Учебно-методическое пособие и задание на курсовой проект по дисциплине Проектирование и эксплуатация систем передачи

Сформулируйте общую концепцию измерений в сети SDH, приведите основные контролируемые характеристики (параметры электрических и оптических интерфейсов т.д.). Какие из них являются, по вашему мнению, наиболее важными?

Назовите главные характеристики, подлежащие измерению в процессе техобслуживания ВОЛС. Что такое оптический рефлектометр и какие измерения можно выполнить с его помощью?

18.Показатели битовых ошибок и их нормирование (разд. 4.1..4.3 [1],

разд. 11.1[2], пп. 56, 57 [4]).

Объясните, что такое битовые (цифровые) ошибки и каковы возможные причины их появления. Дайте определение BER и назовите недостаток этого показателя. Что такое время неготовности? Сформулируйте критерий полного отказа.

Приведите определения ESк и SESк, ESR и SESR. Что такое блок? Блок с ошибками? Блок с фоновой ошибкой? Какой смысл в измерении ошибок в блоках? Дайте определения следующим показателям: коэффициент ошибок по блокам с фоновыми ошибками и коэффициент ошибок по секундам, пораженным ошибками.

Назовите подлежащие нормированию параметры битовых ошибок. Какие виды норм вам известны? Рассчитайте пороговые значения показателей битовых ошибок, на основе которых принимают решение о вводе тракта SDH в эксплуатацию (см. задание 6 курсового проекта).

19.Контроль показателей битовых ошибок при эксплуатации (с. 59…61 и

с. 177…179 [2], п. 58 [4]).

Объясните, как экспериментально оценить коэффициент ошибок BER, приведя соответствующую схему измерений. Почему это можно сделать только с закрытием связи? Сформулируйте общий принцип (идею) контроля ошибок без перерыва связи, который широко используют и в телекоммуникационных, и в компьютерных сетях. Какой конкретно метод применяют в SDH при формировании проверочных кодовых слов? В чем состоят его достоинства и недостатки? Разберите его на конкретном примере. Какие пороговые значения коэффициента ошибок устанавливают в оборудовании SDH?

11

Какой способ формирования проверочного кодового слова используют в плезиохронном потоке E1? Рассмотрите его сущность на конкретном примере. Как реализуется этот способ аппаратно?

20. Нормирование и контроль фазовых флуктуаций (разд. 10.6 [1],

разд. 11.2 [2], пп. 21 и 59 [4]).

Объясните, что такое фазовые флуктуации. Как называют “медленные” и “быстрые” флуктуации? В каких единицах их измеряют? Дайте определение временной ошибке и ее числовым характеристикам: максимальной ошибке временного интервала и девиации временного интервала (временной девиации).

Перечислите причины появления фазовых флуктуаций. Как они сказываются на работе оборудования? Чем отличаются систематические флуктуации от несистематических? Какие из них и почему более опасны? Укажите способы борьбы с фазовыми флуктуациями.

Сформулируйте основные принципы, на которых основаны нормирование и контроль фазовых флуктуаций. Изобразите схему их измерений, укажите роль взвешивающих полосовых фильтров.

12

Задание на курсовой проект и методические указания по его выполнению

Курсовой проект выполняют в точном соответствии с индивидуальным заданием, определяемым предпоследней А и последней В цифрами номера студбилета. Например, если этот номер оканчивается на 05, значит А=0, В=5, (АВ)=5, если номер студбилета оканчивается на 26, то

А=2, В=6, (АВ)=26.

Проект, выполненный даже частично не по заданному варианту, не будет отрецензирован и возвратится к автору непроверенным и не допущенным к защите.

В пояснительной записке приводят формулировки заданий, исходные данные и формулы с расшифровкой обозначений. Расчёты сопровождают краткими комментариями. Вычисления приводят настолько подробно, насколько это необходимо для проверки их правильности. При выполнении расчётов рекомендуется, как правило, пользоваться основными единицами SI. Результаты промежуточных вычислений не округляют во избежание накопления ошибок. Округляют только конечный результат, точность округления определяется смыслом решаемой задачи. В большинстве случаев достаточно трёх значащих цифр, например, 303 Ом, -28,9 дБ, 1,06∙10-4 мВт, 881 м.

Пояснительную записку оформляют на стандартных листах бумаги формата A4. Страницы, формулы, таблицы и рисунки нумеруют. Текст печатают на одной стороне листа. Все исправления и добавления, сделанные по требованию рецензента, выносят на чистую сторону листа в том месте, где обнаружены ошибки или заданы вопросы. Иллюстрации вычерчивают карандашом или ручкой аккуратно, технически грамотно, соблюдая требования ЕСКД. Всячески приветствуется использование компьютерной графики. Список литературы помещают в конце работы. Там же должна быть подпись автора с указанием даты и примерного объёма трудозатрат (в часах).

13

Выполнять задания курсового проекта и оформлять пояснительную записку рекомендуется в межсессионный период, а сдавать готовую работу на проверку - либо накануне сессии, либо в самом её начале.

