7- маъруза толали оптик алоқа тизимларининг линия тракти

7.3. Толали оптик алоқа тизимларида шовқинлар ва ночизиқли бузилишлар


ТОУТ лари ривожланишининг биринчи босқичларида, бир тўлқин узунликли линия трактида сўниш ва дисперсия туфайли муаммолар юзага келган бўлса, ҳозирги вақтга келиб, тÿлқин узунлиги бўйича зичлаштирилган ТОА тизимиларининг қўлланилиши билан юқори тезликли рақамли ахборотларни узатишда юзага келадиган ночизиқли эффектлар билан боғлиқ муаммолар биринчи ўринни эгаллайди. Бу масалага биринчи бўлиб халқаро трансатлантика ТОАЛ қуришда эътибор берилган.
ОТ ҳам барча турдаги диэлектриклар, масалан, ночизиқли тўртқутблилик (7.4-расм) каби кучли электромагнит майдонда ночизиқли характерга эга. Бундай майдонлар кичик ўлчамли ОТ нинг кўндаланг кесимининг бирлик майдонига катта қувватли – юқори интенсивликка эга бўлган сигналнинг тушиши ҳисобига ҳосил бўлади [4]. Демак, ОТ ночизиқли муҳит ҳисобланади, чунки унинг параметрлари нурланиш қуввати ва интенсивлигига боғлиқ. Чизиқли муҳитда эса муҳит параметрлари узатиладиган сигналга боғлиқ бўлмайди [5].

7.4-расм.

Тўртқутблилик, мисолда ОТ киришига 2 ёки ундан ортиқ частотали сигналлар тушганда, унинг чиқишида асосий сигнал гармоникаларидан ташқари бошланғич сигнал таркибида бўлмаган комбинацион гармоникалар ҳам ҳосил бўлади. Бу комбинацион гармоникалар ишчи каналлар билан ўзаро таъсирда бўлиб, асосий сигналларнинг бузилишига – ночизиқли бузилишларга олиб келади.

Ночизиқли бузилишлар ОТ бўйлаб узатиладиган сигнал қувватига боғлиқ. Бир каналли ТОУТ ларида узатиш сигналининг сатҳи -2 дан + 3 дБқ гача ташкил этган бўлса, WDM технологиясининг кириб келиши билан алоқа масофасини узайтиришга интилиш ҳамда пассив оптик қурилмалар олиб кирадиган йўқотишларни бартараф этиш учун + 20 дБқ қувватли сигналларни узатиш талаб этилади. Бу билан ОТ нинг ночизиқлилиги юзага келади, яъни ОТ нинг синдириш кўрсаткичи кириш қувватига боғлиқ равишда ортиб боради.
Юқори интенсивликда ОТ нинг синдириш кўрсаткичи нурланиш интенсивлигига боғлиқ бўлади ва қуйидагича ифодаланади

n = n₀ + n_нI,

ёки ОТ нинг синдириш кўрсаткичи кириш қувватига боғлиқ [6]:

n = n₀ + n_н* P₀/ A_эфф, (7.1)

где: n₀ – кичик оптик қувватда ОТ нинг синдириш кўрсаткичи (кварц учун n₀=1,47);

n_н – синдириш кўрсаткичининг ночизиқлилик коэффициенти. n_н қиймати (2,2 ... 3,6) *10^-20 м²/Вт оралиқда ётиши мумкин (кварц учун n_н = 2,35*10^-20 м²/Вт);
I – ёруғлик оқимининг интенсивлиги;
Р₀ – ОТ га киритиладиган оптик қувват, Вт;
А_эфф – ОТ ўзагининг эффектив майдони, м².
7.5-расмда кварц ОТ синдириш кўрсаткичининг оптик қувватга боғлиқлиги кўрсатилган [6].

7.5-расм. Кварц ОТ синдириш кўрсаткичининг оптик қувватга боғлиқлиги.

Графикдан кўриниб турибдики, синдириш кўрсаткичи жуда ҳам кичик қийматга ўзгармоқда. Лекин бундан кичик ўзгаришлар ҳам юқори тезликли ТОУТ сифатига сезиларли даражада таъсир этади.

WDM тизимларида узатувчи муҳит сифатида БМ ОТ лардан фойдаланилади. БМ режимни таъминлаш учун

d_ў = λ_н

шарт бажарилиши керак. Лекин, ITU-T G.652 тавсияларида БМ ОТ ўзагининг диаметри d_ў > λ_н дан бир мунча катта, бу эса БМ ОТ орқали битта асосий модадан ташқари бир моданинг бошқа спектрал ташкил этувчиларининг ҳам узатилишига олиб келади. Чунки идеал когерент ЛД мавжуд эмас (7.6-расм).

7.6-расм. Бир модали ЛД нурланиш спектри.

Натижада WDM ли ТОУТ ларида БМ ли режимда f₁, f₂, …, f_N частотали гуруҳли сигнал узатилганда, унинг ОТ билан ўзаро таъсирлашувидан ночизиқлилик юзага келади ва комбинацион гармоникалар ҳосил бўлади. Масалан, f₁, f₂ частотали сигнал узатилса, ночизиқли таъсир натижасида 2f₁, 3f₁, …, 2f₂, 3f₂ ва бошқа иккинчи тартибли комбинацион частоталар ва учинчи тартибли 2 f₁- f₂, 2 f₂- f₁ частоталар ҳосил бўлади:

f _i = ‌‌‌‌‌ f ₁± f _2.

