Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы телекоммуникаций. Базовые компоненты телекоммуникационных систем. Учебное пособие для СПО
.pdf
71
оптическое излучение и обратное преобразования светового излучения в
Тх
Тх
Rх
Rх
Тх/Rx Rх/Tx
5
ОС
СВ
ВС
СЦД
1
2
3
4
9
6
7
8
10
ОК
ОК
электрический сигнал. В оптических трансиверах можно организовать
двухволоконный и одноволоконный режим работы.
Рисунок 4.25 – Двухволоконный режим работы
Рисунок 4.26 – Одноволоконный режим работы
На рисунках 4.25 и 4.26 Тх (transmitter) – источник оптического
излучения, Rx (receiver) – приемник оптического излучения.
Структурная схема трансивера приведена на рисунке 4.27.
Рисунок 4.27 – Структурная схема трансивера
На рисунке 4.27 приведены следующие обозначения:
ОС – отсутствие сигнала;
СВ – сигналы входные;
72
ВС – выходные сигналы;
Источники
излучения
Дальность передачи
Скорость
передачи
Стоимость
FP
До 3-х км на λ=850 нм;
До 20 км на λ=1310 нм
До 1Гбит/с
Не высокая
VCSEL
Сотни метров на λ=850 нм
До 10 Гбит/с
Не высокая
DFB
Сотни км на λ=1310 нм и 1550 нм
До 100 Гбит/с
Высокая
СЦД – сигналы цифровой диагностики;
ОК – оптический канал.
Блоки:
1 – автоматическое отключение;
2 – драйвер лазерного диода;
3 – управление мощностью;
4 – ограничивающий усилитель;
5 – трансимпедансный усилитель;
6 – электронно-оптический преобразователь;
7, 8 – оптоэлектронный преобразователь;
9 – цифровой мониторинг;
10 – запоминающее устройство.
К основным параметрам трансиверов относятся:
− скорость передачи данных;
− расстояние передачи, т.е. максимальное расстояние, на которое
трансивер может эффективно передавать сигнал без значительных потерь;
− мощность излучения (минимальная Р
− чувствительность приемника (Р
− бюджет мощности (БМ);
− длина волны передатчика;
− длина волны приемника;
− совместимость с оборудованием.
ФПУ min
и максимальная Р
ии min
);
ии max
);
В качестве источников излучения в трансиверах используются:
− лазеры Фабри-Перо (FP);
− вертикально-излучающие лазеры (VCSEL);
− динамические лазеры с распределенной связью (DFB).
В таблице 4.3 представлены сравнительные параметры по основным
критериям.
Таблица 4.3 – Сравнительные параметры источников в трансиверах
В трансиверах функции приема и преобразования оптического сигнала
выполняют фотодиоды:
− p-i-n;
73
− лавинные (APD).
Модификация SFP
модуля
λ
перед
/
λ
приемника,
нм
Р
ИИ min
,
дБм
Р
ИИ max
,
дБм
Р
ФПУ min,
дБм
LS48-C3S-TS-N-K6
1310|1550
-9,5-3-20
LS38-C3S-TS-N-K3
1310|1550
0 -3-24
SFP-G-S1550/50
1310|1550
-4-2-24
SFP-G-S1550/110
1310|1550
-8-2-30
SFP-G-S1310:1550/60
1310|1550
-40 -24
SFG-WL3
1310|1550
-10-2-17
0
)(
lg10][
P
P
дБмp
=
minmin ФПУИИ
ррБМ −=
Лавинные фотодиоды имеют большую чувствительность, чем у PIN-
фотодиодов, но PIN-фотодиоды имеют меньшие значения шума.
В характеристиках трансиверов мощность излучения и чувствительность
приводятся в дБм, т.е. децибел милливатт, т.к. данная единица измерения
показывает значение уровня мощности относительно 1 мВт.
, (4.21)
где Р(λ) – мощность излучения на определенной длине волны, мВт;
Р0 =1 мВт.
Бюджет мощности трансивера рассчитывается по формуле (4.22)
, (4.22)
где p
p
ФПУ min
ИИ min
– минимальный уровень мощности излучения, дБм;
– минимальный уровень мощности приема излучения, дБм;
БМ – бюджет мощности, дБ.
Основные требования к трансиверам:
− соответствие используемой длины волны диапазону длин волн в
системах передачи;
− поддержка необходимой частоты модуляции;
− формирование определенной мощности излучения;
− температурная стабильность;
− невысокая стоимость.
В таблице 4.4 приведены примеры основных параметров трансиверов.