Защита курсовых проектов происходит по расписанию. Для успешной защиты необходимо:

внести исправления по замечаниям рецензента и письменно ответить на поставленные вопросы;

уметь объяснить ход выполнения расчётов и смысл символов, входящих в расчётные формулы;

правильно интерпретировать полученные результаты.

Студенты, не защитившие курсовой проект, до экзамена не допускаются.

Состав курсового проекта

1.Проектирование приёмного оптического модуля.

2.Проектирование оптической секции при ограничении хроматической дисперсией.

3.Проектирование оптического тракта компьютерной сети на основе многомодового градиентного волокна.

4.Проектирование оптической регенерационной секции с оконечными и промежуточными усилителями.

5.Инженерный расчёт показателей надёжности ВОСП-СР при проектировании.

6.Расчёт пороговых значений показателей битовых ошибок при вводе в

эксплуатацию трактов SDH.

14

Индивидуальные задания и методические указания по их выполнению

Задание 1 Проектирование приёмного оптического модуля.

1.Изобразите упрощённую структурную схему приёмного оптического модуля (ПРОМ) с трансимпедансным предусилителем (ТИУ).

2.Выберите величину резистора обратной связи ТИУ, рассчитайте и постройте его АЧХ.

3.Рассчитайте уровни чувствительности ПРОМ на основе PIN фотодиода и на основе ЛФД (при оптимальном коэффициенте лавинного умножения).

4. Рассчитайте величину оптимального коэффициента умножения и выигрыш в чувствительности от использования ЛФД.

Для всех вариантов задания:

Паразитная ёмкость резистора ОС ТИУ………………………………0,15 пФ

Рабочая волна………………………………………………………….1,55 мкм

Методические указания по выполнению задания

Весь материал, необходимый для выполнения задания, изложен в разд. 4.1 и 4.2 [8]. АЧХ ТИУ подобна частотной характеристике простого RC-фильтра нижних частот. Формула для её расчёта приведена в п. 70 [4]. Характеристику строят, как минимум, по пяти точкам: f=0; 0,5fT; fT; 2fT; 3fT. На рисунке указывают конкретные значения частот (в МГц или ГГц).

Пороговые мощности находят по формулам (26) и (27), а оптимальный коэффициент умножения по формуле (23) [8]. Выражая эти мощности в дБм, получают уровни чувствительности.

“Продвинутые” студенты, понимающие толк в компьютерных вычислениях, могут рассчитать пороговую мощность и оптимальный коэффициент умножения для приёмника с ЛФД, пользуясь непронумерованной формулой, указанной на с. 31 [8]. Её нетрудно переписать в следующем виде

варианта).

Присваивая М значения 1,2,3…, получают функцию Рпор(М), которая при некотором М достигает минимума. Координаты этой экстремальной точки являются решением задачи. В тексте пояснительной записки приводят вычисления констант С1 и С2 и соответствующий график. При его построении по вертикальной оси откладывают абсолютные уровни мощности (относительно 1 мВт), выраженные в дБм. Заметим, кстати, что пороговая мощность ПРОМ с PIN ФД соответствует точке М=1. Поэтому результаты её расчёта по формуле, записанной выше, и по формуле (26) [8] должны совпадать.

16

Задание 2 Проектирование оптической секции при ограничении

хроматической дисперсией

1. Рассчитайте и постройте зависимость максимальной протяжённости оптической регенерационной секции на основе одномодового ОВ от ширины спектра оптической несущей Δλ. Исходные данные:

битовая скорость модулирующего оптическую несущую БВН-сигнала…………………………………………………... √ ,Гбит/с

источник излучения………………………………………..одномодовый ИЛД

рабочая волна…………………………………………………………1,55 мкм

коэффициент дисперсии на рабочей волне…………………………..18 пс

нм км

дополнительные потери оптического тракта ……………………………1дБ 2. Рассчитайте величину накопленной дисперсии (в пс/нм), которую необходимо компенсировать, длину компенсирующего ОВ и его затухание, если реальная протяжённость оптической секции в 1,5 раза превышает максимальную. Исходные данные:

коэффициент дисперсии компенсирующего ОВ

пс

на волне 1,55 мкм……………………………………………………-340 нм км

коэффициент затухания этого ОВ………………………………….1,56 дБ/км

полная ширина спектра оптической несущей………………………….0,1 нм

Методические указания по выполнению задания

Максимальную протяжённость секции по дисперсии находят по следующей формуле, рекомендованной МСЭ-Т*

авторитетный орган в области стандартизации телекоммуникаций. Вырабатывает рекомендации по всем аспектам работы систем и сетей связи. Несмотря на название, соблюдение рекомендаций МСЭ-Т, как правило, обязательно и для производителей оборудования и кабеля, и для операторов, и для проектировщиков.

17

D- коэффициент хроматической дисперсии, с/м2;

p - рабочая длина волны, м;

fT - тактовая частота БВН-сигнала, Гц;

f - среднеквадратическая ширина спектра оптической несущей, Гц; c - скорость света в пустоте, м/с;

- не имеющий физической размерности коэффициент, учитывающий допустимую величину межсимвольной помехи, обусловленной хроматической дисперсией (определяющий допустимый раскрыв

глаз-диаграммы по вертикали).

