Исследование параметров волоконно-оптической линии передачи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Основы функционирования волоконно-оптических линий передачи.

Обобщенная структурная схема РУ волоконно-оптической системы передачи (ВОСП) без устройств компенсации и линейных усилителей представлена на рисунке ниже

Передатчик ВОСП обеспечивает преобразование входного электрического (цифрового или аналогового) сигнала в выходной световой (цифровой или аналоговый) сигнал. Скорость передачи в линии современных систем синхронной цифровой иерархии составляет 2,5 -10 Гбит/с и более. В общем случае передатчик включает в себя лазерный диод (ЛД), модулятор (М) и кодек, на который поступает кодовая последовательность от цифровой системы передачи (ЦСП).

Задачи оптимизации сигнала для прохождения через устройство сопряжения с линией (интерфейс) и по линии решают интерфейсное кодирование и линейное кодирование.



В оптических системах передачи используют, как правило, однополярные блочные коды.

Как известно, электромагнитные колебания характеризуются амплитудой, фазой и частотой. В зависимости от того, какой из этих параметров несущей изменяют, различают амплитудную, фазовую и частотную модуляцию.

Диапазон работы ВОСП выбирается в области минимального затухания кварцевых оптических волокон и лежит в пределах 1260 -1675 нм.



Постановка задачи

Задачей данной работы является исследование бюджета мощности волоконно-оптической линии передачи (ВОЛП), работающей по одномодовому ступенчатому оптическому волокну (ОВ) на одной оптической несущей, без чирпа, на регенерационном участке (РУ) без линейных оптических усилителей (ОУ) и компенсаторов дисперсии. В процессе выполнения задания необходимо определить длину регенерационного участка (РУ) для заданных параметров волоконно-оптической системы передачи (ВОСП), рассчитать зависимость бюджета мощности от скорости передачи информации в линии и определить максимально допустимую скорость передачи для данного РУ.

Технические данные ОВ Таблица 1

Компания	Hitachi Cable
Мах. затухание в волокне
Хроматическая дисперсия
Длина волны нулевой дисперсии
Наклон нулевой дисперсии	=0.092
PDM
Максимальный прирост затухания

Исходные данные

Таблица 2

Номер зачетной книжки	09367
Последняя цифра зачетной книжки
Предпоследняя цифра зачетной книжки
Число, составленное из двух последних цифр номера зачетной книжки
Сумма всех цифр номера зачетной книжки

1. Рассчитаем значения уровня мощности оптического излучения лазера и уровня чувствительности приемника

2. Рассчитаем рабочую длину волны

3. Ширина линии излучения лазера определяется

, тогда

, .

Результаты занесем в таблицу/

Таблица 3

Наименование параметра	Условное обозначение	Значение
Скорость передачи линии	, Гбит/с	0.155
Уровень мощности оптического излучения лазера	, дБм	2.6
Уровень чувствительности приемника	, дБм	-18.6
Рабочая длина волны	, нм	1538.05
Ширина линии излучения лазера	, нм	0.1

Расчёт коэффициента затухания

Исходные данные представлены в таблице 4.

Таблица 4

Наименование параметра	Условное обозначение	Значение
Опорная длина волны спектрального диапазона О	, нм	1310
Максимальное затухание на опорной длине волны диапазона О	, дБ/км	0.40
Опорная длина волны спектрального диапазона Е	, нм	1383
Максимальное затухание на длине волны спектрального диапазона Е	, дБ/км	0.65
Опорная длина волны спектрального диапазона С	, нм	1550
Максимальное затухание на длине волны спектрального диапазона С	, дБ/км	0.25
Максимальный прирост затухания относительно опорной длины волны в рабочем диапазоне	, дБ/км	0.05
Длина волны нулевой дисперсии	, нм	1310
Наклон нулевой дисперсии	,	0.092
Максимальное значение PDM	PDM,	0.2

Расчёт коэффициента затухания:

1. Рассчитаем составляющую релеевского рассеяния на рабочей длине волны

2. Рассчитаем составляющую потерь инфракрасного поглощения на рабочей длине волны

