Курсовая работа: Проектирование линейного тракта волоконно-оптических систем передачи

Для определения количества регенераторов, которые необходимо установить на линии, используем формулу:

 (3)

где: l – длина линии, км, lру - максимальная длина регенерационного участка для выбранной аппаратуры, км (так как максимальная длина регенерационного участка выбранных аппаратуры и кабеля равна 70 км, то с учетом запаса возьмем lру=55км).

Длина линейного тракта (300 км) не превышает максимальную длину между линейного тракта (600 км), поэтому нет необходимости в организации ОРП (ОРП также является регенератором).

7. РАСЧЕТ И ОПТИМИЗАЦИЯ ДЛИНЫ РЕГЕНЕРАЦИОННОГО УЧАСТКА

При проверочном расчете правильного выбора длины участка регенерации руководствуются двумя параметрами: суммарным затуханием регенерационного участка и дисперсией оптического волокна (ОВ).

Если исходить из затухания с учетом всех потерь, имеющих место в линейном тракте, то расчетная формула длины регенерационного участка выглядит следующим образом:

 (4)

Здесь: Эп - энергетический потенциал ВОСП, дБ, определяемый как Эп=Рnер - Рnр и указываемый в технических характеристиках ВОСП (для аппаратуры «Сопка-3М» - Эп=38дБ) ;

a - коэффициент затухания оптического волокна, дБ/км;

nрс - число разъёмных соединителей (их количество равно 2, они установлены на вводе и выводе оптического излучения в ОВ);

aрс - потери в разъёмном соединителе, дБ;

nнс - число неразъёмных соединителей на участке регенерации,

анс - потери в неразъёмном в соединителе, дБ;

аt - допуск на затухание потерь оптического волокна с изменением температуры;

аВ - допуск на затухание потерь, связанных с ухудшением характеристик компонентов регенерационного участка (источники излучения - кабель - приёмники излучения) со временем.

Величина Эп характеризует необходимый перепад уровней для нормальной работы аппаратуры, а остальные члены в скобках формулы (4) - суммарные потери участка регенерации.

Расчёт проводится для самого длинного участка регенерации. Сначала определяется число строительных длин на участке регенерации:

 (5)

где lc - строительная длина кабеля (строительную длину возьмем lc=2км).

Общее число строительных длин для участка регенерации определяет число неразъёмных соединителей:

 (6)

Величина a задана в исходных данных для выбранного кабеля: a=0,3 дБ/км. Значения величин анс и арс выбираем исходя из значений потерь в разъемных и неразъемных соединителях для разных типов ОВ (табл.6 методического указания [1]): анс =0,3…0,5 дБ; арс=0,5…1,5 дБ (исходя из того, что возможно старение соединений будем полагать анс =0,4 дБ; арс=1 дБ).

Допуски на температурные изменения параметров ВОСП при ΔТ=10ºС: at=2 дБ (табл.7 методического указания).

Для определения допуска на потери от старения во времени необходимо определить комбинацию источников излучения передатчика и приемника. Эта комбинация определяется согласно заданному энергетическому потенциалу Эп, дБ и скорости передачи в линии В, МБит/с выбранной аппаратуры. Так у нас определена следующая комбинация источников излучения передатчика и приемника – ЛД + pin ФД (при данной скорости передачи в линии, только токая комбинация обеспечивает передачу энергетического потенциала 38 дБ, что и указано в данных аппаратуры). Следовательно, допуски на потери от старения во времени элементов aВ=4…5дБ (возьмем aВ=4дБ ).

Проверяем условие (4):

 км

 км

55 км < 64км – т.е. условие выполняется.

Исходя из полученных значений величин арс, анс, аt, аВ, определим затухание участка регенерации ару

, (7)

ару = 0,3×55+1×2+0,4×27+2+4 = 35,3 дБ

Сопоставим величину ару и энергетический потенциал Эп. При этом должно выполняться условие:

, (8)

35,3 дБ< 38 дБ, следовательно, длина участка регенерации выбрана верно.

Правильность выбора длины регенерационного участка lру необходимо также проверить с учётом дисперсионных свойств оптического волокна.

