Министерство цифрового развития, связи
И массовых коммуникаций российской федерации
Ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
Московский технический университет связи и информатики
Кафедра многоканальных телекоммуникационных систем
ЗАДАЧА № 1-10
по дисциплине
Волоконно-оптические системы связи
Работу выполнил:
Студент гр. БОС-2001
Ядринцев С.М.
Проверил:
Семёнов А.Б.
Москва 2023
Задача 1. Определение уровня оптического сигнала Краткие теоретические сведения
В соответствии с законом Бугера-Ламберта-Бера мощность оптического сигнала в процессе его распространения по волоконно-оптическому кабелю испытывает затухание и уменьшается по экспоненциальному закону. Кроме того, волоконно-оптический тракт формируется как последовательное соединение отдельных элементов, каждый из которых создает для передаваемого сигнала вполне определенное затухание. Последнее находится делением мощности сигнала на входе элемента к мощности на его выходе.
Затухание протяженного объекта, которым является волоконно-оптический кабель, удобно определять через коэффициент затухания, физический смысл которого – затухание объекта единичной длины (обычно 1 км, другие значения не характерны для оптической связи, но могут использоваться в других областях приложения технических средств волоконной оптики).
Одновременно коэффициент передачи всей цепи, которая образована последовательным соединением отдельных элементов, находится умножением коэффициентов передачи отдельных составляющих. Данная особенность приносит определенные неудобства в процесс выполнения инженерных расчетов.
Для упрощения тех вычислительных процедур, которые осуществляются при выполнении процедур проектирования, строительства и текущей эксплуатации системы волоконно-оптической связи переходят к логарифмическим единицам. Целесообразность выполнения такого перехода обусловлена тем, что позволяет заменить довольно сложно выполняемые в уме умножения и деления на, соответственно, более простые для устного счета сложение и вычитание. Этот переход меняет также характеристику сигнала: вместо мощности оперируют понятием уровня, что сразу же указывает на то, что речь идет именно о логарифмических единицах.
Обращение к логарифмическим единицам требует задания некой реперной точки, за которую принято значение 1 мВт. В качестве обоснования именно этой величины можно сослаться на то, что эта величина является типичным значением на выходе излучателя оптического передатчика.
Понятие коэффициента передачи удобно распространить также на точечные объекты, коими являются разъемные и неразъемные соединители различных видов, ответвители, сплиттеры и иные аналогичные им элементы.
При таких предположениях значение абсолютного уровня в конкретной точке оптического тракта находится следующим образом
, (1)
где P – мощность сигнала, измеренная в мВт.
Аналогичным образом вводится понятие относительного уровня сигнала в точке 1 относительно уровня сигнала в точке 2. Для этой характеристики можем записать
. (2)
Метрика уровней сигналов позволяет легко определять также такие важные для теории и практики волоконно-оптической связи понятия как затухание и коэффициент затухания. В соответствии с системой обозначений, которая представлена на рис. 1, имеем для затухания
. (3)
Рисунок 1 – Схема определения затухания протяженных и точечных элементов волоконно-оптического тракта
Коэффициент затухания в предположении линейности кабельной системы (данное предположение выполняется практически на инженерном уровне строгости во всем диапазоне мощностей оптических передатчиков наиболее многоканальных систем спектрального уплотнения DWDM, для которых, вообще говоря, в некоторых случаях приходится уже приходится принимать во внимание нелинейность волокна, но для учета иных эффектов) находится как
. (4)
Соответственно, затухание однородного кабельного участка длиной L в этом случае составит
. (5)
Кроме того, знание коэффициента затухания заметно упрощает нахождение
а) мощности сигнала в произвольной точке однородной линии, который определяется по уровню как
(6)
б) общего затухания линии; например, для структуры рис. 1 оно составит
, (7)
где Li и ai – длина и коэффициент затухания i-го сегмента кабельного тракта, соответственно, Aj – затухание j-го разъемного соединителя.
Отдельно укажем на то, что, в отличие от аппаратуры, которая использует для передачи электропроводные кабели, уровень оптического сигнала определяется только по мощности.