3. Упражнения

В дальнейшем будет использоваться такое наименование упражнений, входящих в данный сборник.

Часть 31(издание 2-е) Изучение оптических секций передачи

Упражнение 3.1 Допустимое дисперсионное уширение импульса

Упражнение 3.2 Максимально допустимая дисперсия

Упражнение 3.3 Протяжённость кабельного участка.

Упражнение 3.4 Расчёт оптической секции исходя из потерь.

Упражнение 3.5 Расчёт оптической секции исходя из дисперсии.

Упражнение 3.6 Хроматическая дисперсия ОВ (содержит 3 листа: на первом рассмотрены ОВ, отвечающие рекомендациям МСЭ-Т G.652 и G.654, на втором – G.653 и на третьем – G.655 и G.656

Общие указания.

Упражнения по указанию преподавателя могут выполняться или фронтально в компьютерном классе, или индивидуально, как в классе, так и на домашнем компьютере.

Перед выполнением любого упражнения необходимо.

1. Ознакомиться с краткой теорией, описанием и таблицами Excel данного упражнения.

2. Получить допуск к работе в результате собеседования с преподавателем. При собеседовании выясняется, как подготовлен учащийся в области теории данной задачи, так и в особенностях её решения в приложении Excel.

3. Получить задание (исходные данные) к упражнению.

После завершения работы следует получить отметку преподавателя о выполнении работы. По результатам работы составить отчёт, который, помимо результатов работы (по форме, индивидуальной для конкретного упражнения), должен содержать:

• фамилию и.о. студента, номер учебной группы, дату выполнения работы и фамилию преподавателя;

• исходные данные к работе;

• используемые расчётные соотношения;

• развёрнутые выводы по результатам работы.

Отчёт, по согласованию с преподавателем, может быть представлен на бумажном или/и на электронном носителе.

Упражнение 3.1. Допустимое дисперсионное уширение импульса.

Задача упражнения.

В задачу упражнения входит исследование дисперсионного уширения оптических импульсов в зависимости от заданных дополнительных потерь в оптическом тракте и коэффициента заполнения тактового интервала.

Описание упражнения.

Упражнение выполняется на листе 3.1 Доп. уширение книги Excel Упр_ч_3а, верхняя часть которого показана на рисунке 6.

В левые ячейки таблицы Исходные данные вводятся заданные значения коэффициента заполнения k_зап импульса и величины его фактического уширения . В ячейку С5 введена постоянная – среднеквадратическая ширина опорного гауссовского импульса (k_зап = 1;  = 0). Для этих данных по формуле (4) автоматически производится расчёт мгновенных значений соответствующих комбинаций импульсов, заполняющих таблицу Комбинации импульсов. На основе этих данных происходит автоматическое построение соответствующей диаграммы (глаз-диаграммы), расположенной ниже указанной таблицы. (Аналогичная диаграмма с двумя из шести графиков приведена на рис. 2.)

Данные таблицы Потери из-за дисперсии рассчитываются с использованием формул (3) – (6); диаграммы, иллюстрирующие эту таблицу, располагаются ниже. Они могут быть использованы для ориентировочного определения дисперсионного уширения  по заданным потерям из-за дисперсии А_д. Точные расчёты могут быть произведены посредством функции Подбор параметра…, для чего служит таблица Расчёты. Инструкция по расчётам приведена в правой верхней части листа.

Порядок выполнения упражнения.

1. Для заданных значений k_зап и , используя таблицу Исходные данные, получить соответствующие глаз-диаграммы, которые скопировать для отчёта.

2. Для заданных значений k_зап и , используя таблицу Исходные данные, получить графики функций  () и А_д(). Скопировать полученные графики для отчёта.

3. Для заданного значения А_д и k_зап посредством функции Подбор параметра… (находится в меню Сервис листа) найти точные значения y, y, R,  и . Инструкция для этой операции помещена рядом с таблицей Расчеты. Полученные результаты зафиксировать для отчёта. Сравнить эти результаты с соответствующими значениями на диаграммах, полученных в предыдущем пункте.

Упражнение 3.2. Максимально допустимая дисперсия.

Задача упражнения.

В задачу упражнения входит определение величины максимально допустимой дисперсии оптической секции передачи (ОСП) в зависимости от выбранной величины потерь помехозащищённости из-за дисперсии и параметров оптического сигнала: скорости передачи, коэффициента заполнения оптического импульса, средней длины волны и ширины спектра источника излучения.

Описание упражнения.

Упражнение выполняется на листе 3.2 Макс. дисперсия книги Excel Упр_ч_3а, бỏльшая часть которого показана на рисунке 7. В таблицу Исходные данные вводятся заданные значения скорости передачи В Гбит/с, коэффициента заполнения k_зап импульса, потерь помехозащищённости из-за дисперсии А_д, дБ, ширина спектра _изл и средняя длина волны _ср источника излучения в нм. Величина дисперсионного уширения  рассчитывается по заданным значениям А_д и k_зап на листе 3.1. и затем переносится на лист 3.2. в ячейку F5. Если задано несколько значений А_д и k_зап, рекомендуется составить таблицу Вспомогательные данные, подобную показанной на рис.7 вверху справа.

