирование требует значительных вычислительных ресурсов. На основе представления малых регулярных участков ОВ в виде локальных отражающих нерегулярностей, получено выражение для коэффициента многолучевой интерференции в кусочно-регулярной линии ВОЛП от двойного обратного релеевского рассеяния:

МР![Ж< = ±мпг (С)1' (4)

где оя1л - затухание отражения на я-м стыке регулярного участка ОВ от обратного релеевского рассеяния, шч™'' - коэффициент многолучевой интерференции от двойного обратного релеевского рассеяния на »-м регулярном участке ОВ; - коэффициент передачи между п и т стыками ОВ без локальных отражений.

Выражения для коэффициентов многолучевой интерференции от обратного рассеяния отраженной мощности (ай®/*88) и отражения обратнорассеянной мощности ( ) будут иметь вид:

я=2 «=1

MPIRBS J (6)

где к, - коэффициент локального отражения «-го стыка ОВ.

Погрешность расчета разработанной модели оценивалась путем сравнения результатов, полученных с использованием предложенных формул и численным решением системы дифференциальных уравнений для регулярной ВОЛП с локальными отражениями от концевых разъемов. Погрешность разработанной модели не превышает 4%, что можно считать приемлемой точностью для практических расчетов.

Разработан алгоритм расчета на основе предложенных формул многолучевой интерференции на РУ ВОЛП с ОКВ и распределенными рамановскими ОУ. Расчет параметров интерференции предложено рассчитывать, используя разбиение линии на регулярные сегменты малой длины, в которых коэффициент усиления в ОВ можно приближенно считать постоянным. Оценка погрешности разработанного алгоритма проводилась путем сравнения результатов полученных предложенным методом и численным решением системы дифференциальных уравнений для регулярной линии ВОЛП с локальными отражениями от концевых разъемов. Расхождение рассчитанных характеристик не превышает 1,5 дБ при общем коэффициенте усиления до 25 дБ, что можно считать приемлемым для предварительных практических расчетов.

Четвертая глава посвящена разработке требований к параметрам кабельных вставок для различных типов регенерационных участков ВОЛП.

Подробно рассмотрены рекомендации ITU-T регламентирующие допустимые параметры главного оптического тракта (ГОТ) ОСП синхронной цифровой иерархии. Действующие рекомендации устанавливают максимально допустимый коэффициент локального отражения в точках ГОТ,, минимальное затухание отражения в начальной и конечной точках ГОТ. Данные параметры не позволяют полностью учесть воздействие многолучевой интерференции на качество передачи информации на РУ ВОЛП и определить допустимые параметры ОКВ.

Оценки влияния искажений от многолучевой интерференции на качество передачи информации ОСП посвящены работы К. Флудгера, Р. Мирза, М. Ниссова, К. Роттвитта, X. Кидорфа. В данных работах для оценки допустимых искажений сигнала применяется модель штрафов по мощности, используя которую определен допустимый штраф от интерференционных искажений - 0,1 дБ. Используя данную

модель, рассчитан допустимый коэффициент многолучевой интерференции для РУ ОСП синхронной иерархии МР1т ~ -32 дБ. Для обеспечения бесперебойной работы ВОЛП с ОКВ разработана методика расчета допустимых значений коэффициента MPI на ЭКУ различных типов РУ: без ОУ, с сосредоточенными ОУ и распределенными рамановскими ОУ. Разработана методика оценивания допустимых параметров ОКВ для различных типов РУ ВОЛП.

Пятая глава диссертации посвящена разработке математической модели искажений оптических импульсов на макроизгибах одномодовых ОВ и методики оценивания допустимых параметров макроизгибов ОВ в соединительных муфтах ОКВ.

В работах Х.-Г. Унгера, А. Меллони для расчета распространения поля на макроизгибах диэлектрических волноводов разработан метод на основе теории связи мод, в котором поле в изгибе представляется в виде линейной комбинации полей основной моды и мод излучения прямого волновода. В одномодовом режиме наиболее сильная связь будет только между основной модой и низшей модой излучения (квазимодой). Для расчета искажений оптических импульсов от интерференции направляемой и излучаемых мод в общем случае необходимо решить систему уравнений связывающих амплитуды мод вдоль всей длины изгиба. Данный метод эффективен для исследования устройств интегральной оптики микронных размеров и не приемлем для расчета поля изогнутых ОВ с длиной дуги в несколько метров.

При разработке модели использовано приближение теории локальных мод для макроизгиба ОВ. Изгиб радиусом Rb разбивается

на /V-сегментов равной длины, в которых локальные моды распространяются, не взаимодействуя, а обмен энергией происходит на границах сегментов. Проведенные расчеты показывают, что такое разбиение можно считать хорошим приближением при радиусах изгиба более 10,0 мм. Путем последовательного суммирования всех составляющих обратного преобразования получено аналитическое выражение для импульса на выходе макроизгиба ОВ: СЛП = ^(Г)[1-с12Д0]д'+...

N-IN-m>l »-1 (7)

+Х £ (с12А0)![1-с,2Д0] Рт (Т - m^AOR, ) exp(-«r {m - 1)Д6/?4 );

rt-Ч

где ры (Г) - входной импульс; Т - время; А0 - угол сегмента изгиба ОВ; аг- коэффициент затухания квазимоды; тг =l/v2-l/v, -

коэффициент групповой модовой задержки; и у г - групповые

скорости распространения основной моды и квазимоды; параметр с, рассчитывается по формуле:

(А

(8)

где 712 - коэффициент связи основной моды и квазимоды; Д и Р2 -постоянные распространения основной моды и квазимоды.

Как видно из формулы (7) оптический импульс на выходе макроизгиба ОВ складываться из затухающего входного импульса и модовых составляющих обратного преобразования с временными задержками, которые образуют «хвост» импульса, наложение которого приводит к искажениям передаваемых сигнальных импульсов. Проведенные исследования искажений импульсов на макроизгибах стандартного одномодового ОВ со ступенчатым ПШ1 показывают, что могут приводить к сбоям в работе ОСП при скоростях передачи информации выше 80 Гбит/с.

На основе модели штрафов по мощности разработана методика оценивания допустимых параметров макроизгибов одномодовых ОВ и соединительных муфтах ОКВ (радиуса изгиба и длины запаса ОВ).

