Волоконно-оптическая система передачи с расширенным динамическим диапазоном. Приёмная часть

Структурная схема ВОСП с расширенным динамическим диапазоном (чертеж).dwg

ул. Проектируемая N1
ул. Проектируемая N8
Условные обозначения
-25.6- - протяженность участка (м);
N7388 - номер колодца кабельной канализации связи;
- номер канала указывает эксплуатация.
(24+33+79+85+80+80+80)
ОРШ-288 5 сплиттеров 1х32
ОРШ-288 8 сплиттеров 1х32
ОРШ-288 2 сплиттера 1х32
ул. Проектируемая N6
ул. Проектируемая N9
(24+10+20+30+29+15+15+24+29)
прокладываемый по зданию в трубах.
Оптический разветвитель
ГУИР ДП 1 - 45 01 01 01 010 Э1
Схема ВОСП с расширенным динамическим диапазоном Схема электрическая структурная
Кодер линейного кода
Устройство стабилизации
Оптический усилитель
Декодер линейного кода
Декодер Рида-Соломона
Гомодинный оптический приемник

3 РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ ВОСП С.docx

3 РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ ВОСП С
РАСШИРЕННЫМ ДИНАМИЧЕСКИМ ДИАПАЗОНОМ
На рисунке 3.1 представлена структурная схема системы с расширенным динамическим диапазоном для которой разрабатывается приемное устройство. Система включает в себя следующие блоки: входной интерфейс которой обеспечивает согласование предыдущего оборудования с ВОСП линейный кодер кодер Рида-Соломона оптический модулятор источник излучения устройство стабилизации параметров источника излучения: мощности излучения и длины волны передающая антенна которая коллимирует излучение после оптического модулятора оптический умножитель гомодинный оптический приемник усилитель решающее устройство выделитель тактовой частоты декодер Рида-Соломона декодер линейного кода выходной интерфейс.
Сигнал от каналообразующего оборудования поступает на входной интерфейс где происходит его преобразование из кода CMI в код NRZ. Далее сигнал в коде NRZ поступает на линейный кодер.
– передающая часть; 2 – приемная часть.
Рисунок 3.1 – Структурная схема ВОСП с расширенным динамическим диапазоном
Смысл линейного кодирования состоит в получении последовательности в которой статистика появления нулей и единиц приближается к случайной что позволяет удовлетворять требованиям надежного выделения тактовой частоты и постоянной сосредоточенной в заданной области частот спектральной плотности мощности передаваемого сигнала. В нашем случае смещение сигнала относительно несущей частоты позволяет легко выделить несущую и сформировать из нее сигнал местного гетеродина.
В цифровых оптических системах с модуляцией по интенсивности в основном используются двухуровневые коды. Предложен целый ряд кодов класса mBnB предназначенных для передачи в линиях связи со скоростями в несколько десятков мегабит в секунду. Некоторые из них были разработаны специально для оптических систем передачи 2 8 34 Мбитс. К таким кодам относятся коды: CMI СMI-2 (ДМI) СМI-III Код Миллера IB2B BIF. CMI-I или просто CMI (coded marh в DMI - комбинацией "01" если предшествующий символ "I" и "10" если "0"; в СМ1-III - комбинацией "01" если предшествующий символ был "0" и "10" если - "I". Цифровые последовательности указанных кодов приведены в таблице 3.1 (вероятность нуля или единицы во всех кодах одинакова) [4].
Таблица 3.1 – Порядок формирования последовательностей сигналов в ВОСП
Входная последовательность
Последовательность сигналов в линии
При использовании кода Миллера скорость передачи увеличивается вдвое из-за увеличения в два раза тактовой частоты. В коде Миллера единица передается кодовой комбинацией "01" если предыдущий символ в цифровом сигнале в линии был нулем и "10" если единицей. Таким образом передача единицы всегда сопровождается изменением состояния сигнала в линии. Нуль передается группой "00" если предшествующий символ в цифровом сигнале в линии был нулем (при передаче "I") и "II" если единицей. Два нуля передаются группами "0011" или "1100" и т.д. т.е. при передаче серии последовательных нулей изменение состояния выходного сигнала возможно только в конце периода действия входного сигнала.
Код Миллера так же как CMI-III характеризуется более узким энергетическим спектром (рисунок 3.2). Цифровая последовательность для кода Миллера приведена в таблице 3.1.
Код 1B2B относится к так называемым блочным кодам он имеет по сравнению с другими блочными кодами наибольшую избыточность. Примером реализации цифровой последовательности этого кода может служить табл.1 т.к. код 1B2B имеет такой же порядок формирования кода в линии как и код CMI-II (DMI) поэтому основные параметры этих кодов также совпадают. При формировании кода1B2B переключение состояний кодера линейного тракта соответствующих различным алфавитам осуществляется в том случае когда диспаритетность кодовой группы кода 1B2B не равна нулю. Контроль ошибок в регенераторах можно осуществить по контролю величины текущей диспаритетности [4].
Рисунок 3.2 – Энергетические спектры линейных кодов
В системе используется BIF код обеспечивающий наиболее низкий уровень низкочастотных составляющих спектра линейного сигнала.
Код Рида-Соломона является недвоичным кодом (алгоритм FEC работает с байтовыми символами) и относится к семейству систематических линейных цикличных блочных кодов.
Параметры кода Рида-Соломона:
количество ошибок исправляемых в кодовом слове t=8;
минимальное расстояние dmin=2
количество ошибок обнаруживаемых в кодовом слове dm
длина кодового слова n=255 байт;
количество информационных символов k=n-2xt=239.
Использование FEC приводит к увеличению скорости передачи в оптическом канале примерно на 7% но при этом энергетический выигрыш системы передачи составляет порядка 4..6 дБ что позволяет повышать чувствительность приемника при заданном коэффициенте ошибок по битам по сравнению со стандартным решением увеличивается при применении FEC на 45 дБ. Скорость при этом возрастает до 311040255239=332 Мбитс.
С выхода кодера Рида-Соломона сигнал поступает на внешний оптический модулятор который обеспечивает модуляцию по интенсивности.
Оптический усилитель обеспечивает увеличение уровня выходного сигнала до необходимого уровня 20 дБм. В качестве оптического усилителя можно использовать полупроводниковый усилитель бегущей волны оптический усилитель на активных волокнах EDFA.
Гомодинный оптический приемник (подробная схема описана в следующем разделе) обеспечивает помехоустойчивый прием.
Проходя усилитель устройство выделения тактовой частоты формирующее стробирующие импульсы необходимые для правильной работы решающего устройства. Сформированные решающим устройством импульсы подаются на декодер Рида-Соломона декодер линейного кода и выходной интерфейс который восстанавливает исходный сигнал в коде CMI.

Титульный лист.docx

Министерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования
БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Факультеттелекоммуникаций
Кафедрасистем телекоммуникаций
Заведующий кафедрой СТК
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к дипломному проекту
ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ С РАСШИРЕННЫМ ДИНАМИЧЕСКИМ ДИАПАЗОНОМ
БГУИР ДП 1-45 01 01 01 010 ПЗ
по экономической части

Приемник гомодинный оптический (чертеж 3).dwg

ул. Проектируемая N1
ул. Проектируемая N8
Условные обозначения
-25.6- - протяженность участка (м);
N7388 - номер колодца кабельной канализации связи;
- номер канала указывает эксплуатация.
(24+33+79+85+80+80+80)
ОРШ-288 5 сплиттеров 1х32
ОРШ-288 8 сплиттеров 1х32
ОРШ-288 2 сплиттера 1х32
ул. Проектируемая N6
ул. Проектируемая N9
(24+10+20+30+29+15+15+24+29)
прокладываемый по зданию в трубах.
Оптический разветвитель
ГУИР ДП 1 - 45 01 01 01 010 Э1
Приемник гомодинный оптический Схема электрическая структурная
Модулирован- ный опти- ческий входной сигнал
Оптический направленный ответвитель 1
Входной оптический усилитель
Выходной оптический усилитель
Оптическая линия задержки
Оптический направленный ответвитель 2
Регулируемый источник накачки оптического усилителя
Оптический усилитель
Схема управления регулируемым источником накачки оптического усилителя
Управляемый фазосдвигающий элемент
Схема управления фазосдвигающим элементом

Рисунок 3.4.docx

Рисунок 3.4 Структурная схема ВОСП с расширенным динамическим диапазоном

Параметра оптического тракта (плакат 1).dwg

ул. Проектируемая N1
ул. Проектируемая N8
Условные обозначения
-25.6- - протяженность участка (м);
N7388 - номер колодца кабельной канализации связи;
- номер канала указывает эксплуатация.
(24+33+79+85+80+80+80)
ОРШ-288 5 сплиттеров 1х32
ОРШ-288 8 сплиттеров 1х32
ОРШ-288 2 сплиттера 1х32
ул. Проектируемая N6
ул. Проектируемая N9
(24+10+20+30+29+15+15+24+29)
прокладываемый по зданию в трубах.
Оптический разветвитель
Оптический линейный тракт
работающий на одной длине волны оптического излучения
Оптические параметры передающего устройства в точке S
Средняя длина волны излучения λ0 источника излучения и ширина спектра его излучения D i-3.55
Средняя мощность излучения P0
вводимого в ВС; 3. Коэффициент гашения (экстинкции); i0
Форма выходных оптических импульсов (время нарастания и спада
Оптические параметры приемного устройства в точке R
Чувствительность фотоприемного устройства; 2. Динамический диапазон фотоприемного устройства; 3. Коэффициент отражения фотоприемного устройства в точке R.
Диаграммы энергетических уровней ВОСП
ПК - преобразователь кода; ИИ - источник излучения; ФП - фотоприемные устройства; РУ - решающее устройство.
Методы повышения динамического диапазона 1. Увеличение выходной мощности передающего устройства; 2. Применение помехоустойчивой модуляции; 3. Применение помехоустойчивого кодирования; 4 Применение когерентных методов приема.
ПАРАМЕТРЫ ЛИНЕЙНОГО ОПТИЧЕСКОГО ТРАКТА ВОСП
ГУИР ДП 1 - 45 01 01 01 010 ПЛ
Параметры линейного оптического тракта ВОСП

ПЕРЕЧЕНЬ ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ.docx

ПЕРЕЧЕНЬ ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ
АКП – автоматический контроль за поляризацией
АТС автоматическая телефонная станция
Б-ЛФД – сбалансированный лавинный фотодиод
Б-ФД – сбалансированный фотодиод
ВОК – волоконно-оптический кабель
ВОЛС волоконно-оптическая линия связи
ВОСП волоконно-оптическая система передачи
ВРМБ – вынужденное рассеяние Мандельштама-Бриллюэна
ВС – волоконные световоды
ВТ – волоконный тракт
ИИ – источник излучения
ИКМ – импульсно-кодовая модуляция
ЛР – линейный регенератор
ЛФД – лавинный фотодиод
МСЭ – Международный Союз Электросвязи
ОГ – оптический гетеродин
ОИШ – относительная интенсивность шума
ОК оптический кабель
ОМИ – оптическая модуляция по интенсивности
ОНШ – отношение несущаяшум
ООВ одномодовые оптические волокна
ОП – оконечный пункт
ОР – оптический рефлектометр
ОСШ – отношение сигналшум
ОУ – оптический усилитель
ПК – преобразователь кода
ПСП – псевдослучайная последовательность
ПЧ – промежуточная частота
РП – регенерационный пункт
РУ – решающее устройство
РС – код Рида-Соломона
РЧ – радиочастотная полоса
СИД – светоизлучающий диод
ФАПЧ – фазовая автоподстройка частоты
ФНЧ – фильтр нижних частот
ФПУ – фотоприемное устройство
ЦВОСП – цифровая волоконно-оптическая система
ЦСП цифровая системы передачи
APC – (Angled Physical Contact) – угловой физический контакт
DMX – демультиплексор
DWDM – (Dense Wavelength Division Multiplexing) – технология
плотного спектрального уплотнения
EDFA – волоконный усилитель легированный эрбием
FEC – коррекция ошибок
FSK – (Frequency Shift Key) – частотно-манипулированный сигнал
MFD – диаметр поля мод
NA – (Numerical Aperture) – числовая апертура
NRZ – (non-return-to-zero) – код без возвращения к нулю
РС – (Physical Contact) – физический контакт
RIN – (Relative Intensity Noise) – шум относительной интенсивности
SDH – (Synchronous Digital Hierarchy) синхронная цифровая
STM – (ScreamTracker Module) - Синхронный транспортный модуль
WDM – (Wavelength Division Multiplexing) технология спектрального

Ведомость.docx

Дополнительные сведения
БГУИР ДП 1-45 01 01 010 ПЗ
Пояснительная записка
Графические документы
ГУИР 1-45 01 01 001 ПЛ
Параметры оптического тракта
ГУИР 1-45 01 01 002 Э1
Структурная схема приемной
ГУИР 1-45 01 01 003 Э1
Приемник гетеродинный
ГУИР 1-45 01 01 004 Э1
Приемник гомодинный
ГУИР 1-45 01 01 005 Э1
Структурная схема ВОСП с
расширенным динамическим
ГУИР 1-45 01 01 006 ПЛ
Расчет параметров оптического
БГУИР ДП 1-45 01 01 010 Д1
Волоконно-оптическая система передачи с расширенным динамическим диапазоном
Ведомость дипломного проекта

ВВЕДЕНИЕ.docx

В настоящее время научно-технический прогресс во многом определяется скоростью и объемом передаваемой информации. Возможности резкого увеличения потока информации наиболее полно реализуются при использовании цифровых систем передачи (ЦСП) и оптических кабелей (ОК). Эти кабели не только экономят дефицитную медь но и обеспечивают новые качественные улучшения в трактах передачи информации: широкополосность помехозащищенность большие длины трансляционных участков и т.д.
Оптические линии получают широкое развитие на магистральных и зоновых сетях связи а также для связи между городскими АТС. Весьма перспективно применение оптических систем в кабельном телевидении которое обеспечивает высокое качество изображения и существенно расширяет информационное обслуживание индивидуальных абонентов. Во многих странах активно ведутся работы по созданию интегральных абонентских городских сетей многоцелевого назначения (телефон передача данных видеотелефон телекс кабельное телевидение видеотекст доступ к банкам данных и т.д.). Легкость малогабаритность невоспламеняемость ОК сделали их весьма полезными для монтажа оборудования летательных аппаратов судов и других мобильных устройств. ОК получают дальнейшее применение для монтажа радиоэлектронной аппаратуры в вычислительных и измерительных комплексах системах АСУ и пр. Проложены подводные магистрали на ОК через Атлантический и Тихий океаны на десятки тысяч каналов. Весьма перспективно применение ОК на высоковольтных линиях электропередач для организации технологической связи. Здесь реализуется высокая защищенность ОК от внешних электромагнитных воздействий.
Волоконно-оптическая техника постоянно совершенствуется. Рассмотрим основные современные направления развития волоконно-оптических систем передачи (ВОСП) [1].
Переход в более длинноволновый диапазон где коэффициент затухания ОК значительно уменьшается что позволяет увеличить длину регенерационного участка. Так в диапазоне λ=155мкм длина регенерационного участка составляет 70-100км а в более длинноволновом диапазоне (до 10мкм) она возрастает до 300-500км.
Использование наиболее эффективных методов модуляции и когерентных методов приема сигналов что повышает чувствительность ВОСП на 5-20дБ по сравнению с системами с прямым фотодетектированием.
Разработка средств связи использующих нелинейные свойства оптических волокон с целью создания солитонового режима распространения. Этот режим позволяет существенно увеличить объем передаваемой информации и дальность связи без использования ретрансляторов.
Применение волоконной оптики на абонентском участке для создания интегральной сети с целью предоставления новых услуг связи (кабельное телевидение компьютерная передача стереорадиовещание телефакс видеотелефон).
Внедрение одномодовых оптических волокон (ООВ) которые обладают наибольшей информационно-пропускной способностью и дальность передачи.
Использование в ОК спектрального метода уплотнения.
Для многих применений ВОЛС важнейшим качеством является их невосприимчивость к внешним электромагнитным полям. Обычные системы связи предусматривают весьма сложные и дорогие средства защиты от помех создаваемых транспортом с электрической тягой разнообразнейшими энергетическими технологическими и другими электроустановками. Использование ВОСП радикально решает проблему электромагнитной совместимости. Таким образом волоконно-оптическая связь становится буквально незаменимой и в следствии того что она свободна от внешних помех в том числе и от помех со стороны соседних ВОЛС.
Невосприимчивость ВОСП к внешнему воздействию низкая стоимость волоконно-оптических кабелей постоянная тенденция к снижению стоимости оптических компонент а также всеобщая цифровизация методов передачи привело к тому что волоконно-оптические системы стали экономически выгодными при организации не только магистральных линий связи но и организации абонентской сети. Судя по всему уже не требует аргументации следующий тезис: в настоящее время и в обозримой перспективе оптическое волокно остается основной средой передачи в фиксированных сетях связи. Гораздо больший интерес представляет обсуждение вопроса о том что же должно работать поверх волокна то есть какие технологии будут наиболее эффективно обеспечивать необходимую пропускную способность сети ее функциональность и устойчивость.
Сегодня технология SDH наиболее широко распространена и является в настоящее время самым мощным инструментом создания высоконадежных универсальных транспортных сетей на базе которых можно организовывать как специализированные (по виду услуг) так и мультисервисные телекоммуникационные сети. Конечно технология и аппаратура SDH применяются и в сетях других категорий (выделенных технологических специального назначения). Однако развитие сетей общего пользования в наибольшей степени отражает и общие тенденции развития сетей связи. В аппаратуру SDH изначально были заложены функции позволяющие осуществлять автоматизированное управление сетью конфигурировать сеть и контролировать ее работу выявлять повреждения и переключаться на резервные каналы и т.д.
Целью дипломного проекта является расширение динамического диапазона ВОСП для повышения длины регенерационного участка что важно для систем специального назначения и коммерческих систем связи удаленных районов.

