Волоконно-оптические системы передачи данных

МІНІСТЕРСТВО  ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ                            

ЗНТУ 
 
 
 
 
 
 

      Кафедра РТТ 
 
 
 
 
 

РОЗРАХУНОК  ПАРАМЕТРIВ ЛIНIЙНОГО ТРАКТУ ВОСП 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Виконав   ст.гр. РП-217  Нечет О.О. 

        Прийняв   доцент   Щекотіхін О.В. 
 
 
 
 
 
 
 

2011 р. 
 

1. Описание  состава и назначения элементов ВОСП

      Волоконно-оптические системы передачи (ВОСП) – это  совокупность аппаратуры оптических устройств  и оптических кабелей (ОК), используемых на волоконно-оптических линиях передачи (ВОЛП), на основе и с помощью которых создаются, передаются и обрабатываются оптические сигналы.

      В системах оптической связи происходит передача и обработка оптических сигналов. Выбор вида светового излучения  и длины волны для оптической связи зависит, как от характера  передаваемого сообщения, так и  от возможностей создания такого излучения, формирования из него сигнала, передачи и обработки световой волны и, наконец, приема сигнала, содержащего  информацию. Обобщенная структурная  схема ВОСП показана на рис. 1. 

        

      Рис. 1. Обобщенная структурная схема ВОСП 

      В состав ВОСП входят: система передачи (СП), оборудование сопряжения (СП), оптический передатчик (Опер), оптическое волокно (ОВ), оптический ретранслятор (ОР), оптический приемник (ОПр). Совокупности СП, ОС, ОПер и СП, ОС, ОПр образуют соответственно тракт передачи и тракт приема оконечных станций А и Б. В промежуточных станциях устанавливаются ОР. В волоконно-оптический линейный тракт входят: ОПер, ОВ, ОР и ОПр.

      Как видно из рис. 1, с передающей станции А первичные электрические сигналы поступают на систему передачи. С выхода СП многоканальный электрический сигнал подается в ОС, где он преобразуется в форму, целесообразную для передачи волоконно-оптическому линейному тракту. В оптическом передатчике электрический сигнал, путем модуляции оптической несущей преобразуется в оптический, который далее передается в ОВ.

      При распространении оптического сигнала  по ОВ происходят его ослабления и  искажения. С целью увеличения дальности  связи через определенное расстояние, называемое участком ретрансляции, устанавливаются промежуточные станции, где осуществляется коррекция искажений и компенсация затухания. В настоящее время, главным образом по техническим причинам на этих станциях может производиться обработка (усиление, коррекция, регенерация и т.д.) лишь электрического сигнала. Поэтому на входе станции оптический сигнал преобразуется в электрический, а на выходе – снова в оптический. Эти преобразования осуществляются соответственно в фотоприемнике и оптическом передатчике. В принципе возможно построение чисто оптических промежуточных станций на основе оптических квантовых усилителей.

      На  приемной оконечной станции Б осуществляется обратное преобразование. Для модуляции оптической несущей, информационным сигналом можно использовать частотную (ЧМ), фазовую (ФМ), амплитудную (АМ), поляризационную (ПМ) модуляции, модуляцию по интенсивности (МИ) и др.

      В подавляющем большинстве используется модуляция по интенсивности оптического  излучения.

      Задача  индивидуального проектирования ВОСП состоит в обеспечении удлиненных регенерационных или усилительных участков или увеличении скорости передачи информации при сохранении заданных критериев качества передачи сигнала  за счет улучшения некоторых устройств  ВОСП, например, передающего оптического  модуля, приемного оптического модуля, или выборе новых оптических волокон (ОВ) или ОК и других компонентов ВОСП. С этой целью в настоящем учебном пособии по проектированию ВОСП приведены некоторые исходные сведения о конструкциях и характеристиках ОВ и ОК, каналообразующей аппаратуры и устройств ВОСП. Приведены справочные данные по материалам, используемым в производстве ОВ и ОК, необходимого для передачи оптических сигналов с минимальными потерями и дисперсией. Дана методика расчета передающих и приемных устройств. Решены вопросы их сопряжения с ОВ с наименьшими потерями, особенно с одномодовыми. Даны рекомендации по организации связи в целом при скомпенсированной и нескомпенсированной линейной дисперсии сигналов. Приведена методика расчета длин регенерационных участков.

      Даны  сведения по организации электропитания и защиты проектируемой ВОСП от ударов молний при наличии в ОК металлических элементов (медных жил для организации дистанционного электропитания и металлических упрочняющих броневых покровов). В случае использования ОК без металлических элементов механическая прочность обеспечивается диэлектрическими упрочняющими элементами.  

