Строительство магистрали на оптическом кабеле
Основные параметры магистрали
Исходными данными для расчета максимально допустимой длины регенерационного участка магистрали на ОК являются:
· Допустимая вероятность ошибки на всю магистраль ped.
· Общая протяженность магистрали lm, км.
· Скорость передачи С, Мбит/с.
· Выходная мощность регенератора Pm, мВт.
· Длина волны λ, нм.
· Полуширина спектра излучения источника Dn, ГГц.
· Тип волокна (смотри табл. 5).
· Коэффициент затухания α, дБ/км.
· Хроматическая дисперсия Dx, пс/нм/км.
· Строительная длина кабеля lcd, км.
· Потери в разъемных соединениях ap, дБ.
· Потери в неразъемных соединениях an, дБ.
· Эксплуатационный запас по затуханию aэз, дБ.
Значения: lm, км, (общая протяженность магистрали), С, Мбит/с (cкорость передачи), и ped. (допустимая вероятность ошибки на всю магистраль),– определяются индивидуальным заданием в зависимости от двух последних цифр номера студенческого билета.
Выходная мощность регенератора Pm, мВт, для первичного расчета берется равной 1 мВт.
Длина волны λ, нм, - при расчете курсового проекта берется равной 1310 и 1550 нм.
Полуширина спектра излучения источника Dn, ГГц, для первичного расчета берется равной 100 ГГц; в случае необходимости может быть уменьшена до 1 ГГц
Параметры одномодовых волокон приведены в таблице 5.
Строительная длина оптического кабеля lсд выбирается в пределах
(3-10) км.
Средние потери в разъемных соединениях ap= (0.2-0.4) дБ,
|
|
|
Средние потери в неразъемных соединениях – an = (0.05-0.1) дБ,
Эксплуатационный запас по затуханию aэз = (2.5-3.5) дБ.
Таблица 5
| Параметры оптических волокон рекомендуемые МСЭ | Рекомендации МСЭ | ||||
| G.652 | G.653 | G.655 | G.655 | ||
| Тип волокна | SSF | DSF | -NZDSF | +NZDSF | |
| Окна прозрачности, нм | 1300/1550 | 1500-1600 | 1530-1565 | 1530-1565 | |
| Коэффициент затухания a, дБ/км | l = 1310 нм | 0.34 | <1.0 | н/н | н/н |
| l = 1550 нм | 0.22 | 0.22 | 0.19-0.22 | 0.19-0.22 | |
| Хроматическая дисперсия Dx, пс/км/нм | 1310 нм | ±3.5 | 17-18 | н/н | н/н |
| 1550 нм | 17-18 | ±3.5 | -(5-8) | 5-8 | |
Принципы расчета длины регенерационного участка
Расчет максимально допустимой длины регенерационного участка проводится по двум критериям: по затуханию и по дисперсии.
Расчет по затуханию
Полагаем, что мощность оптических импульсов P0 на выходе регенератора имеет гауссовскую форму и описывается выражением
, (2.1)
где Pm, 
– максимальная мощность оптического импульса на выходе регенератора и полуширина тактового интервала,
Pm(1-А) – амплитуда гауссовского импульса.
А – отношение оптической мощности излучаемой при длинной последовательности нулей к мощности одиночной единицы. Величина А однозначно связана с коэффициентом гашения (экстинкции) KG
|
|
|
,
- коэффициент равный отношению полуширины гауссовского импульса t0 на выходе регенератора к полуширине тактового интервала, он всегда меньше 1. Для расчетов можно выбрать значения этого коэффициента в пределах (0.4-0.6).
Выбор параметра А можно провести в соответствиями с рекомендациями МСЭ в пределах (0.08 – 0.15).
Известно, что хроматическая дисперсия совместно с затуханием приводит к расширению оптического импульса на выходе регенерационного участка и уменьшению его амплитуды. Форма импульса при этом остается гауссовской.
Для полуширины оптического импульса на выходе регенерационного участка длиной lp можно записать
, (2.2)
где Δν - полуширина гауссовского спектра излучения источника на уровне 1/ e,
Dx – хроматическая дисперсия,
K1 – коэффициент, учитывающий дисперсионное расширение; он всегда больше 1,
с = 3×105 км/с – скорость света в вакууме.
Параметр K1 можно выбрать из диапазона (1.12-1.18).
Выражение для формы оптического импульса на выходе регенерационного участка с учетом хроматической дисперсии, коэффициента затухания в ОВ α и дополнительного затухания за счет дисперсионного расширения, а также потерь в разъемных ap и неразъемных an соединениях имеет вид:
|
|
|
, (2.3)
где np и nn – количество разъемных и неразъемных соединений на регенерационном участке.
