Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Томский Государственный Университет Систем Управления и Радиоэлектроники

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Оптические цифровые телекоммуникационные системы.-1

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

05.02.2023

Размер:

1.03 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 45 / 85 6 7 8 > Следующая >>>

Рис. 3.8	Рис. 3.9
Вид АЧХ A2(f) корректора A1(f) и подбирается таким образом, чтобы
компенсировать спад АЧХ входной цепи	A1(f) в пределах полосы частот f1 –	f2
(рис. 3.9), и таким образом обеспечить	требуемую полосу частот ПУ	f .

Указанная компенсация достигается при следующих соотношениях между параметрами элементов входной цепи и ПК:

R C = R¢C				;
	1	1 2	2	(3.32)
		ma1 =1,

где m = f 2 / f1 - коэффициент расширения АЧХ;

′	<< 1; f1 = 1/(2πR1C1 ) .	(3.33)
a1 = R2 / R2

·Таблица 3.2 - Средние значения параметров оптических волокон ЦВОСП

Тип ОВ	марка ОВ	a,	l,мкм	D,	DF,МГц×км
		дБ/км.		пс/нм×км

single mode	ОЗКГ-01	0.7	0.85		800
fibers	ОЗКГ-11	0.7-1	0.85		800
(SMF)	ОМЗКГ-10	0.4	0.85		5000
		0.3-0.4	1.3	1.8
		0.1-0.25	1.55	17.5

multi mode fibers
GF-MMF	ОК-50-2-5	5	0.85		250-500
(gradient index)	ОК-50-2-5	2-3	0.85		250-500

3.2 Примеры решения задач

Задача № 3.1

Цифровой сигнал в форме NRZ – кода передается по ВОЛС со скоростью

B = 106 бит/с методом модуляции на длине волны λ=0.85 мкм. После

преобразований в линии этот импульс на входе ПРОМ приобретает гауссову форму с параметром α = 0,1. Полагая, что сквозная АЧХ ПРОМ имеет вид

“ приподнятого косинуса”, оценить чувствительность ПРОМ для коэффициента

битовых ошибок pОШ = 10−6 , считая, что основной ПУ является интегрирующим

усилителем, в первом каскаде которого используется Si – ПТШ.

Светочувствительным элементом ПРОМ является p-i-n диод, работающий при комнатной температуре с квантовой эффективностью η = 0,8 , темновым током iТТ = 10 нА и нагруженным на сопротивление R=1 МОм. Оценить номиналы элементов ПШК, полагая, что емкость ФД и входного каскада ПУ равна 5пФ.

Решение

∙По условию задачи АЧХ ПРОМ такова, что МСИ – 1 в системе могут быть полностью устранены, т.е. γ=0.

∙Для указанного параметра формы α = 0,1 световой импульс на входе ПРОМ не растянут, а наоборот сжат относительно длительности ТИ (см.

рис.3.2). По этой причине при формировании заданной АЧХ в блоке КК

необходимо подавлять высокие частоты в спектре светового сигнала. В

результате шумовые полосы частот BЭФ1 и BЭФ2 для шумов входной цепи и источников шума ПУ будут меньше, чем B, поскольку поправочные коэффициенты Персоника I2 и I3 для BЭФ (согласно рис.3.3) будут равны:

I 2 0.4 ; I3 0.05 .

∙Для заданного уровня pош из (3.8) находим Q – параметр:

p @ 0.65 ×e[-0.443×(Q+0.75)2 ] = e[-0.443×(Q+0.75)2 -0.43] =10-6	= e-13.8 ; ® Q 4.747 .
ОШ

·Из (3.13), (3.14) находим эквивалентные числа фотоэлектронов nТТ и

nt на ТИ:

×T

10−8

= 6.25 ×104 ;

ТТ

1.6 ×10−19

ТТ

×106

2kt

2 ×1.38 ×10

−23 × 300

= 3.234

×10

× R

× B

(1.6 ×10−19 )2

×106 ×106

·Для отыскания числа шумовых фотоэлектронов nE и nI на ТИ,

связанных с шумами Si

–

ПТШ воспользуемся формулой (3.29) и данными

таблице 3.1, согласно которым IЗ =0,1 нА; g=10 мСм; Г=3,

S I T

I ЗT

10−10 ×10−6

= 6.25 ×102 ;

2q 2

1.6 ×10−19

nE =

S E T

2kt × G ×T

2 ×1.38 ×10−23 × 300 × 3 ×10−6

@ 102 .

