ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Петербургский государственный университет путей сообщения
Императора Александра I»
(ФГБОУ ВО ПГУПС)
Факультет «Автоматизация и интеллектуальные технологии»
Кафедра «Электрическая связь»
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4
по дисциплине
«Многоканальная связь на железнодорожном транспорте»
ТЕМА РАБОТЫ
«Сравнение многоканальных ВОСП технологии DWDM с амплитудной и фазовой модуляцией»
Выполнил:
Обучающийся группы: |
______________ Дата, подпись |
_______________ И.О. Фамилия |
|
|
|
Исправить замечания:_____________________ ________________________________________ ________________________________________ ________________________________________ ________________________________________ ________________________________________ ________________________________________ |
______________ Дата, подпись |
асс. Ф.А. Прошин Должность, И.О. Фамилия |
Защита: ________________ Зачтено/не зачтено
|
______________ Дата, подпись |
асс. Ф.А. Прошин Должность, И.О. Фамилия |
Санкт-Петербург
2025
Цели работы
Изучение структурных схем, основных элементов и измерение основных параметров многоканальных ВОСП технологии DWDM с амплитудной и фазовой модуляциями (ASK и DPSK);
Изучение межканальных взаимодействий в ВОСП технологии DWDM с амплитудной и фазовой модуляциями (ASK и DPSK);
Сравнительный анализ качества связи в многоканальных ВОСП технологии DWDM с амплитудной и фазовой модуляциями (ASK и DPSK) при различных параметрах систем передачи и линейного тракта.
Схема исследуемой ВОСП технологии DWDM с ASK
Для исследования использовалась схема четырехканальной ВОСП технологии DWDM с амплитудной модуляцией (ASK), представленная на рис. 1. Она состоит из четырех передатчиков и приемников ASK, линейного тракта и измерительных средств.
Каждое передающее устройство (передатчик ASK) включает в себя генератор псевдослучайной последовательности (ПСП), формирователь кода RZ-50, лазерный источник излучения (лазерный диод, ЛД) и амплитудный модулятор.
Линейный тракт составляют основное (SMF-28) и компенсирующее (DCF) ОВ. Излучения от четырех передатчиков ASK объединяются в основном ОВ с помощью мультиплексора WDM (WDM MUX 4x1). Для разделения четырех каналов и подачи их на свои приемники ASK используется демультиплексор WDM (WDM DEMUX 4x1).
Приемное устройство состоит из предварительного оптического эрбиевого усилителя ОУ (EDFA), полосового оптического фильтра (ОФ), который служит для подавления усиленного спонтанного излучения ОУ, оптического демодулятора на основе интеферометра Маха Цандера, PIN-фотодиода, усилителя фототока (УФТ), фильтра нижних частот (ФНЧ) и 3R-регенератора, который выполняет восстановление амплитуды, длительности и фазы информационного сигнала.
Рис. 1 – Четырехканальная ВОСП технологии DWDM с ASK модуляцией
Аналогичная схема с DPSK.
Рис. 2 – Передатчик DPSK
В передатчике ASK вместо фазового модулятора – амплитудный модулятор.
Результаты измерений
Таблица 1
P0 дБм |
PAM дБм |
FAM ГГц |
Pout_Mux дБм |
Pin_Dmux дБм |
Qmax 1 |
Qmax 2 |
Qmax 3 |
Qmax 4 |
0 |
6.089 |
20 |
2.695 |
25.695 |
0 |
0 |
0 |
0 |
3 |
-3.157 |
20 |
0.330 |
-22.670 |
0 |
0 |
0 |
0 |
6 |
-0.158 |
20 |
3.225 |
-19745 |
0 |
0 |
0 |
0 |
10 |
3.842 |
20 |
7.274 |
-15.726 |
4.259 |
4.350 |
5.106 |
5.0309 |
13 |
6.011 |
20 |
10.370 |
-3.657 |
19.246 |
18.898 |
16.414 |
17.006 |
16 |
9.842 |
20 |
13.293 |
-9.707 |
12.718 |
13.209 |
13.862 |
13.175 |
20 |
13.842 |
20 |
17.241 |
-5.759 |
23.888 |
20.391 |
20.52 |
21.767 |
23 |
16.911 |
20 |
20.335 |
-2.665 |
3.499 |
4.004 |
4.319 |
4.818 |
Рис. 3 – Зависимость параметров ВОСП от уровня мощности
Вывод: оптимальный диапазон мощности источника (примерно 13-20 дБм), при котором качество связи максимально. Слишком низкая мощность приводит к недостатку сигнала, а слишком высокая — к росту нелинейных эффектов, ухудшающих работу системы. Качество связи в сильно зависит от мощности оптического источника. Оптимальный уровень мощности 13-20 дБм. Недостаточная мощность не позволяет преодолеть затухание в линии, а избыточная приводит к возникновению нелинейных эффектов, что подтверждается падением Q-фактора при 23 дБм.
Таблица 2
Исходные данные: P0 = 20 дБм, L0 = 100 км, Fp = 20 ГГц, В = 10 Гбит/с |
||||||
Длина компенсирующего ОВ, км |
Pout_Mux дБм |
Pin_Dmux дБм |
Qmax 1 |
Qmax 2 |
Qmax 3 |
Qmax 4 |
Lc0 |
17.257 |
-5.742 |
24.430 |
21.052 |
22.342 |
21.969 |
0.8Lc0 |
17.381 |
-5.019 |
15.842 |
16.631 |
17.754 |
18.233 |
0.6Lc0 |
17.298 |
-4.501 |
13.491 |
11.125 |
11.513 |
15.415 |
0.4 Lc0 |
17.293 |
-3.907 |
7.417 |
7.505 |
9.101 |
12.107 |
0.2 Lc0 |
17.326 |
-3.274 |
2.781 |
2.151 |
3.3009 |
9.168 |
0 |
17.248 |
-2.751 |
2.683 |
2.201 |
3.067 |
3.913 |
Рис. 4 – Зависимость Q-фактора от длины компенсирующего ОВ
Вывод: Оптимальная длина компенсирующего волокна соответствует полной компенсации (Lc₀).