Таблица 4.4 – Количественные параметры оптических трансиверов
74
Продолжение таблицы 4.4
SFG-WO1
1310|1550
-91 -21
SFG-WO2
1310|1550
-8-1-22
SFG-VO2
1310|1490
-8-2-21
SFG-WO4
1310|1550
-5-2-23
SFG-WO6
1310|1550
-32 -24
SFG-WO8
1310|1550
-22 -21
SFG-VO8
1310|1550
-22 -25
SFG-V12
1310|1550
-7-2-30
ER
SS
BER
FMR
FNMR
Уровни мощности излучения и приема указываются с учетом величины
коэффициента ошибок BER. BER (bit error rate) – количество битовых ошибок
за единицу времени. Также BER можно представить через bit error ratio, т.е.
отношение количества ошибочно принятых бит к общему числу бит за
определенный период времени. На рисунке 4.28 представлен график
определения BER.
Рисунок 4.28 – График определения BER
На графике ER – error rate – метрика для учета ошибок; SS – similarity
score – числовое представление сходства двух объектов; FMR – for warding
mapping rule – линия определения наилучшего пути для пересылки пакета;
FNMR – False Non-Match Rate – вероятность ложного несовпадения
параметров.
Параметр BER предназначен для анализа качества работы цифровой
аппаратуры согласно рекомендации G.821. Данная рекомендация основывается
на оценке битовых ошибок, если достоверно известна цифровая
последовательность, т.е. тестирование по рекомендации G.821 дает точные
оценки только при перерывах связи.
Также для анализа качества связи строится глазковая диаграмма.
Глазковая диаграмма – это графическое представление битовой
последовательности цифровых сигналов, т.е. строится на разделении
логических сигналов (логической единицы и логического нуля). Логические
75
сигналы находятся в тактовом интервале. Тактовый интервал можно
Ан
tн
М
Tп Tп
Вг
Tб
«0»
«1»
Шг
)()"0""1("
01
СКОСКОВ
г
+−−=
определить как промежуток между двумя импульсами или как период
импульсной последовательности. Тактовый интервал связан с тактовой
частотой, где тактовая частота равна скорости передачи импульсов в единицу
времени.
Глазковая диаграмма строится путем наложения одиночных тактовых
периодов (один основной и два соседних тактовых периода) на постоянное
отображение (Маску), т.е. формируется «глаз» и по раскрытию глаза
определяется наличие ошибок в переданной последовательности цифровых
сигналов. На рисунке 4.29 представлена глазковая диаграмма в осях Ан –
нормированная амплитуда; tн – нормированное время и Маска (М).
Рисунок 4.29 – Глазковая диаграмма
На рисунке 4.29 представлены основные параметры глазковой
диаграммы:
− битовый интервал Тб;
− ширина глаза Шг;
− высота глаза Вг;
значение логического «0», за единичный уровень – среднее значение
логической «1». Битовый интервал определяется как разница между средними
значениями двух соседних точек пересечения. Высота глаза предназначена для
определения отношения «сигнал-шум».
− точка пересечения Тп;
− нулевой уровень «0»;
− единичный уровень «1».
За нулевой уровень на глазковой диаграмме принимается среднее
, (4.23)
76
где СКО1 – среднеквадратическое отклонение логической «1»;
BER
BER
BER
BER
BER
Т
I
II
II
I
10
-12
10
-6
0,5Т
СКО0 – среднеквадратическое отклонение логического «0».
Тп (точка пересечения) – точка перехода от логического «0» к
логической «1», и наоборот, при которой амплитуда логических «0» и «1»
одинаковы.
Бп (битовый период) – есть разница во времени между средними
значениями двух соседних точек Тп.
Шг (ширина глаза) может не совпадать с битовым периодом из-за
кратковременного дрожания фазы сигнала (джиттер).
Недостаточное открытие глаза определяется следующими причинами:
− межсимвольные переходы;
− ошибки фотоприемного устройства;
− быстродействием, т.е. нарастанием и спадом фототока.
На глазковой диаграмме есть возможность выделить контур BER. Чем
меньше диаметр контура, тем меньше величина коэффициента ошибок. На
рисунке 4.30 показана связь BER с глазковой диаграммой.
Рисунок 4.30 – Определение контура BER на глазковой диаграмме
Для визуализации процесса определения BER строится глазковая
диаграмма и U-образная кривая.
Рисунок 4.31 – U-образная кривая
77
На рисунке 4.31 выделены I и II участки:
− I участок отвечает за систематический шум, возникающий при
построении глазковой диаграммы;
− II участок отвечает за случайный шум.
В ТП (точках пересечения) коэффициент ошибок равен 0,5, т.е. равная
вероятность определения логического «0» или логической «1».
