2.2 Оптическая магистраль «точка-точка»

С хема оптической магистрали «точка-точка» приведена на рис. 2.2. Пример расчета бюджета мощности магистрали «точка-точка» [4] приведен в табл. 2.1.

Таблица 2.1 – Расчет бюджета мощности аналоговой магистрали «точка-точка» на  = 1550 нм

Параметр	Значе-ние	Примечание
Уровень мощности источника излучения	+7 дБм	Одномодовый ЛД с распределенной обратной связью
Уровень чувствительности приемного устройства (ПрУ) с p-i-n-фотодиодом	–8 дБм	При отношении несущая/шум 44 дБ и загрузке 40 каналами ТВ (рис. 2.1)
Бюджет мощности аппаратуры	15 дБ	+7 дБм – (–8 дБм) = 15 дБ
Эксплуатационный запас	2 дБ
Диапазон инжиниринга	13 дБ	15 дБ – 2 дБ = 13 дБ
Потери в лини передачи: Потери в волокне кабеля длиной 40 км на длине волны 1550 нм Потери в 2-х разъемных соединителях Потери в 19-ти сростках, выполняемых при помощи сварки	10,1 дБ 1,0 дБ 1,52 дБ	40 км х 1,01х 0,25 дБ/км = 10,1 дБ (включая 1% запаса на длину ОК) 0,5 дБ х 2 = 1,0 дБ (40 км/2 км – 1)0,08 = 190,08 = 1,52 дБ при строительной длине ОК 2 км
Суммарные потери в линии	12,62 дБ	10,1 дБ + 1,0 дБ + 1,52 дБ = 12,56 дБ
Излишек запаса по мощности	0,44 дБ	13 дБ – 12,56 = 0,44 дБ

Ниже приведены примеры проектирования оптических сетей доступа с топологиями звезда (при различной загрузке ТВ каналами), шина (Т-сеть) и дерево. Основные сведения об оптических сетях приведен в работах [5-8].

2.3 Проектирование звездообразной сети

В качестве примера рассмотрим звездообразную оптическую сеть с одним передающим узлом и четырьмя приемными узлами, каждый из которых обслуживается отдельным волокном (кабелем), рис. 2.3. Передающее устройство и оптический ответвитель (ОО) 1 x 4 находятся в помещении головной станции (узел 1). Индивидуальные волокна (кабели), обозначенные буквами А, B, C и D, проложены соответственно до приемных оптических узлов 2, 3, 4 и 5. Требуется рассчитать мощность оптического передающего устройства, при которой обеспечивается требуемое значение ОНШ на выходе оптических узлов 2, 3, 4 и 5. Также необходимо определить коэффициенты разветвления оптического ответветвителя 1 x 4 при которых обеспечиваются заданные оптические мощности на входах приемных узлов 1…4.

И сходные данные для проектирования сети, собранные на этапе изысканий (ОНШ₁… ОНШ₄), приведены в табл. 2.2. Длины сегментов оптического волокна (кабеля) равны l_A = 16 км, l_В = 24 км_, l_C = 12 км_, l_D = 20 км. При значительных длинах кабеля (10…20 км) выберем рабочую длину волны 1550 нм на которой коэффициент затухания одномодового ОВ 0,25 дБ/км.

Таблица 2.2 – Исходные данные для расчета оптической сети с топологией звезда на длине волны 1550 нм

№	Данные	Еди-ница	Количество единиц	Примечание
1	Загрузка тракта каналами	шт.	110	80 ТВ каналов с ОБП/AM + 30 QAM каналов передачи данных
2	Затухание аА в волокне А длиной 16 км	дБ	16 км х 0,25 дБ/км = 4,0 дБ	Полные потери в волокне А от ГС до узла 1, включая сварки и соединители, исключая потери в ответвителе 1 х 4
3	Затухание аВ в волокне В длиной 24 км	дБ	24 км х 0,25 дБ/км = 6,0 дБ	Полные потери в волокне В от ГС до узла 2, включая сварки и соединители, исключая потери в ответвителе 1 х 4
4	Затухание аС в волокне С длиной 12 км	дБ	12 км х 0,25 дБ/км = 3,0 дБ	Полные потери в волокне С от ГС до узла 3, включая сварки и соединители, исключая потери в ответвителе 1 х 4
5	Затухание аD в волокне D длиной 20 км	дБ	20 км х 0,25 дБ/км = 5,0 дБ	Полные потери в волокне D от ГС до узла 4, включая сварки и соединители, исключая потери в ответвителе 1 х 4
6	Значение ОНШ1 в узле 1	дБ	48	У абонента любого узла необходимо обеспечить требуемое значение ОНШ. При этом, например, на выходе ПрУ узла 4 может потребоваться разветвление РЧ сигнала на большее число ветвей, чем в узле 2, поэтому в узле 4 соответственно требуется большее значение ОНШ
7	Значение ОНШ2 в узле 2	дБ	49
8	Значение ОНШ3 в узле 3	дБ	50
9	Значение ОНШ4 в узле 4	дБ	51