В заключении перечислены основные результаты работы:

1 Предложены аналитические выражения для параметров обратного релеевского рассеяния слаболегированных одномодовых ОВ с произвольным осесимметричным профилем показателя преломления. Исследованы параметры отражений одномодовых ОВ, на основе которых разработаны рекомендации по применению различных типов ОВ в кабельных вставках.

2. Для прогнозирования параметров РУ ВОЛП с кабельными вставками разработана математическая модель искажений оптических импульсов в кусочно-регулярной ВОЛП при многократных отражениях, учитывающая совместное действие локальных отражений и обратного релеевского рассеяния.

3. Для обеспечения бесперебойной работы ВОЛП при проведении аварийно-восстановительных работ разработаны требования к параметрам кабельных вставок для различных типов регенерационных участков ВОЛП.

4. Разработаны математическая модель искажений оптических импульсов на макроизгибах одномодовых ОВ и методика оценивания допустимых параметров изгибов в муфтах кабельных вставок.

ОПУБЛИКОВАННЫЕ РАБОТЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Burdin V. A. Methods for reflection coefficient spectral characteristics calculation at the splicc of optical fibers / A. V. Troshin, V. A. Burdin // Optical technologies lor communications, edited by Salavat T. Kusimov, Vladimir A. Andreev, Albert H. Sultanov, Vladimir A. Burdin. Proceedings of SP1E. - 2003 - Vol. 5485 - P. 90-97.

2. T roshin A. V. Simulation of multipath interference in optical link with multiple reflectances / A. V. Troshin П Optical technologies for communications, edited by Vladimir A. Andrccv, Albert H. Sultanov, Vladimir A. Burdin, Proceedings of SPIE. - 2004 - Vol. 5854 -P. 46-53.

3. Andreev V. A. Analysis of spectral characteristics of Rayleigh scattering parameters for different types of single-mode fibers / V. A. Andreev, V. A. Burdin, A. V. Troshin // Optical technologies for communications, edited by Vladimir A. Andreev, Albert 11. Sultanov, Vladimir A. Burdin, Proceedings of SPIE. - 2005 - Vol. 6277 - P. 72-81.

4. Андреев P. В. К оценке спектральных характеристик параметров релееискою рассеяния одномодовых оптических волокон с произвольным профилем показателя преломления / Р. В. Андреев, А. В. Трошин // Инфокоммуникационные технологии. - 2005. - №4. - С. 29-33.

5. Трошин А. В. Моделирование искажений оптических импульсов на мзкроизгибах одномодопых волокон / А. В. Трошин. // Инфокоммуникационные технологии. - 2006. -№2.-С. 57—61.

6. Трошин А. В. Расчет коэффициента отражения от мест стыка оптических волокон // Тезисы докладов в материалах XI Российской научной конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов. -Самара: ШАГИ, 2004. - С. 94.

7. Т рошин А. В. К оценке спектральных характеристик неоднородной иолоконно-опгической линии передачи // Труды научно-технической конференции «Волоконно-оптические системы и сети связи», под ред. А. Д. Снегова. - М.: МТУСИ, 2004. -С. 106-107.

8. Трошин А. В. Модель участка ВОЛП с кабельными вставками // Приложение к журналу «Физика волновых процессов и радиотехнические системы». Тезисы докладов и сообщений, 111 Международная научно-техническая конференция «Физика и технические приложения волновых процессов», под. ред. В. А. I (еганова и I . 11. Ярового. - 2004. - С. 394.

9. Трошин А. В. Моделирование ВОЛП с многолучевой интерференцией // Тезисы докладов в материалах V Международной конференции «Проблемы техники и технологии телекоммуникаций». — 2004 — С. 289-290.

10. Трошин А. В. Моделирование многолучевой интерференции в волоконно-оптической линии передачи с кабельными вставками // Тезисы в трудах НТОРЭС им А.С. I lonoua Выпуск LX-2. -2005.-С. 35-37.

11. Т рошин А. В. Моделирование волоконно-оптической линии передачи с кабельными вставками // Тезисы докладов в материалах XII Российской научной конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов. - Самара: 11ГАТИ, 2005. — С. 125-127.

12. Трошин А. В. К оценке модового шума на изгибах одномодовых опт ических волокон // Материалы 111 Международной НТК «Оптические технологии в телекоммуникациях». - Уфа, 2005. - С. 266-265

Подписано в печать 10.07.06 Формат 60x84'/«, Бумага писчая № 1 Гарнитура Тайме 3аказ019130 Печать оперативная Усл. печ. л. 0,93 Физ. печ. л. 1,00 Уч.-изд. л. 0,52 Тираж 100 экз. Бесплатно

Типография государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Поволжская государственная академия телекоммуникаций и информатики» 443010, г. Самара, ул. Л. Толстого,'23. Тел./факс (846) 339-11-11,339-11-81

Перечень принятых сокращений.

Введение.

Глава 1. Применение кабельных вставок на волоконно-оптических линиях передачи.

1.1. Основные тенденции развития современных оптических сетей связи.

1.2. Оперативное восстановление волоконно-оптических линий передачи.

1.3. Многолучевая интерференция в волоконно-оптических линиях передачи.

1.4. Искажения оптических импульсов на изгибах одномодовых волокон.

Выводы к главе 1.

Глава 2. Исследование параметров отражения одномодовых оптических волокон.

2.1. Исследование спектральных характеристик локальных отражений на стыках одномодовых волокон.

2.2. Расчет спектральных характеристик локальных отражений на стыках разнотипных одномодовых волокон.

2.3. Исследование спектральных характеристик обратного релеевского рассеяния одномодовых волокон.

Выводы к главе 2.

Глава 3. Моделирование искажений оптических импульсов в кусочно-регулярной волоконно-оптической линии передачи с многократными отражениями.

3.1. Моделирование параметров искажений от многократных локальных отражений.

3.2. Моделирование параметров искажений от двойного релеевского . ■ рассеяния и совместного действия локальных отражении и обратного рассеяния

3.3. Моделирование параметров искажений в волоконно-оптических линиях передачи с оптическими усилителями.

Выводы к главе 3.

Глава 4. Разработка требований к параметрам кабельных вставок.

4.1. Стандарты на параметры отражений в главном оптическом тракте.

4.2. Расчет допустимой многолучевой интерференции в главном оптическом тракте.

4.3. Расчет допустимых параметров оптических кабельных вставок на регенерационных участках.

4.3.1. Расчет для регенерационных участков без оптических усилителей.

4.3.2. Расчет для регенерационных участков с сосредоточенными оптическими усилителями.

