Д.2 Моделювання волт

Для запуску програми необхідно завантажити ОС Windows і запустити виконуваний файл «Model FOTL.exe». Після запуску програми з'явиться вікно з сімома сторінками-вкладками. Як загальносистемні параметри вибираємо довжину хвилі випромінювання  = 850 нм і необхідну ширину смуги пропускання f = 10⁹ Гц. На першій сторінці-вкладці «тип ЕОП» вибираємо джерело випромінювання – ЛД з наступними параметрами: струм сигналу I_вх = 10^–2 А, опір джерела R_д = 50 Ом, ваттовий відгук R_р = 0,1 Вт/А, відносна інтенсивність шуму RIN = 10^–14 1/Гц.

На сторінці-вкладці «Тип ООП» вибираємо БМ ГОВ з коефіцієнтом загасання  = 3,33 дБ/км довжиною L_ок = 3 км. На сторінці-вкладці «Тип ОЕП» вибираємо ФД p-i-n–типа із струмовим відгуком R_i = 0,5 А/Вт, темновим струмом I_т = 10^–9 А, опір навантаження R_н = 50 Ом. На сторінці-вкладці «Тип ЕЕП» вибираємо підсилювач з вхідним каскадом на БТ з коефіцієнтом передачі потужності k_р = 10 дБ і коефіцієнтом шуму k_ш = 5 дБ.

Переходимо на сторіночку-вкладку «Результати». Після натиснення кнопки «Показати розрахунки» з'являються результати розрахунків, табл. Д.1. При зверненні до сторінок-вкладок «График 1» і «График 2» програма будує наступні діаграми: 1) рівня потужності сигналу (рис. Д.2); 2) всш ВОЛТ (рис. Д.3).

Таблиця Д.1 – Результати розрахунку параметрів ВОЛТ за програмою «Power FOTL»

Розрахунковий параметр	Позначення	Значення	Одиниці виміру
Коефіцієнт передачі тракту за струмом	Ki	0,005	–
Коефіцієнт передачі за потужністю	Kp	2,510–5	–
Коефіцієнт передачі ЕОП	Kp еоп	0,0002	–
Коефіцієнт передачі ООП	Kp ооп	0,1	–
Коефіцієнт передачі ОЕП	Kp оэп	5,010–5	–
Струм на виході тракту	Iвих	1,2510–7	А
Оптичний потенціал ВОЛТ	qo	9,999	дБ
Електричний потенціал ВОЛТ	qе	46,020	дБ
Рівень потужності шуму на виході	рш е вых	–89,030	дБм
Відношення оптичних сигнал/шум	всшо	25	дБ
Відношення електричних сигнал/шум внаслідок шумів ЛД	всшлд	49,999	дБ
Відношення електричних сигнал/шум внаслідок шумів Rн	всшRн	38,881	дБ
Відношення електричних сигнал/шум ВОЛТ (всі джерела шуму)	всшВОЛТ	38,620	дБ

Д .3 Приклад розрахунку параметрів волт

Вихідні дані

Для ЕОП: струм сигналу накачки I_вх = 10 мА; ватовий відгук ЛД R_р = 0,1 Вт/А; опір джерела сигналу R_д = 50 Ом; відносна інтенсивність шуму RIN = 10^–14 1/Гц.

Для ООП: довжина ОВ L = 10 км; коефіцієнт загасання  = 1 дБ/км; сумарне загасання в ОВ а = L = 110 = 10 дБ.

Для ОЕП: струмовий відгук R_i = 0,5 А/Вт; опір навантаження R_н = 50 Ом; ширина смуги пропускання Δf = 1 ГГц.

Для ЕЕП: коефіцієнт передачі потужності k_Р = 10 дБ; коефіцієнт шуму k_ш = 5 дБ.

Д.3.1 Розрахунок сигнальних параметрів тракту

Коефіцієнт передачі за потужністю ООП

k_о = –А = –(L·α) = –(10·1) = –10 дБ,

К_о = 10^0,1·ko = 10^0,1·(–10) = 0,1.

Потужність Р_{е вх} та рівень потужності р_{е вх} на електричному вході тракту

Р_{е вх} = I_вх²R_д = (10^–2)²50 = 5 мВт,

р_{е вх} = 10lg(5 мВт/1 мВт) = 7 дБм.

Потужність Р_{о вх} та рівень потужності р_{о вх} на оптичному вході тракту (вихід ЕОП)

Р_{о вх} = I_вхR_р = 10^–20,1 = 1 мВт,

р_{о вх} = 10lg(1 мВт/1 мВт) = 0 дБм.

Потужність Р_{о вих} та рівень потужності р_{о вих} на оптичному виході тракту (вихід ООП)

Р_{о вих} = Р_{о вх}К_о = 10^–30,1 = 0,1 мВт,

р_{о вих} = 10lg(0,1 мВт/1 мВт) = –10 дБм.

Струм та відносне логарифмічне значення струму на електричному виході тракту (вихід ОЕП)

I_{е вих} = Р_{о вих}R_i = 10^–40,5 = 50 мкА,

i_{е вих} = 20lg(5010^–6 А/1 А) = –86 дБ.

Потужність Р_{е вих} та рівень потужності р_{е вих} на електричному виході тракту (вихід ОЕП)

Р_{е вих} = I_вих²R_н = (50 ·10^–6)²50 = 0,125 мкВт,

р_{е вих} = 10lg(0,12510^–3 мВт/1 мВт) = –39 дБм.

Коефіцієнти передачі лінійного тракту за струмом та потужністю

К_і = R_рK_oR_i = 0,10,10,5 = 0,005,

К_р = (R_рK_oR_i)² (R_н/R_д) = (0,10,10,5)² (50/50) = 2510^–6.

Коефіцієнти передачі ЕОП і ОЕП за потужністю

К_{р еоп} = Р_{о вх}/Р_{э вх} = 1/5 = 0,2,

К_{р оеп} = Р_{е вих}/Р_{о вих} = 0,125 10^–6 /10^–4 = 1,25· 10^–3 раз (–29 дБ).

Оптичний q_o та електричний q_э потенціали тракту

q_o = р_{о вх} – p_{о вих}= 0 – (–10) = 10 дБ,

q_е = р_{е вх} – p_{э вих}= 7 – (–39) = 46 дБ.

Д.3.2 Розрахунок шумових параметрів тракту

Рівень потужності шуму ЛД на виході тракту в смузі Δf = 10⁹ Гц

р_{е ш вих} = 10lgRIN + 2р_{о вих ср} + 10lgΔf + 20lgR_і + 10lgR_н – 30 =

= 10lg10^–14 + 2·(–10) + 10lg10⁹ + 20lg 0,5 + 10lg50 – 30= –89 дБ;

Захищеність сигналу від шумів ЛД (відношення сигнал/шум)

А_{з о} = –(10lgRIN + 10lgΔf)/2 = –(–140 + 90)/2 = 25 дБ.

Захищеність сигналу на виході тракту від шумів лазерного діоду

А_{з лд}= р_{е вих} – р_{е ш вих} = –39 – (–89) = 50 дБ.

Захищеність сигналу від теплових шумів опору навантаження ОЕП

р_шт = 10lg[(4kТΔf)/1 мВт ] = 10lg[(4·1,38·10^–23·30010⁹)/1 мВт] = –77,8 дБ;

А_{з н} = р_{е вих} – р_шт = –39 – (–77,8) = 38,8 дБ.

Захищеність ВОЛТ – А_{з ВОЛТ} = А_{з н} – k_ш = 38,8 – 5 = 33,8 дБ.