После ввода исходных данных автоматически рассчитываются величины _сигн, _имп и DL_макс по формулам (7) и (9) соответственно. Заметим, что в расчётах не учитывается поляризационно модовая дисперсия (ПМД), поскольку её величина по сравнению хроматической дисперсии невелика. Влияние ПМД начинает заметно сказываться при компенсации хроматической дисперсии, что будет рассмотрено в упражнениях на листах 3.3 Протяженность КУ и 3.5 Секция D.

В нижней части листа слева расположена таблица Зависимость DLмакс от ширины спектра источника излучения. На основе этой таблицы построена диаграмма, расположенная справа. Расчёты в данном случае производятся по преобразованной формуле (9).

В нижней части листа, не показанной на рисунке, приведена формула (9) и таблица стандартных скоростей передачи систем СЦИ и ОТС.

Порядок выполнения упражнения.

1. Для заданных величин Ад и kзап составить таблицу Вспомогательные данные и заполнить её, производя соответствующие расчёты на листе 3.1.

2. Последовательно заполнять таблицу Исходные данные заданными группами значений В, kзап, Δλизл и λср, а также заранее рассчитанными величинами . Фиксировать при этом для отчёта результаты, получаемые в таблице Расчёты. Если задано несколько вариантов исходных данных, результаты свести в таблицу, выбрав самостоятельно её форму и проиллюстрировать результаты соответствующими графиками.

3. Выбрать по указанию преподавателя диапазон изменений ширины спектра излучения Δλизл и скорости передачи В. Заполнить этими данными соответствующие ячейки таблицы Зависимость DLмакс от ширины спектра источника излучения. Диаграмму результатов расчётов DLмакс скопировать для отчёта.

4. По результатам упражнений 3.1 и 3.2 сформулировать общие выводы, сводящиеся к рекомендациям получения возможно большего значения DLмакс.

Упражнение 3.3. Протяжённость кабельного участка.

Задача упражнения.

Задача упражнения подразделяется на три части:

• определение влияния различных параметров на максимальную протяжённость кабельного участка (КУ), исходя из потерь в оптическом тракте;

• определение влияния различных параметров на максимальную протяжённость КУ, исходя из допустимой дисперсии;

• компенсация хроматической дисперсии ОСП

Материалы этого упражнения могут быть использованы для расчётов однопролётной ОСП без волнового уплотнения при проектировании структур первичной сети связи.

Описание упражнения.

Упражнение выполняется на листе 3.3 Протяжённость КУ книги Excel Упр_ч_3. На рисунке 8 верхние две таблицы листа предназначены для определения максимальной протяжённости кабельного участка, исходя из потерь в оптическом тракте.

При заполнении верхней таблицы величинами, определяемыми параметрами интерфейса выбранного кода применения, автоматически рассчитываются значения энергетического потенциала Э, максимально и минимально допустимой протяжённости КУ (L_{КУ макс А}, L_{КУ мин А}) исходя из потерь. Расчеты проводятся по формулам (1) и (2). Энергетический потенциал находится согласно рисунку 1 (Э = р_{пер мин} – р_{пр мин}). Результаты помещаются в таблицу Результат.

При заполнении таблицы Исходные данные раздела Расчёт максимальной протяжённости КУ, исходя из дисперсии в тракте происходит автоматический расчёт ширины по основанию спектра сигнала Δλ_сигн и спектра оптического импульса Δλ_имп. по формулам (7) и (8). Эти величины используются для вычисления максимально допустимой хроматической дисперсии DL_макс и максимальной протяжённости кабельного участка L_макс по формуле (10). Ниже (ячейка D19) помещается результат L_{макс К} , учитывающий влияние поляризационно модовой дисперсии (ПМД). Следует отметить, что влияние ПМД на некорректированном КУ невелико.

На рисунке 9 представлена нижняя часть листа 3.3 Протяжённость КУ, Компенсация дисперсии, которая используется, если максимальная протяжённость КУ, определяемая дисперсией, меньше требуемой. Предполагается, что компенсация осуществляется заменой части основного оптического волокна ОВ оптическим волокном, корректирующим дисперсию ОВКД. В таблицу Исходные данные вводятся требуемая протяжённость КУ l_{КУ треб} и параметры ОВКД. Это коэффициент дисперсии D_к, удельные потери α_к и строительная длина l_{стр к}. Кроме того, вводится величина потерь на согласование основного и корректирующего волокна А_сок (см. Приложение 3).

Поскольку не рекомендуется полная компенсация дисперсии, в исходные данные включается также величина остаточной дисперсии DL_ост, которая, с учётом ПМД должна быть меньше максимальной дисперсии DL_макс.

В таблице Результат отображаются: величина фактической дисперсии (хроматической дисперсии при отсутствии коррекции) DL_факт, величина ПМД DL_ПМД¹ и потери из-за повышенных удельных потерь ОВКД плюс потери в согласующем устройстве ΔА_кор Эти величины являются вспомогательными для расчёта протяжённости основного l_ов и корректирующего l_овкд волокон, а также увеличенной эквивалентной протяжённости КУ l_{КУ экв} из-за дополнительных потерь на согласование ΔА_кор. Эквивалентная протяжённость КУ должна быть меньше или равной максимальной протяжённости КУ, определённой ранее, исходя из потерь.