3. Рассчитаем составляющую релеевского рассеяния на длине волны

4. Рассчитаем составляющую потерь инфракрасного поглощения на длине волны

5. Рассчитаем составляющую релеевского рассеяния на длине волны

6. Рассчитаем составляющую потерь инфракрасного поглощения на длине волны

7. Рассчитаем параметр

8. Рассчитаем параметр

9. Рассчитаем параметр

10. Рассчитаем коэффициент

11. Рассчитаем составляющую потерь, обусловленную примесями OH

12. Рассчитаем коэффициент затухания

13. Рассчитаем результирующий коэффициент затухания

Рассчитанная рабочая длина волны попадает в стандартный “C”спектральный диапазон (1530 нм - 1565 нм).

Рис. 1. Спектральная характеристика затухания.

Расчёт хроматической дисперсии

Таблица 5

Длина волны нулевой дисперсии	, нм	1310
Наклон нулевой дисперсии	,	0.092
Рабочая длина волны	, нм	1538.05



Рис. 2. Изменение дисперсионных характеристик ОВ.

Расчёт длины элементарного кабельного участка

Таблица 6

Параметр	Условное обозначение	Значение
Мах. значение затухания ОВ	, дБ/км	0.561
Среднее значение затухания ОВ	, дБ/км	0.511
Параметр хроматической дисперсии на центральной длине волны	,	16.759

1. Рассчитаем энергетический потенциал

Таблица 7

Энергетический потенциал	W, дБм	21.2
Пределы регулировки АРУ	, дБм	10
Эксплутационный запас аппаратуры		3
Эксплутационный запас кабеля		3
Мах. погрешность измерения затухания на ЭКУ		5
Мах. потери в неразъёмных соединениях		0.1
Мах. потери в разъёмных соединениях		1.6
Эксплуатационный запас W на дисперсию		0

2. Рассчитаем максимальную погрешность измерения затухания на ЭКУ

3. Рассчитаем параметр В:

4. Рассчитаем длины ЭКУ

Таблица 8

Параметр	Условное обозначение	Значение
Параметр ЭКУ	B	0.069
Номинальная длина ЭКУ	Lном, км	21.581
Минимальная длина ЭКУ	Lмин, км	18.444
Максимальная длина ЭКУ	Lмах, км	26.507

Расчёт дисперсионных характеристик ОВ на ЭКУ

Длина регенерационного участка ВОЛП ограничивается не только затуханием, но и дисперсией линии передачи.

Скорость передачи в линии ,

1. Рассчитаем максимальное допустимое значение хроматической дисперсии

Поляризационная модовая дисперсия

2. Рассчитаем приведенное значение хроматической дисперсии оптической линии передачи

3. Рассчитаем прогнозируемые значения хроматической и поляризационной модовой дисперсий

Таблица 9

Параметр	Условное обозначение	Значение
Хроматическая дисперсия оптического волокна		16.759
Приведенное значение хроматическая дисперсия оптической линии передачи		1.676
Прогнозируемое номинальное значение хроматической дисперсии ЭКУ	, пс	36.167
Прогнозируемое минимальное значение хроматической дисперсии ЭКУ	, пс	30.910
Прогнозируемое минимальное значение хроматической дисперсии ЭКУ	, пс	44.422
Максимальное допустимое значение хроматической дисперсии ВОЛП на ЭКУ	, пс/нм	432880
Прогнозируемое номинальное значение PMD ЭКУ	, пс	0.929
Прогнозируемое минимальное значение PMD ЭКУ	, пс	0.859
Прогнозируемое максимальное значение PMD ЭКУ	, пс	1.030
Максимальное допустимое значениеPMD	, пс	0.2

Расчёт бюджета мощности

Передача информации с требуемым качеством на регенерационном участке ВОЛП без оптических усилителей, учитывая потери и дисперсионные искажения, обеспечивается за счет запаса мощности .

Таблица 10

Значение параметра собственных шумов лазера	RIN	-120
Отношение оптических мощностей при передаче “0” и “1”		0.05
Параметр качества	Q	7.04
Полоса пропускания фотоприемника		0.155 0.622 2.5

1. Рассчитаем параметр собственных шумов лазера.