ПРИЛОЖЕНИЕ А.docx

СПРАВКА ОБ ИССЛЕДОВАНИИ ПАТЕНТНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
объекта поиска: Оптические мультиплексные системы передача по оптическим волокнам.
период просмотрено: Реферативный журнал «Связь»
06 №1-№12; 2007 №1-№12;
08 №1-№12; 2009 №1-№12;
Патентный фонд БГУИР.
Патентный фонд ФГУ ФИПС
Таблица А.1 – Справка об исследовании патентной литературы
Название выявленных аналогов источников
Отличительные признаки сущность аналогов
А.1. Пат. 2394377 США
Когерентный оптический приемник с управлением посредством обратной связи и с электронной компенсацией
Изобретение относится к технике оптической связи и может использоваться для приема оптических сигналов. Технический результат состоит в повышении надежности приема. Для этого оптический когерентный приемник согласно одному варианту осуществления имеет гетеродинную конфигурацию и согласно другому варианту осуществления имеет гомодинную конфигурацию причем в каждой конфигурации применяются множественные сигналы обратной связи и аналого-цифровое преобразование для оптимизации отклика на модулированный оптический входной сигнал обеспечение по отдельности РЧ выходных I- и Q-каналов.
А.2. Пат. 2095764 РФ
Когерентный оптический приемник
Использование: область волоконно-оптической связи. Сущность изобретения: в когерентный оптический приемник содержащий оптический ответвитель состоящий из двух оптических направленных ответвителей для формирования двух каналов оптический усилитель фазосдвигающий элемент со схемой управления источник накачки оптического усилителя фотоприемник введена оптическая линия задержки оптический усилитель выполнен по крайней мере из двух оптических
Продолжение таблицы А.1
усилителей входного и выходного между которыми установлен оптический вентиль при этом второй выход первого оптического направленного ответвителя через оптическую линию задержки подключен к второму входу второго оптического направленного ответвителя выходы которого подключены к входам фотоприемника а фазовый
сдвиг между оптическими колебаниями в каналах равен нечетному числу 2.
Приемники с разнесением по фазе для гомодинного детектирования оптических DQPSK сигналов.
Приемники с разнесением по фазе обладают функцией управления фазовым шумом в режиме гомодинного детектирования. Их можно использовать как широкополосные подстраиваемые приемники при уплотнении каналов по длине волны. Ранее приемники исследовались для форматов бинарной модуляции (амплитудной дифференциальной фазовой и частотной манипуляций). Представлены результаты исследования гомодинного приемника с разнесением по фазе для дифференциальной. квадратурной фазовой манипуляции (DQPSK) которые могут быть. использованы в качестве альтернативы DQPSK приемникам прямого детектирования и гомодинным приемникам с числовой оценкой фазы.
Новая структура оптического приемника объединяющая преобразование длины волны и гомодинное детектирование.
Предложена новая схема оптического приемника которая объединяет преобразование длины волны и гомодинное детектирование. Характеристики устройства исследованы с помощью моделирования. Главным преимущество предложенной схемы является использование одного и того же лазерного источника излучения как для блока преобразования длины волны так и для блока гомодинного детектирования что устраняет необходимость использования какой-либо петли оптической фазовой синхронизации. Полученные результаты показали что параметры основных характеристик были существенно улучшены по сравнению с типичными приемниками прямого детектирования или гомодинными приемниками.
Отличительные признакисущность аналогов
-Гбитс DPSK гомодинное когерентное детектирование при сверхплотном спектральном мультиплексировании использующее оптическую петлю фазовой синхронизации основанную на поднесущей.
Оптическая петля фазовой синхронизации основанная на поднесущей используется для построения оптического приемника для гомодинного когерентного детектирования спектрально мультиплексированных 25-Гбитс сигналов в формат
бинарной фазовой манипуляции. Анализ внутриканальной интерференции был проведен путем оценки влияния разнесения каналов на характеристики системы. Предлагаемые архитектуры продемонстрировали перспективность для использования при более плотном расположении много Гбитс каналов и делают когерентные оптические технологии коммерчески доступными.
Прототип гомодинного приемника с переключающимся во времени фазовым разнесением и аналоговой обработкой с прямой связью
Экспериментально продемонстрирован гомодинный оптический приемник в формате относит. фазовой манипуляции. Приемник основан на переключающемся во времени фазовом разнесении без необходимости использования 90° оптического гибрида. Получены высокие допустимые отклонения фазового шума показано что схема может быть реализована на стандартных электрических и оптических компонентах.
Гомодинное синфазное и квадратурное детектирование слабо когерентных состояний со слежением за фазой несущей.
Представлена структура гомодинного приемника для детектирования слабо когерентных состояний который использует последовательные синфазные и квадратурные измерения принятого оптического сигнала. Такой приемник осуществляет слежение за фазой несущей которое требует только 1 сбалансированный гомодинный детектор но включает ОС после детектирования которая дополнительно позволяет использовать модуляции
подавленной несущей в принятом поле для эффективной передачи. Описана экспериментальная. интерферометрическая автогомодинная установка для последовательного детектирования фотонов.

4 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ.docx

4 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ
ПРИЕМНОЙ ЧАСТИ ВОСП С РАСШИРЕННЫМ
ДИНАМИЧЕСКИМ ДИАПАЗОНОМ
Основываясь на результатах сравнительного анализа приемных оптических модулей для систем ВОСП и с учетом эксплуатационно-технических требований была разработана структурная схема гомодинного оптического приемника приведенная на рисунке 4.1.
В основе проектируемого оптического приемника лежит гомодинный метод приема заключающийся в оптическом смешивании принимаемого оптического сигнала с оптическим колебанием местного лазерного гетеродина поэтому в составе приемника имеется два тракта – это сигнальный тракт и гетеродинный. Также в состав приемника входят фотодетектор блоки обработки электрического сигнала и дополнительные устройства осуществляющие контроль над параметрами приемника.
На входе оптического приемника располагается оптический разветвитель который представляет собой неселективный пассивный оптический элемент распределяющий мощность входного оптического сигнала в равной степени между несколькими его выходами [2] [5]. В данном случае оптический разветвитель имеет два выхода один из которых подключен к сигнальному тракту а другой – к гетеродинному тракту.
В состав сигнального тракта входят оптическая линия задержки (ЛЗ) и оптический сумматор. В общем линия задержки представляет собой устройство предназначенное для задержки электромагнитных сигналов на определённый промежуток времени. Оптическая ЛЗ – это оптическая среда с низкой скоростью распространения сигнала то есть с высоким показателем преломления. Оптические ЛЗ могут строиться на базе дифракционных решеток и призм либо их совокупности т.е. в виде призменно-линзовых линий [6]. В качестве оптического сумматора выполняющего объединение входных оптических сигналов выступает выше рассмотренный оптический разветвитель включенный в обратном направлении и поэтому имеющий два входа и один выход. Его входы подключены к выходам оптической ЛЗ и гетеродинного тракта а вход – к входу фотодетектора.
Роль гетеродинного тракта выполняет усилитель Мандельштама-Бриллюэна. В использовании данного усилителя и заключается особенность проектируемого гомодинного оптического приемника. Действие этого усилителя основано на вынужденном рассеянии Мандельштама-Бриллюэна (ВРМБ). Рассмотрим как оно происходит.
Любое оптическое волокно характеризуется наличием движущейся волны распределения плотности вещества которую называют фононом. В обычных условиях фононы существуют в твердых телах за счет тепловой энергии. Данные фононы являются акустическими [7].
Если же в этом материале распространяется свет – будем называть его падающим то возникают процессы рассеивания падающего света на акустических фононах приводящие как к поглощению так и испусканию новых фононов. Рассеяние с испусканием фононов более эффективно чем рассеяние с поглощением фонона. Когда при рассеянии возникает новый фонон то частота световой волны уменьшается [7]. Такой процесс называется стоксовым рассеянием а частота рассеянной световой волны – стоксовой частотой . Очевидно что для соблюдения закона сохранения энергии должно выполняться условие [7]:
где – частота рассеянной световой волны;
– частота падающей световой волны;
Кроме закона сохранения энергии в процессе рассеяния должен выполняться закон сохранения импульса который в данном случае можно выразить через соотношение волновых векторов [10]:
где – волновой вектор падающей световой волны;
– волновой вектор рассеянной световой волны;
– волновой вектор фонона.
Поскольку вероятность рассеивания пропорциональна числу соответствующих фононов а их число зависит от температуры то оказывается что этот эффект при обычных условиях довольно слаб. Однако если увеличивать интенсивность падающего света то начиная с некоторого значения интенсивности (порога) ситуация резко меняется. Дело в том что наличие в материале кроме падающей еще и рассеянной световой волны увеличивает вероятность рассеяния. Совместное воздействие падающей и рассеянной волны приводит к возникновению новых фононов на которых в свою очередь рассеивается падающая волна. Как только рассеяние становится настолько эффективным что начинает превосходить затухание света то рассеивание начинает лавинообразно нарастать и интенсивность рассеянного света быстро становится сравнимой с интенсивностью падающего [8]. Поэтому данное явление можно использовать для усиления слабых сигналов частота которых смещена от частоты волны накачки (падающей волны) на величину сдвига который представляет собой разницу между частотой накачки и частотой сформированной рассеянной волны :
Для увеличения эффективности взаимодействия волны накачки с рассеянной волной они должны быть направлены навстречу друг другу. Графически направления распространения волны накачки акустической волны рассеянной волны и усиливаемой волны в сердцевине оптического волокна при ВРМБ показаны на рисунке 4.2.
Рисунок 4.2 – Направления распространения волны накачки акустической волны рассеянной волны и усиливаемой волны
Усилители ВРМБ характеризуются узкой полосой усиления которая составляет меньше 20 МГц что подходит для применения в проектируемом гомодинном оптическом приемнике так как позволяет отдельно усилить несущую принятого оптического сигнала оставляя боковые полосы модуляции не усиленными. Это позволяет сформировать оптическое колебание гетеродина которое автоматически совпадает по частоте и фазе с принимаемым оптическим сигналом что соответствует принципу гомодинного приема.
В состав усилителя Мандельштама-Бриллюэна входят оптический изолятор активное волокно оптический циркулятор цилиндрическая линза лазер и устройство стабилизации мощности лазера. Оптический изолятор обеспечивает пропускание светового сигнала в одном направлении почти без потерь а в обратном направлении с большим затуханием т. е. в составе усилителя оптический изолятор пропускает входное принимаемое оптическое излучение и подавляет волну накачки которая распространяется со стороны лазера в обратном направлении [8]. Активное волокно представляет собой световод в котором осуществляется вынужденное рассеяние Мандельштама-Бриллюэна. Оптический циркулятор является устройством для направленной передачи энергии оптических колебаний между его плечами т. е. энергия подведённая к одному из плеч передаётся в другое строго определённое плечо в соответствии с порядком их чередования. Используемый оптический циркулятор является 4-портовым т. е. имеет два входа и два выхода. Первый вход (порт 1) подсоединен к выходу активного волокна второй вход (порт 4) – к лазеру через цилиндрическую линзу первый выход (порт 2) подсоединен ко входу оптического полосового фильтра а второй (порт 3) – к балансной нагрузке. Таким образом усиленное излучение входящее в порт 1 проходит в порт 2 излучение сформированное лазером через порт 4 проходит в порт 1. Балансная нагрузка подключенная к порту 3 предназначена для поглощения отраженных оптических волн от оптического полосового фильтра порта 2. На рисунке 3.3 представлена схема 4-х портового циркулятора и направление распространения оптических излучений по его плечам [9].
Рисунок 4.3 – Схема четырех портового оптического циркулятора
Цилиндрическая линза предназначена для преобразования поляризации излучения лазера из эллиптического в круговое. Лазер представляет собой одномодовый источник света который предназначен для формирования волны накачки которая направляется через оптический циркулятор в активное волокно [5]. Устройство стабилизации мощности поддерживает уровень мощности излучения лазера достаточным для осуществления ВРМБ в активном волокне. Для этого в состав устройства входит встроенный приемник оптического излучения.
В гетеродинный тракт входит также оптический полосовой фильтр который является пассивным элементом который отсекает или поглощает входное оптическое излучение в определенных областях длин волн и пропускает излучения на других длинах волн [5].
Дополнительным устройством входящим в состав приемника являются устройство подстройки длины волны лазера. Устройство подстройки длины волны управляется сигналом приходящим с выхода широкополосного предусилителя и обеспечивает формирование той длины волны накачки лазера которая необходима для усиления только несущей частоты в принимаемом оптическом сигнале.
Принимаемый модулированный по интенсивности оптический сигнал с выхода волоконно-оптической кабеля поступает через оптический разъем в оптический разветвитель образованный двумя связанными световодами и делящий сигнал на две равные по мощности части.. Одна из них направляется на оптическую линию задержки в сигнальном тракте длина которой выбирается из условия равенства времени задержки с временем прохождения сигнала через гетеродинный тракт. С выхода оптической линии задержки оптический сигнал поступает на первый вход оптического сумматора. Спектральное распределение интенсивности принимаемого оптического сигнала состоит из несущей составляющей и двух боковых полос в которых заложен передаваемый информационный сигнал и приведено на рисунке 4.4.
Рисунок 4.4 – Спектральное распределение интенсивности принимаемого оптического сигнала
Вторая половина мощности сигнала со второго выхода оптического разветвителя направляется в гетеродинный тракт – на вход оптического усилителя Мандельштама-Бриллюэна который как уже было выше сказано благодаря вынужденному рассеянию Мандельштама-Бриллюэна усиливает оптическую несущую отдельно оставляя боковые полосы модуляции без усиления. Усиленная несущая действует как оптическое колебание местного генератора которое совпадает по частоте и фазе с принимаемым оптическим сигналом. Данная усиленная несущая выделяется оптическим полосовым фильтром который подавляет не усиленные боковые составляющие и поступает на второй вход оптического сумматора. На рисунке 4.5 поясняющем графически функционирование гетеродинного тракта представлены спектральные распределения интенсивности оптического сигнала в трех точках гетеродинного тракта.
а – на входе активного волокна; б – на входе оптического полосового фильтра; в – на втором входе оптического сумматора
Рисунок 4.5 – Спектральные распределения интенсивности оптического сигнала
Таким образом на оптический сумматор поступают оптический сигнал с сигнального тракта и оптическое колебание соответствующее по частоте и фазе оптической несущей входного модулированного сигнала. Необходимо заметить что данные оптические излучения должны иметь кроме одинаковых частот и фаз еще и одинаковую поляризацию для полного взаимодействия друг с другом. Для этого оптический разветвитель оптическая линия задержки оптический сумматор оптический изолятор активное волокно оптический циркулятор оптический полосовой фильтр и оптические световоды соединяющие их должны обладать свойством сохранения поляризации.
В сумматоре происходит взаимодействие входных оптических излучений и на выходе формируется оптический сигнал соответствующий модулирующему электрическому сигналу на передающей стороне но в оптическом диапазоне частот. То есть происходит перенос оптического сигнала с несущей частоты на нулевую частоту.
Затем данный оптический сигнал поступает на фотодетектор с выхода которого сформированный электрический сигнал который подвергается дальнейшей стандартной обработке.
Фотодетектор который располагается после оптического сумматора предназначен для преобразования входного оптического излучения в электрический сигнал.
К блокам обработки электрического сигнала относятся широкополосный предусилитель электрический фильтр нижних частот основной усилитель решающее устройство выделитель тактовой частоты. Электрический сигнал на выходе фотодетектора является низким по уровню. Фильтр нижних частот выделяет полосу частот информационного сигнала а остальные спектральные составляющие обусловленные наличием дробового и теплового шумов фонового излучения на входе фотодетектора и темнового тока на выходе фотодетектора подавляет. Основной усилитель устраняет затухания которые вносятся фильтром и обеспечивает необходимый выходной уровень для принятия решения решающим устройством которое работает по стробирующему импульсу формируемым выделителем тактовой частоты. Декодер линейного кода и декодер кода Рида-Соломона производит обратное преобразование в код NRZ — формата STM-1.