Иккинчи тартибли комбинацион гармоникалар ҳар доим ишчи диапазондан ташқарида жойлашади. Лекин 3-тартибли гармоникалар хавфли бўлиб, тўрт тўлқинли силжиш (ТТС) дейилади ва қўлланилаётган ишчи частота диапазонини эгаллаши мумкин [7].

7.7-расм. ТТС комбинацион частоталарининг ҳосил бўлиши.
3 та тўлқин узунликли гуруҳли сигнал узатилганда, ҳосил бўладиган комбинацион гармоникаларни қуйидагича ифодалаш мумкин


бу ерда .

Каналлар орасидаги қадам тенг бўлса, баъзи гармоникалар қўшни ишчи частота гармоникалари билан мос келади: = = = = = (7.8-расм). Натижада каналлараро ўтувчи ночизиқли ҳалақитлар юзага келади.

7.8-расм. 3 турли частотали оптик каналлар учун ТТС натижасида ҳосил бўлган комбинацион гармоникалар [8].

Ночизиқли бузилишларни камайтириш учун ОТ га киритиладиган йиғинди қувватни камайтириш керак. 1-жадвалда қувватнинг тенг тақсимланишида ҳар бир WDM каналидаги максимал қувват сатҳи келтирилган

7.1-жадвал
Қувватнинг тенг тақсимланишида ҳар бир WDM каналидаги максимал қувват сатҳи

Каналлар сони, m	2	4	8	16	32	64	128	256
Pтўлиқ = 17 дБм	14	11	8	5	2	-1	-4	-7
Pтўлиқ = 30 дБм	27	24	21	18	15	12	9	6

Жадвалдан кўриниб турибдики, P_тўлиқ=30 дБқ да минимал ва максимал каналлар сонида қувватнинг камайиши 21 дБ ни ташкил этади. Бу эса оптик каналда талаб этиладиган хатолик коэффициентини – СШН таъминлашда муаммоларга олиб келади. Бу муаммони ҳал этишнинг ягона йўли эффектив мода майдони кенг бўлган ОТ ларни яратишдир, бу эса қийин масала. Шунинг учун ОТ га киритиладиган йиғинди қувватни камайтириш керак. G.662 тавсияси бўйича қувват сатҳи 23 дБ деб қабул қилинган [9], лекин бунда иқтисодий афзал бўлган оптик кучайтиргичларни қўллашда компромисс масалалар юзага келади. Чунки ТТС ни камайтириш учун кетма-кет жойлашган оптик кучайтиргичларнинг умумий спектр полосасини чегаралаш керак.
Бундан ташқари ҳар бир оптик кучайтиргич нафақат фойдали сигналларни, балки ночизиқли бузилишларни ва бошқа шовқинларни ҳам кучайтиради. Кучайтиргичдан кучайтиргичга қадар шовқин сатҳи ошиб боради.
Ночизиқли бузилишларни камайтириш учун каналлараро интервални камайтириш керак.
Ночизиқли бузилишларни камайтиришнинг яна бир йўли хроматик дисперсия қиймати юқори бўлган ОТ ларни қўллаш керак, чунки минимал дисперсияли ОТ да когерент нурлар бир бирига нисбатан боғланган фазада бўлади. Сигналлар ОТ бўйлаб тарқалганда бир бири билан ўзаро таъсирлашувидан янги тўлқинлар ҳосил бўлади. SF ОТ нинг максимал дисперсияси буни бартараф этади, чунки сигналлар SF ОТ орқали узоқ масофаларга тарқалганда сигналларнинг фаза бўйича мослашуви бузилади. Лекин дисперсиянинг катта қиймати регенерациялаш участкаси узунлигини чегаралайди.
Юқоридагилардан ночизиқли бузилишларни камайтириш учун шуни хулоса қилиш мумкин:
- узатиладиган сигнал қуввати ва кучайтиргичларнинг жойлашувини оптималлаштириш керак, G.662 тавсияси бўйича йиғинди қувват сатҳи 23 дБ деб қабул қилинган;
- кучайтиргичларнинг кучайтириш коэффициентини ҳар бир тўлқин узунлигида тенглаштириш керак;
- каналлараро интервал ва тўлқин узунликлари сонини рационал тақсимлаш ва оптималлаштириш, 50 ГГц дан юқори ва нотекис каналлараро интервални қўллаш керак;
- D қиймати максимал SF [10] ОТ қўллаш ночизиқли бузилишларни камайтиради, лекин регенерациялаш участкаси узунлигини чегаралайди;
- DSF ОТ да D=0 [11] бўлгани учун ночизиқли бузилишлар энг юқори бўлади;
- NZDSF ОТ [12] қўллаш энг оптимал ҳисобланади.
Назорат саволлари

1. 
   Оптик линия трактини таърифланг.
   
2. 
   Икки томонлама ТОА тизимларини тузишнинг қандай усулларини биласиз?
   
3. 
   Икки толали, бир полосали, бир кабелли ТОА тизимининг тузилиш схемасини тушинтиринг.
   
4. 
   Бир толали, бир полосали, бир кабелли ТОА тизими қандай тузилади?
   
5. 
   Тўлқин узунлиги бўйича ажратилган ТОА тизимларнинг тузилиш схемаси қандай тузилган?
   
6. 
   Ночизиқли бузилишлар қандай юзага келади?
   
7. 
   Ночизиқли бузилишларни қандай бартараф этиш мумкин?