4.3.3. Расчет для регенерационных участков с распределенными оптическими усилителями.

4.4. Рекомендации по снижению многолучевой интерференции в волоконно-оптических линиях передачи с дисперсионным управлением.

Выводы к главе 4.

Глава 5. Моделирование искажений оптических импульсов на макроизгибах одномодовых оптических волокон.

5.1. Взаимодействие направляемого и излучаемого полей на макроизгибах одномодовых волокон.

5.2. Моделирование искажений оптических импульсов на макроизгибах одномодовых волокон.

5.3. Расчет допустимых параметров макроизгибов одномодовых волокон в муфтах кабельных вставок.

Выводы к главе 5.

Диссертация посвящена разработке и исследованию моделей регенерационных участков волоконно-оптической линии передачи (ВОЛИ) с кабельными вставками.

Современный этап развития сетей связи характеризуется устойчивой тенденцией к увеличению пропускной способности и протяженности оптических сетей. Наибольшая скорость передачи информации в одном оптическом канале в промышленных системах на данный момент составляет 40 Гбит/с, разрабатываются оптические системы передачи (ОСП) со скоростями 80 Гбит/с, 160 Гбит/с и выше. Применение технологии спектрального уплотнения каналов (WDM - Wave Division Multiplexing) позволило достичь общей пропускной способности до нескольких Тбит/с в одном оптическом волокне (ОВ). Одним из основных направлений развития волоконно-оптической технологии является эволюция в направлении полностью оптических сетей (AON - All Optical Networks) прозрачных относительно оптических каналов и форматов передачи информации.

В результате постоянного увеличения скорости передачи информации в оптическом канале все большие ограничения на протяженность регенерационных участков (РУ) ВОЛП начинают оказывать незначительные факторы искажений оптических импульсов, которые на предыдущих этапах развития не учитывались. К таким факторам относится поляризационно-модовая дисперсия (PMD - Polarization Mode Dispersion) и многолучевая интерференция (MPI - Multipath Interference). Если поляризационно-модовая дисперсия возникает из-за случайных отклонений конструктивных параметров ОВ, то многолучевая интерференция связана с наличием различного рода отражающих нерегулярностей в оптическом тракте ВОЛП.

При постоянном росте пропускной способности сетей связи перед операторами на передний план выходит задача обеспечения их бесперебойной эксплуатации. Уязвимым местом современных ВОЛП является значительное время восстановления их работоспособности при повреждении линейного оптического кабеля (ОК), что может привести к серьезным финансовым потерям. В связи с этим при технической эксплуатации необходимо уделять особое внимание снижению времени восстановления линейных сооружений.

Руководящими документами Министерства связи РФ регламентированы временная и постоянная схема восстановления ВОЛП при повреждениях ОК с использованием оптических кабельных вставок (ОКВ). Оптические кабельные вставки представляют собой ремонтные строительные длины ОК, которые монтируются вместо поврежденных участков линейного ОК ВОЛП. Временная схема восстановления производится при помощи монтажа одноэлементных и многоэлементных ОКВ с использованием механических соединителей ОВ или оптических разъемов, что позволяет снизить время восстановления ВОЛП. Затем в установленные сроки осуществляется переход на постоянную схему восстановления путем замены временной ОКВ на постоянную.

Применение временной схемы восстановления ВОЛП приводит к увеличению количества соединений ОВ на РУ, которые производятся при помощи механических соединителей и оптических разъемов. Основным недостатком такого типа соединений является высокий уровень дискретного (локального) отражения в местах стыков ОВ.

За период эксплуатации ВОЛП возможна полная замена типов выпускаемых промышленностью ОВ, что может привести к необходимости использования разных типов ОВ в ОКВ и ВОЛП. Соединение разнотипных одномодовых ОВ обладает более высоким локальным отражением, поскольку в месте стыка ОВ происходит изменение параметров передачи сигнала и нарушение регулярности линии. Таким образом, ВОЛП с ОКВ приобретает кусочно-регулярную структуру и состоит из последовательных соединений OB разных типов с многократными отражениями от стыков. В результате многократных отражений происходит многолучевое распространение (многолучевая интерференция) сигнала в ВОЛП, возникают встречный и попутный отраженные потоки.

В ВОЛП также имеет место и распределенное обратное релеевского рассеяния на микрофлуктуациях показателя преломления ОВ, которое ведет к росту встречного и попутного отраженных потоков излучения за счет однократного и двойного обратного рассеяния, взаимодействия потоков от локальных отражений и обратного рассеяния.

По времени задержки отраженного попутного потока относительно передаваемого сигнала различают когерентную и некогерентную многолучевую интерференцию. При когерентной интерференции временная задержка сравнима с длительность передаваемых оптических импульсов и возникает из-за отражений сигнала в оптических разъемах и других пассивных компонентах ВОЛП. Когерентная интерференция приводит к уширению передаваемых импульсов и преобразованию фазовых шумов лазерных источников в шумы относительной интенсивности излучения. Рассмотрению влияния на качество передачи информации когерентной интерференции посвящены работы Дж. Л. Джимллетта, Н. К. Чеунга, А. Ярива, М. Бретона, А. X. Султанова. Некогерентная многолучевая интерференция возникает за счет переотражений оптического излучения от мест соединений ОВ, за счет двойного обратного релеевского рассеяния и взаимодействия локальных отражений и обратного рассеяния. Данный тип многолучевой интерференции приводит к появлению мультипликативной помехи в оптическом канале связи. Исследованию некогерентной интерференции посвящены работы К. Флудгера, Р. Мирза, М. Ниссова, К. Роттвитта, Г. Агравала, М. Мартинелли и многих других.

Поскольку длины регулярных участков ОВ в ВОЛП с ОКВ составляют несколько десятков метров, то время задержки попутного потока значительно превышает длительность импульсов современных ОСП, поэтому в результате отражений на РУ с ОКВ преобладает некогерентный тип многолучевой интерференции.

Искажения оптических импульсов от многолучевой интерференции приводит к ухудшению качества передачи информации, поэтому для обеспечения бесперебойной работы ВОЛП необходимо разработать требования к параметрам ОКВ для проведения аварийно-восстановительных работ. С этой целью необходимо разработать математическую модель искажений оптических импульсов в кусочно-регулярной ВОЛП с многократными отражениями, учитывающую взаимодействие потоков от локальных отражений и распределенного обратного релеевского рассеяния.