2q 2 R 2

q 2 R 2 g m

(1.6 ×10−19 ) 2 ×1012 ×10−2

Поскольку γ = 0 ,

то

число сигнальных фотоэлектронов nC ,

удовлетворяющих заданному уровню Q будет определяться формулой (3.28):

nC = 2I 2Q 2 + 2 × 2 × I 2 × Q × nТТ + nt + nE + nI (1 + C 2 R 2 B 2 × I 3 I 2 ) ;

Подставляя сюда найденные значения nТТ, nt, nE и nI получим:

nC = 2 × 0.4 × 4.7472 + 2 ×

2 × 0.4

× 4.747 ×

6.25 ×10

+ 3.234 ×10

+10

+ 625(1

+ (5

×10

−12

×10

)

0.05

@ 5.311×10

0.4

·Из формулы (3.12) находим искомую чувствительность ПРОМ Pmin:

P =	n	С	× hν	=	n	С	× h × c × B	=	5.311×103 × 6.62 ×10−34 × 3 ×108 ×10	6	= 1.551нВт,
P =	η ×T			=			η × λ	=	0.8 × 0.85 ×10−6		= 1.551нВт,
min

Pmin=-58.094 дБм.

·Расчет корректора ПШК.

Для скорости B=106 бит/с по теореме Найквиста требуется полоса частот

Df = B = 106 = 500 кГц.

·Отсюда следует, что граничная частота входной цепи равна:

	f1 =	1		=	1	= 31.831кГц.
	f1 =	2π × R × CВХ		=	6.28 ×106 × 5 ×10−12	= 31.831кГц.
		2π × R × CВХ			6.28 ×106 × 5 ×10−12
·	Требуемый				коэффициент	расширения	спектра:
m = f =	500		= 15.708 .
m = f =			= 15.708 .
f1	31.831

·Полагая, что

					R1 + R2 = 100кОм
						R1	= m	,
						R2	= m


находим: R2 (m +1) = 100кОм. Следовательно:
R =	100кОм	=	100кОм	= 5.985	кОм; R = m × R				= 15.708 × 5.985 = 94.012 кОм.
R =		=		= 5.985	кОм; R = m × R			2	= 15.708 × 5.985 = 94.012 кОм.
2	m +1 16.708						1	2
	m +1 16.708

·Емкость C1 находится из условия (32):

				R1C1 = RН C .
Откуда: C =	RН C	=	106 × 5 ×10−12	= 53.185пФ.
Откуда: C =		=		= 53.185пФ.
1	R1	94.012 ×103
	R1	94.012 ×103

Задача № 3.2

Оценить коэффициент битовых ошибок в ЦВОСП, если линия длиной 40

км изготовлена из ОВ GF-MMF ОК-50-2-3, мощность оптического сигнала

ПОМ, вводимого в ОВ равна 20 дБм. Скорость передачи B = 10 Мбит/с, а

параметры ПРОМ соответствуют условиям задачи №3.1. Оценить номиналы элементов ПШК.

				Решение
·	Энергетический		бюджет		ЦВОСП равен:		PПОМ - Pmin = α В × L .
Отсюда находим уровень оптического сигнала на входе ПРОМ:
	P			10−3			= α В × L ;
	10 × log	ПОМ			= PПОМ	- Pmin + 30
	10 × log		Pmin		= PПОМ	- Pmin + 30
			Pmin

Pmin [дБм] = PПОМ [дБм]- α В × L[дБ] = 20 -1,5 × 40 = -40 [дБм]

Определим уширение импульсов

на входе ПРОМ

0.7

0.44 × L0.8

0.7

Dτ =

τ ПОМ

+τ ОК -τ ПОМ =

DfОК

0.7

0.44 × (40 ×103 )0.8 2

0.7

-10

@ 5.089 ×10

с. = 0.509нс.