7 экономика.docx

7 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ
1 Характеристика проекта
В данном дипломном проекте разработана приемная часть волоконно-оптической системы передачи с расширенным динамическим диапазоном.
В настоящее время волоконно-оптические системы передачи являются самой перспективной средой для передачи больших потоков информации на большие расстояния. С ростом количества оптических линий в современных сетях связи требуется своевременная модернизация систем передачи и приёма оптических сигналов. Это необходимо для увеличения надёжности и увеличения расстояния передачи данных без использования дополнительного оборудования такого как регенераторы например. Что в свою очередь уменьшит затраты на построение такой линии связи.
Перечисленные выше факторы однозначно указывают на необходимость разработки волоконно-оптической системы передачи с расширенным динамическим диапазоном которая позволяет передавать информацию на большие расстояния без потери данных.
Осуществим расчет сметной калькуляции проектируемой системы передачи согласно методическому пособию [34].
Технико-экономическое обоснование посвящено решению следующих задач:
расчет сметы затрат на выполнение проектных работ;
расчет сметы затрат на внедрение.
2 Расчет сметы затрат на выполнение проектных работ
Таблица 7.1 – Расчет основной заработной платы исполнителей
Количество исполнителей
Месячная заработная плата тыс.руб.
Инженер-проектировщик
Всего основная заработная плата
Основная заработная плата составляет: тыс.руб.
В статью затрат «Дополнительная заработная плата» входят выплаты стимулирующего характера. Дополнительная заработная плата рассчитывается по формуле:
где НД – норматив дополнительной заработной платы НД = 20%.
Отчисления в фонд социальной защиты населения рассчитываются по формуле:
где НСОЦ – ставка отчислений в Фонд социальной защиты населения НСОЦ = 34%.
Отчисления в бюджет рассчитываются по формуле:
где НБ – норматив отчислений на обязательное страхование НБ = 1%.
Командировочные расходы рассчитываются по формуле:
где НК – норматив на командировочные расходы НК = 10%.
Прочие расходы включают в себя всевозможные мелкие затраты и рассчитываются по формуле:
где НПР норматив прочих расходов НПР = 8%.
В статью затрат «Накладные расходы» включается административно-хозяйственные расходы расходы по обслуживанию работников расходы на организацию работы прочие расходы и рассчитывается по формуле:
где ННАКЛ – норматив накладных расходов ННАКЛ = 160%
Полная себестоимость проекта рассчитывается по формуле:
СП = ЗО + ЗД + РСОЦ + РБ + РК + РПР + РНАКЛ (7.7)
СП =12000+2400+4896+144+1200+960+19200=40800 тыс.руб.
где РП – уровень рентабельности проекта равный 20%.
Отпускная цена без НДС:
Ц*=40800+8160=48960 тыс.руб.
НДС рассчитывается от отпускной цены:
где НДС – ставка налога на добавленную стоимость НДС = 20%.
Зная величину НДС можно вычислить отпускную цену с НДС:
ЦОТП = Ц*+НДС (7.11)
ЦОТП =48960+9792=58752 тыс.руб.
Результаты проделанных расчётов приведены в таблице 7.2.
Таблица 7.2 – Расчет затрат на выполнение проектных работ
Наименование статьи затрат
Основная заработная плата исполнителей
Дополнительная заработная плата исполнителей
Отчисления в Фонд социальной защиты
Командировочные расходы
Полная себестоимость проекта
Отпускная цена без НДС
Отпускная (свободная) цена
3 Смета затрат на внедрение
В таблице 7.3 представлен расчет затрат на оборудование.
Таблица 7.3 – Расчет затрат на оборудование
Общая стоимость тыс. руб.
Входной интерфейс CMI
Кодер цифрового сигнала
Лазер Ericsson Microelectronics PGT 20108
Усилительный блок PGE 60816
Модулятор Маха-Цендера
Продолжение таблицы 7.3
Драйвер лазера PGT 20108
Источник постоянного тока ИБП-61
В таблице 7.4 представлен расчет затрат на материалы.
Таблица 7.4 – Расчет затрат на материалы
Элементы кабельной сети
Подсчитаем затраты на оборудование и материалы (транспортные затраты примем равными 5%):
РМК=1.05·(19400+1600)=22050 тыс.руб.
В таблице 7.5 представлен расчет заработной платы.
Таблица 7.5 – Расчет основной заработной платы исполнителей
Месячная заработная плата одного специалиста тыс. руб.
Основная заработная плата составляет:
Прочие расходы включаю в себя всевозможные мелкие затраты и рассчитываются по формуле:
Полная себестоимость проекта рассчитывается по формуле:
СП = РМК + ЗО + ЗД + РСОЦ + РБ + РК + РПР + РНАКЛ (7.18)
СП =22050+5800+1160+23664+696+580+464+9280=41770 тыс.руб.
где РП – уровень рентабельности проекта равный 20%.
Ц*=41770+8254=50024 тыс.руб.
ЦОТП = Ц*+НДС (7.22)
ЦОТП =50024+100048=600288 тыс.руб.
Результаты проделанных расчётов приведены в таблице 7.6.
Таблица 7.6 – Расчет затрат на внедрение
Условные обозначения
Материалы и оборудование
Итоговая стоимость внедрения проекта складывается из стоимости создания проекта и стоимости строительства и составляет:
Ц= ЦОТП. ПР.. + ЦОТП. М. =58752+600048=1187568 тыс.руб.

Приемник гетеродинный оптический (чертеж 2).dwg

ул. Проектируемая N1
ул. Проектируемая N8
Условные обозначения
-25.6- - протяженность участка (м);
N7388 - номер колодца кабельной канализации связи;
- номер канала указывает эксплуатация.
(24+33+79+85+80+80+80)
ОРШ-288 5 сплиттеров 1х32
ОРШ-288 8 сплиттеров 1х32
ОРШ-288 2 сплиттера 1х32
ул. Проектируемая N6
ул. Проектируемая N9
(24+10+20+30+29+15+15+24+29)
прокладываемый по зданию в трубах.
Оптический разветвитель
ГУИР ДП 1 - 45 01 01 01 010 Э1
Приемник гетеродинный оптический Схема электрическая структурная
Процессор входного сигнала
Оптический ответвитель
Цепь обработки после ответвителя
Сбалансирован- ный фотодиод- ный преобразо- ватель
Процессор RFEDF модулирующе- го сигнала
Модулирован- ный оптичес- кий входной сигнал
Процессор оптического гетеродина
Оптический гетеродин
Блок обнаружения пиков
Схема синхронизации по частотофазе
Схема автоматического сканирования

Расчеты (плакаты).dwg

ГУИР ДП 1 - 45 01 01 01 010 ПЛ
Расчет параметров гомодинного оптического приемника
Оптический передатчик
Выражение для отношения сигналшум на выходе гомодинного приемника:
Выигрыш в соотношении несущаяшум при применении гомодинного приемника будет определяться выражением
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ГОМОДИННОГО ОПТИЧЕСКОГО ПРИЕМНИКА
Обобщенная схема цифровой ВОЛС
График зависимости выигрыша от входного уровня оптического сигнала
График зависимости отношения несущаяшум от входного уровня оптического сигнала
Формула для расчета реальной чувствительности
Формула для расчета длины регенерационного участка по потерям в линейном тракте

Раздел 2.docx

2. ОБОСНОВАНИЕЭКСПЛУАТАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКИХ
ТРЕБОВАНИЙ ЗАДАНИЯ НА СИСТЕМУ С
РАСШИРЕННЫМ ДИНАМИЧЕСКИМ ДИАПАЗОНОМ.
В ВОСП оптические сигналы передаются по волоконным световодам которые могут быть выполнены из различных материалов: стекло полупроводники пластмассы. При распространении оптических сигналов происходит поглощение оптического излучения которое вызвано квантовыми переходами между различными молекулярными уровнями вещества. Например в кварцевом стекле () пик поглощения приходится на длину волны 92 мкм однако его "хвост" тянется до диапазона 08 16 мкм. Кроме того в стеклянных волокнах большую роль играют примеси гидроксильных ионов ОН’ переходных металлов Fe Ni Cr V Cu которые приводят к большой неравномерности характеристики затухания [6]. Спектральные характеристики затухания стеклянного волокна показаны на рисуноке 2.1.
Рисунок 2.1 – Спектральные характеристики затухания стеклянного
Также рассеяние оптического излучения может происходить на малых неоднородностях материалов габариты которых сопоставимы с длиной оптической волны в том числе на малых изгибах волноводов.
Характеристика затухания стекловолокна из-за поглощения и рассеяния имеет характер "окон прозрачности" с ограниченными диапазонами частот которые рекомендованы для систем передачи. При этом параметры затухания нормированы для применения в системах передачи показаны на рисунке 2.2 [6].
Рисунок 2.2 – Нормированные окна прозрачности для систем
На рисунке 2.2 выделены четыре диапазона. Диапазоны A и B предназначены для длинных линий связи а диапазоны C и D предназначены для средних и коротких линий связи.
Как было сказано выше в настоящее время в активном оборудовании используется три длины волны:
– длина волны 850 нм. широко используется из-за низкой стоимости излучателей на этой длине волны;
– длина волны 1310 нм. является промежуточным по цене и качеству вариантом и поэтому наиболее популярным;
– длина волны 1550 нм. предназначено для протяженных линий высокого качества передачи длиной более 50 км.
Поэтому выбираем значение длины волны в 155 мкм так как это обеспечивает максимальную длину регенерационного участка.
Следующим параметром фотоприемника является его чувствительность. Чувствительность оптического приемника представляет собой способность принимать слабые по интенсивности оптические сигналы и в основном зависит от таких параметров как требуемое отношение сигналшум на выходе приемника и чувствительности фотодетектора. Чувствительность фотодетектора Sч зависит от квантовой эффективности фотодетектора и используемой длины волны и может быть рассчитана по формуле:
где – квантовая эффективность фотодетекторов;
– заряд электрона Кл;
– длина волны излучения принимаемого сигнала м;
– постоянная Планка Джс;
– скорость света мс.
Квантовая эффективность характеризует отношение числа первичных электронно-дырочных пар к числу падающих на детектор фотонов. Этот параметр часто выражается в процентах (реже в амперах на люмен). Так если на каждые 100 фотонов приходится 60 пар электрон-дырка то квантовая эффективность равна 60%.
Требуемое значение чувствительности оптического приемника выберем равным 65 дБм.
Основные параметры оптического интерфейса STM-1 приведены в таблице 2.1.
Таблица 2.1 - Параметры оптического интерфейса STM-1
Наименование интерфейсов
Битовая скорость Мбитс
Максимальная отражающая способность приемника
Измеренная по MPI-R – 27 дБ

5 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ГОМОДИННОГО ОПТИЧЕСКОГО.docx