2. Рассчитаем дополнительные потери

3. Рассчитаем число неразъёмных соединений ОВ на ЭКУ

4. Рассчитаем дополнительные потери из-за собственных шумов лазера

5. Рассчитаем среднеквадратическое значение дисперсии на ЭКУ

6. Рассчитаем время нарастания фронта оптического импульса на выходе источника излучения:



7. Рассчитаем время нарастания фронта оптического импульса на выходе оптического приемника

8. Рассчитаем дополнительные потери из-за шумов межсимвольной интерференции

9. Рассчитаем суммарное значение дополнительных потерь

10. Рассчитаем затухание ЭКУ



11. Рассчитаем бюджет мощности

Для нормальной работы ВОЛП необходимо, чтобы эксплуатационный запас на ЭКУ превышал нормируемое минимально допустимое значение равное

- условие баланса бюджета мощности на ЭКУ.

В нашем случае условие баланса бюджета мощности на ЭКУ не выполняется. Замена оптического волокна может решить проблему бюджета. Так же из-за случайных исходных данных (n и m), данное волокно не может быть использовано.

оптический волокно линия одномодовый



Рис. 3. Зависимость баланса мощности от скорости передачи.

Определение максимально допустимой скорости передачи на ЭКУ

Таблица 11

Кратность	1	4	16
B, Гбит/с	0.155	0.622	2.5
,	3.068	3.071	3.121
,	0.068	0.286	1.486
,	3.777	3.556	2.306

Т. к. условие баланса бюджета мощности на ЭКУ не выполняется, можем сделать вывод, что на скоростях передача невозможна.

Расчёт глаз-диаграммы

Глаз диаграмма представляет собой результат многократного наложения битовых последовательностей с генератора псевдослучайной последовательности (ПСП), отображаемый на экране осциллографа в виде диаграммы распределения амплитуды сигнала по времени.

Таблица 12

Уровень мощности на выходе источника оптического излучения		2.6
Уровень чувствительности фотоприемника		-18.6
Номинальное значение Q-фактора		7.04
Количество символов битовой последовательности		3

1. Рассчитаем уровень мощности оптического сигнала на входе фотоприемника ОСП

2. Рассчитаем максимальный уровень мощности шума фотоприемника

3. Рассчитаем чувствительность фотоприемника, мощность шума и мощность на входе фотоприемника в мВт

4. Рассчитаем среднеквадратическую длительность гауссова импульса на выходе фотоприемника ОСП

5. Рассчитаем интервал передачи битовой последовательности:

6. Построим глаз-диаграмму в диапазоне (-2T...2T)



Рис. 4. Глаз-диаграмма при B=0.155 Гбит/с

7. Определим точку максимального раскрытия глаз-диаграммы:

8. Рассчитаем границы раскрытия глаз-диаграммы

9. Определим характеристики распределений состояний - математическое ожидание Е1 и Е0



10. Рассчитаем среднеквадратическое отклонение и

11. Рассчитаем Q-фактор по следующей формуле

Так как , то коэффициент ошибок BER можно рассчитать по приближенной формуле.

12. Рассчитаем коэффициент ошибок BER

Из полученных расчетов мы видим, что сигнал передается безошибочно.

13. Построим глаз-диаграммы и произведем расчет Q, BER, P1min, P0max, и для других скоростей.



Рис. 5. Глаз-диаграмма при B=0.622 Гбит/с



Рис. 6. Глаз-диаграмма при B=2500 Мбит/с

Из графиков можно сделать вывод, что при увеличении скорости передачи, минимальную разницу между соседними уровнями линейного сигнала на выходе порогового (решающего) устройства регенератора уменьшается, и интервал времени, в течение которого с вероятностью, равной 1, принимается правильное решение о значении переданного символа («1» или «0») уменьшается.

Список используемой литературы

1. Методические указания на тему “Исследование параметров волоконно-оптической линии передачи”.

Размещено на Allbest.ru