2.5.11. Расчет максимальной длины регенерационного участка волс

Информационная пропускная способность канала связи за единицу времени определяется шириной полосы частот канала связи и отношением сигнал-шум в приёмнике. Полоса частот ВОЛС может быть ограничена допустимой скоростью модуляции источника излучения, модулятором, дисперсией оптических волокон, фотодетектором и электронными элементами приёмника оптического излучения.

В оптических системах связи используются понятия оптической и электрической полосы пропускания, обозначаемых соответственно и. Для практических оценок можно принять≈ 2.

Отношение сигнал-шум определяется эффективным уровнем шума на входе усилителя приёмника и полезной мощностью оптического сигнала на входе фотодетектора.

Отличительной особенностью оптических систем связи является то, что шум приёмника содержит составляющую, прямо пропорциональную мощности принимаемого оптического сигнала. Поэтому в большинстве обычных оптических систем связи с модуляцией оптического сигнала по мощности уровень шума зависит от уровня сигнала. Мощность поступающего в приёмник сигнала зависит от мощности, излучаемой передатчиком и затухания оптического канала связи.

В аналоговых системах связи отношение сигнал-шум напрямую определяет качество канала связи. В цифровых системах оно определяет вероятность ошибки при принятии решения о том: был ли передан импульс или нет.

Структурная схема регенерационного участка без использования оптических усилителей показана на рис.2.13

Длина регенерационного участка без оптических усилителей зависит от характеристик трех элементов волоконно-оптического тракта: передающего оптоэлектронного модуля (источника светового излучения), оптического кабеля и приемного оптоэлектронного модуля (приемника излучения). Для оптимизации волоконно-оптической системы передачи в общем случае необходимо рассмотреть различные варианты ее построения из названных элементов, аименно, различные типы источников излучения (светоизлучающие диоды и полупроводниковые лазеры); оптические кабели с разными значениями передаточных характеристик; различные приемники излучения (pin- фотодиоды и лавинные фотодиоды), атакже возможные комбинации из этих трех элементов с различными техническими характеристиками.

Рис. 2.13 Структурная схема регенерационного участка:

1- станционный одноволоконный оптический кабель; 2- оптический кросс; 3- соединительная розетка оптического раъема; 4- коннектор оптического раъема; 5 - строительная длина оптического кабеля; 6 - оптическое волокно; 7- оптическая соединительная муфта; ПОМ -передающий оптоэлектронный модуль; ПРОМ - приемный оптоэлектронный модуль.

При учебном проектировании ВОЛС требуется определить максимальную длину регенерационного участка при заданном типе и характеристиках источника и приемника оптического излучения, а также передаточных характеристиках оптического кабеля, ранее рассчитанных в п.2.5.9. Максимальное расстояние между регенераторами, при заданной величине энергетического потенциала аппаратуры, ограничивается передаточными характеристиками оптического кабеля: затуханием и дисперсией. Затухание ограничивает длину регенерационного участка по допустимым потерям в линии передачи; дисперсия приводит к уширению передаваемых импульсов, что ограничивает скорость передачи информации. Максимальная длина регенерационного участка должна удовлетворять как условию потерь в линии передачи, так и дисперсии, и лимитируется наиболее строгим из этих двух условий.

Расчет длины регенерационного участка, исходя из допустимых потерь в линии

передачи

В этом случае длина регенерационного участка определяется энергетическим потенциалом системы передачи (W). Энергетический потенциал зависит от характеристик источника и приемника оптического излучения и определяется как разность между уровнем средней мощности оптического сигнала, вводимого в оптическое волокно (P₁), и минимально допустимым уровнем мощности на входе приемника оптического излучения (P₂) при заданном значении коэффициента ошибок

W = P₁ – P₂ , дБ, (11.1)

Значение P₁ – задано в табл.2.4, а P₂ – рассчитано в п.2.5.10.

Расчет ожидаемых потерь в линии на длине регенерационного участка

Исходные данные для расчета:

а - коэффициент затухания оптических волокон на эксплуатационной длине волны ВОСП, дБ/км;

- строительная длина оптического кабеля (= 5км);

n₁ - число дополнительных сварных соединений, обусловленных технологией строительно-монтажных работ ВОЛС (сварки в оптическом кроссе и стыковые сварки на переходах) в курсовом проекте считать n₁= 8 ;

n₂ - число дополнительных сварных соединений, появляющихся на длине регенерационного участка в процессе эксплуатации ВОЛС (обычно п₂ =6);

а_сп - средние потери на сварку путем плавления, а_сп =0,05 дБ;

а _рз - средние потери на оптическом разъеме, а _рз =0,3 дБ;

Примечание: затухание в оптических разъемах передающего и приемного оптоэлектронного блоков не учитываются, так как они уже учтены в значениях энергетического потенциала системы передачи.

Максимальная длина регенерационного участка (L_p) определяется по формуле:

(11.2)

где n– общее число дополнительных сварных соединений (n=n₁+n₂)

- энергетический запас системы передачи,=6 дБм.

Расчет длины регенерационного участка, исходя из ограничений по дисперсии

Волоконно-оптическую систему связи можно рассматривать как линейную систему с ограниченной полосой пропускания. Оптическая полоса пропускания волокна определяется как область частот, в пределах которой значение передаточной функции волоконного световода уменьшается наполовину от ее величины при нулевой частоте модуляции оптической несущей .

Между информационной пропускной способностью оптического волокна (В, бит/с), уширением импульса (, с) и шириной оптической полосы пропускания [, Гц] имеется взаимосвязь. Ширина оптической полосы пропускания в герцах должна быть не менее скорости передачи информации в битах. Связь между величиной уширения оптических импульсови оптической ширины полосы пропускания оптического волокна на длине регенерационного участка выражается соотношением

, (11.3)

где к– коэффициент, учитывающий форму оптического сигнала.

Для гауссовского спектра источника излучения и скорости передачи менее 565 Мбит/с для практических оценок можно использовать следующие соотношения:

(11.4) ;, (11.5)

где - хроматическая дисперсия, пc/нм км (берется из п.2.5.9);

- ширина спектральной линии источника излучения, нм;

L_p - максимальная длина регенерационного участка исходя из условия потерь в линии, км.

Пример. Исходя из условия потерь на линии, максимальная длина регенерационного участка для системы передачи 140 Мбит/с равна 100 км. Рассчитать уширение импульса и ширину оптической полосы пропускания при= 100 км и использовании полупроводникового лазера с эксплуатационной длиной волны= 1500 нм, шириной спектральной линии= 0,5 нм и хроматической дисперсией=15 пс/нм^.км.

Уширение импульса на длине регенерационного участка равно

.

Ширина оптической полосы пропускания оптического волокна на длине регенерационного участка равна

.

Расчетная ширина оптической полосы пропускания световода = 0,59ГГц больше требуемой полосы частот 0,14 ГГц для работы системы передачи 140 Мбит/с. Следовательно, ограничение длины регенерационного участка, исходя из потерь в линии, является более строгим, чем ограничение по дисперсии и максимальная длина регенерационного участка равна=100 км.