Максимальная длина регенерационного участка с учётом дисперсии ОВ выбирается из условия

, (9)

где В - скорость передачи информации, бит/с;

s - среднеквадратичное значение дисперсии выбранного оптического волокна, с/км.

Для одномодовых оптических волокон задается нормированная среднеквадратичная дисперсия sн, нс/(нм×км) или пс/(нм×км).

Величина s определяется в этом случае по формуле:

, (10)

где К =10 –12 в случае sн [ пс/(нм×км)], К = 10 -9 в случае sн [нc/(нм×км)], Dl - ширина полосы оптического излучения в нм. Для светодиодов Dl = 25-40 нм, для лазерных диодов Dl = 0,2-0,5 нм. В нашем случае:

Dl = 0,2 нм (задана в исходных данных),

sн = 3,5 пc/(нм×км) (с учетом наихудшей дисперсии кабеля ОКЛ),

тогда К=10-12 и получаем

s =10-12×0,2×3,5= 0,7×10-12 с/км

lру £ 0,25/(0,7×10-12×41,2416×106), км

55 км < 866 км

Значит, условие выполняется.

ПОМ – передающий оптический модуль

ПРОМ – приемный оптический модуль

ОС-Р – разъемный оптический соединитель

ОС-Н – неразъемный оптический соединитель

ОК – оптический кабель

ОПТИЧЕСКОГО СИГНАЛА

Одним из наиболее важных параметров приёмника оптического излучения является минимальная обнаруживаемая мощность оптического сигнала, при которой обеспечивается заданное значение отношения сигнал-шум или вероятности ошибки. Это значение получило название минимальной детектируемой мощности (МДМ). Для внутризоновых первичных сетей вероятность ошибки в расчете на 1 км длины линейного тракта не должна превышать p’ £ 1,67×10-10 , для магистральных сетей p’ £ 1,67×10-11, для местных сетей p’ £ 1,67×10-9. Исходя из этих значений вероятности ошибки, можно определить вероятность ошибки для полученной длины регенерационного участка.

, (11)

рош=1,67×10-10×55=91,85×10-10

Используя это значение вероятности ошибки на участке регенерации, можно определить с помощью зависимости вероятности ошибки pош от защищенности А3 (рис. 7) численное значение защищенности на входе регенератора: A3=22 дБ.

Защищённость A3 определяется отношением сигнал-шум применительно к приёмному оптическому модулю (ПРОМ):

,              (12)

В этой формуле: - среднеквадратичное значение полезного тока сигнала; - среднеквадратичное значение тока тепловых шумов на эквивалентном сопротивлении нагрузки; - среднеквадратичное значение тока дробовых шумов фотодиода;  - среднеквадратичное значение собственных шумов усилителя, приведенных к его входу.

P - мощность падающего светового сигнала на фотодиод;

Iс - фототок полезного сигнала на выходе фотодиода;

Rф - динамическое сопротивление фотодиода;

Сф - ёмкость р-n перехода фотодиода;

Iд - ток дробовых шумов фотодиода;

IТ - ток тепловых шумов нагрузки Rн цепи фотодиода (входным сопротивлением усилителя K пренебрегаем).

S - чувствительность фотодиода:

 ( 13)

где h - квантовая эффективность фотодиода, q - заряд электрона, l - длина волны излучения, мкм, h - постоянная Планка.

С учетом значения q и h формула (13) трансформируется в формулу

                          (14)

S = 0,8×0,75×1,55=0,93 А/Вт

Величина R может быть определена из условия обеспечения необходимой широкополосности ПРОМ:

 (15)

где С =10 пф, В – скорость передачи, бит/с.

R=1/(2×p×10×10-12×41,2416×106)=386,1 Ом

Приближенная формула мощности излучения на входе лавинного фотодиода P, удовлетворяющая условию реализации МДМ оптического сигнала имеет вид:

 ,                           (16)

М= 25

k =1,38∙10-23- постоянная Больцмана;

Т=273+10=283- температура по Кельвину.

Fш =8 - коэффициент шума усилителя;

Вт

 мВт

По значению мощности P можно определить уровень оптического МДМ-сигнала

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8