Для разработки рекомендаций по применению одномодовых ОВ других типов в ОКВ и ВОЛП, в связи с широким внедрением технологии WDM необходимо исследовать спектральные характеристики локальных отражений на стыках разнотипных ОВ и параметров обратного релеевского рассеяния.

При монтаже ОКВ места стыков ОВ защищаются при помощи оптических кабельных муфт, в которых витками выкладывается эксплуатационный запас ОВ для проведения монтажа. Изгибы ОВ являются нерегулярностями, приводящими к дополнительным потерям за счет излучения части направляемого поля в оболочку и внешнее защитное покрытие ОВ. Взаимодействие направляемого и излучаемого полей на нерегулярностях ОВ приводит также к искажениям передаваемых оптических импульсов за счет обратного преобразования излучаемого поля в направляемое с временной задержкой за счет различных путей и условий распространения. В зависимости от величины отклонения оси ОВ различают: микроизгибы ОВ, когда отклонения оси сопоставимы с поперечными размерами ОВ, и макроизгибы, когда отклонения оси намного превышают размеры ОВ.

Микроизгибы OB, как правило, носят случайный характер, и их распределение в основном определяется качеством изготовления ОВ. Математические модели искажений оптического сигнала на микроизгибах ОВ разработаны в работах Х.-Г. Унгера, Д. Маркузе, Г. Огуры и др.

Искажения оптических импульсов на макроизгибах ОВ возникают за счет отражения излучаемого поля от границы оболочка - защитное покрытие ОВ и обратного преобразования в направляемое поле. Экспериментальные исследования спектральных характеристик потерь на макроизгибах одномодовых ОВ, проведенное в работах Дж. Фаррелла, Т. Фреира, К. Ванга показало их осциллирующий характер, вызванный интерференцией между отраженным излучаемым и направляемым полями.

Главный оптический тракт протяженных ВОЛП может включать несколько десятков различных устройств, содержащих выложенный витками запас ОВ: соединительные муфты, оптические кроссы, модули компенсации дисперсии и т.д. В результате искажения сигнала на макроизгибах ОВ будут накапливаться вдоль длины ВОЛП. После проведения монтажа ОКВ за счет эксплуатационного запаса ОВ в устанавливаемых муфтах на РУ ВОЛП возрастает общая длина изогнутого ОВ, что может привести к возрастанию искажений оптических импульсов и ухудшению качества передачи информации. Для обеспечения бесперебойной работы ВОЛП необходимо разработать методику оценивания допустимых параметров макроизгибов ОВ в соединительных муфтах ОКВ. С этой целью требуется разработать математическую модель искажений оптических импульсов на макроизгибах одномодовых ОВ.

В соответствии с вышесказанным задачи разработки и исследования моделей регенерационных участков ВОЛП с кабельными вставками, поставленные в диссертации, являются актуальными.

Целью диссертационной работы является разработка и исследование моделей регенерационных участков ВОЛП с кабельными вставками и разработка требований к параметрам кабельных вставок для различных типов регенерационных участков.

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

1. Разработка рекомендаций по применению различных типов одномодовых ОВ в кабельных вставках.

2. Разработка математической модели искажений оптических импульсов в кусочно-регулярной ВОЛП с многократными отражениями, учитывающей совместное действие локальных отражений и распределенного обратного релеевского рассеяния.

3. Разработка математической модели искажений оптических импульсов на макроизгибах одномодовых ОВ.

4. Разработка требований к параметрам кабельных вставок для применения на различных типах регенерационных участков ВОЛП. При решении поставленных задач использовались методы теории оптических волноводов, теории линий передач, теории связи мод диэлектрических волноводов, теории дифференциального и интегрального исчисления и численного моделирования. Во время исследований широко использовались численные методы, реализованные на ЭВМ с применением математического пакета «MATLAB».

Все основные научные положения, выводы и рекомендации, составляющие содержание диссертации, разработаны автором лично. Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Предложены аналитические выражения для расчета параметров обратного релеевского рассеяния слаболегированных одномодовых ОВ с произвольным осесимметричным профилем показателя преломления.

2. Разработана математическая модель искажений оптических импульсов в кусочно-регулярной ВОЛП при многократных отражениях, учитывающая совместное действии локального отражения и распределенного обратного релеевского рассеяния.

3. Разработана математическая модель искажений оптических импульсов на макроизгибах одномодовых ОВ.

4. Разработаны требования к параметрам кабельных вставок для различного типа регенерационных участков ВОЛП. Практическая ценность работы состоит в следующем:

1. Рекомендации по применению различных типов одномодовых ОВ в кабельных вставках.

2. Разработаны требования к параметрам кабельных вставок для различного типа регенерационных участков ВОЛП для применения при проведении аварийно-восстановительных работ.

3. Разработана методика оценивания допустимых параметров макроизгибов одномодовых ОВ в соединительных муфтах кабельных вставок.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Аналитические выражения для расчета параметров обратного релеевского рассеяния слаболегированных одномодовых ОВ с произвольным осесимметричным профилем показателя преломления.

2. Математическая модель искажений оптических импульсов в кусочно-регулярной ВОЛП при многократных отражениях, учитывающая совместное действие локальных отражений и распределенного обратного релеевского рассеяния.

3. Математическая модель искажений оптических импульсов па макроизгибах одномодовых ОВ.

4. Требования к параметрам кабельных вставок для различных типов регенерационных участков ВОЛП.

Основные результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и были одобрены на конференциях:

XI Российской научной конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов (Россия, Самара, ПГАТИ, 2004); III Международной научно-техническая конференции «Физика и технические приложения волновых процессов» (Россия, Волгоград, ВолГУ, 2004); V Международной конференции «Проблемы техники и технологии телекоммуникаций» (Москва); LX научной сессии посвященной Дню радио (Москва, МТУСИ, 2005), IV Международной технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов». (Россия, Нижний Новгород, НГТУ, 2005). Научно-технической конференции «Волоконно-оптические системы и сети связи» (Москва, МТУСИ, 2004), III Международной научно-технической конференции «Оптические технологии в телекоммуникациях» (Уфа, УГАТУ, 2005).

Основные результаты диссертационной работы представлены в 12 печатных трудах, включая 5 статей в научных изданиях, 7 тезисов докладов.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы и приложений.

Основные результаты работы:

1. Предложены аналитические выражения для параметров обратного релеевского рассеяния слаболегированных одномодовых ОВ с произвольным осесимметричным профилем показателя преломления. Исследованы параметры отражений одномодовых ОВ, на основе которых разработаны рекомендации по применению различных типов ОВ в кабельных вставках.