 

2. Выбор тип ВОСПИ по заданным параметрам линии  связи 

 

Исходные  данные: расстояние между АТС 370 км, число каналов 86.

Согласно исходным данным выбираем волоконно-оптическую систему передачи ИКМ-120-4/5  скорость передачи ; характер (код) сигнала RZ, линейный код CMI; энергетический потенциал системы ; длина РУ ; длина волны оптического излучателя

. Выбираем кабель ОКК-50-01-1,04-4, работающий в диапазоне длин волн , с четырьмя многомодовыми ОВ, градиентным коэффициентом преломления, полоса пропускания = 800 , коэффициентом затухания ; строительной длиной ОК .

      Таблица 1 – Характеристики ВОСПИ 

 

      Требуется определить длину РУ, уровни передачи и приема, быстродействие системы, вероятность  ошибки и осуществить выбор источника  и приемника оптического излучения. Другие параметры ОЛТ будут определяться по мере необходимости.

      Расчет  производится в несколько этапов.

      I этап – определение требуемой скорости передачи ОЛТ.

      В качестве каналообразующего оборудования и оборудования сопряжения используется аппаратура ИКМ-120, формирующая цифровой поток со скоростью передачи . Линейный код ВОСП CMI – разновидность блочного кода типа IB2B с характером сигнала RZ, т.е. с возвращением в нуль. При таком кодировании между элементами сигнала имеются промежутки, которые используются для защиты от межсимвольных помех, а возвраты к нулю обеспечивают появление в спектре линейного сигнала дискретной составляющей тактовой частоты, что упрощает устройство выделения последней в регенераторах. Нужно помнить, что применение кодов mBnB ведет к увеличению тактовой частоты в m/n раз. Для нашего примера, следовательно, тактовая частота возрастет в 2 раза и скорость передачи в линейном тракте .

      Таким образом, все дальнейшие расчеты будут приводиться при полученном значении скорости передачи.

      II этап – размещение линейных регенераторов. Если нет каких-либо ограничений, связанных с топологией сети, необходимостью прокладки кабеля в существующей канализации и использования существующих станционных сооружений, то следует стремиться к равномерному размещению линейных регенераторов, но так, чтобы длина РУ была бы кратна строительной длине ОК.

      Четыре РУ длиной и один РУ длиной .

      Схема размещения линейных регенераторов (ЛР) приведена на рис. 3. 
 

ОП-А 

ПР-1 

ПР-2 

ПР-16 

ОП-Б

 
 
 

      Рис. 2. Схема размещения линейных регенераторов. 

      III этап – проверочный расчет выбранной длины РУ.

      Для проверочного расчета длины РУ необходимо определить его затухание и сопоставить  с энергетическим потенциалом ВОСП, а также определить широкополосность ОЛТ и сделать заключение о межсимвольных искажениях импульсов оптического излучения, обусловленных их уширением из-за дисперсии ОВ.

      Такой расчет проведем для самого длинного РУ и начнем с составления расчетной  схемы РУ, включающей в себя все  элементы, вносящие затухания оптическому  сигналу.

      Найдем  число строительных длин

       ;

      Для монтажа строительных длин кабеля потребуется  неразъемных соединенителей, а для ввода в ОК и вывода из него оптического излучения потребуется разъемных соединителея.

      Расчетная схема РУ с длиной приведена на рис. 4 . 

 

      Рис. 3. Расчетная схема регенерационного участка:

      ПРОМ  Ц – приемопередающий оптический модуль (цифровой); ОС-Р – оптический соединитель разъемный; ГММОВ – градиентное многомодовое ОВ; ОС-Н – оптический соединитель неразъемный. 

      Затухание РУ

      

                        (15)

      Допуски на температурные изменения параметров ВОСП приведены в табл. 4. 

      Табл. 2. Допуски на температурные изменения параметров ВОСП 

 
 

      Возьмем . Допуски на ухудшение со временем параметров элементов ВОСП для различных комбинаций источников излучения и фотодиодов приведены в табл. 3.

      В табл. 3. применены обозначения аналогичные рис. 4. Отметим, что выбор комбинации определяется допустимым максимальным затуханием между ПОМ и ПРОМ и для нашего примера это минимальное затухание определяется энергетическим потенциалом ВОСП ( ), которому при скорости передачи соответствует комбинация СИД+ЛФД, т.е. выберем . 

   Табл. 3. Допуски на ухудшение со временем параметров элементов ВОСП

      

 
 

      Рис. 4. Зависимость допустимого затухания между передающим и приемным модулями для различного сочетания источников излучения и фотодиодов от скорости передачи.