Почему в некоторых ВОЛС используют волокна с ненулевой смещенной дисперсией (NZDSF)
Применение оптоволоконных линий с ненулевой смещенной дисперсией связано с необходимостью обеспечения передачи сигнала без искажений на дальних дистанциях при высокой плотности каналов.
В диапазоне длин волн от 1530 до 1565 нм, называемом C-диапазоном, используются системы с уплотнением по длине волны, где критичным становится влияние нелинейных эффектов, вызванных высокой мощностью и плотным спектральным размещением.
Для снижения воздействия четырехволнового смешивания (FWM) в мультичастотных конфигурациях применяют волокна, у которых хроматическая дисперсия отлична от нуля в рабочем диапазоне. В случае стандартного одномодового волокна SMF-28 минимальная дисперсия наблюдается в районе 1310 нм, что делает его менее пригодным для применения в C-диапазоне без дополнительных корректирующих компонентов. Ненулевая дисперсия позволяет избежать когерентных взаимодействий между соседними каналами при плотной модуляции.
Значение дисперсии в NZDSF обычно находится в пределах от +2 до +6 пс/(нм·км), чего достаточно для ослабления нелинейных искажений, но недостаточно для существенного расширения импульсов. В случае с усиленной плотностью каналов на магистральных трассах такое значение обеспечивает компромисс между управляемой дисперсией и защитой от FWM.
К примеру, при длине линии 80 км и дисперсии 4 пс/(нм·км), накопленное значение составит 320 пс/нм, что допустимо для современных оптических компенсаторов и приемников с электронным выравниванием.
Важно отметить, что существует несколько типов волокон с ненулевой смещенной дисперсией, среди которых наиболее применяются NZD+ и NZD−. Первые имеют положительное значение хроматической дисперсии в C-диапазоне, вторые — отрицательное. Использование обеих разновидностей позволяет гибко выстраивать схему компенсации. При последовательной укладке волокон с противоположной дисперсией на определённых отрезках можно сбалансировать суммарное накопление и свести к минимуму искажения.
NZDSF характеризуются несколько увеличенной эффективной площадью моды по сравнению с обычными одномодовыми волокнами. В среднем этот параметр достигает 70–80 мкм², что снижает плотность потока мощности и, как следствие, уменьшает эффект самофазовой модуляции (SPM). Для линии протяжённостью более 600 км такое свойство имеет значение при использовании нелинейно-чувствительных протоколов передачи.
Коэффициент затухания в этих волокнах не превышает 0,25 дБ/км в среднем по длине, что позволяет использовать их без необходимости установки дополнительных усилителей на промежуточных участках трассы. Для линий протяжённостью до 100 км без регенерации это критично.
Однако на реальных участках трасс выбор зависит от оборудования, например, приемные блоки, работающие с DWDM на 100-канальной сетке, предъявляют жесткие требования к уровню остаточной дисперсии на входе.
Рабочее окно NZDSF охватывает преимущественно C- и L-диапазоны, что удобно при использовании каскадных EDFA с расширенным диапазоном. В случае с мультичастотными трактами через 32, 40 или 80 каналов ширина спектра может достигать 4 ТГц. В этом диапазоне недопустимо даже кратковременное выравнивание фаз между соседними волнами, иначе возникают паразитные побочные спектры, ухудшающие отношение сигнал/шум.
Типичная структура линии на базе NZDSF включает чередование волокон с разной дисперсией, усилительных модулей на базе эрбиевых волоконных усилителей и модулей предкоррекции дисперсии.
Использование DCM (Dispersion Compensation Module) в сочетании с такими волокнами позволяет сводить остаточную дисперсию к значениям не выше ±10 пс/нм на весь участок до 120 км.
При проектировании таких линий важно выдерживать параметры укладки: минимальный радиус изгиба — не менее 15 см, длина бухты — до 4,5 км, допустимая погрешность длины — ±1 %.
Для подключения NZDSF используются стандартные коннекторы SC/APC или LC/UPC, при этом возвратные потери не должны превышать −60 дБ. При монтаже требуется тщательно контролировать уровень затухания в соединениях — при превышении 0,2 дБ соединение считается непригодным для линий DWDM. В рабочих температурах от −40 до +70 °C параметры таких волокон остаются стабильными, что делает возможным их использование в магистральных и распределённых сетях без необходимости температурной коррекции.
Материал сердцевины — кремнезем с добавками германия или фосфора, оболочка часто модифицируется бором или фтором. Структура профиля — обычно ступенчатая, с центральной зоной повышенной концентрации примесей. Диаметр сердцевины — около 8,2 мкм, оболочки — 125 мкм. Наружный диаметр с буфером — 250 мкм. Все параметры согласованы с ITU-T G.655, который описывает допустимые диапазоны хроматической дисперсии, затухания, нелинейных коэффициентов и механических допусков.
При выборе NZDSF для практической линии связи следует учитывать не только дисперсионные свойства, но и интеграцию с активными элементами. В случае использования когерентных приёмников, требующих минимального фазового дрейфа, важно подобрать волокно с максимально линейной фазовой характеристикой.
Для линий на скоростях 100 Гбит/с и выше нелинейные взаимодействия между каналами могут стать определяющим фактором деградации, поэтому рекомендовано использовать волокна с дисперсией ближе к 4 пс/(нм·км) при эффективной площади не менее 72 мкм².
Протяжённые магистрали, например Москва—Новосибирск, нередко строятся с учетом чередования G.652D и G.655 волокон, что позволяет более гибко распределить компенсацию между оптическими и электронными средствами. Использование NZDSF в таких проектах требует точной калибровки усилительных каскадов, особенно при плотной укладке каналов.
Обязательная проверка всех отрезков проводится с помощью рефлектометров с разрешением не хуже 0,1 м, в том числе для оценки равномерности дисперсионного профиля. На этапе монтажа предпочтительно использовать микроскопы с увеличением не менее 400 крат для контроля торцов. При нарушении геометрии торца более чем на 1° рекомендуется перемонтаж коннектора.
Общая длина участка из NZDSF в пределах одного регенерационного промежутка не должна превышать 100 км без включения модулей коррекции. Если применяется смешанная архитектура, где присутствуют отрезки как с положительной, так и с отрицательной дисперсией, расчет остаточного значения выполняется с точностью до 5 пс/нм по всей длине тракта. Это обеспечивает необходимую изоляцию между каналами при использовании модуляции QPSK или 16-QAM.