Расчет волоконно–оптической линии связи
Расчет параметров волоконно-оптической линии связи (ВОЛС). Основные дисперсные параметры. Эффективная апертура излучателя и приемника, их параметры. Полный коэффициент поглощения. Энергетический потенциал ВОЛС. Длина участков регенерации и их количество.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 20.09.2011 |
| Размер файла | 90,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Таганрогский Государственный Радиотехнический
Университет
Кафедра А и РПУ
Контрольная работа
на тему
"Расчет волоконно-оптической линии связи"
по курсу
Интегральная и волоконная оптика.
Работу выполнил
студент группы Р-48
Савельев А.В.
Работу проверил
Шарварко В.Г.
Таганрог 2002.
Содержание
- Техническое задание
- Введение
- 1. Расчет параметров ВОЛС
- 1.1 Расчет дисперсионных параметров
- 1.2 Расчет параметров ввода - вывода
- 1.3 Расчет коэффициента поглощения
- 1.4 Расчет энергетического потенциала ВОЛС
- 1.5 Расчет длины участка регенерации и их количества
- 2. Выполнить специальные требования
- 2.1 Классификация волоконно-оптических линий связи
- Выводы
- Список литературы
Техническое задание
1. Параметры волокна:
ь диаметр сердцевины: ;
ь тип волокна: градиентное;
ь коэффициент преломления сердцевины: ;
ь диаметр оболочки: ;
ь коэффициент преломления оболочки: ;
ь тангенс потерь сердцевины: ;
ь дополнительный коэффициент поглощения: ;
ь коэффициент материальной дисперсии: .
2. Параметры источника излучения:
ь длина волны: ;
ь ширина спектральной линии: ;
ь мощность излучения: ;
ь скорость передачи информации: ;
ь расходимость: .
3. Параметры приемной части:
ь спектральная пороговая чувствительность: ;
ь расходимость: .
4. Длина линии: .
5. Специальные требования: параллельная ВОЛС.
Введение
Совершенно очевидно, что научно-технический прогресс во многом определяется скоростью и объемом передаваемой информации. Возможности резкого увеличения потока информации наиболее полно реализуются при использовании цифровых систем передачи и оптических кабелей вместо традиционных, с металлическими проводниками. При этом наряду с экономией дефицитных металлов (например, меди) обеспечиваются качественные улучшения в трактах передачи информации: широкополостность, помехозащищенность, большие длины трансляционных участков и др.
В настоящее время в связи все интенсивнее используется оптический диапазон электромагнитных волн. Для этого применяются волоконно-оптические линии связи (ВОЛС), которые предназначены для передачи информации при помощи оптического излучения. ВОЛС представляет собой световод, распространение световой волны в котором происходит за счет явления полного внутреннего отражения. Эти линии связи позволяют передавать большие объемы информации и обладают потенциально низкой стоимостью. С 1992 года в России идет строительство Транссибирской оптической линии Европа-Япония, часть которой уже введена в эксплуатацию. С 1997 года идет строительство ВОЛС Сочи-Москва для связи на железной дороге.
Кроме связи оптоэлектроника широко используется в радиолокации, аналоговой обработке сигналов, в приборостроении, медицине. В системах обработки информации, и в ближайшем будущем успехи интегральной оптики позволят создать оптоэлектронные цифровые вычислительные системы, для которых уже получена оптическая память большой емкости и быстродействия.
Стремление использовать оптические сигналы для передачи и обработки информации объясняется следующими причинами:
1. Частота оптических колебаний (10131015 Гц) на 35 порядков выше освоенной частоты радиодиапазона, что позволяет во столько же раз расширить полосу частот, т.е. информационную емкость канала и уменьшить поперечные размеры линий передач;
2. Передача информации осуществляется электрически нейтральными фотонами, не взаимодействующими друг с другом и с внешними электрическими и магнитными полями. Это обуславливает высокую помехозащищенность канала связи, исключает взаимные наводки и паразитные связи между его элементами;
3. Высокая направленность когерентного оптического излучения позволяет резко уменьшить размеры излучающей апертуры;
4. Когерентный световой луч можно сфокусировать на площадку, размеры которой соизмеримы с длинной волны, что позволяет повысить плотность записи информации (до величины 108 бит/см2) в оптических запоминающих устройствах;
5. Когерентный световой луч, несущий информацию, можно обрабатывать с помощью аналоговых оптических вычислительных устройств, состоящих из линз, зеркал, дифракционных решеток и других элементов, позволяющих реализовать данный алгоритм. В частности, весьма быстро и четко выполняются такие операции, как интегрирование, дифференцирование, свертка, умножение и др. (скорость обработки до 1012 бит/с).
В данной работе требуется рассчитать все параметры ВОЛС по известным параметрам волокна, источника излучения и приемника. К параметрам ВОЛС относятся: полный коэффициент поглощения, полная дисперсия, максимальная длина участка регенерации, число участков регенерации, КПД ввода и вывода и др.
1. Расчет параметров ВОЛС
1.1 Расчет дисперсионных параметров
Числовая апертура характеризует эффективность ввода света в волокно от диффузионного источника с диаграммой направленности .