Таблица Диаграмма дисперсии на КУ предназначена для подбора длины основного волокна, кратного строительной длине кабеля. Подбор производится с округлением l_ов как в меньшую так и в большую стороны. При этом автоматически рассчитываются величины остаточной дисперсии и эквивалентной протяжённости КУ, которые не должны выходить за указанные ранее пределы. На основании полученных данных строится диаграмма дисперсии КУ, для чего служит нижняя таблица, которой соответствует диаграмма справа. Эту таблицу следует корректировать по указанию преподавателя в соответствии с заданной протяжённостью КУ и строительными длинами основного и компенсирующего кабелей.

Порядок выполнения упражнения.

1. Установить в таблицы Исходные данные для определения максимальной протяженности КУ параметры какого-либо низкоскоростного интерфейса. Изменяя значение ширины по основанию спектра излучения Δλ_изл, найти такое её минимальное значение, при котором заведомо не потребуется компенсация хроматической дисперсии, то есть при достижении равенства L_{КУ макс А} = L_{макс К}. Для этого можно воспользоваться функцией Подбор параметра… из меню Сервис. Зафиксировать исходные и полученные данные для отчёта.

2. Уменьшая полученное значение Δλ_изл, наблюдать скорость увеличения L_{макс К}. Для этого самостоятельно сформировать соответствующие таблицу и диаграмму, которые следует скопировать для отчёта.

3. Установить в таблицы Исходные данные для определения максимальной протяженности КУ параметры какого-либо интерфейса со скоростью передачи порядка 10 Гбит/с или выше. Зафиксировать исходные и полученные данные для отчёта.

4. Выбрать протяженность КУ l_{КУ треб} между полученными значениями l_{КУ макс а} и l_{КУ мин А}, а также величину остаточной дисперсии DL_ост. Ввести выбранные значения в таблицу Исходные данные раздела Компенсация дисперсии. В эту же таблицу ввести параметры ОВКД (см. Приложение Х) и согласующего устройства (типовое значение А_сок = 0,8 дБ). Произвести расчёт длин ОВ и ОВКД и построить диаграмму дисперсии КУ. Результаты скопировать для отчёта.

5. Сделать выводы по проделанным экспериментам, в которых указать причины ограничения протяжённости КУ.

Упражнение 3.4. Расчёт оптической секции исходя из потерь.

Задача упражнения.

В задачу упражнения входит определение влияния различных факторов на максимальную протяжённость оптической секции передачи с промежуточными усилителями, исходя из потерь в оптическом тракте. Предполагается, что на секции используется волновое уплотнение (если волновое уплотнение не используется, в расчётах достаточно положить число волновых каналов равным единице m = 1). Материалы этого упражнения могут быть использованы для расчётов ОСП заданной протяжённости с промежуточными усилителями.

Описание упражнения.

У пражнение выполняется на листе 3.4. Секция_А книги Excel Упр_ч_3. верхняя часть листа, содержащая таблицы Исходные данные, Константы и Результаты расчётов показана на рисунке 10.

На основании величин, заданных в таблице Исходные данные, и констант из таблицы Константы происходит автоматический расчёт по формулам (14) – (18) и заполнение таблицы Результаты расчетов. При этом обычно рассчитанная максимальная протяжённость секции L_{с макс} существенно отличается от заданной протяжённости L_{с треб}. Причем отличие может быть как в большую, так и в меньшую сторону. Оптимальным считается вариант, при котором максимальная протяжённость секции незначительно превышает требуемую, а число кабельных участков на секции минимально. Необходимое изменение L_{с макс} осуществляется посредством изменения коэффициента усиления усилителей S_ус, для чего предназначаются таблицы и диаграммы, представленные на рисунках 11 и 12.

Т аблица и диаграмма на рисунке 11 предназначены для ориентировочного определения усиления усилителя, которое соответствует ближайшему значению L_{с макс}, превышающему L_{с треб}. Столбец S_ус таблицы, показанной на рисунке 12, заполняется значениями, находящимися в окрестностях величины усиления, найденного ранее. Используя эту таблицу и график на соответствующей ей диаграмме, определяют усиление усилителей, обеспечивающее заданную протяжённость ОСП при минимальном числе кабельных участков (минимальном соотношении L_с/l_КУ).

Порядок выполнения упражнения.

1. По указанию преподавателя выбрать систему передачи (определить число оптических каналов m, полосу пропускания приёмника Δf_пр и волновой диапазон), тип оптических усилителей (определить параметры К_{ш ус}, р_сум и пределы изменения коэффициента усиления) и марку оптического волокна (определить параметр α).

2. Воспользовавшись таблицами центральных частот оптических каналов (Приложение 1) найти центральную длину среднего канала λ_ср. Выбрать ориентировочно величину коэффициента усиления S_ус, воспользовавшись таблицей и диаграммой показанных на рисунке 11. Заполнить таблицу исходных данных. (Рекомендации по выбору этих и других необходимых величин можно найти в [1], [2]).

3. Произвести коррекцию таблицы, показанной на рисунке 12. Для этого заполнить в этой таблице столбец S_ус числами, в окрестностях ранее найденного значения коэффициента усиления, с интервалами 0,1 дБ. При этом надо стремиться к тому, чтобы величина заданной протяжённости ОСП пришлась бы на середину оси значений графика диаграммы, показанной на рисунке 12.