Помехоустойчивость определяется расстоянием между ветвями U-образной
кривой. Чем дальше находятся правая и левая ветки U-образной кривой, т.е.
чем больше контур BER, тем больше помехозащищенность системы и меньше
коэффициент ошибки BER.
4.5. САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА
1. Шкала электромагнитных волн оптического диапазона.
2. Общие требования к источникам некогерентного оптического
излучения.
3. Общие требования к источникам когерентного оптического
излучения.
4. Основные отличия источников некогерентного оптического излучения
от источников когерентного оптического излучения.
5. Ширина спектра источников когерентного оптического излучения.
6. Ширина спектра источников некогерентного оптического излучения.
7. Основные характеристики СИД.
8. Основные параметры СИД.
9. Требования, предъявляемые к оптическим излучателям.
10. Основные рабочие параметры светодиодов.
11. Основные предельно-эксплуатационные параметры светодиодов.
12. Фотометрические параметры, формулы, единицы измерения.
13. Энергетические параметры, формулы, единицы измерения.
14. Функция видности, формула, графическое представление.
15. Телесный угол, полный телесный угол.
16. Спектральная характеристика СИД и ППЛ.
17. Нагрузочная прямая, формула, графическое представление.
18. В каком оптическом диапазоне могут рассчитываться
фотометрические параметры?
19. В каком оптическом диапазоне могут рассчитываться
энергетические параметры?
20. Для каких целей введены параметры: телесный угол и функция
видности?
21. Какие материалы могут быть использования для изготовления СИД
и ППЛ?
22. Чем обусловлена расходимость излучения СИД?
78
23. Чем определяется излучаемая длина волны источника излучения?
24. От чего зависит ширина спектра излучения СИД?
25. Проведите сравнительный анализ характеристик СИД и ЛД.
26. Перечислить требования к источникам излучения.
27. Рассчитайте угол расходимости излучения по оси х для лазерного
диода, при известных значениях: dx= +2мкм, dy=4 мкм.
28. Рассчитайте длину волны для источника, изготовленного с Eg=0,946
эВ.
29. Определить величину ограничительного сопротивления в схеме с
низким активным уровнем накачки, если напряжение питания 3В, фототок 3
мА, падение напряжения на СИД 1,5В, напряжение насыщения на переходе
коллектор-эмиттер равно 1В.
30. Рассчитать длину волны для источника, изготовленного с Eg = 0,946
эВ.
31. С учетом схемы включения СИД определить номинал гасящего
сопротивления, если напряжение питания равно 4,5В; падение напряжения на
СИД равно 2,2В; ток в цепи равен 5,4 мА.
32. Определить силу света при известных значениях: количество
энергии, излучаемой точечным источником в единице телесного угла равно 5,2;
площадь освещенной площадки равна 12 м2; телесный угол 5 ср.
33. Определить яркость источника при известных значениях:
количество энергии, излучаемой точечным источником в единице телесного
угла равно 5,2; площадь освещенной площадки равна 12 м2; телесный угол 5 ср.
34. Определить освещенность площадки при известных значениях:
количество энергии, излучаемой точечным источником в единице телесного
угла равно 5,2; площадь освещенной площадки равна 12 м2; телесный угол 5 ср.
35. Представить схему включения СИД с низким активным уровнем
накачки и логическую схему ТТЛ. Привести передаточную характеристику для
данного типа включения.
36. Представить схему включения СИД с высоким активным уровнем
накачки и логическую схему ТТЛ. Привести передаточную характеристику для
данного типа включения.
37. Определить силу излучения при известных значениях: количество
энергии, излучаемой в единицу времени, равно 13 Вт; площадь освещенной
площадки равна 12 м2; телесный угол 5 ср.
38. Определить энергетическую освещенность при известных
значениях: количество энергии, излучаемой в единицу времени, равно 13 Вт;
площадь освещенной площадки равна 12 м2; телесный угол 5 ср.
39. Определить энергетическую яркость при известных значениях:
количество энергии, излучаемой в единицу времени, равно 13 Вт; площадь
освещенной площадки равна 12 м2; телесный угол 5 ср.
40. Показать отличия на ваттамперной характеристике СИД
поверхностного типа от СИД торцевого типа и пояснить причины отличия.
41. Характеристики фотоприемников.
42. Количественные параметры фотоприемников.
79
43. Механизмы поглощения излучения в полупроводниках.
44. ВАХ фотодиода.
45. Частотная характеристика фотодиода.
46. Чувствительность фотоприемника.
47. Быстродействие фотоприемников.
48. Динамический диапазон фотоприемного устройства.