250 ×10

/10

Находим

коэффициент

рассеяния

сигнала

на

ТИ:

γ @ Dτ

0.509 ×10-9

= 5.09 ×10-3

10−7

По

графику рис.3.5

находим,

что коэффициент

формы

сигнала

α 0.1.

·Из рис.3.3 для α=0.1 находим, что поправочные коэффициенты I2, I3

для расчета шумовой полосы частот (интегралы Персоника) равны:

I2 (0.1) 0.4; I3 (0.1) 0.05 .

·По формулам (3.13-3.16) находим эквивалентные числа

фотоэлектронов nc, nТТ, nt, nE,, nI на ТИ:

= η

PС

×T = η

PС × λ

10−10

× 0.85 ×10−6

nС

= 0.8 ×

@ 34.24 ;

hν

h × с × B

6.62 ×10

−34 × 3 ×108 ×107

×T

10−8 ×10−7

= 6.25 ×103 ;

ТТ

1,6 ×10−19

ТТ

2kt ×T

2 ×1,38 ×10−23 ×3 ×102 ×10−7

n =

3.234 ×10

;

q2 × R

(1,6)2 ×10−38 ×106

ЗT

10−10 ×10−7

= 62.5 ;

1.6 ×10−19

S E T

2kt × G ×T

2 ×1.38 ×10−23

× 300 × 3 ×10−7

@ 10 .

2q 2 R 2

q 2 R 2 g m

×10−19 )

(1.6

×1012 ×10−2

Подставляя эти значения в (3.11), находим Q – фактор ЦВОСП:

Q =

nC (1 - 2γ )

F (M )(γn

) +

(nt + nIa + nEa (1 + C

× I 3

I 2 )) +

+ n

ТТ

= 0.093

+ F (M )((1 - γ )nC + nТТ ) +

+ n

(1 + C 2 R 2 B 2

× I

))

Далее по формуле (3.8) находим коэффициент ошибок системы:

pОШ @ exp[- 0.443 × (Q + 0.75)2 - 0.43]=100.434[-0.443×(0.093+0.75)2 -0.43] @ 0.475.

Задача № 3.3

Предложить состав и схему размещения оборудования участка цифрового линейного тракта, построенного на основе аппаратуры одноволновой двухволоконной однокабельной ВОСП, предназначенной для передачи сигнала

STM – 4 в формате NRZ – кода на длине волны λ=1340 нм, на расстоянии 800

км. Определить Pmin ПРОМ, для коэффициента битовых ошибок рош=10-7, считая,

что используется Si – ПТШ и лавинный фотодиод (ФД), работающий при комнатной температуре с квантовой эффективностью η=0,85, коэффициентом лавинного размножения М=10, темновым током itt=10 нА и нагруженный на сопротивление R=50 кОм, а волоконно-оптические усилители (репитеры)

системы характеризуются коэффициентом инверсии населённостей, равным 1,5.

Решение

Дано: λ=1340 нм; В=622 Мбит/с; L=800 км; рош=10-7; Si-ПТШ (g=10

мСм, Iз=0,1 нА, Г=3); η=0,85; М=10; itt=10 нА; R=50 кОм.

Найти: Рmin=?

Найдём поправочные коэффициенты Персоника I2 и I3; α=0,1 световой импульс на входе ПРОМ не растянут, т.к. γ=0.