4. Уточнить значение S_ус, стремясь получить максимальную протяжённость секции передачи L_{с макс}, превышающую заданную L_{с треб} при минимальном числе кабельных участков на секции L_{с макс}/l_КУ. Ввести уточненное значение в таблицу Исходные данные и записать результаты расчёта фактического усиления усилителя S_{ус факт} и величину запаса по усилению ΔS = S_ус  S_{ус факт}.

5. Произвести исследование влияния на максимальную протяженность ОСП, рассчитанную исходя из потерь в тракте, тех или иных исходных данных. Для этого изменять в некоторых пределах последовательно один за другим исходные параметры, наблюдая при этом за изменением L_{с макс} и ΔS. Результаты экспериментов записать.

6. По результатам экспериментов составить отчёт, обязательным пунктом которого должны быть рекомендации по практической реализации ОСП, обеспечивающей запас по усилению усилителей до 3 дБ¹.

Упражнение 3.5. Расчёт оптической секции исходя из дисперсии.

Задача упражнения.

В задачу упражнения входит расчёт оптической секции передачи (ОСП) с промежуточными усилителями, исходя из дисперсии в оптическом тракте. Предполагается, что на секции работает система с волновым уплотнением и высокой скоростью передачи. Предполагается также, что секция имеет большую протяжённость. Поскольку на ОСП с такими свойствами требуется компенсация дисперсии, завершением задачи упражнения является расчёт вставок в кабельные участки оптического волокна, компенсирующего дисперсию (ОВКД). Материалы этого упражнения в комплексе с материалами упражнения 3.4 могут быть использованы для расчётов ОСП большой протяжённости.

Описание упражнения.

Упражнение выполняется на листе 3.5 Секция_D книги Excel Упр_ч_3, верхняя часть которого показана на рисунке 13. Таблица Исходные данные содержит следующие величины: заданную протяжённость секции L_{c треб}, число кабельных участков на секции n, скорость передачи В, коэффициент заполнения тактового интервала k_зап, среднюю длину волны источника излучения λ_ср, ширину спектра по основанию источника излучения Δλ_изл, коэффициент дисперсионного уширения δ, коэффициент поляризационной модовой дисперсии К_ПМД, потери на согласующее устройство основного и компенсирующего ОВ А_сок.

Средняя длина волны источника излучения λ_ср должна соответствовать центральной длине волны среднего канала данной системы передачи. Эта длина определяется по таблицам, помещённым в Приложении 1. Величина коэффициента дисперсионного уширения импульса δ определяется долей ΔА_д от дополнительных потерь в оптическом тракте А_д. Для высокоскоростных систем величина А_д принимается равной 2,0 дБ, На долю потерь от дисперсии отводят обычно 70 –80% , то есть ΔА_д  0.75А_д. Расчёт δ по выбранной величине ΔА_д можно сделать на листе 3.1 Доп. уширение.

В таблице Параметры волокон приводятся параметры основного оптического волокна ОВ и компенсирующего ОВКД (см. Приложение 1 и Приложение 2). Кроме этого, в таблицу вводятся значения длин волн, соответствующих краям используемого диапазона, которые также определяются по таблицам, помещённым в Приложении 1.

П осле ввода исходных данных происходит автоматический расчёт параметров в таблице определения удельной дисперсии оптических волокон на краях рабочего диапазона (третья таблица сверху) по формуле (20) и в таблице Результаты расчётов.В эту таблицу (ячейка С21) следует ввести значение остаточной дисперсии на кабельном участке (см. упражнение на листе 3.3. Протяжённость КУ). Величина остаточной дисперсии должна быть меньше значения допустимой дисперсии на кабельном участке DL_{КУ доп} и больше значения ПМД на кабельном участке DL_{КУ ПМД}.

Основным результатом расчётов являются значения длин основного оптического волокна l_ОВ, компенсирующего волокна l_ОВКД и величина дополнительных потерь из-за компенсации дисперсии ΔА. На рисунке 14, изображающей нижнюю часть листа 3.4. Секция D показаны две последних строки таблицы Результаты расчётов и две таблицы, позволяющие построить диаграмму дисперсии по кабельным участкам секции передачи. В таблицу Диаграмма дисперсии на КУ вводится округленное (желательно на кратное строительной длине кабеля) значение протяженности основного ОВ. При этом рассчитывается уточнённое значение ΔА, которое сравнивается со значением, перенесённым с листа 3.4. Секция А (ячейка F25). Превышение значения, полученного на листе 3.4., недопустимо; меры, принимаемые при этом, будут рассмотрены в разделе Порядок выполнения упражнения.

Собственно диаграмма строится на основании автоматических расчётов в таблице Дисперсия по участкам кабеля, подобно тому, как это делается на листе 3.3. Протяжённость КУ.

Следует заметить, что на рисунке 14 номера участков с индексами «а» означают точки стыка ОВ и ОВКД, а затенённые участки таблицы и диаграммы предназначены для случаев, если число КУ на секции 5 или 6.

Порядок выполнения упражнения.

Данное упражнение можно выполнять как самостоятельное, так и как продолжение упражнения 3.4 Секция А, что предпочтительнее.

1. Заполнить таблицы Исходные данные и Параметры волокон. Для этого предварительно рассчитать значение коэффициента дисперсионного уширения , задавшись потерями на дисперсию А_д, как долей от дополнительных потерь в тракте А_д. Для выбора других параметров использовать Приложения к данному описанию, результаты расчётов на листе 3.4 Секция А и консультации с преподавателем. После заполнения указанных таблиц происходит автоматический расчёт параметров в таблицах Результаты расчётов.