2. Для прогнозирования параметров РУ ВОЛП с кабельными вставками разработана математическая модель искажений оптических импульсов в кусочно-регулярной ВОЛП при многократных отражениях, учитывающая совместное действие локальных отражений и обратного релеевского рассеяния.

3. Для обеспечения бесперебойной работы ВОЛП при проведении аварийно-восстановительных работ разработаны требования к параметрам кабельных вставок для различных типов регенерационных участков ВОЛП.

4. Разработаны математическая модель искажений оптических импульсов на макроизгибах одномодовых ОВ и методика оценивания допустимых параметров изгибов в муфтах кабельных вставок.

Заключение

В результате диссертационной работы разработаны новые математические модели регенерационных участков ВОЛП с кабельными вставками, что позволило разработать требования к параметрам кабельных вставок, реализация которых обеспечивает нормальных режим работы ВОЛП.

Научная новизна работы состоит в следующем. Предложена эмпирическая формула расчета коэффициента локального отражения на стыках разнотипных слабонаправляющих одномодовых ОВ и выведены приближенные аналитические выражения для параметров обратного релеевского рассеяния ОВ с произвольным осесимметричным ППП. Полученные формулы позволили провести исследования спектральных характеристик отражений стандартных типов ОВ ведущих мировых фирм. Это позволило рекомендации по применению разных типов одномодовых ОВ в кабельных вставках на регенерационных участках ВОЛП со стандартным одномодовым ОВ, при реализации которых обеспечивается наименьший рост многолучевой интерференции в линии. Для прогнозирования параметров РУ ВОЛП с кабельными вставками разработана математическая модель кусочно-регулярной ВОЛП с многократными отражениями, учитывающей совместное действие локальных отражений и обратного релеевского рассеяния. Полученная модель позволяет исследовать параметры различных типов регенерационных участков ВОЛП с постоянными и временными кабельными вставками. Экспериментальные моделирование, соответствующее проведенному в работе теоретическому, требует высоких затрат из-за значительной стоимости применяемых приборов для измерения многолучевой интерференции и имеет определенные сложности при проведении опытов. На основе модели штрафов по мощности разработаны методика оценивания допустимого уровня многолучевой интерференции на

ЭКУ различных типов регенерационных участков ВОЛП: без ОУ, с сосредоточенными ОУ и с распределенными ОУ. Это позволило разработать требования к параметрам кабельных вставок, реализация которых при проведении аварийно-восстановительных работ обеспечивает нормальный режим работы оборудования ОСП без снижения качества передачи информации. С целью прогнозирования сбоев в работе оборудования систем передачи РУ ВОЛП с ОКВ разработана математическая модель искажений оптических импульсов на макроизгибах одномодовых ОВ. Это позволило разработать методику оценивания допустимых параметров изгибов эксплуатационного запаса ОВ в соединительных муфтах кабельных вставок, при которых обеспечивается нормальный режим работы ВОЛП.

Достоверность и обоснованность полученных в работе теоретических положений, выводов и решений показана на основе сравнения результатов со строгими моделями, которые получены и экспериментально обоснованы в трудах других авторов.

Практическая ценность работы состоит в следующем. Разработаны требования к параметрам кабельных вставок и методика оценивания допустимых параметров макроизгибов одномодовых ОВ в муфтах вставок, при реализации которых обеспечивается нормальный режим работы ВОЛП без снижения качества передачи информации оборудованием ОСП.

Полученные в работе результаты могут быть использованы в руководящих документах отрасли, регламентирующих проведение аварийно-восстановительных работ, на предприятиях операторов дальней связи при проведении аварийных работ на ВОЛП. Отдельные результаты работы могут применяться при проектировании ВОЛП с дисперсионным управлением и распределенными ОУ, имеющими кусочно-регулярную структуру, а также при разработке технологических карт монтажа кабельных муфт.

По завершению работы над диссертацией предполагается продолжить научно-исследовательскую деятельность в области теории нерегулярных линий передачи.

1. Волоконно-оптическая техника: история, достижения, перспективы / Сборник статей под редакцией С. А. Дмитриева, Н. Н. Слепова. -М.: Изд. «Connect», 2000. 376 с.

2. Бурдин В. А. Основы моделирования кусочно-регулярных волоконно-оптических линий передачи сетей связи / В. А. Бурдин. М.: Радио и Связь, 2002.-312 с.

3. Убайдулаев P.P. Волоконно-оптические сети / Р. Р. Убайдуллаев. -М.: Эко-Трендз, 1998 269 с.

4. Снайдер А. Теория оптических волноводов / А. Снайдер, Дж. Лав. -М.: Радио и Связь, 1987. 656 с.

5. Гауэр Дж. Оптические системы связи / Дж. Гауэр. М.: Радио и связь, 1989-504 с.

6. Адаме М. Введение в теорию оптических волноводов / М. Адамс,-М.: Мир, 1984.-512 с.

7. Okamoto К. Fundamentals of optical waveguides / К. Okamoto. San Diego: Academic Press, 2000. - 430 p.

8. Агравал Г. Нелинейная волоконная оптика: Пер. с англ. / Г. Агравал. -М.: Мир, 1996.-323 с.

9. Чео П. К. Волоконная оптика. Приборы и системы: Пер. с англ. / П. К. Чео М.: Энергоатомиздат, 1988. - 220 с.

10. Унгер Х.-Г. Планарные и волоконные оптические волноводы: Пер с англ. / Х.-Г. Унгер М.: Мир, 1980. - 656 с.

11. Маркузе Д. Оптические волноводы: Пер с англ. / Д. Маркузе. М.: Мир, 1974.-576 с.

12. Иванов А. Б. Волоконная оптика. Компоненты, системы передачи, измерения / А. Б. Иванов. М.: Изд. «Syrus Systems», 1999 - 672 с.

13. Оптические системы передачи / Под ред. В. И. Иванова. М.: Радио и связь, 1994-224 с.

14. Стерлинг Д. Дж. Техническое руководство по волоконной оптике / Д. Дж. Стерлинг. М.: Лори, 1998. - 288 с.

15. Ландсберг Г. С. Оптика: Учеб. пособие для вузов / Г. С. Ландсберг. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. - 848 с.

16. Headly С. Raman amplification in fiber optical communication systems / C. Headly, G. P. Agrawal. New York: Academic Press, 2004. - 374 p.