				π
	(α ) =	2			2			(cos(x))4 dx ,
I 2		2			∫ e16×α 2 ×x2							I2 (α ) = 0,404 ,
I 2					∫ e16×α 2 ×x2							I2 (α ) = 0,404 ,
	π				0
					0
						3	π
	2					3	2				4
	2						∫e16×α		×x	x2	4	dx , I3 (α ) = 0,036 .
I3 (α ) =							∫e16×α	2	×x	x2	× (cos(x))	dx , I3 (α ) = 0,036 .
								2	2
			π				0

Найдём эквивалентные числа фотоэлектронов ntt и nt на ТИ:

×T

10 ×10−9 ×

itt

622 ×106

= 100, 482

1, 6 ×10−19

2 × k ×t

2 ×1, 38 ×10−23 ×300

n =

= 1, 016

×10

(1, 6 ×10−19 )2 ×50 ×103 ×622 ×106

× R × B

Для отыскания числа шумовых фотоэлектронов nE и nI на ТИ, связанных с

Si-ПТШ, воспользовавшись табличными данными, получим

= Iз ×T =1, 005 ×103 e

= 2 × k ×t × Г ×T = 7,11 . e2 × R2 × g

Для заданного уровня рош

Q –

фактор равен:

0,434× -0,443×(Q+0,75)

-0,43

pош = 10

Тогда

Q = 6,021.

Поскольку γ = 0 , то число сигнальных фотоэлектронов nc:

nc = 2 × I2 ×Q2 + 2 × 2 × I2

×Q ×

ntt + nt

+ nE + nI × 1+ C 2

× R2 × B2 ×

где C =

B × R

Подставляя в эту формулу все полученные значения, получим: nc = 1,1835 ×103

Находим искомую чувствительность ПРОМ Рmin:

	=	n × h ×c × B	=	1,1835 ×103	×3×108 ×622 ×106 ×6, 62 ×10-34	= 1, 284 ×10-7 Вт
P		c
P		η ×λ
min					0,85 ×1340 ×10-9
					0,85 ×1340 ×10-9
Pmin	= -38, 914дБм

Схема участка цифрового линейно тракта показана на рис.3.10.

Рис.6.36.Обобщённая схема волоконно-оптической системы передачи [38]

Рис. 3.10 - Схема участка цифрового линейного тракта.

Задача № 3.4

Оценить чувствительность ПРОМ для коэффициента битовых ошибок Рош

=10-8, считая, что основой ПУ является интегрирующий усилитель, в первом каскаде которого используется Si – ПТШ. Цифровой сигнал в форме NRZ – кода передается по ВОЛС со скоростью В=107 бит/с методом модуляции на длине волны λ=0.95 мкм. После преобразований в линии этот импульс на входе ПРОМ приобретает гауссову форму с параметром α = 0.1, а сквозная АЧХ ПРОМ имеет вид “ приподнятого косинуса”. Светочувствительным элементом ПРОМ является p-i-n диод, работающий при комнатной температуре с квантовой эффективностью η=0.8, темновым током iтт=10 нА и нагруженным на сопротивление R=1 Мом. Оценить номиналы элементов ПШК, полагая, что емкость ФД и входного каскада ПУ равна 10 пФ.

Решение

Дано: В = 107 бит/с; NRZ; λ =950 нм; L = 380 км; Рош =10-8; Si – ПТШ; pin-

диод; η = 0,8; iTT = 10 нА; R = 1 МОм; С = 10 пФ.

Найти: Pmin = ?

Требуемые постоянные;

С = 3 ×108 м/с; h = 6.22 ×10-34 ; K = 1.38 ×10-23 ; T=293 0 K ; q = 1.6 ×10-19 Кл.

После преобразований в линии этот импульс на входе ПРОМ приобретает гауссову форму с параметром α = 0,1.

Мы можем путём подбора прикинуть величину параметра Q. Используя формулу:

BER(Q) = 0,65 × e -0,444(0,75+Q )2 ,

получаем величину Q = 0,625.

Далее задаём параметры нашей системы: будем считать, что все устройства в линии работают при комнатной температуре, то есть t = 300 К.

Величину тактового интервала определим следующим образом:

T= 1 = 1×10-7 с.