Таблица 3
Исходные данные: P0 = 20 дБм, L0 = 100 км, Fp = 20 ГГц, В = 10 Гбит/с |
||||||
Полоса пропускания мультиплексора, ГГц |
Pout_Mux дБм |
Pin_Dmux дБм |
Qmax 1 |
Qmax 2 |
Qmax 3 |
Qmax 4 |
0.5В |
17.253 |
-5.447 |
8.926 |
10.157 |
9.68 |
9.166 |
В |
17.314 |
-5.686 |
22.872 |
20.178 |
21.015 |
20.147 |
1.5В |
17.219 |
-5.710 |
27.035 |
27.243 |
27.134 |
23.164 |
2B |
17.217 |
-5.783 |
29.446 |
26.444 |
25.046 |
24.471 |
2.5B |
17.239 |
-5.761 |
28.005 |
26.948 |
24.106 |
25.815 |
3B |
17.309 |
-5.69 |
27.795 |
21.62 |
19.319 |
23.374 |
Рис. 5 – Зависимость Q-фактора от полосы пропускания
Вывод: оптимальная ширина полосы пропускания фильтров 1.5B-2B, которая обеспечивает пропускание всего сигнала без излишнего шума.
Таблица 4
P0 дБм |
PAM дБм |
FAM, ГГц |
Pout_Mux дБм |
Pin_Dmux дБм |
Qmax 1 |
Qmax 2 |
Qmax 3 |
Qmax 4 |
0 |
-4.505 |
34 |
0.617 |
-20.26 |
0 |
0 |
0 |
0 |
3 |
-1.505 |
35 |
3.617 |
-17.263 |
2.147 |
0 |
2.746 |
0 |
6 |
1.495 |
36 |
6.617 |
-14.259 |
3.990 |
4.136 |
5.086 |
3.998 |
10 |
5.495 |
35 |
10.617 |
-10.235 |
7.913 |
9.406 |
9.778 |
9.981 |
13 |
8.494 |
36 |
13.617 |
-7.205 |
11.283 |
15.72 |
15.124 |
14.393 |
16 |
11.495 |
35 |
16.617 |
-4.163 |
13.531 |
23.462 |
22.672 |
19.04 |
20 |
15.495 |
35 |
20.617 |
-0.389 |
13.483 |
20.242 |
18.47 |
15.998 |
23 |
18.491 |
39 |
23.617 |
0.117 |
16.635 |
9.153 |
8.205 |
10.976 |
Рис. 6 – Зависимость параметров ВОСП от уровня мощности
Вывод: Оптимальная мощность находится в диапазоне 13-16 дБм.
Таблица 5
Исходные данные: P0 = 16 дБм, L0 = 20 км, Fp = 10 ГГц, В = 10 Гбит/с |
||||||
Длина компенсирующего ОВ. км |
Pout_Mux дБм |
Pin_Dmux дБм |
Qmax 1 |
Qmax 2 |
Qmax 3 |
Qmax 4 |
Lc0 (10) |
16.617 |
11.495 |
13.531 |
23.462 |
22.672 |
19.04 |
0.8Lc0 (8) |
16.617 |
11.495 |
13.969 |
22.072 |
20.509 |
20 |
0.6Lc0 (6) |
16.617 |
11.495 |
11.876 |
16.866 |
16.982 |
18.395 |
0.4 Lc0 (4) |
16.617 |
11.495 |
9.89 |
11.108 |
11.37 |
12.629 |
0.2 Lc0 (2) |
16.617 |
11.495 |
6.837 |
7.141 |
7.164 |
7.766 |
0 |
16.617 |
11.495 |
4.74 |
4.695 |
4.953 |
4.805 |
Рис. 7 – Зависимость Q-фактора от длины компенсирующего ОВ
Вывод: DPSK модуляция более устойчива к небольшой остаточной дисперсии, чем ASK, так как качество при 0.8Lc₀ остается очень высоким.
Таблица 6
Исходные данные: P0 = 16 дБм, L0 = 10 км, Fp = 10 ГГц, В = 10 Гбит/с |
||||||
Полоса пропускания мультиплексора, ГГц |
Pout_Mux дБм |
Pin_Dmux дБм |
Qmax 1 |
Qmax 2 |
Qmax 3 |
Qmax 4 |
0.5В (5) |
16.617 |
3.693 |
6.924 |
3.475 |
3.470 |
3.519 |
В (10) |
16.617 |
3.693 |
13.531 |
23.462 |
22.672 |
19.04 |
1.5В (15) |
16.617 |
3.693 |
16.07 |
39.166 |
29.444 |
32.627 |
2B (20) |
16.617 |
3.693 |
40.555 |
39.592 |
29.274 |
31.08 |
2.5B (25) |
16.617 |
3.693 |
40.081 |
37.786 |
26.265 |
41.168 |
3B (30) |
16.617 |
3.693 |
35.783 |
32.486 |
22.975 |
34.988 |
Рис. 8 – Зависимость Q-фактора от полосы пропускания
Вывод: Оптимальное качество достигается при 20-25 ГГц (2B-2.5B), что примерно на 5 ГГц шире, чем у ASK.