2. Ввести в ячейку С21 величину остаточной дисперсии на кабельном участке. Эта величина должна быть меньше DL_{КУ доп}, но больше DL_{КУ ПМД}. При этом происходит окончательный расчёт протяжённости волокон ОВ и ОВКД на кабельном участке. Результаты расчётов зафиксировать для отчёта.

3. Изменяя в некоторых пределах параметры в таблице Исходные данные, зафиксировать ориентировочную степень их влияния на протяжённости основного и компенсирующего волокон и на дополнительные потери из-за компенсации А (ячейки D21, E21, F21). Результаты наблюдения зафиксировать для отчёта.

4. В таблицу Диаграмма дисперсии на КУ ввести округлённое значение (до кратного строительной длине) протяжённости ОВ. Изменяя округлённое значение l_ОВ, наблюдать за изменением параметров DL_{КУ ост} и А. Зафиксировать полученные результаты, в том числе и диаграмму дисперсии по кабельным участкам, для отчёта.

5. Если хотя бы один из параметров DL_{КУ ост} и А не удовлетворяет допустимым значениям при любых изменениях l_ОВ, то по указанию преподавателя или произвести коррекцию расчётов на листе 3.4., или зафиксировать отрицательный результат в отчёте.

6. Составить отчёт или по результатам данного упражнения, или общий отчёт по результатам упражнений на листах 3.4. и 3.5. Отчёт должен содержать выводы, подтверждающие возможность реализации секции передачи при заданных параметрах, или при невозможности реализации, рекомендации по изменению выбранных параметров.

Упражнение 3.6. Хроматическая дисперсия ОВ

Задача упражнения.

В задачу упражнения входит построение волновых характеристик удельной хроматической дисперсии различных оптических волокон и определение соответствия этих характеристик соответствующим рекомендациям МСЭ-Т. Упражнение имеет справочный характер и используется в процессе расчёта параметров ОВ при выполнении курсовых и аттестационных работ.

Описание упражнения.

Упражнение выполняется на трёх листах 3.5а. ОВ G.652, 3.5б. ОВ G.653 и 3.5в. ОВ G.655 книги Excel Упр_ч_3.

На листе 3.5а. ОВ G.652, левая часть которого показана на рисунке 15, осуществляется построение волновых характеристик удельной хроматической дисперсии для волокон, отвечающих рекомендациям G.652 и G.654 МСЭ-Т. На рисунке сверху находится таблица Исходные данные, в которую вводится длина волны нулевой дисперсии λ₀, крутизна волновой характеристики хроматической дисперсии S₀ и допустимое отклонение длины волны нулевой дисперсии ±Δλ₀. На рисунке эти значения соответствуют рекомендации G.652 МСЭ-Т, но в общем случае могут соответствовать техническим данным выбранного ОВ. Правее в эту таблицу вводятся значения удельной дисперсии D(λ_дв) и крутизны S(λ_дв), определённые на длине волны λ_дв. Обычно эти значения приводятся в технических данных ОВ, если предполагается его использовать в диапазоне относительно длинных волн.

Н иже располагается таблица Результаты расчётов, в которой по формуле (19) определены волновые характеристики удельной хроматической дисперсии для λ₀ (D_ср) и для λ₀ ± Δλ₀ (D_мин) и (D_макс) соответственно. Кроме этого определена характеристика (D_дв) по формуле (20), используемая для расчётов в области длинных волн, и волновая характеристика крутизны S(λ).удельной дисперсии D_ср. Эта характеристика определяется первой производной от волновой характеристики дисперсии (19), то есть формула для её вычисления имеет вид

S(λ)= S₀(1+3λ₀⁴/λ⁴)/4.

Ещё ниже располагается таблица Расчёт для выбранного диапазона, которая отличается от расположенной выше лишь тем, что в графу λ вносятся значения в пределах заданного диапазона.

Результаты вычислений в названных выше таблицах отображаются графиками диаграмм, находящимися справа от таблиц. Эти диаграммы представлены на рисунке 16.

На листе 3_5б_ОВ_G.652, левая часть которого показана на рисунке 17, осуществляется построение волновых характеристик удельной хроматической дисперсии для волокон, отвечающих рекомендации G.653 МСЭ-Т (ОВ с нулевой смещённой дисперсией). Таблица Исходные данные содержит три величины, определяющие дисперсионные характеристики конкретного ОВ, отвечающего рекомендации G.653. Это длина волны нулевой дисперсии λ₀, пределы отклонения волны нулевой дисперсии ±Δλ₀ и крутизна дисперсионной характеристики на длине волны нулевой дисперсии S₀.

Как отмечалось выше, данные волокна подразделяются на два типа А и В. В столбцах В и С таблицы Результаты расчётов размещены формулы, определяющие маску для допустимых значений удельной дисперсии ОВ типа В, а в столбцах D и E – аналогичная маска для ОВ типа А. В столбцах F, G и H содержатся результаты автоматических расчётов волновых характеристик удельной хроматической дисперсии для λ₀ (D_ср) и для λ₀ ± Δλ₀ (D_мин) и (D_макс) соответственно.