где (, слабонаправляющие волокно), индекс "гр", который означает градиентное волокно, здесь и в дальнейшем опускаем для краткости записи.
.
Количество мод, которые могут распространяться в ВОЛС
,
где - нормализованная постоянная распространения, тогда
.
Количество групп мод
.
Под межмодовой дисперсией понимается задержка во времени прохода разных мод на единицу длины линии, так как каждая мода распространяется под своим углом.
,
где с - скорость света.
Материальная дисперсия определяется дисперсией материала волокна.
.
Полная дисперсия приближенно вычисляется как среднеквадратическая величина.
.
Так как преобладает межмодовая дисперсия, то информационная емкость ВОЛС
.
Длина участка регенерации, ограничиваемая дисперсией (считаем, что 1МГц 1Мбит/с)
.
1.2 Расчет параметров ввода-вывода
.
Параметры источника:
,
,
.
Эффективная апертура излучателя:
.
Параметры приемника:
,
,
.
Эффективная апертура приемника
.
КПД ввода
.
КПД вывода
.
1.3 Расчет коэффициента поглощения
,
В качестве материала сердцевины выберем стекло, эмпирический коэффициент которого равен , тогда
.
Полный коэффициент поглощения
.
1.4 Расчет энергетического потенциала ВОЛС
Спектральный энергетический потенциал
.
Интегральный энергетический потенциал
.
Перейдем к децибелам
.
1.5 Расчет длины участка регенерации и их количества
Длина участка регенерации, ограниченная поглощением
.
Сравниваем длину участка, ограниченную поглощением () и длину участка, ограниченную дисперсией (), и выбираем наименьшее - это и будет максимальная длина участка регенерации. .
Количество участков регенерации
.
2. Выполнить специальные требования
2.1 Классификация волоконно-оптических линий связи
По виду используемой модуляции ВОЛС делятся на аналоговые и цифровые. В аналоговых ВОЛС используются аналоговые методы модуляции, характеризующиеся непрерывным изменением одного из параметров переносчика сигнала (например, интенсивности оптического излучения). В цифровых применяются дискретные методы модуляции, характеризующиеся дискретным изменением одного из параметров переносчика сигнала. При этом область значений исходного параметра делится на достаточно большое число уровней квантования, каждому из которых ставится в соответствие определенный дискретный сигнал.
По назначению и протяженности ВОЛС подразделяются на магистральные, зоновые, городские, сельские и системы распределения информации. Магистральные ВОЛС предназначены для передачи сообщения на тысячи километров, зоновые - для передачи информации до 600 км, городские служат для уплотнения соединительных линий СТС. Системы распределения информации обеспечивают: связь между ЭВМ, сеть кабельного телевидения и т.п.
Рассмотрим подробнее распределительные ВОЛС, которые можно использовать для сбора и обмена информацией между удаленными оконечными устройствами (терминалами). Такие системы могут устанавливаться внутри объектов, учреждений, на борту корабля или летательного аппарата, служить в качестве распределительной сети кабельного телевидения.
Получили распространения несколько видов таких систем: последовательная с ответвляющими соединениями (рис.1, а); последовательная замкнутая (кольцевая, рис.1, б); параллельная с соединениями типа "звезда" (рис.1, в); гибридная, использующая соединение типа "звезда" и ответвляющие соединения (рис.1, г).
В последовательной системе с ответвляющими соединениями при одинаковых и постоянных параметрах связующих компонент (вносимые потери в информационную шину, коэффициент ответвления направленного ответвителя и т.д.) наименьшее значение отношения оптической мощности на входе приемника к оптической мощности на выходе любого передатчика будет для терминалов с номерами 1 и К. Для избежания этого, используют последовательную замкнутую (кольцевую) схему.
Недостатком последовательных систем является то, что приемные устройства должны иметь АРУ с большим динамическим диапазоном, чтобы обеспечить одинаковые условия приема сигнала от любого передатчика.
Увеличение числа терминалов в последовательной схеме приводит к быстрому уменьшению доли полезного сигнала на входе приемников. В каждом конкретном случае требуется точный расчет характеристик систем с учетом всех влияющих факторов, на основании которого производится окончательный выбор схемы построения. Как правило, при К >10 целесообразнее применять параллельную систему распределения. Получаемый при этом выигрыш в уровне сигнала и менее жесткие требования к приемникам и передатчикам оказываются более весомыми по сравнению с увеличением необходимого количества кабеля.
Выводы
В курсовой работе были рассчитаны параметры волоконно-оптической линии связи. По результатам расчета можно сделать следующие выводы.
Для уменьшения количества участков регенерации необходимо увеличивать длину участка регенерации. Так как длина участка регенерации в данном случае определяется длиной участка, ограниченной дисперсией, то увеличить длину можно либо уменьшением скорости передачи информации, что нежелательно, либо увеличением информационной емкости, что является полезным фактором. Увеличить информационную емкость можно за счет уменьшения дисперсии (в нашем случае в основном межмодовой дисперсии, так как при данных параметрах волокна (ступенчатая многомодовая ВОЛС) преобладает межмодовая дисперсия над материальной.). А уменьшение межмодовой дисперсии, как было сказано выше, возможно за счет уменьшения величины (разности показателей преломления сердцевины и оболочки ), т.е. применением так называемого слабонаправляющего волокна с .