17. Хоскен Т. 40-гигабитные оптические сети: зачем, как и когда? / Т. Хоскен // Lightwave Russian Edition. 2005. - №3. - С. 16 - 18.

18. Убайдуллаев P.P. Протяженные ВОЛС на основе EDFA / Р. Р. Убайдуллаев // Lightwave Russian Edition. 2003. - №1. - С. 22 - 28.

19. Кабыш А. В. Авария на ВОЛС! Что делать? / А. В. Кабыш // Фотон-Экспресс. 2004. - №3 (35).-С. 16-18.

20. Комарницкий Э. И. Надежность работы волоконно-оптических сетей связи и оперативное устранение аварий / Э. И. Комарницкий // Lightwave Russian Edition. 2005. - №4. - С. 37 - 43.

21. Wang Z. L. Radiation and coupling of guided modes in an optical fiber with a slightly rough boundary: stochastic functional approach / Z. L. Wang, H. Ogura, N. Takahashi // Journal of Optical Society of America. 1995. -vol. 12 (7). - P. 1489- 1500.

22. Audet F. The new danger for ultra-long-haul transmission: Multipath Interference (MPI) / F. Audet // EXFO Application Note 107. 2003.

23. Angoni К. Multipath interference in all-optical networks / K. Angoni // Lightwave White paper Electronic resource. 2004. - Mode of access: http://www.lw.pennet.com/articls. - Date of access: 25.03.04.

24. Islam M. N. Raman amplifiers for telecommunications / M. N. Islam // IEEE Journal of selected topics in Quantum Electronics. 2002. - Vol. 8(3). - P.548 -559.

25. Liao Z. M. Role of distributed amplification in designing high-capacity soliton systems / Z. M. Liao, G. P. Agrawal // Optics Express. 2001. -Vol. 9 (2).-P. 66-71.

26. Gimlett J. M. Effects of phase-to-intensity noise conversion by multiple reflections in gigabit-per-seconds DFB laser transmission systems / J. M. Gimlett, N. K. Cheung // Journal of Lightwave Technology. 1989. -Vol.LT-7.-P. 888-895.

27. Маненков А. Б. Отражение поверхностной моды от обрыва диэлектрического волновода / А. Б. Маненков // Изв. ВУЗов, Радиофизика. 1997. - Т. 40, №8. - С. 1004 - 1018.

28. Маненков А. Б. Влияние размерности на решение задач дифракции в открытых волноводах / А. Б. Маненков // Изв. ВУЗов, Радиофизика. -2000. Т. 43, №2. - С.115 - 125.

29. Маненков А. Б. Распространение поверхностной волны вдоль диэлектрического волновода со скачкообразным изменениемпараметров: I. Решение методом факторизации / А. Б. Маненков // Изв. ВУЗов, Радиофизика. 1982.-Т.25, №11.-С. 1329- 1336.

30. Маненков А. Б. Распространение поверхностной волны вдоль диэлектрического волновода со скачкообразным изменением параметров: II. Решение вариационным методом / А. Б. Маненков // Изв. ВУЗов, Радиофизика. 1982.-Т. 25, №12.-С. 1484- 1490.

31. Маненков А. Б. Распространение волн в открытых волноводах с анизотропным диэлектриком / А. Б. Маненков // Изв. ВУЗов, Радиофизика. 1981. - Т. 24, № 1. - С. 84 - 92.

32. Васильев А. Д. Дифракция поверхностной волны на конце диэлектрической трубки / А. Д. Васильев, А. Б. Маненков // Изв. ВУЗов, Радиофизика. 1987. - Т.ЗО, №3 - С. 405 - 411.

33. Free space radiation mode analysis of rectangular waveguides / M. Reed et al. // Optical and Quantum Electronics. 1996. - Vol. 28. - P. 1175-1179.

34. Системы передачи волоконно-оптические. Термины и определения: ГОСТ 26599-85. Введ. 01.07.86. - 12 с.

35. Стыки оптические систем передачи синхронной цифровой иерархии. Классификация и основные параметры: ОСТ 45.104-97.- Введ. 22.09.97.-М.: Минсвязи РФ. 26 с.

36. Системы передачи с оптическими усилителями и спектральным уплотнением. Стыки оптические. Классификация и основные параметры: ОСТ 45.178-2001.- Введ. 24.04.2001,- М.: Минсвязи РФ. -24 с.

37. Руководство по проведению планово-профилактических и аварийно-восстановительных работ на линейно-кабельных сооружениях связиволоконно-оптической линии передачи: РД 45.180-2001.-Введ. 28.05.2001.- М.: Минсвязи России. 39 с.

38. Аппаратура волоконно-оптических усилителей для применения на взаимоувязанной сети связи Российской Федерации: РД 45.186-2001. -Введ. 24.04.2001.- М.: Минсвязи России. 19 с.

39. Аппаратура одноволновых оптических усилителей для систем передачи синхронной цифровой иерархии. Технические требования: РД 45.04299.- Введ. 26.07.99.- М.: Минсвязи РФ. 16 с.

40. Линии передачи волоконно-оптические на магистральной и внутризоновых первичных сетях ВСС России. Техническая эксплуатация. Руководящий технический материал: РД 45.047-99. -Введ. 27.12.99,- М.: Минсвязи РФ. 49 с.

41. Definition and test methods for the relevant parameters of single-mode fiber: ITU-T Recommendation G.650, 1997. 101 p.

42. Characteristics of a single mode optical fiber cable: ITU-T Recommendation G.652, 2000.-23 p.

43. Characteristics of a dispersion-shifted single-mode optical fiber cable: ITU-T Recommendation G.653, 2000. 15 p.

44. Characteristics of a non zero dispersion shifted single mode optical fiber cable: ITU-T Recommendation G.655, 2000. 13 p.

45. Transmission characteristics of optical components and subsystems: ITU-T Recommendation G.671, 2001. 25 p.

46. Network node interface for the synchronous digital hierarchy (SDH): ITU-T Recommendation G.707,2000. 27 p.

47. Optical interfaces for equipments and systems relating to the synchronous digital hierarchy: ITU-T Recommendation G.957, 1999. 38 p.

48. Optical interfaces for single channel STM-64, STM-256 and other SDH systems with optical amplifiers: ITU-T Recommendation G.691, 2000. 53 p.