Рисунок 18 отображает диаграммы с графиками, соответствующими результатам автоматических вычислений в таблице Результаты расчётов для оптических волокон типов А и В. Отметим, что расчёты волновых характеристик удельной хроматической дисперсии осуществляются по формуле (21), а нормирующие м аски определены данными рисунка 4 и таблицы 1.

На этом же листе расположена таблица Расчёт для выбранных длин волн, расчётные столбцы которой повторяют расчётные столбцы таблицы Результаты расчётов, а столбец исходных данных заполняется значениями для конкретных рассчитываемых волокон.

Л ист 3.5в. ОВ G.655 предназначается для расчёта волновых характеристик удельной хроматической дисперсии волокон, отвечающих рекомендациям G.655 и G.656 МСЭ-Т. На рисунке 19 представлена верхняя часть этого листа. Таблица Параметры масок содержит величины, которые вводятся в соответствующую таблицу исходных данных для построения графиков масок, отображаемых на диаграммах, представляющих волновые характеристики удельной дисперсии рассматриваемых волокон.

Под заголовком Исходные данные находятся три таблицы. Верхняя таблица предназначается для ввода параметров маски, соответствующей рассматриваемому оптическому волокну. Ниже располагаются таблицы исходных данных для расчёта волновой характеристики удельной дисперсии. Если на некоторой длине волны задана удельная дисперсия и крутизна дисперсионной характеристики, то используется левая таблица, правая таблица используется, если задана удельная дисперсия на двух длинах волн.

Результаты автоматических вычислений отображаются в таблице Результаты расчётов: в столбце D_А, если вычисления производились по формуле А, и в столбце D_В, если использовалась формула В (см. рисунок 19). Указанным столбцам соответствуют графики волновых характеристик удельной дисперсии на фоне нормирующих масок на диаграммах, показанных на рисунке 20.

Н а листе находится также таблица Расчёт для выбранных длин волн, вычисления в которой осуществляются аналогично вычислениям в таблице Результаты расчётов. Назначение этой таблицы ясно из её названия.

Порядок выполнения упражнения.

Лист 3.5а. ОВ G.652

Величины λ₀ = 1312 нм, S₀ = 0,092 пс/нм²·км и Δλ = ±12 нм являются типовыми для волокон, отвечающим рекомендации G.652 МСЭ-Т. При их вводе в исходные данные на диаграммах (рисунок 16) отображается маска допустимых значений удельной дисперсии, которые должны находиться между верхним и нижним графиками, а также рассчитывается волновая зависимость крутизны наклона дисперсионной характеристики. Основываясь на этих типовых характеристиках можно оценить соответствие значений удельной хроматической дисперсии и крутизны наклона характеристики дисперсии (D(λ) и S(λ)) заданных оптических волокон требованиям рекомендации G.652.

В области длинных волн ввести параметры ОВ, заданные техническими характеристиками и определить параметры на длине волны, которая определена заданием.

Лист 3.5б. ОВ G.653

Величины λ₀ = 1550 нм, S₀ = 0,085 пс/нм²·км и Δλ = ±15 нм являются типовыми для волокон, отвечающим рекомендации G.653 МСЭ-Т. Оценка параметров для различных длин волн выбранного ОВ, требованиям указанной рекомендации осуществляется следующим образом. Вначале следует сохранить стандартные данные в таблице Сохранение стандартных данных, а затем ввести параметры выбранного волокна в таблицу Стандартные данные и наблюдать соответствие полученных характеристик соответствующим маскам.

Лист 3.5в. ОВ G.655

Исходные данные выбранных ОВ ввести в таблицы Для формулы А и Для формулы В. Затем, заменяя параметры типовых масок, убедиться к каким типам и в каких нормированных диапазонах волн принадлежат оптические волокна с заданными параметрами.

