2.3 Расчет дисперсии оптического сигнала

Наряду с коэффициентом затухания ОВ важнейшим параметром является дисперсия, которая определяет его пропускную способность для передачи информации.

Дисперсия – это рассеивание во времени спектральных или модовых составляющих оптического сигнала, которое приводит к увеличению длительности импульса оптического излучения при распространении его по ОВ. Дисперсия не только ограничивает частотный диапазон ОВ, но существенно снижает дальность передачи сигналов, так как чем длиннее линия, тем больше увеличение длительности импульсов. Дисперсия в общем случае определяется тремя основными факторами: различием скоростей распространения направляемых мод, направляющими свойствами оптического волокна и параметрами материала, из которого оно изготовлено. В связи с этим основными причинами возникновения дисперсии являются, с одной стороны, большое число мод в ОВ (межмодовая дисперсия), а с другой стороны –некогерентность источников излучения, реально работающих в спектре длин волн  (хроматическая дисперсия).

Виды дисперсии в оптическом волокне представлены на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2– Виды дисперсии в ОВ

Межмодовая (модовая) дисперсия преобладает в многомодовых ОВ. Она обусловлена наличием большого количества мод, время распространения которых различно.

В одномодовых ОВ межмодовая дисперсия отсутствует.

В одномодовом ОВ преобладает хроматическая дисперсия, а поляризационная модовая дисперсия начинает проявляться при скоростях передачи информации выше 10 Гбит/с и расстоянии между усилителями в несколько сотен километров.

Хроматическая дисперсия происходит, потому что световой импульс имеет разные длины волны, каждый перемещается по волокну на различных скоростях. Различные скорости распространения расширяют импульс, и когда он достигает приёмника – в нём уменьшается отношение сигнал-шум и увеличиваются битовые ошибки. Хроматическая дисперсия в одномодовом волокне представлена на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 – Хроматическая дисперсия в одномодовом волокне

Хроматическая дисперсия измеряется в пикосекундах (пс). С увеличением скорости передачи и длины ВОЛС влияние хроматической дисперсии возрастает.

Хроматическая дисперсия волокна рассчитывается по формуле:

;

;

.

где σ – удельная хроматическая дисперсия (для ОВ G.652 σ≤18, примем σ = 10 пс/(нм*км), для ОВ G.655 σ=1…6, примем σ = 3пс/(нм*км));

Δλ – ширина спектра передаваемого оптического сигнала (нм); для оборудования Huawei OPTIX OSN 8800 максимальная ширина спектра на уровне -20дБ составляет 1 нм.

L – длина волоконно-оптической линии связи.

Поляризационная модовая дисперсия является основным свойством одномодовых волокон влияющая на скорость передачи данных. Она возникает вследствие разной скорости распространения двух взаимо перпендикулярных поляризаций основной моды ОВ (см. рис.).

Основными причины поляризационной дисперсии является некруглость сердцевины и внешние воздействия на волокно (макроизгиб, микроизгиб, скручивая, и температурные изменения).

Поляризационная модовая дисперсия представлена на рисунок 2.4

Рисунок 2.4 –Поляризационная модовая дисперсия

Для оценки этого вида дисперсии используется выражение:

;

;

.

где Т– коэффициент удельной поляризационной модовой дисперсии (для ОВ G.652 и G.655 Т=0,1пс/ ).

При увеличении длины волокна в четыре раза, значение поляризационной модовой дисперсии увеличивается только вдвое, т.е. пропорционально квадратному корню длины волокна. Поэтому единица измерения коэффициента Т– пс/ .

Результирующая величина дисперсии в общем случае имеет вид:

= пс.

Рассчитаем результирующую величину дисперсии для трех участков проектируемой сети ОП1-ОП2, ОП2-ОП3, ОП1-ОП3. Расчеты выполняем с точностью до трех знаков после запятой.

Результаты расчета дисперсии оптического сигнала приведены в таблице 2.5.

Таблица 2.5 – Расчет дисперсии оптического сигнала

Участок	τхр, пс	, пс	τ, пс
ОП1-ОП2	2450	1,565	2450
ОП2-ОП3	2340	1,530	2340
ОП3-ОП1	2680	1,637	2680,001