49. Optical interfaces for multichannel systems with optical amplifiers: ITU-T Recommendation G.692, 2000. 41 p.

50. Листвин А. В. Оптические волокна для линий связи / А. В. Листвин, В. Н. Листвин, Д. В. Швырков. М.: ЛЕСАРарт, 2003. - 288 с.

51. Шарле Д. Л. Современные оптические волокна / Д. Л. Шарле //

52. Электросвязь.- 1999.- № 12. С. 7 - 12.

53. Corning SMF-28™ СРС Одномодовое оптическое волокно, PI1036, опубликован 04.2002, зарегистрирован ISO 9001: информация об изделии. Corning Incorporated, 2002. - 4 с.• Ж) (К)

54. Corning SMF-28e СРС Одномодовое оптическое волокно, PI1344, опубликован 07.2004, зарегистрирован ISO 9001: информация об изделии. Corning Incorporated, 2004. - 4 с.

55. Corning® NexCor™ СРС Одномодовое оптическое волокно, РП459, опубликован 02.2004, зарегистрирован ISO 9001: информация об изделии. Corning Incorporated, 2004. - 4 с.

56. Corning® LEAF® Optical Fiber. Non-Zero Dispersion Shifted Fiber, PI1107, Issued 08.2004, ISO 9001 Registered: Product Information. Corning Incorporated, 2004. - 4 p.

57. Corning® MetroCor® Optical Fiber. The Negative Dispersion Fiber Optimized for Metropolitan Network Applications, PI 1302, Issued 08.2002, ISO 9001 Registered: Product Information. Corning Incorporated, 2003. -4 p.

58. Corning® Vascade® Optical Fibers, PI1302, Issued 06.2003, ISO 9001 Registered: Product Information. Corning Incorporated, 2003. - 4 p.

59. Patent W02004011976, IPC Classification G02B6/22, EC Classification G02B6/16M/ Non-zero dispersion shifted optical fiber with depressed core having large effective area, low slope and low dispersion / Tandon Pushkar.

60. Priority date 31.07.02. Publication date: 2004-02-05. Word Intellectual Property Organization International Bureau.

61. Patent US6546177, IPC Classification G02B6/02, EC Classification G02B6/16M. Dispersion shifted optical fiber / Matsuo Shoichiro, Tanigawa Shoji, Abiru Tomio. Publication date: 2003-04-08. United States Patent.

62. Patent US6421491, IPC Classification G02B6/22, EC Classification G02B6/16M. Dispersion shifted large effective area waveguide optical fiber/ Liu Yanming- Publication date: 2002-07-16. United States Patent.

63. Patent EP1454170, IPC Classification G02B6/16. Single mode dispersion compensating optical fiber / Caplen J. E., Desandro J. P. J., Li Ming-Jun, Nolan D., Spricant V., House K. L. - Publication date: 2003-06-23; European Patent Office/

64. Patent EP1454171, IPC Classification G02B6/18. Dispersion and dispersion slope compensation fiber and optical transmission system utilizing same / Qi Gang, Wood William. Publication date: 2003-06-23; European Patent Office.

65. Patent US2004042748, IPC Classification G02B6/16; G02B6/22. EC Classification G02B6/16M Inverse dispersion compensative fiber / Gruner-Nelsen L., Knudsen S. N., Pedersen M. O. Publication date: 2004-03-04; . United States Patent.

66. Patent JP2001324636, IPC Classification G02B6/22. Dispersion shift optical fiber / Kuami H., Matsuo S. Publication date: 2001-11-22; Japan Patent.

67. Patent W003071325, IPC Classification G02B6/16. Low slope dispersion shifted optical fiber / Bickham S. R., Diep P. Publication date: 2003-09-09; Intellectual Property Organization International Bureau.

68. Patent US2005013571, IPC Classification G02B6/22. Large effective area, low kappa, dispersion compensating optical fiber and telecommunication span including same // Wood W.A. Publication date 2005-02-17; United States Patent.

69. Patent W00065387, IPC Classification 02B06/16A; 02B06/22B. Large effective area fiber having a low total dispersion slope / Li Ming-Jun. -Publication date: 2002-05-06; Intellectual Property Organization International Bureau.

70. Patent US5748824, IPC Classification G02B6/18; G02B6/22. EC Classification G02B6/16M. Single mode optical, waveguide fiber / Deibbuitsudo K. S. Publication date: 1997-06-30; United States Patent.

71. Patent US5278931, IPC Classification G02B6/22. EC Classification C03C13/04, 02B06/16M. Optical waveguide fiber / Ansoni J.A., Deibbuitsudo K. S. Publication date: 1994-08-23; United States Patent.

72. Patent US2003128943, IPC Classification G02B6/16. Low MPI dispersion compensating fiber / Hebgen P. G., Tarscza S. H. Publication date: 2003-0709; United States Patent.

73. Patent W02004061499, IPC Classification G02B6/16, G02B6/22. EC Classification G02B6/16M, G02B6/22. Dispersion flattened NZDS fiber /

74. Bickham S. R., Diep P., Donlagic D., Tandon P., Zhang P. Publication date: 2004-07-22; Intellectual Property Organization International Bureau.

75. Hartog A. H. On the theory of backscattering in single-mode optical fiber / A. H. Hartog, M. P. Gold // Journal of Lightwave Technology. 1984. -Vol. LT-2(2). - P. 76 - 82.

76. Nakazawa M. Rayleigh backscattering theory for single-mode optical fibers / M. Nakazawa // Journal Optical Society of America. 1983. - Vol. 73(9). -P.l 175- 1179.

77. Estimation of performance degradation of bidirectional WDM transmission systems due to Rayleigh backscattering and ASE noises using numerical analytical models / J. Ко et al. // Journal of Lightwave Technology. 2003. -vol. 21(4)-pp.938-946.

78. Ohashi M. Optical loss property of silica-based single-mode fibers / M. Ohashi, K. Shiraki, K. Tajima // Journal of Lightwave Technology. 1992. -Vol. 10,-. P. 539-543.

79. Tsujikawa K. Rayleigh scattering reduction method for silica-based optical fiber / K. Tsujikawa, K. Tajima, M. Ohashi // Journal of Lightwave Technology. 2000. - Vol. 18 (11).-P. 1528- 1532.

80. Loss properties due to Rayleigh scattering in different types of fiber / Z. Wang el al. // Optics Express. 2003. - Vol. 11 (1). - P. 39 - 47.