Шаг 1 – Определим требуемые уровни оптической мощности (p₅…p₈) дБм на оптических входах приемных устройств узлов 1…4 при которых обеспечивается необходимое значение ОНШ_1,2,3,4. Для этого используем соответствующую кривую на рис. 2.1 для загрузки тракта 110 каналами ТВ и передачи данных (ПД) в нисходящем направлении в формате QAM:

- для обеспечения ОНШ₁ = 48 дБ требуется оптическая мощность с уровнем p₅ = –2 дБм;

- для обеспечения ОНШ₂ = 49 дБ требуется оптическая мощность с уровнем p₆ = –1 дБм;

- для обеспечения ОНШ₃ = 50 дБ требуется оптическая мощность с уровнем p₇ = –0,5 дБм, округляем это значение до p₇ = 0,0 дБм;

- для обеспечения ОНШ₄ = 51 дБ требуется оптическая мощность с уровнем p₈ = +0,5 дБм, округляем это значение до p₈ = +1,0 дБм.

Шаг 2. Определим уровни оптической мощности p₁…p₄ на выходных полюсах ответвителя:

- добавляя к уровню мощности на входе оптического узла 1 p₅ потери мощности а_A в волокне А, получаем

p₁ = p₅ + а_A = –2 дБм + 4 дБ = +2 дБм;

- добавляя к уровню мощности на входе оптического узла 2 p₆ потери мощности а_В в волокне В, получаем

p₂ = p₆ + а_В = –1 дБм + 6 дБ = +5 дБм;

- добавляя к уровню мощности на входе оптического узла 3 p₇ потери мощности а_С в волокне С, получаем

p₃ = p₇ + а_С = 0 дБм + 3 дБ = +3 дБм;

- добавляя к уровню мощности на входе оптического узла 4 p₈ потери мощности а_D в волокне D, получаем

p₄ = p₈ + а_D = +1 дБм + 5 дБ = +6 дБм.

Шаг 3. Пересчитаем уровни мощности p₁…p₄ (в дБм) на выходных полюсах ответвителя в значения мощности P₁…P₄ (в мВт) по формуле P_i = +10^[рi^(дБм)/10]:

P₁ = +10^[р1^(дБм)/10] = +10^(+2/10) = 1,58 мВт;

P₂ = +10^[р2^(дБм)/10] = +10^(+5/10) = 3,16 мВт;

P₃ = +10^(р3^(дБм)/10) = +10^(+3/10) = 2,00 мВт;

P₄ = +10^(р4^(дБм)/10) = +10 ^(+6/10) = 3,98 мВт.

Шаг 4. Рассчитаем суммарную оптическую мощность на выходных полюсах ответвителя

P_сум = (P₁+P₂+P₃+P₄) = (1,58+3,16+2,00+3,98) = 10,72 мВт.

Шаг 5. Увеличим P_сум на 20%, чтобы учесть дополнительные потери в реальном ответвителе (обозначим ее P_пу), она является мощностью на входном полюсе ответвителя, т.е. на выходе ПУ

P_пу = 1,2(P_сум) = 1,210,72 = 12,9 мВт.

Шаг 6. Преобразуем мощность P_пу в уровень мощности p_пу = +10lg(12,9) = +11,1 дБм. Минимально необходимый уровень мощности оптического ПУ равен +11,1 дБм. (Отметим, что увеличение выходной мощности оптического передатчика улучшает качество передачи – значение ОНШ.)

При расчетах не был учтен эксплуатационный запас^, который для аналоговых ВОСП составляет а_зап = 1…2 дБ [4]. С учетом запаса следует выбрать оптическое передающее устройство с уровнем мощности p_пу  11 дБм. Можно выбрать модель PWL 4716 компании Harmonic Lightwaves [10] с p_пу = (13 1) дБм на  = 1550 нм.

Шаг 7. Рассчитаем коэффициенты разветвления ответвителя по формуле P_отв = 100(P_отв/P_сум), где P_отв – мощность, ответвляемая в любой выходной полюс, P_сум – суммарная мощность на всех выходных полюсах:

– для полюса 1 – P₁ = 100(1,58/10,72) = 15%;

– для полюса 2 – P₂ = 100(3,16/10,72) = 29%;

– для полюса 3 – P₃ = 100(2,00/10,72) = 19%;

– для полюса 4 – P₄ = 100(3,98/10,72) = 37%.

Шаг 8. Сумма коэффициентов 15% + 29% + 19% + 37% = 100%, расчет коэффициентов разветвления выполнен верно.