49. Спектральная характеристика фотоприемного устройства.
50. Энергетическая характеристика фотоприемных устройств.
51. Шумовые характеристики фотоприемного устройства.
52. Какими характеристиками могут быть описаны фотоприемники?
53. Механизмы поглощения излучения в полупроводниках. Какие из
них можно считать полезными? К чему они приводят?
54. Чем характеризуется быстродействие фотоприемника?
55. Эксплуатационные характеристики фотоприемного устройства.
56. Темновой ток.
57. Условно графическое изображение фотодиода.
58. Взаимосвязь фототока и мощности оптического излучения.
59. Взаимосвязь мощности оптического излучения и длины волны
падающего излучения.
60. Перечислите электрические параметры фотодиода. Какие из этих
параметров (и как) могут влиять на быстродействие?
61. При каких режимах работы телекоммуникационной системы
применяется оптический приемо-передающий модуль?
62. Основные параметры приемо-передающего модуля на стороне
оптического источника.
63. Основные параметры приемо-передающего модуля на стороне
оптического приемника.
64. Коэффициенты ошибок в телекоммуникационных системах.
65. Типы источников в приемо-передающем модуле.
66. Какой оптический источник приемо-передающего модуля имеет
широкий спектр излучения и какой оптический источник имеет самый узкий
спектр излучения?
67. На каких длинах волн работают оптические источники приемо-
передающего модуля?
68. Дать понятие квантовой эффективности. Какой материал имеет
лучшее значение квантовой эффективности?
69. Трансиверы. Основное назначение, блок-схема, требования.
70. Основные параметры трансиверов. Взаимосвязь абсолютных
единиц мощности с уровнями. Определение бюджета мощности трансиверов.
71. Типы источников и приемников оптического излучения,
используемых в трансиверах. Сравнить основные характеристики.
72. Дать определение BER, указать рекомендацию на данную величину.
73. Взаимосвязь коэффициента ошибок по битам и глазковой
диаграммы.
74. Динамический диапазон приемо-передающего модуля
80
75. Тип и основные эксплуатационные параметры фотоприемного
устройства приемо-передающего модуля.
76. Принцип выбора sfp модулей в телекоммуникационных системах.
77. Этапы преобразования световой волны в цифровой сигнал.
78. Методы фотодетектирования.
79. Типы источников и приемников оптического излучения,
используемых в трансиверах. Сравнить основные характеристики.
80. Дать определение BER, указать рекомендацию на данную величину.
81. Глазковая диаграмма. Назначение, графическое представление,
основные параметры на диаграмме. Взаимосвязь коэффициента ошибок по
битам и глазковой диаграммы.
82. Определить чувствительность фотоприемного устройства, если
уровень мощности принятого оптического излучения на длине волны 850 нм
равна +2 дБм, а фототок равен 5 мА.
83. Определить чувствительность фотоприемного устройства, если
уровень мощности принятого оптического излучения на длине волны 850 нм
равна -2 дБм, а фототок равен 2 мА.
84. Определить чувствительность фотоприемного устройства, если
уровень мощности принятого оптического излучения на длине волны 1300 нм
равна 5 дБм, а фототок равен 12 мА.
85. Определить динамический диапазон фотоприемного устройства,
если минимальный уровень мощности принятого оптического сигнала равен 28 дБм; а максимальная мощность принятого оптического сигнала равна 0,16
мВт.
86. Определить динамический диапазон фотоприемного устройства,
если минимальный уровень мощности принятого оптического сигнала равен -8
дБм; а максимальная мощность принятого оптического сигнала равна 1 мВт.
87. Определить динамический диапазон фотоприемного устройства,
если максимальный уровень мощности принятого оптического сигнала равен -8
дБм; а минимальная мощность принятого оптического сигнала равна 1,6 мкВт.
88. Определить интенсивность излучения, если уровень мощности
принятого оптического сигнала равна 0 дБм; а фотодетектор содержит два
одинаковых фоточувствительных элемента с размерами: ширина 4 мм; длина 6
мм.
89. Определить интенсивность излучения, если уровень мощности
принятого оптического сигнала равна -8 дБм; а фотодетектор содержит четыре
одинаковых фоточувствительных элемента с размерами: ширина 2 мм; длина 5
мм.
90. Определить интенсивность излучения, если уровень мощности
принятого оптического сигнала равна -4 дБм; а фотодетектор содержит
фоточувствительный элемент с диаметром 4 мм.
91. Определить квантовую эффективность на длине волны 850 нм,
если фототок равен 3 мА; мощность излучения на данной длине волны равна 4
мВт.
92. Определить квантовую эффективность на длине волны 1300 нм,
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]