5 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ГОМОДИННОГО ОПТИЧЕСКОГО
1 Расчет выигрыша отношения несущаяшум в оптическом
тракте с гомодинным оптическим приемником
Простейшая цифровая ВОЛС рисунок 5.1 включает в свой состав оптический передатчик состоящий из лазера оптический приемник состоящий из pin-диода предусилителя и решающей схемы.
Рисунок 5.1 – Обобщенная схема цифровой ВОЛС
Шумы передатчика формируются лазером вследствие спонтанной эмиссии фотонов которая приводит к некогерентности светового потока. Эти шумы характеризуются относительной интенсивностью – RIN (Relative Intensity Noise) т. е. мощностью шумов измеряемых в полосе 1 Гц по отношению к мощности излучаемого квазикогерентного светового потока. Отношение несущаяшум (ОНШ) на выходе оптического передатчика можно рассчитать в соответствии с [19] по формуле:
где – индекс оптической модуляции по интенсивности (ОМИ) исчисляемый в безразмерных единицах;
– шумовая полоса оптического приемника Гц;
– шум относительной интенсивности дБГц.
Шумовая полоса оптического приемника для скорости передачи В Мбитc составляет примерно В2.
Формулу (5.1) можно переписать в логарифмическом виде:
В формуле (5.2) единицы измерения: .
Величина 63 в правой части формулы (5.2) представляет собой результат суммирования 3дБ (логарифмическое представление числа 2) и поправки к величине относительной интенсивности шумов пересчитанной для полосы шириной 1 МГц. Интенсивность шумов в этой полосе будет больше RIN в раз что при логарифмическом представлении приводит к увеличению значения на 60 дБ.
Из формулы (5.2) видно что с повышением m которое достигается путем увеличения уровня сигнала подаваемого на вход оптического модулятора увеличивается . Следовательно всякое увеличение (уменьшение) уровня входного сигнала оптического передатчика на 1 дБ вызывает увеличение (уменьшение) ОМИ на 05 дБ и как следствие соответствующее изменение на выходе оптического приемника также на 1 дБ (при неизменном уровне входной оптической мощности).
На рисунке 5.2 приведены рассчитанные в MathCAD графики зависимости отношения несущаяшум на выходе передатчика от для значений индекса оптической модуляции . При чем шум относительной интенсивности будет изменяться в пределах дБГц шумовую полосу оптического приемника в соответствии с техническим заданием возьмем равной 155.520280 МГц.
Рисунок 5.2 – Графики зависимости отношения несущаяшум от
для разных значений индекса оптической модуляции
Как видно из рисунка 5.2 наибольшие значения в отношении несущаяшум на выходе передатчика наблюдаются при большем индексе оптической модуляции.
Шумы приемника при прямом методе фотодетектирования во многом зависят от его чувствительности фотодетектора АВт определяемой по формуле:
где – квантовая эффективность фотодетектора которая представляет собой физическую величину измеряемую током (в кулонах) который появляется на выходе фотодетектора при воздействии на его входе одного кванта световой энергии;
– заряд электрона Кл;
– длина волны излучения принимаемого сигнала мкм;
– постоянная Планка Джс;
– скорость света мс.
Шумы приемника в основном обусловлены хаотическим движением электронов (shot noise – дробовый шум) а также тепловым шумом (termal noise) создаваемым сопротивлением фотодетектора и последующим усилителем. Соотношение несущаяшум обусловленная только дробовым шумом будет определяться в соответствии с [19] по формуле:
а ОНШ обусловленное только тепловым шумом по формуле [19]:
где – эквивалентный шумовой тепловой ток усилителя пАГц12;
– уровень входной оптической мощности мВт.
Приведенные соотношения (5.4) и (5.5) запишем в удобной для практического пользования логарифмической форме в соответствии с [19]:
Если параметр чувствительности фотодетектора S неизвестен следует использовать следующие расчетные соотношения [19]:
где – длина волны излучения принимаемого сигнала мкм.
В формулах (5.6-5.9) единицы измерения: .
Суммарное выражение для отношения несущаяшум оптической системы можно определить по традиционной формуле сложения некоррелированных мощностей [19]:
На рисунке 5.3 приведены кривые зависимости отношения несущаяшум от входного уровня типового оптического приемника цифровой ВОСП при параметрах дБГц МГц эквивалентный шумовой тепловой ток усилителя пАГц12. Изменение входного уровня сигнала взято в пределах от -50 дБм до -35 дБм.
Рисунок 5.3 – График зависимости отношения несущаяшум от
входного уровня оптического сигнала
Как видно из рисунка 5.3 увеличение уровня входного сигнала приводит к увеличению отношения несущаяшум.
В соответствии с техническим заданием для вероятности ошибки Рош=10-10 необходимо соотношение сигналшум 18 дБ. Таким образом чувствительность оптического приемника составляет минус 46 дБ
Определим формулу мощности для гомодинного приемника. При идеальном пространственном совпадении излучений несущей и местного гетеродина выражения для электрических составляющих полей могут быть представлены в виде выражений [5]:
где – амплитуда колебания несущей частоты В;
– круговая частота несущей радc;
– амплитуда колебания местного гетеродина В;
– круговая частота местного гетеродина радc.
Так как согласно принципу гомодинного приема оптических сигналов частоты излучений несущей и местного гетеродина должны совпадать то формулу (5.15) запишем в следующем виде:
Мгновенный ток фотодетектора будет рассчитываться по формуле [5]:
где – коэффициент преобразования интенсивности излучения в ток (чувствительность фотодетектора) который может определяться как:
В результате преобразования формулу (5.14) запишем в следующем виде:
В выражении (5.16) составляющая соответствующая разности фаз не меняется при временном усреднении за короткое время. Составляющие удвоенной частоты отфильтровываются фильтром. Постоянная составляющая тока не вносит большого вклада в выходной сигнал так как при надлежащем выборе мощности местного гетеродина можно добиться чтобы . При амплитудной модуляции колебания несущей и местного гетеродина находятся в фазе так что .Таким образом напряжение сигнала на выходе приемника можно определить по формуле [5]:
где – нагрузочное сопротивление оптического приемника Ом.
Средняя мощность сигнала на выходе приемника может быть найдена по формуле:
Подставив формулу (5.17) в формулу (5.18) получим выражение для мощности сигнала:
Средняя мощность несущего колебания и колебания местного гетеродина на поверхности фотодетектора могут быть получены усреднением их колебаний по времени за несколько циклов частоты колебаний в результате чего будут определяться по формуле [5]:
Подставив выражения (5.20) (5.21) в выражение (5.19) получим окончательное выражение для мощности сигнала:
Мощность дробовых шумов будет определяться по формуле [5]:
где – мощность фонового излучения Вт;
– средний темновой ток фотодетектора А;
– полоса пропускания выходного фильтра Гц.
А мощность тепловых шумов по формуле [5]:
где – постоянная Больцмана ДжК;
На основании формул (5.22) (5.23) (5.24) запишем выражение для отношения сигналшум на выходе гомодинного приемника:
Если мощность излучения местного гетеродина велика тепловыми шумами и дробовыми шумами обусловленными излучением несущей можно пренебречь тогда выражение (5.25) можно упростить:
Таким образом для гомодинного приема отношение сигналшум в 4 раза больше отношения сигналшум приемника прямого фотодетектирования (при ограничении только дробовыми шумами). Следовательно для гомодинного приемника можно написать на основании выражения (5.4) формулу для соотношения несущаяшум:
При работе с таким же передатчиком гомодинный приемник будет обеспечивать отношение несущаяшум:
Выигрыш в соотношении несущаяшум при применении гомодинного приемника будет определяться выражением:
Выражение (5.29) перепишем в виде:
На рисунке 5.4 приведена кривая выигрыша в зависимости от входного уровня оптического сигнала изменяющегося в пределах от -50 дБм до -35 дБм и при параметрах дБГц МГц мкм.
Рисунок 5.4 – График зависимости выигрыша от входного уровня
оптического сигнала
Как видно из рисунка 5.4 выигрыш в соотношении несущаяшум при применении гомодинного приемника в оптической системой по сравнению приемником на основе прямого фотодетектирования при уровне входного оптического сигнала от минус 46 дБм составляет 38 дБ при вероятности ошибки Рош=10-10.
2 Расчет чувствительности цифрового гомодинного приемника
при заданной вероятности ошибки
Понятие чувствительности оптического приемника представляет собой способность принимать слабые по интенсивности оптические сигналы. Различают реальную и пороговую чувствительности. Реальная чувствительность – это чувствительность приемника определяемая минимальным уровнем оптического сигнала на его входе при заданном отношении уровней полезного сигнала и шума и заданном уровне полезного сигнала на выходе приемника для аналогового приемника и вероятности ошибки для цифрового. Пороговая чувствительность – это чувствительность приемника определяемая минимальным уровнем оптического сигнала на его входе при равных уровнях полезного сигнала и шума на выходе приемника. Соотношение сигналшум и вероятность ошибки связаны интегралом вероятности. Так например при Рош=10-10 отношение сигналшум равно 18 дБ.
Формулу для расчета реальной чувствительности дБм выведем на основе формул (5.3) и (5.27):
В формуле (5.31) число 30 учитывает переход к размерности в дБм.
Рассчитаем реальную чувствительность оптического приемника подставив в формулу (5.31) следующие численные значения: отношение несущаяшум которое должно быть обеспечено в приемнике дБ при чем данное значение является суммой 18 дБ определенных вероятностью ошибки 10-10 и 3 дБ представляющих собой запас на случай возникновения не предвиденных искажений; постоянная Планка ДжК; частота входного оптического сигнала где скорость света мс длина волны м; шумовая полоса в полосе приемника 80 МГц для системы ВОСП STM-1; квантовая эффективность фотодетектора индекс оптической модуляции :
Таким образом чувствительность гомодинного оптического приемника составила минус 6625 дБм что на 2925 дБ выше чем у приемника прямого фотодетектирования.
3 Расчет длины участка регенерации системы с расширенным
динамическим диапазоном
Основными элементами оптического тракта являются: оптический кабель устройство ввода оптического сигнала от источников излучения разъемные и неразъемные соединения устройства согласования ВС и приемного оптического модуля.
В последние годы в современных ВОСП широко используются различного типа ответвители оптические фильтры и т.д. Затухание является одной из основных характеристик ВС определяющей длину регенерационного участка. Оно обусловлено собственными потерями в волоконных световодах ВС и дополнительными кабельными потерями связанными со скруткой деформацией и изгибами световодов при положении покрытий и защитных оболочек в процессе изготовления ОК.
Собственные потери ВС состоят в первую очередь из потерь поглощения αп и потерь рассеяния αр. Потери на поглощение существенно зависят от чистоты материала и при наличии примесей случайно попавших в волокно (причины самые разные но в основном – несовершенство технологий) могут достигать очень больших величин [17 ].
Затухание за счет поглощения αп дБкм связано с потерями на диэлектрическую поляризацию зависит от свойств материала и обратно пропорционально длине волны [17 ]:
где n1 – показатель преломления;
тангенс угла диэлектрических потерь.
Рассеяние обусловлено неоднородностями материала ВС размеры которых меньше длины волны. Это рассеяние носит название релеевского:
где Кр – коэффициент рассеяния для кварца Кр =08 15 мкм4 дБкм.
Собственное затухание определяется выражением [17]:
Используя выражения (5.32) – (5.34) рассчитаем затухание в оптическом кабеле на длине волны λ=1550 нм. Исходные данные: n1=147; = 10-12; Кр=1 мкм4 дБкм.
Оптические разъемы и неразъемное соединение (сращивание) волокон используются для соединения секций волокна (кабеля). Волоконно-оптический кабель (ВОК) доставляется производителю работ на катушках с намотанным кабелем длиной 1-25 км. Для систем дальней связи в отличие от сетей в офисе клиента катушки состоят из сегментов кабеля (строительных длин) которые должны быть соединены вместе для создания рабочей системы. Для этой цели используются либо оптические разъемы либо сращивание волокон.
Промышленная практика диктует (в хорошем смысле) использование оптических разъемов на обоих концах кабеля и сращивание для промежуточных секций. Причины такой практики в следующем:
Сростки дают вносимые потери минимально на уровне 004 дБ на один сросток тогда как оптические разъемы имеют большие вносимые потери. Кроме того сростки обеспечивают определенное постоянство.
Это вынуждает использовать оптические разъемы в тех местах где мы ожидаем несколько или много соединенийразъединений например в коммутационных панелях или соединительных кроссах. Многие оптические разъемы сделаны для осуществления легкого сочленения (соединенияразъединения).
Возможность использования оптических разъемов должно рассматриваться там где волокно стыкуется либо с пассивным либо с активным устройством. Если мы хотим заменить устройство то это значительно удобнее сделать при наличии оптического разъема чем сростка.
На рынке существует большое количество специализированных оптических разъемов. Волоконно-оптические разъемы доступны в двух типоразмерах: разъемы стандартного размера и миниатюрные оптические разъемы. Существуют оптические разъемы которые могут соединить как одно так и несколько волокон.
Одни оптические разъемы могут быть спроектированы для соединений в полевых условиях другие — для соединения в заводских условиях. К последним типам относятся оптические разъемы для соединительных шнуров (пигтейлов). Соединительный шнур — короткий по размеру одноволоконный кабель присоединяемый обычно к устройствам типа: источник света или детектор светового сигнала.
Оптический разъем состоит из трех основных частей:
Наконечник — ферул.
Соединительная розетка.
Вид типичного оптического разъема в сборке приведен на рисунке 5.5.
Рисунок 5.5 – Основная структура оптического разъема
Обычно оптический разъем состоит из оболочки внутри которой расположен керамический наконечник (ферул) с прецизионным продольным концентрическим каналом. Оголенный отрезок волокна вставляется в канал наконечника и удерживается резиной или термоплавким клеем. Выступающий конец волокна затем скалывается и полируется заподлицо (плоское зеркальное полирование). Металлическая оболочка выравнивается и соединяется встык с керамическим наконечником мягкой опрессовкой. Наиболее распространенный внешний диаметр наконечника - 25 мм но в оптических разъемах с малым форм-фактором может использоваться наконечник диаметром 125 мм.
Для одномодового волокна точность выравнивания лучше чем 01 мкм а допуск на угловое выравнивание составляет 5°. Обычно рекомендуется контролировать вносимые потери установленного оптического разъема перед тем как отправить его потребителю.
Для изготовления разъемного соединения в производятся следующие операции. Во-первых волокно закрепляется в оптическом разъеме с помощью эпоксидной смолы. Этот процесс важен с точки зрения обеспечения надежности оптического разъема. Эпоксидная смола минимизирует температурные перемещения волокна позволяя осуществлять полировку торца без боязни повредить волокно кроме того она предохраняет волокно от воздействия окружающей среды. И наконец она допускает очистку торцов от клея на последней стадии. Поэтому очень важно чтобы эпоксидная смола присутствовала на всей длине отрезка голого волокна вокруг буфера (там где волокно входит в оптический разъем) а также вокруг кончика волокна выступающего из наконечника.
Во-вторых оптоволоконный торец на конце оптического разъема должен быть отполирован. Рекомендуется полирование типа физический контакт (PC). Это означает что концы волокон будут физически соприкасаться внутри адаптера оптического разъема как если бы они находились под давлением. Отсутствие полировки типа PC приводит к образованию воздушного зазора между волокнами и увеличению затухания.
Существует несколько рекомендованных методов полирования которые как правило зависят от материала наконечника. В общем случае если материал наконечника очень твердый например керамика то как правило наконечник закруглен в районе торцевого конца и на него ссылаются как на предварительно закругленный. Мягкие материалы наконечника такие как композитные термопластики или стеклокерамика могут полироваться плоско. Эти материалы изнашиваются примерно с такой же скоростью что и оптоволокно могут интенсивно полироваться и тем не менее поддерживать качество физического контакта.
Существуют несколько подходов в процессе подготовки волокна и оптического разъема к сборке. Торцевые концы волокна которые оконцовываются оптическими разъемами в настоящее время закругляются вместо того чтобы делать их плоскими и перпендикулярными. Преимущество такого подхода в том что свет не отражается непосредственно назад к источнику (так как угол отражения равен углу падения). Теперь он отражается назад под углом и как правило оказывается
потерянным для волокна. Радиальная полировка сначала отсекает часть отраженного света а затем направляет то что отразилось так что оно никогда не достигает исходного источника излучения. Этот подход называется полировкой торца до уровня физического контакта. Другое преимущество подхода использующего полировку закругленного конца до уровня физического контакта в том что волокна касаются наиболее выступающими точками которые приходятся на среднюю часть светонесущей сердцевины. Пользователь убежден что волокна касаются всегда и что воздушный зазор исключен.
Обратное отражение может быть снижено еще больше если использовать угловой физический контакт (АРС). Угловой контакт отражает свет в оболочку волокна а не в сердцевину.
Возвратные потери оптического разъема должны быть по крайней мере 40 дБ. Другой важный параметр — число сочленений. Оно относится к числу соединенийразъединений начиная с которого характеристики разъема станут ухудшаться. Это число как показывает опыт колеблется от 200 до 600 сочленений [17].
Затухание в соединениях αi дБ определяется следующим выражением:
где αф - затухание из-за френелевского отражения дБ;
αа - затухание из-за различия радиусов соединяемых ВС дБ;
αNa - затухание из-за различия в значениях числовых апертур дБ;
αd - затухание из-за несоосности соединяемых ОВ дБ;
αD - затухание из-за зазора между 0В дБ;
α - затухание из-за углового смещения дБ;
αq - затухание из-за различного профиля волокна дБ.
Неразъемные оптические соединения обеспечивают минимальный уровень оптических потерь в пределах 01 05 дБ в зависимости от типа волокна и технологии изготовления соединения. В этом случае затухание вследствие френелевского отражения и из-за зазора между волокнами равно нулю.
Затухание из-за зазора между соединяемыми волокнами за малостью можно не учитывать также и в разъемных соединениях. Затухание за счет френелевского рассеяния рассчитывается по следующей формуле:
где n1 – показатель преломления сердцевины ВС;
n0 – показатель преломления заполнения между торцами соединяемых волокон.
В зависимости от типа волоконного световода потери на соединениях определяются различными выражениями.
Распределение поля на торце одномодового световода может быть с хорошей точностью аппроксимировано гауссовой функцией:
где w0 полуширина на уровне где напряженность поля равна 1е.
Поэтому затухание определяется следующими формулами :
w01 w02 полуширины соединяемых волокон;
n2 показатель преломления сердцевины;
Затухание при возбуждении ВС от источника излучения рассчитывается по формуле:
где G - параметр характеризующий направленность излучения полупроводникового лазера (G=1 для светодиодов);
NA - числовая апертура 0В.
Используя выражения (5.36) (5.38) – (5.40) рассчитаем затухание в разъемных соединениях оптического тракта с максимальным разбросом при расчете будет учитывать что w01 w02 имеют 2% разброс при изготовлении волокон различных партиях.
Исходными данными являются d=01 мкм; 1; n2= 146; w0=45 мкм.
Потери в разъемных соединениях рассчитаем по формуле:
Затухание от возбуждения полупроводникового лазера с G =50 рассчитаем по формуле (5.41):
Неразъемное соединение или сросток постоянно соединяет два волокна. Существуют два типа соединений (сростков):
механическое соединение;
сварное соединение.
Самое важное в процедуре формирования неразъемного соединения (или сращивания) — точно выровнять концы двух волокон перед их соединением. Хорошая полировка концов волокон и их очистка также важны при совершении этой процедуры.
Механическое соединение — небольшой участок механически соединенного оптоволокна — сросток длиной 6 см и диаметром 1 см. Этот сросток осуществлен путем точного выравнивания двух концов волокон и их надежного постоянного механического соединения. Сросток закреплен с помощью быстросхватывающего покрытия или клеевой обвязки или с использованием того и другого. Механические сростки допустимы как для организации постоянного так и временного соединения. Вносимые потери за счет механического соединения обычно выше чем сварного соединения и имеют порядок 01 — 08 дБ.
Одномодовое волокно учитывая небольшой размер его сердечника и следовательно малый диаметр поля моды более чувствительно к ошибкам выравнивания волокна в месте сращивания. Следовательно устройства механического сращивания способные обеспечить достижение приемлемых вносимых потерь в бюджет потерь одномодового волокна стоят дороже требуют больше времени для сращивания и могут потребовать затрат на капиталовложения сравнимых с теми что используются для сварки.
Сварное соединение наиболее широко используется для постоянного соединения одномодового волокна. Получение хорошего сварного сростка значительно проще сейчас учитывая постоянный прогресс сварочного оборудования процедур и практики сварки в дополнение к постоянному улучшению контроля за геометрией волокна в процессе производства. В результате типичный диапазон достигаемых вносимых потерь составляет 004 — 01 дБ как для одномодовых так и многомодовых волокон.
В случае одномодовых волокон доминирующим фактором является несовпадение диаметров поля моды (MFD) волокон.
Существуют также факторы сопутствующие процессу сращивания. Они привносятся методами и процедурами сращивания. К ним относятся продольные и угловые смещения загрязнение и деформация сердечника. Их влияние может быть сведено до минимума за счет использования опытных техников оборудования для автоматического выравнивания волокна и нескольких циклов плавления при работе на более современном оборудовании [17].
Так как при сварке волокна отсутствует затухание от отражения Френеля то используя формулы (5.38) – (5.40) можно рассчитать затухание в неразъемных соединениях по формуле:
При расчетах учтено что угловое смещение в сварных соединениях составляет примерно 3.
Линейные регенераторы (ЛР) располагаются вдоль оптической линии связи через расстояния обусловленные дисперсией или затуханием. В ЛР сигнал восстанавливается и усиливается до требуемого значения.
ИКМ - цифровая система передачи помехи не накапливаются а сигнал полностью восстанавливается в регенераторах.
Длина регенерационного участка ВОЛС определяется передаточными параметрами кабеля: его коэффициентом затухания α и дисперсией . Затухание приводит к уменьшению передаваемой мощности а дисперсия к уширению передаваемых импульсов и чем длиннее линия тем больше вносимые искажения импульсов что приводит к перекрытию импульсов цифрового потока и ограничивает таким образом длину участка регенерации.
Длина регенерационного участка выбирается по наименьшему значению LЗ или LD так чтобы не превышались допустимые значения по затуханию тракта (α) и по допустимому искажению импульса D [18]. Однако для одномодовых кабелей длина регенерационного участка определяется в основном затуханием для скоростей передачи менее 1 Гбитc.
Общее затухание регенерационного участка ВОЛС составляет[18]:
где Рпер рпер мощность и уровень мощности излучения источника;
Рпр рпр мощность и уровень мощности принимаемого оптического сигнала;
Lз длина регенерационного участка определяемая потерями в оптическом тракте;
α коэффициент затухания ОК;
Nнс Nрс число неразъемных и разъемных соединениях (Npc не менее 4) на участке;
Э энергетический запас системы;
выигрыш от применения кода исправляющего ошибки.
Уровень мощности излучения источника определяется мощностью и направленностью излучения источника типом 0В и наличием согласующего оптического устройства между источником и 0В:
Р0=1 мВт Рпер=20 дБм согласно техническому заданию.
Для расчета длины регенерационного участка по потерям в линейном тракте представим формулу для общего затухания в виде [18]:
Здесь учтено что число неразъемных плоских соединителей на регенерационном участке:
где LСД – строительная длина оптического кабеля.
Выигрыш от применения кода исправляющего ошибки (кода Рида-Соломона) определим по рисунку 5.6.
Согласно рисунку 5.6 выигрыш по чувствительности приема сигнала сети по сравнению со стандартным решением увеличивается при применении FEC на 45 дБ скорость при этом возрастает до 1555255239=165931 Мбитc.
Рассчитаем длину регенерационного участка используя рассчитанные значения и чувствительности приемника по формуле (5.56):
LСД принята равной 2 км.
Таким образом длина регенерационного участка разработанной системы может достигать 350 км.
Рисунок 5.6 – Зависимость отношения вероятности ошибки от отношения сигналшум