Приложение 1

Номинальные центральные частоты каналов ОМТС

с волновым уплотнением

Таблица A.1/G.692 – Номинальные центральные частоты
Номинальные центральные частоты (TГц) для расстояний 50 ГГц		Номинальные центральные частоты (TГц) для расстояний 100 ГГц		Номинальные центральные длины волн (нм)			Номинальные центральные частоты (TГц) для расстояний 50 ГГц			Номинальные центральные частоты (TГц) для расстояний 100 ГГц		Номинальные центральные длины волн (нм)
196.10		196.10		1528.77			194.10			194.10		1544.53
196.05		–		1529.16			194.05			–		1544.92
196.00		196.00		1529.55			194.00			194.00		1545.32
195.95		–		1529.94			193.95			–		1545.72
195.90		195.90		1530.33			193.90			193.90		1546.12
195.85		–		1530.72			193.85			–		1546.52
195.80		195.80		1531.12			193.80			193.80		1546.92
195.75		–		1531.51			193.75			–		1547.32
195.70		195.70		1531.90			193.70			193.70		1547.72
195.65		–		1532.29			193.65			–		1548.11
195.60		195.60		1532.68			193.60			193.60		1548.51
195.55		–		1533.07			193.55			–		1548.91
195.50		195.50		1533.47			193.50			193.50		1549.32
195.45		–		1533.86			193.45			–		1549.72
195.40		195.40		1534.25			193.40			193.40		1550.12
195.35		–		1534.64			193.35			–		1550.52
195.30		195.30		1535.04			193.30			193.30		1550.92
195.25		–		1535.43			193.15			–		1552.12
195.20		195.20		1535.82			193.10			193.10		1552.52
195.15		–		1536.22			193.05			–		1552.93
195.10		195.10		1536.61			193.00			193.00		1553.33
195.05		–		1537.00			192.95			–		1553.73
195.00		195.00		1537.40			192.90			192.90		1554.13
194.95		–		1537.79			192.85			–		1554.54
194.90		194.90		1538.19			192.80			192.80		1554.94
194.85		–		1538.58			192.75			–		1555.34
194.80		194.80		1538.98			192.70			192.70		1555.75
194.75		–		1539.37			192.65			–		1556.15
194.70		194.70		1539.77			192.60			192.60		1556.55
194.65		–		1540.16			192.55			–		1556.96
194.60		194.60		1540.56			192.50			192.50		1557.36
194.55		–		1540.95			192.45			–		1557.77
194.50		194.50		1541.35			192.40			192.40		1558.17
194.45		–		1541.75			192.35			–		1558.58
194.40		194.40		1542.14			192.30			192.30		1558.98
194.35		–		1542.54			192.25			–		1559.39
194.30		194.30		1542.94			192.20			192.20		1559.79
194.25		–		1543.33			192.15			–		1560.20
194.20		194.20		1543.73			192.10			192.10		1560.61
194.15		–		1544.13
ПРИМЕЧАНИЕ Предполагается, что будущая эволюция многоканальных систем будет использовать частоты за этими пределами.
Таблица III.1/G.692 – Рекомендуемые центральные частоты каналов для систем на волокнах G.652/655 (окончательно)
Частота в TГц	Расстояние100 ГГц (8 каналов или больше)		Расстояние 200 ГГц (4 канала или больше)		Расстояние 400 ГГц (только 4 канала)			Расстояние 500/400 ГГц (только 8 каналов)	Расстояние 600 ГГц (только 4 канала)		Расстояние 1000 ГГц (только 4 канала)		Длина волны в вакууме (нм)
196.1	*		*										1528.77
196.0	*												1529.55
195.9	*		*										1530.33
195.8	*												1531.12
195.7	*		*										1531.90
195.6	*												1532.68
195.5	*		*						*		*		1533.47
195.4	*												1534.25
195.3	*		*					*					1535.04
195.2	*												1535.82
195.1	*		*										1536.61
195.0	*												1537.40
194.9	*		*						*				1538.19
194.8	*							*					1538.98
194.7	*		*										1539.77
194.6	*												1540.56
194.5	*		*								*		1541.35
194.4	*												1542.14
194.3	*		*					*	*				1542.94
194.2	*												1543.73
194.1	*		*										1544.53
194.0	*												1545.32
193.9	*		*		*			*					1546.12
193.8	*												1546.92
193.7	*		*			*			*				1547.72
193.6	*												1548.51
193.5	*		*		*						*		1549.32
193.4	*							*					1550.12
193.3	*		*			*							1550.92
193.2	*												1551.72
193.1	*		*		*				*				1552.52
193.0	*							*					1553.33
192.9	*		*			*							1554.13
192.8	*												1554.94
192.7	*		*		*								1555.75
192.6	*												1556.55
192.5	*		*			*		*	*		*		1557.36
192.4	*												1558.17
192.3	*		*		*								1558.98
192.2	*												1559.79
192.1	*		*					*					1560.61

Таблица IV.1/G.692 – Рекомендуемые центральные частоты каналов для систем с числом каналов от 4 до 8 на волокне G.653
Частота в ТГц	Расстояние100 ГГц (8 каналов или больше)	Расстояние 200 ГГц (4 канала или больше)	Альтернативное расстояние 200 ГГц (от 4 до 8 каналов)со смещением 25 ГГц	Альтернативное расстояние 200 ГГц (от 4 до 8 каналов)со смещением 50 ГГц	Длина волны в вакууме (нм)
	Неравные расстояния в сетке номинальных частот		Неравные расстояния со смещением в сетке номинальных частот
196.1	*				1528.77
196.0	*				1529.55
195.9	*	*			1530.33
195.8	*				1531.12
195.7	*	*			1531.90
195.6	*				1532.68
195.5	*	*			1533.47
195.4	*				1534.25
195.3	*	*			1535.04
195.2	*				1535.82
195.1	*	*			1536.61
195.0	*				1537.40
194.9	*	*			1538.19
194.8	*				1538.98
194.7	*	*			1539.77
194.6	*				1540.56
194.5	*	*		(194.45)	1541.35
194.4	*				1542.14
194.3	*	*		(194.2)	1542.94
194.2	*				1543.73
194.1	*	*			1544.53
194.0	*				1545.32
193.9	*	*	*		1546.12
193.8	*				1546.92
193.7	*	*	(193.675)	*	1547.72
193.6	*				1548.51
193.5	*	*	(193.525)		1549.32
193.4	*				1550.12
193.3	*	*	(193.35)	*	1550.92
193.2	*				1551.72
193.1	*	*	*	*	1552.52
193.0	*				1553.33
192.9	*	*	*		1554.13
192.8	*				1554.94
192.7	*	*	(192.625)	(192.75)	1555.75
192.6	*				1556.55
192.5	*	*	*	(192.45)	1557.36
192.4	*				1558.17
192.3	*	*		*	1558.98
192.2	*				1559.79
192.1	*	*			1560.61