Из последнего выражения следует, что амплитуда гауссовского импульса за счет дисперсионного расширения уменьшается в К1 раз, т.е. возникает дополнительное затухание на регенерационном участке ad за счет дисперсионного расширения
. (2.4)
Тогда общее затухание для амплитуды гауссовского импульса составит
. (2.5)
Для определения формы и ширины импульса на входе порогового устройства необходимо также учесть искажения, которые возникают при преобразовании оптического гауссовского импульса (2.3) в электрическое напряжение за счет частотных искажений в фотоприемном устройстве (ФПУ). В первом приближении можно считать ФПУ фильтром нижних частот (ФНЧ) с постоянной времени τf. Полагаем, что дополнительное затухание в ФПУ adf можно принять равным ad. При этом дополнительное расширение импульса в ФПУ будет таким же, как и за счет дисперсии. Тогда для полуширины импульса на входе решающего устройства можно записать:
|
|
|
(2.6)
Относительную полуширину импульса В на входе решающего устройства можно выбрать из диапазона (0.65-0.75). Тогда относительная полуширина импульса на выходе регенерационного участка составит
. (2.7)
Постоянную времени ФНЧ можно определить по приближенной формуле
(2.8)
Для заданной вероятности ошибки pe можно определить необходимое отношение сигнала к шуму SN на входе решающего устройства регенератора по выражениям аналогичным (1.9 -1.11)
, (2.9)
где 
.
Относительная ширина глаз-диаграммы (рис. 2) определяется выражением
. (2.10)
С увеличением q точность расчета растет. Обычно достаточно выбрать q=3. Для проверки правильности выбора q рекомендуется повторить расчет при большем на единицу значении q. При этом результаты расчета не должны существенно отличаться
Рис. 2. Глаз-диаграмма оптического бинарного сигнала.
Будем полагать, что в качестве фотоприемника в ФПУ используется p-i-n или лавинный фотодиод (ФД), а усилитель фототока (УФТ) построен по схеме (рис. 3) преобразователя фототока If в выходное напряжение Uвых:
, (2.11)
где R - сопротивление резистора обратной связи, M – коэффициент лавинного умножения (M = 1 для p-i-n ФД).
Рис. 3. Упрощенная схема ФПУ.
Важным параметром ФПУ является пороговая оптическая мощность, при которой напряжение сигнала Uвых равно среднеквадратическому значению шума при отношении сигнала к шуму, равном 1. В табл. 6 приведены значения Pn, рассчитанные с учетом дробового тока ФД, шума лавины, тепловых шумов резистора обратной связи, шумов операционного усилителя (ОУ).
Таблица 6
| λ, нм | Pn, нВт | |||||||
| С, Мбит/с M | 34 | 140 | 155 | 565 | 620 | 2500 | 10000 | |
| 1310 | 1 | 15.8 | 90.5 | 104 | 635 | 726 | 5650 | 45000 |
| 10 | 8.42 | 19.1 | 20.5 | 71.9 | 80.8 | 570 | 4480 | |
| 20 | 10.7 | 22.2 | 23.4 | 53.9 | 58.4 | 297 | 2246 | |
| 50 | 15.0 | 30.5 | 32.1 | 62.5 | 65.8 | 171 | 932 | |
| 1550 | 1 | 13.4 | 76.6 | 87.7 | 536 | 614 | 4780 | 38000 |
| 10 | 7.72 | 17.2 | 18.5 | 62.0 | 69.4 | 482 | 3790 | |
| 20 | 9.86 | 20.3 | 21.4 | 48.2 | 52.0 | 253 | 1900 | |
| 50 | 13.8 | 28.1 | 29.5 | 57.3 | 60.2 | 152 | 793 | |
Используя данные таблицы 6, можно рассчитать зависимость отношения сигнала к шуму от длины участка регенерации lр
(2.12)
где 
, 
- уровни максимальной и пороговой мощности в дБм, т.е. по отношению к 1 мВт.
Для определения максимально допустимой длины регенерационного участка, при которой обеспечивается допустимая вероятность ошибки на всю магистраль ped и на один участок ped1, необходимо решить уравнение:
,
которое с учетом (2.12) и (1.14) примет вид:
, (2.13)
где 
- физическая длина ОК, которая всегда превышает длину трассы. Необходимый запас кабеля учитывается коэффициентом Кк, который можно выбрать из диапазона 1.05-1.10 (5-10%).
Уравнение (2.13) является трансцендентным и может быть решено численным методом. Программа «КурсСТНСЭ.exe» решает уравнение (2.13) и выводит результаты расчета в виде графиков зависимостей pe(lp) и ped1(lp), причем точка пересечения определяет максимально допустимую длину участка регенерации lpe по затуханию для магистрали с одинаковой протяженностью участков и вероятность ошибки для этой длины.
Расчет по дисперсии
Выражение для расчета максимальной длины регенерационного участка по дисперсии lрd может быть получено из (2.2):
. (2.14)
Значения хроматической дисперсии Dx приведены в табл. 5.
Из двух полученных значений максимальной длины регенерационного участка lpe и lpd выбирается меньшее lp0.
Минимально необходимое количество участков регенерации определяется выражением (1.16). Средняя длина участка регенерации определяется выражением (1.17).
Вероятность ошибки для средней длины участка регенерации pec1 можно определить по выражению (2.9) с использованием выражений (2.10) и (2.12). Общая вероятность ошибки на магистраль pec при этом будет в np раз больше.
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 195; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!