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.docx

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
[1] Волков С. В. Сети кабельного телевидения С. В. Волков. – М. : Горячая линия–Телеком 2004. – 616 с.
[2] Убайдуллаев Р.Р. Волоконно-оптические сети Р. Р. Убайдуллаев. – М. : Эко–Трендз 2000. – 267 с.
[3] Урядов В. Н. Волоконно-оптические системы передачи: учебно-методический комплекс по дисциплине «Волоконно-оптические системы передачи» для студентов специальностей «Многоканальные системы телекоммуникаций» «Системы радиосвязи радиовещания и телевидения» В. Н. Урядов. – Минск. : БГУИР 2008. – 228 с.
[5] Фриман Р. Волоконно-оптические системы связи Р. Фриман ; пер. с англ. ; под ред. Н. Н. Слепова. – М. : Техносфера 2007. – 512 с.
[7] Бородихин М. Г. Применение усилителей Бриллюэна в технике многоканальной связи М. Г. Бородихин Телекоммуникации. – 2006. – № 12.
[8] Бородихин М. Г. Усиление оптических сигналов в сетях оптического телевидения и радиовещания с помощью усилителей Бриллюэна М. Г Бородихин Broadcasting. Телевидение и радиовещание. – 2006. – №7.
[9] Скляров О. К. Современные волоконно-оптические системы передачи аппаратура и элементы О. К. Скляров. – М. : СОЛОН-Р 2001. – 237 с.
[15] Песков С. Н. Шумы в оптических сетях С. Н. Песков Телеспутник. – 2005. – № 4.
[17] Урядов В. Н. Компоненты волоконно-оптических систем передачи: конспект лекций по дисциплине «Компоненты волоконно-оптических систем передачи» для студентов специальностей «Многоканальные системы телекоммуникаций» В. Н. Урядов. – Минск. : БГУИР 2006. – 110 с.
[18] Урядов В. Н. Компоненты волоконно-оптических систем передачи: контрольное задание по дисциплине «Компоненты волоконно-оптических систем передачи» для студентов специальностей «Многоканальные системы телекоммуникаций» В. Н. Урядов. – Минск. : БГУИР 2006. – 28 с.
[19] Денисов В. А. Охрана труда: учебник В. А. Денисов. – М. : Форум ИНФА – М 2006. – 608 с.
[20] Михнюк Т. Ф. Безопасность жизнедеятельности : учеб. пособие Т. Ф. Михнюк. – Минск : Дизайн ПРО 2004. – 240 с.
[21] Михнюк Т. Ф. Охрана труда и основы экологии Т. Ф. Михнюк. – Минск : Высшая школа 2007. – 336 с.
[22] Русак О. Н. Безопасность жизнедеятельности : учеб. пособие О. Н. Русак К. Р. Малаян Н. Г. Занько ; под ред. О. Н. Русака. – СПб. : Лань 2003. – 448 с.
[23] ГОСТ 12.1.019-79. Электробезопасность. Общие требования и номенклатура видов защиты. – Введ. 1980-01-07. – М. : Госстандарт СССР 1980.
[24] ГОСТ 12.1.031-81. Лазеры. Методы дозиметрического контроля лазерного излучения. – Введ. 1982-01-01. – М. : Госстандарт СССР 1982.
[25] ГОСТ 12.1.006-84.Электромагнитные поля радиочастот. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля. – Введ. 1985-07-01. – М. : Госстандарт СССР 1985.
[26] СанПиН 11-17РБ94. Санитарные нормы и правила при работе с источниками электромагнитных полей радиочастотного диапазона. – Минск : Санитарные нормы и правила 1994.
[27] СанПиН 2.2.42.1.8.9-36-2002. Электромагнитные излучения радиочастотного диапазона (ЭМИ РЧ). – Минск : Санитарные нормы и правила 2002.
[28] СанПиН 2.2.4.13-2-2006. Лазерное излучение и гигиенические требования при эксплуатации лазерных изделий. – Минск : Санитарные нормы и правила 2006.
[29] Максимов Г. Т. Технико-экономическое обоснование дипломных проектов : метод. пособие для студентов всех спец. БГУИР дневной и заочной форм обучения. В 4 ч. Ч. 1 : Научно-исследовательские проекты Г. Т Максимов. – Минск : БГУИР 2003. – 42 с.

Расчеты (копия второго плаката, если тот плохо открывается).dwg

ГУИР ДП 1 - 45 01 01 01 010 ПЛ
Расчет параметров гомодинного оптического приемника
Оптический передатчик
Выражение для отношения сигналшум на выходе гомодинного приемника:
Выигрыш в соотношении несущаяшум при применении гомодинного приемника будет определяться выражением
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ГОМОДИННОГО ОПТИЧЕСКОГО ПРИЕМНИКА
Обобщенная схема цифровой ВОЛС
График зависимости выигрыша от входного уровня оптического сигнала
График зависимости отношения несущаяшум от входного уровня оптического сигнала
Формула для расчета реальной чувствительности
Формула для расчета длины регенерационного участка по потерям в линейном тракте

Рисунок 4.1.docx

Рисунок 4.1 – Структурная схема гомодинного оптического приемника ВОСП с расширенным динамическим диапазоном

6 Охрана труда.docx

Обеспечение безопасности при работе с волоконно-оптической системой передачи с расширенным динамическим диапазоном
То что волоконно-оптические системы могут представлять серьезную опасность для работающего с ними человека совсем не новость. Вместе с тем полезно перечислить известные потенциальные опасности и указать меры по их ослаблению или полному устранению.
В ближайшем будущем почти каждый специалист в области телекоммуникаций будет иметь дело с оптическими системами поэтому научиться безопасно выполнять различные операции с ней лучше уже сейчас и не доводить дело до несчастных случаев.
Меры предосторожности при работе с источниками света. При работе с оптическим волокном прежде всего следует позаботиться о выполнении техники безопасности в отношении источников света. Серьезную опасность могут представлять лазеры однако наносимый ими вред проще всего предотвратить. Нужно всегда предполагать что любое волокно активно и в качестве источника используется лазер а не светоизлучающий диод который несмотря на малую мощность тоже может быть опасен если выходящий из него свет фокусируется каким-либо смотровым прибором.
Практически во всех телекоммуникационных системах для передачи сигналов применяется инфракрасное излучение (ИК). Это значит что его невозможно обнаружить визуально. Ни в коем случае нельзя "заглядывать" в волокно. Специальные конверторы или визуализаторы могут преобразовать свет из инфракрасного в видимый диапазон но даже тогда его будет трудно обнаружить при ярком освещении. Для определения активности волокна лучше всего использовать датчик инфракрасного излучения.
При соединении волокон можно свести риск к минимуму если держать конец волокна по направлению от себя. На самом деле в процессе соединения вообще не нужно смотреть на торец волокна так как оно обычно располагается под крышкой сварочного аппарата или внутри механического соединителя. Конец волокна должен находиться на расстоянии вытянутой руки что также очень важно. Если он сломан то свет на выходе рассеивается поврежденным торцом и не представляет особой опасности. Если конец волокна сколот свет наоборот остается коллимированным.
Кроме инфракрасного света нужно быть особенно внимательным при работе с ультрафиолетовым излучением (УФ). УФ иногда используется для отверждения клея в разветвителях и соединителях. В этом случае нельзя проводить работу без специальных защитных очков ослабляющих УФ-излучение.
Оголенное волокно. Обломки оголенного волокна т.е. волокна с которого удалили защитную (вторичную) оболочку оставив открытой стеклянную поверхность могут быть очень опасными если с ними обращаться неправильно. Сотни таких осколков образуются при сращивании оптических кабелей.
Каждый осколок нужно вовремя увидеть и избавиться от него. Никогда не стоит оставлять оптическое волокно с оголенным концом. Его необходимо удалить отрезав оптическое волокно в области защитной оболочки. Ни в коем случае нельзя укорачивать оголенный конец оптического волокна отрезая от него небольшую часть. Нужно резать оптическое волокно в области содержащей защитное покрытие а затем оголить участок нужной длины. Для невооруженного взгляда конец оголенного волокна может показаться безопасным но под микроскопом он похож на гарпун (рисунок 6.1).
а – хорошие осколки; б – обломанные концы волокна;
Рисунок 6.1 – Конецы оголенного волокна под микроскопом
Оголенные концы могут легко попасть под кожу и обломаться вызывая микроповреждения. Осколки волокна могут привести к попаданию инфекции в кожу серьезным повреждениям глаз или внутренним повреждениям при попадании в легкие или в пищеварительный тракт. Несмотря на то что даже при аккуратном обращении с осколками волокна они могут быть потеряны необходимо свести вероятность этого к нулю.
Утилизация осколков. В полевых условиях так же как и в лабораториях необходимо избавляться от осколков волокна. На сегодняшний день для этого существует два метода: использование специальных контейнеров и клейкой ленты. Специальные контейнеры так называемые волоконные "урны" можно приобрести в магазинах: они должны иметь правильную маркировку и защиту от попадания осколков наружу. В комплектацию некоторых скалывателей волокна уже входят контейнер для сбора осколков. Можно также соорудить свои "урны" и подписать их соответствующим образом.
Важная деталь в процессе утилизации: куда деть полную осколков волоконную "урну"? Большинство таких контейнеров выбрасывают в мусорные баки. Но если "урна" случайно выпадет или разобьется осколки могут оказаться снаружи. Поэтому нужно обмотать контейнер широкой изоляционной лентой затем поместить его в двойной мусорный пакет и только потом выбросить.
Химикаты острые объекты и электричество. ГН 2.2.5.1313-03 "Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны". В некоторых случаях при работе с оптическим кабелем может потребоваться использование клеев растворителей и пр. При особой чувствительности к каким-либо из применяемых химикатов необходимо носить защитные рукавицы. При использовании испаряющихся химикатов необходимо тщательно проветривать помещение и не курить. Хотя это часто и кажется лишним лучше перед работой с конкретным химикатом ознакомиться с соответствующей техникой безопасности.
Бронированные кабели наружной прокладки содержат прочное металлическое покрытие обычно сделанное из нержавеющей стали. При подготовке кабеля к соединению или разъединению нужно надевать перчатки для защиты от серьезных порезов которые может нанести кабельная оплетка. Перчатки должны быть из кожи или кевлара. Большинство кабелей снабжены "вытяжным тросом" для создания разреза в кожухе. Лучше использовать щипцы или перчатки для удерживания троса во избежание получения от него травм.
Лазерное излучение. "Санитарные нормы и правила устройства и эксплуатации лазеров №5804-91" ГОСТ 12.1.040-83 "Лазерная безопасность". Действие лазерного излучения на живую ткань зависит от мощности светового потока и режима облучения. Лазеры непрерывного действия оказывают в основном тепловое влияние. Импульсные лазеры кроме теплового действия могут вызывать сложные превращения в ткани (взрывные процессы процессы ионизации и пр.). Лазерное излучение действует также на нервную систему. Существенное значение имеет диаметр зрачка глаза. При большем диаметре на сетчатку попадает больше энергии лазерного излучения. Поэтому в ярко освещенной комнате возможность поражения меньше чем в темной комнате. По степени опасности генерируемого излучения лазеры подразделяются на 4 класса. К первому классу относятся лазеры выходное излучение которых не представляет опасности для глаз и кожи. Если лазеры способны нанести вред при облучении глаз прямым или зеркально отраженным излучением то они принадлежат ко второму классу. В третий класс входят лазеры представляющие опасность при облучении глаз прямым зеркально отраженным а также диффузно отраженным излучением на расстоянии 10 см от диффузно отражающей поверхности или при облучении кожи прямым и зеркально отраженным светом. Если существует риск при облучении кожи диффузно отраженным излучением на расстоянии 10 см от отражающей поверхности то лазерные установки причисляют к четвертому классу. Опасные и вредные производственные факторы которые могут иметь место при эксплуатации лазеров 1 – 4-х классов приведены в таблице 6.1.
Таблица 6.1 – Основные и вредные производственные факторы при эксплуатации лазеров