Для уменьшения межмодовой дисперсии надо использовать градиентное волокно, поскольку любой плавный закон всегда уменьшает . Уменьшать величину практически невозможно (технологически получить малое значение () затруднительно).
Межмодовая дисперсия была определена без учета длины установившейся связи (), так как эта длина больше, чем длина участка регенерации ().
Для уменьшения материальной дисперсии можно смещать длину волны легирующими добавками в материале волокна.
волоконный оптический линия связь
Полоса частот оценивается параметром, который называется информационной емкостью ВОЛС. С уменьшением дисперсии, возрастает информационная емкость.
КПД ввода получился больше 1, но такого быть не может, поэтому принимаем . Так как числовая апертура приемника () больше числовой апертуры волокна (), то можно сказать, что вся энергия от волокна попадает в приемник и КПД вывода .
Если длина участка регенерации будет определяться длиной участка, ограниченной поглощением, то для увеличения длины участка регенерации необходимо либо уменьшать коэффициент поглощения, либо увеличивать интегральный энергетический потенциал. Увеличение интегрального энергетического потенциала возможно за счет уменьшения скорости передачи информации, увеличение мощности излучения источника или уменьшения интегральной пороговой чувствительности приемника.
Список литературы
1. Шарварко В.Г. Интегральная и волоконная оптика: Учебно-методическое пособие: Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2001, 140 с.
2. Гауэр Дж. Оптические системы связи: Пер с англ. - М.: Радио и связь, 1989, - 504 с.
3. Оптические системы передачи: учебник для вузов; под ред.В.И. Иванова. - М.: Радио и связь. - 1994. - 224 с.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Схема строительства волоконно-оптической линии связи (ВОЛС) с использованием подвески оптического кабеля на осветительных опорах. Особенности организации по ВОЛС каналов коммерческой связи. Расчет длины регенерационных участков по трассе линии связи.
курсовая работа [778,1 K], добавлен 29.12.2014Обоснование необходимости строительства волоконно-оптической линии связи (ВОЛС). Расчет и распределение нагрузки между пунктами сети. Синхронизация цифровых систем связи. Система мониторинга целостности ВОЛС. Порядок строительства и эксплуатации ВОЛС.
дипломная работа [4,2 M], добавлен 23.09.2011Проектирование волоконно-оптической линии связи (ВОЛС) с обозначением оконечного и промежуточного оборудования ввода/вывода цифровых потоков между г. Елец и г. Липецк. Оценка пропускной способности ВОЛС, оценка ее надежности. Разработка структурной схемы.
курсовая работа [3,5 M], добавлен 10.01.2013Характеристика действующей волоконно-оптической линии связи в Павлодарской области, распложенной вдоль реки Иртыш. Анализ отрасли телекоммуникации в Республике Казахстан. Организация защищенного транспортного кольца волоконно-оптической линии связи.
отчет по практике [25,7 K], добавлен 15.04.2015Волоконно-оптические линии связи как понятие, их физические и технические особенности и недостатки. Оптическое волокно и его виды. Волоконно-оптический кабель. Электронные компоненты систем оптической связи. Лазерные и фотоприемные модули для ВОЛС.
реферат [1,1 M], добавлен 19.03.2009Оценка пропускной способности волоконно-оптической линии связи и разработка проекта магистральной линии связи с использованием аппаратуры ВОСП между городами Чишмы - Кандры. Расчет длин участков ВОЛС и оценка бюджета линии при прокладке кабеля в грунт.
курсовая работа [2,9 M], добавлен 22.05.2019Общая характеристика волоконно-оптической связи, ее свойства и области применения. Проектирование кабельной волоконно-оптической линии передач (ВОЛП) способом подвески на опорах высоковольтной линии передачи. Организация управления данной сетью связи.
курсовая работа [3,8 M], добавлен 23.01.2011Обоснование трассы волоконно-оптической линии передач. Расчет необходимого числа каналов, связывающих конечные пункты; параметров оптического кабеля (затухания, дисперсии), длины участка регенерации ВОЛП. Выбор системы передачи. Схема организации связи.
курсовая работа [4,3 M], добавлен 15.11.2013Выбор трассы прокладки кабеля. Расчет эквивалентных ресурсов волоконно-оптической линии передачи. Топология транспортной сети. Виды, количество и конфигурация мультиплексоров. Подбор аппаратуры и кабельной продукции. Разработка схемы организации связи.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 17.08.2013Проектирование и расчет локальной волоконно-оптической линии связи, ее элементная база и основные параметры. Топология сети "звезда". Код передаваемого сигнала. Выбор оптических кабеля, соединителей, разветвителей, типов излучателя, фотодетектора.
реферат [218,1 K], добавлен 18.11.2011