81. Коэффициенты рэлеевского рассеяния в высоколегированных одномодовых германо- и фосфоро- силикатных световодах / М. Е. Лихачев и др. // Электронный журнал Исследовано в России 2005. -№3. - С. 67-77.

82. Беланов А. С. Расчет дисперсии в световодах со сложным профилем показателя преломления / А. С. Беланов, В. И. Кривенков, Е. А. Коломийцева//Радиотехника. 1998. - №3. - С. 32-35.

83. Park J. System performance with different fiber structures in Raman amplifiers / J. Park, B. Min, N. Park // COOC 2001 Muju Resort. 2001. -P. 147-148.

84. Determination of back-scatter coefficient from third-order Rayleigh effect in a Raman amplifier / J. Park et al. // IEEE Photonics Technology Letters. -2004.-Vol. 16 (6).-P. 1459- 1461.

85. Канцеленбаум Б. 3. Теория нерегулярных волноводов с медленно меняющимися параметрами / Б. 3. Канцеленбаум. М.: Наука, 1961. -216 с.

86. Математические модели электродинамики: Учеб. пособие для вузов / А. С. Ильинский, В. В. Кравцов, А. Г. Свешников. -М.: Высш. шк., 1991. -224 с.

87. Андреев В. А. Многомодовые оптические волокна. Теория и приложения на высокоскоростных сетях связи / В. А. Андреев, А. В. Бурдин. М.: Радио и связь, 2004. - 248 с.

88. Меркулов В. В. О многократных отражениях в неоднородной линии передачи / В. В. Меркулов, И. С. Синева // Журнал радиоэлектроники -2000.-№5.-С. 1-8.

89. Гроднев И. И. Коаксиальные кабели связи / И. И. Гроднев, П. А. Фролов. -М.: Связь, 1970.-312 с.

90. Гроднев И.И. Электромагнитное экранирование в широком диапазоне частот / И. И. Гроднев. М.:Связь, 1972 - 111 с.

91. Абрамович М. Справочник по специальным функциям / М. Абрамович, И. Стиган. М.: Наука, 1979. - 830 с.

92. Калиткин Н. Н. Численные методы / Н. Н. Калиткин. М.: Наука, 1976. -512 с.

93. Митра Р. Вычислительные методы в электродинамике: Пер. с англ. / Р. Митра. М.: Мир, 1977. - 488 с.

94. Kawano К. Introduction to optical waveguide analysis: solving Maxwell's equations and the Schrodinger equation / K. Kawano, T. Kitoh. New York: A Wiley-Interscience Publication, 2001. - 272 p.

95. Fludger C. Electrical measurements of multipath Interference in distributed Raman amplifiers / C. Fludger, R. Mears // Journal of Lightwave Technology. -2001.-Vol. 19 (4).-P. 536-545.

96. Double Rayleigh scattering noise in lumped and distributed Raman amplifiers / P. Parolari et al. // Journal of Lightwave Technology. 2003. -Vol.21 (10).-P. 2224-2228.

97. Liu X. Effective shooting algorithm and its application to fiber amplifiers / X. Liu, B.Lee//Optics Express.-2003.-Vol. 11 (12).-P. 1452- 1461.

98. Rayleigh crosstalk in long cascades of distributed unsaturated Raman amplifiers / M. Nissov et al. // Electron Letters. 1999. - Vol. 35 (12). -P. 997-998

99. Relative impact of multi-path interference and amplified spontaneous emission noise on optical receiver performance / J. Bromage et al. // in proceeding of Optical Fiber Communication 2002. OSA, Washington, 2002. -P. 119- 120.

100. Kim С. H. Analysis of combined effect of pump-intensity noise and reflection in counter-pumped Raman amplifiers / С. H. Kim // Optics Express. 2005. -Vol.13 (16).-P. 6099-6103.

101. Mukaza K. Wide band high-bit-rate WDM transmission line with medial dispersion fiber (MDF) / K. Mukaza, T. Yagi, K. Kokura // IEICE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS E SERIES В 2002. - Vol. 85, part 2.- P. 484-486.

102. Kobyakov A. Performance analysis of Raman amplifiers based on dispersion-managed fibers / A. Kobyakov, M. Vasilyev, A. Evans // Optical fiber communication 2003.- Vol. 1.- P. 305 - 306.

103. Improvements in splicing dissimilar fibers for dispersion-managed ultra long haul network / M. Nakano et al. // International Wire & Cable Symposium, Proceedings of the 51st IWCS. 2000. - P. 687 - 695.

104. Huang Y. C. Connection provisioning with transmission impairment consideration in optical WDM networks with high-speed channels / Y. C.

105. Huang, J. P. Heritage, B. Mukherjee // Journal of Lightwave Technology. -2005. Vol. 23 (3), -. P. 982 - 993.

106. Wang Q. Theoretical and experimental investigations of macro-bend losses for standard single mode fibers / Q. Wang, G. Farrell, T. Freir // Optics Express. 2005. - Vol. 13 (12). - P. 4476 - 4484.

107. Макаров Т. В. Распространение волн в изогнутых волоконных световодах / Т. В. Макаров // Электросвязь. 2001. - №11. - С. 20 - 23.

108. Smink R. W. Bend-induced loss in single-mode fibers / R. W. Smink, B. D. de Hon, A. G. Tijhuis // Proceedings Symposium IEEE/LEOS. 2005. - P. 281 -284.

109. Determination of bend mode characteristics in dielectric waveguides / A. Melloni et al. // Journal of Lightwave Technologies. 2001. - Vol. 19(4).- P. 571 -577.

110. Design of curved waveguides: the matched bend / A. Melloni et al. // Journal Optical Society of America. 2003. - Vol. 20 (1). - P. 130 - 137.

111. Bend loss in diffused, buried waveguides / J. T. Carriere et al. // Applied Optics. 2005. - Vol. 44 (9). - P. 1698 - 1700.

112. A quasi-mode interpretation of radiation modes in long-period fiber gratings / Y. Jeong et al. // Journal of Quantum Electronics. 2003. - Vol. 39 (9). -P. 1135- 1142.

113. Coating Material: Primary & Secondary Coating Resins // Luvantix Product Information Electronic resource. 2005. - Mode of access: http://www.luvantix.com. - Date of access: 01.03.2005.

114. Трошин А. В. Моделирование искажений оптических импульсов на макроизгибах одномодовых волокон / А. В. Трошин // Инфокоммуникационные технологии. 2006. - Т.4, №2. - С. 57 - 61.