РЕФЕРАТ.docx

Пояснительная записка на 86 стр. 24 рис. 11 табл. 29 источников литературы. ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ ВОЛОКОННО ОПТИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ СВЯЗИ ДИНАМИЧЕСКИЙ ДИАПАЗОН ОПТИЧЕСКИЙ ЛИНЕЙНЫЙ ТРАКТ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОЕ КОДИРОВАНИЕ.
Объектом исследования является волоконно-оптическая система передачи с расширенным динамическим диапазоном. Предлагается разработать структурную схему гомодинного оптического приемника.
В основе проектируемого оптического приемника лежит гомодинный метод приема заключающийся в оптическом смешивании принимаемого оптического сигнала с оптическим колебанием местного лазерного гетеродина поэтому в составе приемника имеется два тракта – это сигнальный тракт и гетеродинный. Также в состав приемника входят фотодетектор блоки обработки электрического сигнала и дополнительные устройства осуществляющие контроль над параметрами приемника.
Результатом проектирования является волоконно-оптическая система передачи у которого длина регенерационного участка может достигать 350 км что позволит использовать эту систему в качестве системы специального назначения и коммерческих систем связи удаленных районов.
В дипломном проекте рассматривается вопрос обеспечения безопасности при работе с волоконно-оптической системой передачи с расширенным динамическим диапазоном в результате чего предлагаются комплекс мер для ослабления или полного устранения потенциальных опасностей для работника.
В дипломном проекте производится технико-экономический расчет для изучения вопроса целесообразности целесообразность проектирования и внедрения приемной части волоконно-оптической системы передачи с расширенным динамическим диапазоном а так же рассчитываются итоговые затраты на выполнение проектных работ и внедрение.

СОДЕРЖАНИЕ.docx

ПЕРЕЧЕНЬ ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ 6
ОБЗОР МЕТОДОВ И СРЕДСТВ УВЕЛИЧЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКОГО
1 Параметры линейных оптических трактов ВОСП .
1.1 Схема линейного тракта ВОСП
1.2 Параметры передающего устройства .
1.3 Параметры приемного устройства .
1.4 Параметры линейного оптического тракта ..
2 Методы помехоустойчивого приема оптических сигналов ..
2.1 Метод прямого фотодетектирования ..
2.2 Гетеродинный метод приема
2.3 Гомодинный метод приема
3 Методы помехоустойчивого кодирования ..
4 Когерентная ВОСП с гомодинным методом приема сигналов ..
ОБОСНОВАНИЕЭКСПЛУАТАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКИХ ТРЕБО-
ВАНИЙ ЗАДАНИЯ НА СИСТЕМУ С РАСШИРЕННЫМ ДИНАМИ-
РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ ВОСП С РАСШИРЕННЫМ
ДИНАМИЧЕСКИМ ДИАПАЗОНОМ .
ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ ПРИЕМНОЙ
ЧАСТИ ВОСП С РАСШИРЕННЫМ ДИНАМИЧЕСКИМ ДИАПАЗО-
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ГОМОДИННОГО ОПТИЧЕСКОГО ПРИЕМ-
1 Расчет выигрыша отношения несущаяшум в оптическом тракте с
гомодинным оптическим приемником .
2 Расчет чувствительности цифрового гомодинного приемника при
заданной вероятности ошибки .
3 Расчет длины участка регенерации системы с расширенным динами-
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ
1 Характеристика проекта
2 Расчет сметы затрат на выполнение проектных работ. .
3Смета затрат на внедрение
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ..
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Справка об исследовании патентной литературы
ВЕДОМОСТЬ ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТА .

Структурная схема приемной части ВОСП (чертеж 1).dwg

ул. Проектируемая N1
ул. Проектируемая N8
Условные обозначения
-25.6- - протяженность участка (м);
N7388 - номер колодца кабельной канализации связи;
- номер канала указывает эксплуатация.
(24+33+79+85+80+80+80)
ОРШ-288 5 сплиттеров 1х32
ОРШ-288 8 сплиттеров 1х32
ОРШ-288 2 сплиттера 1х32
ул. Проектируемая N6
ул. Проектируемая N9
(24+10+20+30+29+15+15+24+29)
прокладываемый по зданию в трубах.
Оптический разветвитель
ГУИР ДП 1 - 45 01 01 01 010 Э1
Оптическая линия задержки
Оптический циркулятор
Оптический полосовой фильтр
Цилиндрическая линза
Устройство стабилизации мощности
Устройство подстройки длины волны
Широкополосный предусилитель
Электрический фильтр нижних частот
Декодер линейного кода
Декодер кода Рида-Соломона
Выходной интерфейс STM-1
Выделитель тактовой частоты
Усилитель Мандельштама-Бриллюэна
Схема приемной части ВОСП Схема электрическая структурная