Стандартные оптические диапазоны
Диапазон		λк, нм	λд, нм	Δλ, нм
О (Original)	Основной	1260	1360	100
E (Extendend)	Расширенный	1360	1460	100
S (Short wavelength)	Коротковолновый	1460	1530	70
C (Conventional)	Стандартный	1530	1565	35
L (Long wavelength)	Длинноволновый	1565	1625	60
U (Ultra long wavelength)	Ультра длинноволновый	1625	1675	50
Усилитель EDFA		1530	1560	30

Пересчёт ширины спектра излучателя
λср = 1,55 мкм
Δλ20,нм	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1
Δλ3, нм	0,019398	0,038796	0,058194	0,077593	0,096991	0,116389	0,135787	0,155185	0,174583	0,193981
Δλср кв,нм	0,016475	0,032951	0,049426	0,065901	0,082376	0,098852	0,115327	0,131802	0,148277	0,164753
Δf20, ГГц	12,478335	24,956670	37,435005	49,913340	62,391675	74,870010	87,348345	99,826681	112,305016	124,783351

Стандартные скорости передачи, Гбит/с
STM-1	STM-4	STM-16	STM-64	STM-256
0,15552	0,62208	2,44832	9,95328	39,81312
		OTU1	OTU2	OTU3
		2,6232	10,70922532	43,01841356

Приложение 2

Параметры одномодовых ОВ, регламентированные стандартами МСЭ-Т
Рекомендации МСЭ-Т		G.652				G.653		G.654			G.655					G.656
		A	B	C	D	A	B	A	B	C	A	B	C	D	E
Коэф. затухания макс., дБ/км	1310 нм	0,5	0,4	0,4	0,4	н/н	н/н	н/н	н/н	н/н			н/н	н/н	н/н	н/н
	1400 нм	н/н	н/н	н/н	н/н	н/н	н/н	н/н	н/н	н/н						0,4
	1550 нм	0,4	0,35	0,4	0,3	0,35	0,35	0,22	0,22	0,22	0,35		0,35	0,35	0,35	0,35
	1625 нм	н/н	0,4	0,4	0,4	н/н	н/н	н/н	н/н	н/н			0,4	0,4	0,4	0,4
Коэф. затухания макс., дБ/км	1310-1625 нм	н/н	н/н	0,4	0,4	н/н	н/н	н/н	н/н	н/н		0,35-0,41	н/н	н/н	н/н	н/н
	1383 нм	н/н	н/н	0,4	0,4	н/н	н/н	н/н	н/н	н/н			н/н	н/н	н/н	н/н
Дисперсия, пс/нм км	1550 нм	17	17	17	17	3,5	3,5	20	22	20			4,4	8,0	-2,3	н/д
Наклон дисп. х-ки, пс/нм2км	1550 нм	0,056	0,056	0,056	0,056	0,085	0,085	0,070	0,070	0,070			0,045	0,058	0,065	н/д
Дисперсия, пс/нм км	1530-1550 нм	н/н	н/н	н/н	н/н	1,0-3,5	1,0-3,5	н/н	н/н	н/н	0,1-6,01	0,1-101	1-10/ 2,6-10	2,0-10,02	1.0-6.02	3,0-10,0
Наклон дисп. х-ки, пс/нм2км	1300-1324 нм	0,092	0,092	0,092	0,092	н/н	н/н	н/н	н/н	н/н			н/н	н/н	н/н	н/н
Длина волны нулевой дисперсии, нм		1300-1324	1300-1324	1300-1324	1300-1324	н/н	н/н	н/н	н/н	н/н			н/н	н/н	н/н	н/н
Накл. дисп. характеристики на длине волны нулевой дисперсии, пс/нм2км		0,092	0,092	0,092	0,092	н/н	н/н	н/н	н/н	н/н			н/н	н/н	н/н	н/н
Коэффициент ПМД макс., пс√км		0,5	0,2	0,5	0,2	0,5	0,2	0,5	0,2	0,2	0,5	0,5	0,2	0,2	0,2	0,2
Примечания: н/н – не нормируется, н/д – нет данных, 1 – в диапазоне 1530-1565 нм, 2 – специальные формулы для расчёта. Данные для типов G.655 (A, B) в современных рекомендациях отсутствуют.

Приложение 3

Потери на согласование основного (ОВ) и компенсирующего (ОВКД) волокон:

• механическое соединение ≈ 2,2дБ;

• сварное соединение ≈ 0,8 дБ;

• применение согласующего волокна ≈ 0,5 дБ

Параметры компенсирующих волокон (ОВКД)

Типовые результаты для  = 1550 нм
	Стандартное ОВКД	Широкополосное ОВКД	Высокая крутизна дисперсии ОВКД
D, пс/(нмкм)	100	 95	100
S, пс/(нм2км)	 0,22	0,33	0,67
, дБ/км	0,5	0,5	0,68
PMD, пс/км	0,08	0,08	0,08
RDS, 1/нм	0,0022	0,0035	0,0067
FOM, пс/(нмдБ)	200	190	150
d, мкм	5,2	5,1	4,5
D – коэффициент дисперсии, S – наклон дисперсионной характеристики,  - удельные потери, PMD – коэффициент поляризационно модовой дисперсии, RDS – относительный наклон дисперсионной характеристики, FOM – коэффициент качества. d – диаметр модового поля