Увеличение дисперсии сопровождается ростом межсимвольной помехи и уменьшением раскрыва глаз-диаграммы по вертикали. При этом снижается защищённость сигнала в ТРР от собственной и дробовой помех. Принято учитывать уменьшение помехозащищённости как дополнительные потери оптического тракта. Взаимосвязь и этих потерь Адоп такова

Здесь обозначено dec(x) = 10X .

Ширину спектра оптической несущей определяют неоднозначно. Вопервых, её измеряют как в единицах частоты, так и в единицах длины. Более подробно об этом сказано в п. 61 [4], где приведены формулы для пересчёта герцев в метры и наоборот. Во-вторых, существенен уровень, по которому находят ширину спектра. Например, ширина спектра по уровню 0,5 от максимума может в разы отличаться от полной ширины (по уровню 0,01 (-20дБ)). Формулы для пересчёта можно найти в п. 64 [4]. В данном задании имеется в виду полная ширина спектра λ, выраженная в нанометрах. График строят минимум по шести точкам 0 ; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5;1,0 нм. Так же, как и в предыдущем задании, здесь возможен расчёт с использованием какого-либо математического процессора, например, широко распространённого приложения Office Excel.

О компенсации хроматической дисперсии сказано в п. 64.3 [4]. Пример 6 [7] может помочь вам правильно рассчитать длину компенсирующего ОВ.

18

Задание 3 Проектирование оптического тракта компьютерной сети

на основе многомодового градиентного волокна

1. Рассчитайте максимальную протяжённость оптического тракта локальной компьютерной сети Gigabit Ethernet, ограниченную дисперсией.

Исходные данные:

битовая скорость сигнала БВН…………………………………….1,25 Гбит/с

рабочая волна…………………………………………………………….850 нм

длина волны нулевой хроматической дисперсии ОВ………………..1310 нм

коэффициент широкополосности ОВ…………………….400+100В, МГц∙км

2. Для найденной протяжённости рассчитайте отдельно составляющую уширения, обусловленную хроматической дисперсией, а также вторую составляющую, обусловленную межмодовой дисперсией ( в пикосекундах). Сопоставьте эти величины, сделайте вывод, какой вид дисперсии преобладает. Рассчитайте результирующее уширение, определите, какую часть тактового интервала оно составляет.

Методические указания по выполнению задания

Чтобы решить сформулированные задачи, необходимо изучить разд. 4 [7] и п.п. 64.3, 64.4 [4]. Вторая часть примера 8 [7] поможет вам найти максимальную протяжённость оптического тракта. Расчётная формула, помимо тактовой частоты сигнала, содержит три параметра. Параметр А характеризует среднеквадратическое уширение из-за хроматической дисперсии на единицу длины ОВ, параметр С – среднеквадратическое уширение из-за межмодовой дисперсии. Их физическая размерность в основных единицах SI - с/м. Это очень крупная единица. На практике

погонное уширение выражают в пикосекундах на километр. Нетрудно подсчитать, что 1 пс/км = 10-15 с/м. Например, 8,4∙10-14 с/м = 84 пс/км.

Безразмерный коэффициент µ тождественен коэффициенту ε из второго задания и по смыслу, и по величине. Разница лишь в том, что ε характеризует допустимую величину межсимвольной помехи, обуслов-

19

ленной только хроматической дисперсией, а µ - суммой хроматической и межмодовой.

Коэффициент хроматической дисперсии многомодового ОВ на рабочей волне рассчитывают по формуле (5) [7].

Задание 4 Проектирование оптической регенерационной секции

с оконечными и промежуточными усилителями.

Секция включает три оптических усилителя: усилитель передачи (бустер), промежуточный (линейный) и усилитель приёма.

1. Рассчитайте и постройте диаграмму уровней линейного тракта при следующих исходных данных:

Уровень сигнала на входе бустера………………………..рвх = – (7 + B), дБм

Усиление бустера……………………………………………......SБ =14 + А, дБ

Затухание кабельного (усилительного) участка от бустера до линейного усилителя………………………………………………………...АБЛ = 19 + А, дБ

Затухание кабельного участка от линейного усилителя до усилителя приёма. ………………………………………………………...…АЛП =27 – B, дБ

Линейный и приёмный усилители точно компенсируют затухания прилегающих участков.

2. Рассчитайте помехозащищённость на выходе цепочки усилителей (на входе усилителя приёма), сравните её с нормативом, сделайте вывод. Для всех вариантов задания:

Рабочая волна………………………………………………………….1,55 мкмКоэффициент шума каждого из усилителей…………………………….. 6 дБШумовая полоса частот…………………………………………………80 ГГц

3. Рассчитайте максимально допустимое затухание регенерационной секции, ограниченное оптическим шумом, если все кабельные участки вносят одинаковые затухания.

Необходимые для расчёта исходные данные берут из п. 1 и п. 2 настоящего задания. Затухание кабельного (усилительного) участка находят как полусумму затуханий участков, заданных по вариантам в п. 1. Шумами бустера пренебрегают.

20