Теперь, непосредственно, перейдём к нахождению параметров ПРОМ. Так

как нам даны pin-диод и Si-ПТШ мы получаем по таблице значений:

Г = 1,5 –		коэффициент шума полевого транзистора;
I з = 0,1×10-9 А –				ток утечки затвора полевого транзистора;
gm = 7 ×10−3 См – проводимость канала полевого транзистора;
C = 10 ×10-12 Ф –				емкость перехода сток-исток полевого транзистора.
Среднее число электронов шумового источника тока:
ni =	I зT	=	0,1×10	-9 ×1×10-7	= 62.5 .
	q		1,6	×10-19

Среднее число фотоэлектронов шумового источника напряжения:

2 × k × t × Г ×T

2 ×1,38 ×10-23 × 293 ×1.5 ×1×10

-7

= 6.769 ×10

× R 2 × g m

(1,6 ×10-19 )2

× (1×106 )2

× 7 ×10-3

Рассчитываем интегралы Персоника:

			π
	(α ) =	2	2		(cos(x))4 dx , I 2 (α ) = 0,387 ,
I 2		2	∫ e16×α 2	×x2
I 2			∫ e16×α 2
	π		0
			0

∫e16×α

I 3 (α ) = 0,033 .

I3 (α ) =

×x x2 × (cos(x)) dx ,

Находим шумовое число фотоэлектронов ntt

и nt на ТИ:

Эквивалентное число электронов, связанные с тепловыми шумами:

2 × k × t ×T

2 ×1,38 ×10-23 × 300 ×1×10-7

= 3.159 ×10

q 2

× R

(1,6 ×10-19 )2 ×1×106

Эквивалентное число электронов, связанные с темновым током:

ntt

itt ×T

10 ×10

-9 ×1×10

-7

= 6250 .

1,6 ×10-19

Выражение для Q-фактора ПУ можно выразить соотношением чисел сигнальных и шумовых фотоэлектронов на анализируемом ТИ:

Q =

(

nC (1 - 2γ )

(1 - γ )n

G + n + n

γn

G + n + n

ТТ

Так как репитеры будут стоять в трассе таким образом, чтобы межсимвольные искажения 1-ого рода были сведены к минимуму, то величину γ

(определяющее дисперсионные уширения импульса за пределы своего сигнального интервала) можно принять равной нулю.

Число сигнальных фотоэлектронов, принятых ПРОМ в течении времени T:

(α )

nc = 2 × I2 (α )× Q

+ 2 2I

2 (α ) × Q ×

+ ntt

+ ne

+ ni

+ C

× R

× B

= 3 ×10

× 1

(α )

а минимальная мощность при этом будет:

P	=	nc × h ×υ	; P = 7.87 ×10-9	Вт
P	=	h × λ	; P = 7.87 ×10-9	Вт
min			min

Тогда величина Pmin в дБм будет: -51,038 дБм.

Расчет корректора ПШК.

Для скорости B=107 бит/с по теореме Найквиста требуется полоса частот

Df = B = 107 = 5 МГц. 2 2

Отсюда следует, что граничная частота входной цепи равна:

<<< < Предыдущая 1 2 3 45 / 85 6 7 8 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

#
05.02.2023992.29 Кб7Оптические системы связи и обработки информации..pdf
#
05.02.2023452.21 Кб9Оптические солитоны..pdf
#
05.02.20231.13 Mб14Оптические устройства в радиотехнике.-1.pdf
#
05.02.2023920.88 Кб12Оптические устройства в радиотехнике..pdf
#
05.02.20232.02 Mб32Оптические цифровые телекоммуникационные системы. Сборник задач с формулами и решениями.pdf
#
05.02.20231.03 Mб15Оптические цифровые телекоммуникационные системы.-1.pdf
#
05.02.20231.84 Mб38Оптические цифровые телекоммуникационные системы.-2.pdf
#
05.02.20233.35 Mб15Оптические цифровые телекоммуникационные системы.-3.pdf
#
05.02.20232.41 Mб75Оптические цифровые телекоммуникационные системы..pdf
#
05.02.2023411.96 Кб6Оптическое материаловедение.-1.pdf
#
05.02.2023551.44 Кб20Оптическое материаловедение.-2.pdf