1 ОБЗОР МЕТОДОВ И СРЕДСТВ УВЕЛИЧЕНИЯ.docx

1 ОБЗОР МЕТОДОВ И СРЕДСТВ УВЕЛИЧЕНИЯ
ДИНАМИЧЕСКОГО ДИАПАЗОНА ВОСП
1 Параметры линейных оптических трактов ВОСП
1.1 Схема линейного тракта ВОСП
В ЦВОСП можно выделить линейный оптический тракт который может работать на одной длине волны оптического излучения (рисунок 1.1 а) или на нескольких волнах с использованием аппаратуры спектрального уплотнения (рисунок 1.1 б). Оборудование оконечных пунктов (ОП) линейного оптического тракта не использующего аппаратуру спектрального уплотнения содержит:
преобразователь кода (ПК1) аппаратуры ИКМ в линейный код который предотвращает появление длинных “единиц” и “нулей” приводящих к межсимвольным искажениям;
преобразователь кода (ПК2) выполняющий обратное преобразование кодов;
источники излучения (ИИ) с усилителями накачки;
фотоприемные устройства (ФП).
Для компенсации вносимого затухания в оптическом кабеле между точками S (передатчик) и R (приемник) используются регенерационные пункты (РП) которые восстанавливают ослабленный и зашумленный сигнал. В состав РП помимо ИИ и ФП входят решающие устройства (РУ) определяющие характер принятого сигнала (“единица” или “ноль”).
Точки T и T' являются точками стыка канала передачи цифрового группового тракта соответствующей цифровой иерархии с оптическим линейным трактом. Параметры цифровых групповых трактов в точках стыка нормированы с учетом рекомендаций Международного Союза электросвязи (МСЭ). Определены параметры входного и выходного сигналов в точках T и T ' типы кодов сопротивления нагрузок скорости передачи в электрическом и оптическом трактах коэффициент ошибок характеристики дрожания фазы.
Точки R и S являются оптическими стыками ВОСП. Оптические параметры отнесены для передатчика к точке S для приемника к точке R а длина оптического пути определяется расстоянием между точками S и R.
Линейный оптический тракт позволяет передавать по двум волокнам несколько высокоскоростных цифровых потоков на разных длинах волн (l 1 l n) которые объединяются в один поток с помощью мультиплексора MX DWDM. В связи с тем что в мультиплексоре при объединении потоков возникают значительные потери на его выходе устанавливается выходной оптический усилитель (ОУ). На приемном конце ослабленный сигнал перед поступлением на демультиплексор DMX DWDM также усиливается во входном ОУ.
а - оптический линейный тракт ЦСП с плезиохронной и синхронной иерархиями; б - оптический линейный тракт ЦСП со спектральным уплотнением
Рисунок 1.1 Общая схема передачи ИКМ сигналов по волоконному тракту (ВТ)
1.2 Параметры передающего устройства
К основным оптическим параметрам передающего устройства в точке S относятся:
Средняя длина волны излучения l0 ИИ и ширина спектра его излучения Dl которая может определяться как среднеквадратическое значение или на уровне 05 от максимальной величины. Так обычно определяют ширину спектра излучения для светоизлучающих диодов (СИД) и многомодовых лазеров. Для одномодовых одночастотных лазеров чаще ширину спектра излучения определяют на уровне -20 дБ (1% от максимальной величины). Для определения длины волны l0 и ширины спектра Dl излучения используют анализаторы оптического спектра основанные на оптической фильтрации с помощью дифракционной решетки или интерферометра.
Средняя мощность излучения P0 вводимого в ВС при равной вероятности передачи 1 и 0 которая может измеряться в единицах мощности Вт или в логарифмических единицах дБм. В качестве испытательного сигнала для определения параметров передающего устройства можно использовать псевдослучайные последовательности (ПСП). Важным параметром излучателя является нестабильность излучаемой мощности которая может характеризоваться среднеквадратическим отклонением средней мощности. Эта величина также может измеряться в единицах мощности Вт или в относительных логарифмических единицах дБ. Измерения проводят оптическими ваттметрами которые градуируют на фиксированных длинах волн излучения (0.85 1.3 1.55 и 1.64 мкм) в абсолютных и логарифмических единицах. Часто оптические ваттметры совмещают в одном корпусе с источником излучения. Такие приборы называют мультиметрами или оптическими тестерами. Комплект из двух таких приборов позволяет проводить измерения затухания в ВС и пассивных элементах ВОСП.
Коэффициент гашения (экстинкции) который определяется отношением мощности излучения при передаче “1” к мощности излучения при передаче “0”. Его можно выразить просто отношением или в относительных логарифмических единицах дБ наблюдая глаз-диаграмму получающуюся если подать выходной оптический сигнал на собственный оптический вход. Для исключения возможной перегрузки фотоприемника (ФП) между оптическим входом и выходом включают оптический аттенюатор. При выборе испытательной ПСП для измерений по глаз-диаграмме необходимо чтобы число регистров в генераторе ПСП было равно максимально возможному числу единиц которые могут идти подряд в используемом линейном коде. Например для ВОСП использующей код В4В5 подряд может идти не более 5 единиц или нулей.
Форма выходных оптических импульсов (время нарастания и спада длительность колебательность) определяется по глаз диаграмме которая должна соответствовать шаблону глаз-диаграммы для данной ВОСП.
1.3 Параметры приемного устройства
К основным оптическим параметрам фотоприемного устройства (ФПУ) можно отнести:
Чувствительность ФПУ которая определяется как минимальное среднее значение мощности оптического излучения в точке R при которой обеспечивается заданный коэффициент ошибок (обычно 10-10). Чувствительность ФПУ может быть выражена в единицах мощности или в логарифмических единицах дБм. Для измерения чувствительности необходимы: оптический ваттметр измеритель коэффициента ошибок (ИКО) и регулируемый аттенюатор.
Динамический диапазон ФПУ который определяется как отношение максимальной мощности излучения в точке R при которой обеспечивается заданный коэффициент ошибок к чувствительности. Динамический диапазон обычно выражают в логарифмических единицах дБ. При определении динамического диапазона используются те же приборы что и для определения чувствительности. Оба параметра могут быть определены в одной измерительной процедуре.
Коэффициент отражения ФПУ в точке R определяется отношением отраженной от ФПУ мощности к падающей на него мощности. Для его определения может использоваться оптический рефлектометр (ОР) или специальный прибор. При количественной оценке коэффициента отражения с помощью ОР возникают сложности при учете затухания в волоконном тракте между ОР и ФПУ. Коэффициент отражения может быть выражен отношением или в относительных логарифмических единицах дБ.
1.4 Параметры линейного оптического тракта
К основным параметрам линейного оптического тракта можно отнести:
Вносимое затухание (ослабление оптического сигнала в линейном тракте между точками S и R). Для измерения вносимого затухания используют оптические тестеры которые могут представлять собой комплект из источника и приемника излучения. Однако чаще для этой цели используют оптические мультиметры объединяющие в одном корпусе источник и приемник излучения. Основными причинами погрешности измерения являются неодинаковость потерь в рабочем разъеме излучателя ВОСП и разъеме излучателя оптического тестера и отличие длин волн излучателя ВОСП и оптического тестера.
Дисперсионные искажения (уширение оптических импульсов) могут выявляться и измеряться при эксплуатации путем сравнения глаз-диаграмм в точках S и R. Сложность этих измерений определяется тем что при малых затуханиях и расстояниях само уширение очень мало и его трудно измерить а при больших затуханиях и расстояниях мало отношение сигнала к шуму на дальнем конце что снижает точность измерений по глаз-диаграмме.
Возвратные потери (отражения от неоднородностей в ВТ) нормируются так как в одномодовых ВТ обратно отраженные импульсы интерферируют в резонаторе полупроводникового лазера с излучаемыми что изменяет амплитуду и искажает форму излучаемых импульсов. Это приводит к увеличению коэффициента ошибок что недопустимо. Возвратные потери также как и коэффициент отражения от ФПУ измеряются ОР или специальными приборами. Их как правило выражают в логарифмических единицах.
Энергетические уровни характеризующие работу реальной ВОСП показаны на рисунке 1.2.
Pп – уровень на выходе передатчика в точке S; Pн – уровень насыщения приемника; Pпор – пороговый уровень приемника; D – динамический диапазон ВОСП; a – допустимое затухание в линейном тракте
Рисунок 1.2 Диаграммы энергетических уровней ВОСП
2 Методы помехоустойчивого приема оптических сигналов
2.1 Метод прямого фотодетектирования
Для приема оптических сигналов могут быть использованы метод прямого фотодетектирования когерентные методы: гетеродинный и гомодинный а также их разновидности с дополнениями улучшающими их качество функционирования. Рассмотрим в отдельности каждый из этих методов.
Метод прямого фотодетектирования позволяет получить исходный электрический информационный сигнал на основании оптоэлектронного преобразования без дальнейшей его электронной обработки. В состав приемника использующего данный метод в упрощенном виде входят оптический входной фильтр оптический детектор усилитель электрического сигнала и электрический выходной фильтр нижних частот (ФНЧ) [4]. Структурная схема приведена на рисунке 1.3.
Рисунок 1.3 – Структурная схема оптического приемника прямого фотодетектирования
По оптическому кабелю подключенному с помощью соединительного оптического разъема к оптическому приемнику сигнал оптического излучения на фоточувствительную поверхность оптического детектора в котором реализуется явление внутреннего фотоэффекта. На выходе фотодетектора формируется ток пропорциональный поступающей на его вход мощности излучения оптического входного сигнала. Полученный электрический сигнал поступает на усилитель. Затем низкочастотный фильтр выделяет из дробовых и тепловых шумов возникающих в фотодетекторе полосу частот информационного сигнала. Основное достоинство данного метода это простота приемного устройства так как в нем не требуется подстройки частоты фазы или направления поляризации как в когерентных методах приема [2] [3].
2.2 Гетеродинный метод приема
Гетеродинный и гомодинный методы приема оптических сигналов относятся к группе когерентных методов приема которая основана на приеме оптических сигналов с их предварительной обработкой до оптического детектора что позволяет улучшить прием и выделение слабых оптических сигналов в условиях наличия внутренних шумов приемника.
Преимущества оптических когерентных приемников заключаются в то что позволяют детектировать сигналы очень низкой интенсивности более низкой чем могут воспринимать традиционные оптические приемники. Это особенно важно для детектирования сигналов на оптических длинах волны где оптическое усиление с низким уровнем шума невозможно. Кроме того когерентное детектирование позволяет сохранять информацию фазы оптического сигнала. Это полезно для детектирования оптических сигналов где информация содержится в фазе электромагнитной волны. Для этого требуется стабильная синхронизация по фазе иили частоте между принятым оптическим сигналом и оптическим гетеродином используемым в когерентном приемнике [2] [А.1].
Структурная схема оптического приемника реализующего метод гетеродинного приема приведена на рисунке 1.4. Особенностями данной схемы является наличие оптического сумматора лазерного местного гетеродина системы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) и системы автоматического контроля за поляризацией (АКП).
Рисунок 1.4 – Структурная схема оптического гетеродинного приемника
Сигнал оптического излучения поступает на оптический сумматор на который также подается оптическое колебание с лазерного местного гетеродина. Оптический сумматор представляет собой зеркально-линзовую систему с помощью которой принимаемый оптический сигнал и оптическое колебание от гетеродина совмещаются на поверхности фотодетектора. В результате осуществляется точное пространственное согласование волновых фронтов входных оптических излучений. Данное согласование представляет оптическое смешивание которое позволяет перенести спектр принимаемого сигнала в область промежуточной или разностной частоты. Оптический сигнал промежуточной частоты (ПЧ) сохраняет модуляцию входного оптического сигнала. После фотодетектора и фильтра промежуточной частоты электрический сигнал ПЧ поступает на второй детектор который выделяет информационный сигнал.
Значение разностной частоты поддерживается постоянным на входе второго детектора путем управления частотой лазерного местного гетеродина. Контроль частоты гетеродина необходим для компенсации уходов и нестабильности частоты формируемого оптического колебания так как фазы и поляризации принимаемого сигнала и сигнала местного лазера должны совпадать. Отклонение от этих условий приводит к ухудшению гетеродинного способа приема. Для этого применяются системы ФАПЧ и АКП [4].
Использование лазерного местного гетеродина благодаря выбору соответствующей мощности позволяет подавить все шумы от любого источника шума кроме шумов местного генератора. Это обстоятельство позволяет обеспечить максимальное отношение сигналшум (ОСШ) в приемной системе. Также достоинством является относительная легкость усиления на промежуточной частоте. ОСШ гораздо выше чем при прямом фотодетектировании [2] [3].
2.3 Гомодинный метод приема
Гомодинный метод приема как было сказано выше также относится к группе когерентных методов. Основное отличие данного метода от гетеродинного метода приема заключается в том что частоты входного оптического сигнала и оптического колебания лазерного местного гетеродина должны быть одинаковыми а фазы синхронизированными. Таким образом оптического сигнала ПЧ а следовательно и электрического не будет так как разностная частота будет равно нулю. Следовательно структурная схема приемника будет состоять только из оптического сумматора фотодетектора усилителя электрического выходного фильтра лазерного местного гетеродина системы фазовой автоподстройки частоты и системы автоматического контроля над поляризацией. Структурная схема оптического приемника реализующего метод гомодинного приема приведена на рисунке 1.5.
Рисунок 1.5 – Структурная схема оптического гомодинного приемника
Все процессы обработки входного оптического сигнала будут аналогичны рассмотренным выше. Можно указать некоторые замечания. Так спектр сигнала при гомодинном приеме центрирован на нулевой частоте. ОСШ выше чем при прямом фотодетектировании. Однако данный приемник не включает в себя фильтр ПЧ электрический детектор как в случае гетеродинного приема то есть конструкция проще. ОСШ будет расти до тех пор пока сигнал местного гетеродина не превзойдет принятый сигнал. Дальнейшее увеличение сигнала местного гетеродина не улучшает ОСШ [2] [3].
Системы гомодинного приема также могут обеспечивать более высокую чувствительность чем гетеродинные системы. Гомодинное детектирование требует чтобы радиочастотная (РЧ) полоса была приблизительно равна скорости передачи данных тогда как гетеродинное детектирование требует чтобы полоса РЧ была приблизительно в два или три раза больше скорости передачи данных. Исключительно исходя из соображений полосы гомодинное детектирование предъявляет меньше требований чем гетеродинное. Однако гомодинное детектирование предъявляет больше требований к своей реализации чем гетеродинное в основном вследствие строгого требования гомодинного детектирования к фазовой синхронизации [А.1].
Гомодинный метод приема обеспечивает наилучшую чувствительность оптического приемника и таким образом расширяет динамический диапазон системы. Это будет использовано далее при разработке приемной части разрабатываемой волоконно-оптической системы.
3 Методы помехоустойчивого кодирования
Выбор линейного кода сложная и чрезвычайно важная проблема от правильного решения которой зависят технико-экономические показатели приемо-передающей аппаратуры и проектируемой системы в целом.
Из основных требований к линейным кодам цифровых ВОСП можно выделить следующие:
Энергетический спектр кода в линии должен иметь минимальное содержание НЧ- и ВЧ- компонент.
Код не должен налагать какие-либо ограничения на передаваемое сообщение и обеспечивать однозначную передачу любой последовательности единиц и нулей.
Код в линии должен содержать информацию о тактовой частоте передаваемого сигнала. В приемнике эта информация используется для восстановления фазы и частоты колебания необходимого для управления процессом принятия решения пороговыми устройствами регенераторов.
Статистические характеристики цифровых сигналов в линиях не должны быть произвольными для обеспечения устойчивой работы регенераторов в частности должно быть ограничено максимальное число последовательностей символов одного уровня или одной амплитуды.
Структура цифрового сигнала в линии; должна позволять организовывать контроль ошибок в регенераторах.
Всем данным требованием удовлетворяет код без возвращения к нулю (Non Return to Zero NRZ). Метод NRZ прост в реализации хорошо обрабатывается на приеме (из-за двух резко отличающихся уровней). Данный выбор соответствует стандарту G.958 для систем SDH.
Для увеличения помехоустойчивости в системе ВОСП может вводиться коррекция ошибок (FEC) которая позволяет улучшить чувствительность приемника при этом увеличивается линейная скорость передачи.
Для исправления ошибок используется код Рида-Соломона (РС).
Код РС является недвоичным кодом (алгоритм FEC работает с байтовыми символами) и относится к семейству систематических линейных циклических блочных кодов.
количество ошибок исправляемых в кодовом слове t=8;
минимальное расстояние dmin=2
количество ошибок обнаруживаемых в кодовом слове dm
длинна кодового слова n=255 байт;
количество информационных символов k=n - 2xt=239.
Использование FEC проводит к увеличению скорости передачи в оптическом канале примерно на 7% но при этом энергетический выигрыш системы передачи составляет порядка 4 6 дБ что позволяет повышать чувствительность приемника при заданном коэффициенте ошибок по битам.
На рисунке 1.6 представлены графики зависимости отношение энергии на бит к плотности шума ЕbN0 в канале.
Рисунок 1.6 Отношение энергии на бит Еb к спектральной плотности шума N0 в канале
Согласно рисунку 1.6 выигрыш по чувствительности приемника по сравнению со стандартным интерфейсом STM – 1(-27дБм) при вероятности ошибки 10-10 составляет 45 дБ что также позволяет увеличить динамический диапазон ВОСП.
4 Когерентная ВОСП с гомодинным методом приема сигналов
Оптический приемный модуль является электрооптическим прибором преобразующим оптические сигналы в электрические. Он состоит из оптического детектора и промежуточных компонентов между оптическим входом и коаксиальным выходом с помощью которых осуществляется электрическая обработка принимаемых сигналов. Приемник обрабатывает полученный электрический сигнал после фотодетектора усиливает его и преобразует таким образом чтобы сигнал на выходе приемника был совместим с той электрической системой передачи которая подключается к его выходу. Технические возможности системы к которым относятся длина регенерационного участка качество выходного сигнала во многом определяются параметрами оптического фотодетектора.
Основными факторами при выборе фотодетекторов являются:
Чувствительность фотодетектора. Она измеряется соотношением его выходного напряжения к входной оптической мощности.
Квантовая эффективность. Выражается как отношение числа фотонов падающих на фотодиод к числу порожденных им электронов образующих ток во внешней цепи.
Темновой ток. Этот ток зависящий от температуры объясняется наличием тепловой генерации электронно-дырочных пар в диоде при отсутствии падающего света.
Средняя мощность шума. Это среднеквадратичная мощность сигнала требуемая для получения единичного отношения сигналшум.
Время нарастания (время срабатывания). Это время которое требуется детектору для увеличения уровня его выходного электрического сигнала от 10 до 90 процентов пикового значения.
Напряжения смещения. Время которое необходимо для установления детектора в рабочее состояние [2] [5].
Рассмотрим способы построения приемных оптических модулей на основании патентов приведенных в приложении А позволяющих улучшить качество приема.
В патенте [А.1] рассмотрен когерентный оптический приемник с управлением посредством обратной связи и с электронной компенсациейкоррекцией. Задачами изобретения являлись:
– обеспечение высоконадежного многофункционального оптического когерентного приемника невысокой стоимости;
– обеспечение легковесного оптического когерентного приемника содержащего в одном модуле все необходимые устройства генерацииуправления оптического сигнала а также оптоэлектронную и радиочастотную схемы;
– обеспечение волоконной оптической подсистемы генерации управления и конструкций на основе интегральной схемы оптического управления для минимизации веса и объема в то же время повышая надежность соответствующего оптического когерентного приемника;
– обеспечение конструкций на основе интегральной схемы для минимизации веса и объема оптоэлектронных и РЧ подсистем в то же время повышая надежность соответствующего оптического когерентного приемника.
Эти и другие задачи изобретения решены были посредством нескольких вариантов осуществления изобретения за счет включения оптической подсистемы генерацииуправления и выполнения оптических оптоэлектронных и РЧ плат управления на основе интегральной схемы с указанными функциями. Таким образом когерентные приемники с различными функциональными возможностями можно будет создавать комбинируя надлежащие оптическую подсистему и плату управления.
Недостатки традиционных когерентных приемников среди которых наиболее весомыми являются сложность управления поляризацией и синхронизации по фазечастоте уникально разрешаются этим изобретением посредством вариантов осуществления изобретения включающих в себя средство для [А.1]:
–использования лавинных фотодиодов (ЛФД) с управлением посредством обратной связи для достижения хорошего согласования в ходе работы;
–точной регулировки синхронизации по фазечастоте;
–внутренне реализованных цепей обратной связи для оптического волоконного расширителя управления поляризацией и оптического отношения соединения;
–использования схемы автоматического сканирования для поиска нахождения отслеживания и захвата входного оптического сигнала.
Кроме того в различных вариантах осуществления настоящее изобретение предусматривает оптический когерентный приемник который включает в себя средство достижения высокой чувствительности без использования волоконного усилителя легированного эрбием (EDFA). В результате оптический когерентный приемник отвечающий изобретению можно реализовать как для линий связи в свободном пространстве так и для волоконно-оптических линий связи. Приемник отвечающий изобретению дополнительно включает в себя средство для детектирования различных форматов модуляции например ASK (D)PSK и FSK. Приемник дополнительно включает в себя средство для работы на многих разных длинах волны например 980 нм 1064 нм 1310 нм и в оптическом S-диапазоне. Приемник дополнительно включает в себя средство для работы на скорости 25 Гбитс и 10 Гбитс [А.1].
Существуют 4 варианта выполнения данного изобретения:
–гетеродинный когерентный приемник наблюдения включающий в себя сбалансированный лавинный фотодиод (Б-ЛФД);
–гетеродинный когерентный приемник наблюдения включающий в себя сбалансированный фотодиод (Б-ФД);
–гомодинный когерентный приемник наблюдения включающий в себя сбалансированный лавинный фотодиод (Б-ЛФД);
–гомодинный когерентный приемник наблюдения включающий в себя сбалансированный фотодиод (Б-ФД) [А.1].
Обобщенная структурная схема оптического приемного модуля на основе которой строятся первые два варианта изобретения приведена на рисунке 1.7.
Рисунок 1.7 – Обобщенная структурная схема оптического приемного модуля для первых двух вариантов построения изобретения
Когерентный приемник согласно рисунку 1.7 по сравнению с традиционным когерентным приемником использует процессор RFEDC (высокочастотныйэлектронная компенсациякоррекция дисперсии) модулирующего сигнала вместо РЧ процессора модулирующего сигнала; схему синхронизации по частотефазе вместо схемы синхронизации по частоте и дополнительно схему автоматического сканирования. Также сигналы управления обратной связи РЧ поступают с выхода РЧ процессора на пиковый детектор расположенный в блоке обнаружения пиков схему синхронизации по частотефазе схему автоматического сканирования и сбалансированный фотодиодный преобразователь [А.1].
В данном приемнике процессор оптического гетеродина служит для изоляции усиления фильтрации и стабилизации по поляризации сигнала оптического гетеродина аналогично традиционному приемнику. Оптический процессор после ответвителя служит для оптимизации отношения соединения оптического ответвителя и также служит для выравнивания длины пути между оптическим ответвителем и сбалансированным фотодиодным преобразователем. Сбалансированный фотодиодный преобразователь состоит либо из пары сбалансированных лавинных фотодиодов (Б-ЛФД) либо из пары традиционных сбалансированных фотодиодов (Б-ФД) каждая из которых служит для преобразования оптического выходного сигнала процессора в РЧ сигнал. Модуль процессора RFEDC модулирующего сигнала позволяет осуществлять электронную компенсацию нарушений передачи фильтрацию в диапазоне модулирующего сигнала обработку дифференциальной модуляции и усиление модулирующего сигнала. Модуль синхронизации по частоте и фазе призван регулировать частоту и фазу оптического гетеродина в соответствии с модулированным оптическим входным сигналом. Модуль автоматического сканирования призван находить длину волны модулированного оптического входного сигнала путем изменения длины волны ОГ. Пиковый детектор служит для обеспечения сигнала управления для оптимизации работы оптического процессора после ответвителя [А.1].
Оптический ответвитель может быть реализован в виде оптического ответвителя 2x2 с переменным отношением соединения и с регулировкой по обратной связи или в виде гибридного оптического ответвителя 2x4. Оптический сигнал обратной связи поступает с оптического процессора на оптический ответвитель и обеспечивает сигнал управления гарантирующий оптимальную работу оптического ответвителя.
Выходной ток сбалансированного когерентного приемника Iвых выражается в виде [А.1]:
где К – чувствительность в амперватт сбалансированного фотодиодного устройства;
Рссп мощность поляризационного сигнала;
Рог мощность оптического гетеродина;
Согласно рисунку 1.8 и формуле (1.1) для оптимальной работы приемника должны выполняться следующие условия:
–полное обнуление на постоянном токе относительной интенсивности шума (ОИШ) от лазерного оптического гетеродина;
–совпадение состояний поляризации сигнала и оптического гетеродина;
–отношение соединения оптического ответвителя в точности 5050;
–нулевая разность длин пути между оптическим ответвителем и сбалансированным ЛФД и РЧ усилителем;
–совпадение чувствительностей по переменному току и постоянному току для сбалансированного ЛФД;
–постоянство разности фаз и разности длин волны между ОГ и сигналом обеспечиваемое схемой синхронизации по частотефазе и схемой автоматического сканирования [А.1].
Существует несколько различий между традиционным когерентным приемником и предлагаемым когерентным приемником причем последний предусматривает следующее:
–использование сбалансированного фотодетектора или сбалансированного лавинного фотодетектора с высокой передачей энергии и высоким коэффициента ослабления синфазного сигнала;
–синхронная демодуляция для гетеродинного приема адаптируется к формату модуляции;
–использование компенсационной электроники для надлежащего учета оптических искажений в оптических сетях средней и дальней протяженности;
–использование множественных цепей обратной связи подключенных к следующим системным подмодулям для максимизации производительности системы [А.1]
–интерфейс фазовой синхронизацииавтоматического сканирования регулирует температуру ОГ для поддержания нужной частоты биений ПЧ.
Последняя особенность критична для анализа систем мультиплексирования с разделением по длине волны (WDM) в которых существуют потоки данных на разных длинах волны оптической передачи. Модуль синхронизации по частоте помогает оптимизировать работу приемника для всех модуляций тогда как его часть фазовой синхронизации существенна для всех фазовых манипуляций и гомодинного приема. Он работает без необходимости в анализаторе РЧ или оптического спектра. Важно что синхронизация по частоте препятствует любым дрейфам в системе что обеспечивает долговременную стабильность приемника;
Таким образом изобретение со структурой приведенной на рисунке 1.8 в обоих вариантах осуществления предусматривает легковесный когерентный приемник с малым энергопотреблением который может поддерживать эти системные подмодули при оптимальных настройках для наилучшей работы приемника. Изобретение предусматривает широкое покрытие оптических длин волны. Подмодуль оптического гетеродина перестраивается в широких пределах и подмодуль автоматического сканирования может плавно изменять длину волны ОГ для когерентного детектирования оптического входного сигнала нескольких длин волны без использования внешнего оптического или РЧ оборудования. Этот приемник пригоден для развертывания в условиях эксплуатации [А.1].
Структура построения гомодинного когерентного приемника аналогична построению гетеродинного за исключением того что вместо оптического ответвителя 324 с переменным отношением соединения используется 90-градусный оптический гибрид 3122 с переменным отношением. Гибрид 3122 генерирует синфазные (I) и квадратурно-фазные (Q) оптические данные. Q данные подлежат вводу для фазовой синхронизации лазерного ОГ в этом гомодинном приемнике. Поскольку I и Q потоки данных генерируются посредством оптического гибрида 3122 нет необходимости генерировать эти состояния в РЧ диапазоне как это делается в гетеродинных приемниках. Состояния поляризации модулированного оптического входного сигнала и лазерных ОГ может быть необходимо устанавливать в фиксированных состояниях поляризации например круговомлинейном. Кроме того на гомодинной платформе РЧ выходной сигнал фотодиодного преобразователя на основе Б-ЛФД находится в диапазоне модулирующего сигнала и синхронная демодуляция не требуется. Часть РЧ выходного сигнала разделяется и поступает на модуль автоматического сканирования. Выходной сигнал модуля 13 автоматического сканирования управляет температурой лазерного ОГ. Таким образом поддерживается работа в гомодинном режиме [А.1].
Теперь рассмотрим гомодинный когерентный оптический приемник из патента [А.2].
В качестве прототипа для заявленного изобретения был выбран когерентный приемник содержащий оптический направленный ответвитель для формирования двух каналов – сигнального соединенного с фотоприемником и второго канала содержащего фазосдвигающий элемент и оптический усилитель. Автоподстройка когерентного оптического приемника-прототипа осуществляется с использованием фазосдвигающего элемента который через схему регулирования связан с фотоприемником.
Когерентный оптический приемник-прототип позволяет осуществить гомодинный прием поскольку в нем в качестве гетеродинирующего оптического сигнала используется часть принимаемого сигнала которая после усиления оптическим усилителем подается на вход фотоприемника совместно с другой частью того же принимаемого сигнала [А.2].
Недостатком прототипа является то что на вход фотоприемника поступает как принимаемый оптический сигнал так и спонтанное излучение оптического усилителя вследствие чего гетеродинирующий сигнал характеризуется высоким уровнем шума снижающим чувствительность когерентного оптического приемника которая по этой причине принципиально не может быть близкой к теоретически возможному значению. Другим недостатком прототипа является то что при уровне мощности спонтанного излучения на входе оптического усилителя соизмеримом или выше мощности оптического сигнала происходит за счет обратной связи захват и лавинное усиление излучения со случайной длиной волны соответствующей наиболее интенсивным спонтанным составляющим в спектральном диапазоне излучательных рекомбинаций активной среды оптического усилителя [А.2].
Техническое решение используемое в изобретении направлено на повышение чувствительности когерентного оптического приемника при одновременном сохранении стабильности его работы в гомодинном режиме.
Указанная цель достигается за счет того что оптический направленный ответвитель для формирования двух каналов состоит из двух оптических направленных ответвителей. Первый выход первого направленного ответвителя через оптический усилитель и управляемый фазосдвигающий элемент подключается к первому входу второго оптического направленного ответвителя второй выход первого оптического направленного ответвителя через оптическую линию задержки подключен ко второму входу второго оптического ответвителя. Оптический усилитель выполнен по крайней мере из двух оптических усилителей (входного и выходного) между которыми установлен оптический вентиль выходы второго оптического направленного ответвителя подключены к входам фотоприемника выполненного по балансной схеме а выход фотоприемника подключен к схеме управления фазосдвигающим элементом обеспечивающей фазовый сдвиг между оптическими колебаниями в каналах равным нечетному числу 2 [А.2].
Кроме того в данном когерентном оптическом приемнике источник накачки оптического усилителя выполнен регулируемым и соединен с выходом схемы управления источником накачки вход которой соединен с цепью автоматической регулировки усиления фотоприемника. Структурная схема данного гомодинного когерентного оптического приемника приведена на рисунке 1.8 согласно патенту [А.2]
Рисунок 1.8 – Структурная схема гомодинного когерентного оптического приемника с максимумом среднего уровня принимаемого сигнала на выходе
Первый выход оптического направленного ответвителя 1 подключен последовательно через входной оптический усилитель оптический вентиль выходной оптический усилитель и управляемый фазосдвигающий элемент образующие в совокупности гетеродинный оптический тракт к первому входу оптического направленного ответвителя 2. Второй выход оптического направленного ответвителя 1 подключен через оптическую линию задержки ко второму входу оптического ответвителя 2 образуя сигнальный оптический тракт. Выходы оптического направленного ответвителя 2 подключены к входам фотоприемника выполненного по балансной схеме. Электрический сигнальный выход фотоприемника подключен к входу схемы управления фазосдвигающим элементом выход которой подключен к входу управляемого фазосдвигающего элемента. Электрический выход цепи автоматической регулировки усиления фотоприемника подключен к входу схемы управления источником накачки оптического усилителя выход которой подключен к входу регулируемого источника накачки оптического усилителя выход которого в свою очередь подключен к оптическому усилителю. Оптический усилитель образуется совокупностью входного оптического усилителя оптического вентиля и выходного оптического усилителя [А.2].
Когерентный оптический приемник работает следующим образом. Принимаемый оптический сигнал мощностью с выхода волоконно-оптической линии передачи подводится к входу оптического направленного ответвителя 1 образованного двумя связанными световодами и делящего сигнал на две равные по мощности части . Одна из них направляется в сигнальный тракт содержащий оптическую линию задержки длина которой выбирается из условия равенства времени задержки времени прохождения сигнала через гетеродинный тракт и после прохождения сигнального тракта поступает на второй вход оптического направленного ответвителя 2 аналогично оптическому направленному ответвителю 1 [А.2].
Вторая половина мощности сигнала направляется в гетеродинный тракт на вход оптического усилителя. Если эффективные коэффициенты усиления (в разах) входного оптического усилителя и выходного оптического усилителя равны соответственно и то на выходе входного оптического усилителя будет сигнал с мощностью:
где – мощность шумовой составляющей выходного сигнала входного оптического усилителя определяемая в основном биениями входного сигнала со спонтанным излучением самого входного оптического усилителя.
Точное воспроизведение на выходе входного оптического усилителя длина волны c принимаемого сигнала соблюдается благодаря отсутствию внешних воздействий (кроме разумеется усиливаемого сигнала ) обеспечиваемому оптической развязкой создаваемой оптическим вентилем. Дополнительное усиление выходного сигнала входного оптического усилителя осуществляется выходным оптическим усилителем на выходе которого будет сигнал с мощностью [А.2]:
где – полезная (гетеродинирующая) составляющая мощности выходного сигнала оптического усилителя;
– результирующая мощность шумовой составляющей на выходе оптического усилителя.
Значения коэффициентов усиления и устанавливаются для расчетного уровня принимаемого сигнала так чтобы обеспечивалось максимальное отношение полезной и шумовой составляющих на выходе оптического усилителя при этом уровень выходной мощности оптического усилителя должен быть достаточным для преобладания дробовых шумов оптического сигнала над тепловыми шумами фотоприемника ("квантовоограниченный" режим работы) а также условие эффективного гетеродинирования [А.2].
Кроме того в устройство введена дополнительная петля автоподстройки рабочего режима когерентного оптического приемника предназначенная для расширения диапазона входных уровней сигнала в котором обеспечиваются нормальные характеристики. В эту петлю входят регулируемый источник накачки оптического усилителя т.е. входящих в него оптических усилителей (или хотя бы одного из них) а также схема управления источником накачки которая в свою очередь управляется напряжением вырабатываемым схемой автоматической регулировки усиления (АРУ) фотоприемника. При повышении уровня принимаемого оптического сигнала и приближении к насыщению коэффициента усиления оптического усилителя напряжение АРУ воздействуя на схему управления регулируемым источником накачки обеспечит автоматическое снижение усиления оптического усилителя до уровня исключающего перегрузку фотоприемника при этом снижается также шумовая составляющая гетеродинного излучения [А.2].
С выхода оптического усилителя мощность гетеродинирующего сигнала через управляемый фазосдвигающий элемент подводится к первому входу оптического направленного ответвителя 2.
Далее оба сигнала и поступающих на входы оптического направленного ответвителя 2 делятся пополам и получают – вследствие общих свойств направленных ответвителей на связанных волноводах – относительный фазовый сдвиг равный 2 в выходных плечах оптического направленного ответвителя 2. Дополнительный фазовый сдвиг между оптическими сигналами в сигнальном и гетеродинном трактах создается управляемым фазосдвигающим элементом. При этом в одном выходном плече оптического направленного ответвителя 2 разность фаз сигнального и гетеродинного колебаний составит а в другом . В этом случае на выходе схемы вычитания входящей в состав фотоприемника который собран по балансной схеме на основе двух одинаковых фотоприемных модулей получится максимум среднего уровня принимаемого сигнала. Именно по этому критерию работает схема управления фазосдвигающим элементом обеспечивающая непрерывное выполнение условия: [А.2].
Напряжение на выходе фотоприемника осуществляющего гетеродинный прием по балансной схеме определяется выражением [А.2]:
где А – коэффициент преобразования входной оптической мощности сигнала с полосой частот в выходное напряжение;
– напряженность полезной составляющей гетеродинирующего оптического поля () на выходе оптического направленного ответвителя 2;
– напряженность полезной составляющей сигнального оптического поля;
– напряженность шумовой составляющей сигнального оптического поля;
– напряженность шумовой составляющей гетеродинирующего оптического поля;
K – коэффициент несимметричности плеч балансного фотоприемника.
Коэффициент преобразования входной оптической мощности сигнала с полосой частот в выходное напряжение определяется по формуле:
где – квантовая эффективность фотодетекторов;
q – заряд электрона;
h – постоянная Планка;
– частота несущего излучения принимаемого сигнала;
– коэффициент усиления сигнала электронными цепями фотоприемника;
При обеспечении высокой симметричности плеч следовательно шум гетеродинирующего излучения являющийся основным фактором снижения чувствительности когерентных оптических приемников в подавляющей степени компенсируется (уничтожается) в схеме вычитания. При этом отношение сигналшум будет определяться соотношением усиленного полезного сигнала и шумовой составляющей на выходе входного оптического усилителя т.е. выигрыш в чувствительности может быть большим [А.2]

2 ОБОСНОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОНН-ТЕХНИЧЕСКИХ ТРЕБОВАНИЙ .docx

2 ОБОСНОВАНИЕЭКСПЛУАТАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКИХ
ТРЕБОВАНИЙ ЗАДАНИЯ НА СИСТЕМУ С
РАСШИРЕННЫМ ДИНАМИЧЕСКИМ ДИАПАЗОНОМ
В ВОСП оптические сигналы передаются по волоконным световодам которые могут быть выполнены из различных материалов: стекло полупроводники пластмассы. При распространении оптических сигналов происходит поглощение оптического излучения которое вызвано квантовыми переходами между различными молекулярными уровнями вещества. Например в кварцевом стекле () пик поглощения приходится на длину волны 92 мкм однако его "хвост" тянется до диапазона 08 16 мкм. Кроме того в стеклянных волокнах большую роль играют примеси гидроксильных ионов ОН’ переходных металлов Fe Ni Cr V Cu которые приводят к большой неравномерности характеристики затухания [4]. Спектральные характеристики затухания стеклянного волокна показаны на рисунке 2.1.
Рисунок 2.1 – Спектральные характеристики затухания стеклянного
Также рассеяние оптического излучения может происходить на малых неоднородностях материалов габариты которых сопоставимы с длиной оптической волны в том числе на малых изгибах волноводов.
Характеристика затухания стекловолокна из-за поглощения и рассеяния имеет характер "окон прозрачности" с ограниченными диапазонами частот которые рекомендованы для систем передачи. При этом параметры затухания нормированы для применения в системах передачи показаны на рисунке 2.2 [4].
Рисунок 2.2 – Нормированные окна прозрачности для систем
На рисунке 2.2 выделены четыре диапазона. Диапазоны A и B предназначены для длинных линий связи а диапазоны C и D предназначены для средних и коротких линий связи.
Как было сказано выше в настоящее время в активном оборудовании используется три длины волны:
– длина волны 850 нм. широко используется из-за низкой стоимости излучателей на этой длине волны;
– длина волны 1310 нм. является промежуточным по цене и качеству вариантом и поэтому наиболее популярным;
– длина волны 1550 нм. предназначено для протяженных линий высокого качества передачи длиной более 50 км.
Поэтому выбираем значение длины волны в 155 мкм так как это обеспечивает максимальную длину регенерационного участка.
Следующим параметром фотоприемника является его чувствительность. Чувствительность цифрового оптического приемника представляет собой способность принимать слабые по интенсивности оптические сигналы при заданной вероятности ошибки и в основном зависит от таких параметров как требуемое отношение сигналшум на выходе приемника чувствительности фотодетектора и метода приема. Чувствительность фотодетектора Sч зависит от квантовой эффективности фотодетектора и используемой длины волны и может быть рассчитана по формуле:
где – квантовая эффективность фотодетекторов;
– заряд электрона Кл;
– длина волны излучения принимаемого сигнала м;
– постоянная Планка Джс;
– скорость света мс.
Квантовая эффективность характеризует отношение числа первичных электронно-дырочных пар к числу падающих на детектор фотонов. Этот параметр часто выражается в процентах (реже в амперах на люмен). Так если на каждые 100 фотонов приходится 60 пар электрон-дырка то квантовая эффективность равна 60%.
Требуемое значение чувствительности оптического приемника выберем равным 65 дБм при Рош=10-10.
Основные параметры оптического интерфейса STM-1 приведены в таблице 2.1.
Таблица 2.1 - Параметры оптического интерфейса STM-1
Наименование интерфейсов
Битовая скорость Мбитс
Максимальная отражающая способность приемника
Измеренная по MPI-R – 27 дБ
Выходной интерфейс передачи STM-1 синхронных сетей с иерархией SDH (ITU-T Recommendation G.703.PhysicalElectrical Characteristics of Hierarchical Digital Interfaces) был выбран из-за своей распространенности в аппаратуре связи. Тип кода зависит от скорости передачи и типа аппаратного интерфейса. Характеристики основных разновидностей интерфейса G.703 приведены в таблице 2.2.
Таблица 2.2 – Характеристики основных разновидностей интерфейса G.703
Схема подключения сети рассчитанной на использование интерфейса G.703 к аппаратуре пользователя зависит от наличия у пользователя входа с интерфейсом G.703 типа используемой среды распространения (электрический или оптический кабель). Если в качестве среды распространения используется оптический кабель то оптический сигнал преобразуется в электрический на входе аппаратуры пользователя. Преобразование осуществляется с помощью специального опто-электронногоэлектронно-оптического преобразователя – оптического модема. При этом на оптических входахвыходах используются специальные оптические разъемы (соединители) различного типа например SC SMA ST. Для системы определена информационная скорость передачи STM-1 равная 155 Мбитc.
Мощность в разрабатываемой системе составляет 20 дБм.