1.4 Расчет звездообразной сети

Выолним проектирование звездообразной оптической сети (рис. 1.6) с одним передающим узлом и четырьмя приемными оптическими узлами, к каждому из которых прокладывается отдельный ОК. Передающее устройство и пассивный оптический ответвитель (ОО) 1 x 4 находятся в помещении головной станции. Индивидуальные кабели (волокна), обозначенные буквами А, B, C и D, проложены соответственно до приемных устройств оптических узлов 1, 2, 3 и 4. Требуется рассчитать мощность оптического передающего устройства, при которой обеспечивается требуемое качество передачи – значение ОНШ на выходе оптических узлов 1, 2, 3 и 4. Также необходимо определить коэффициенты разветвления оптического ответветвителя 1 x 4, которые обеспечивают требуемые оптические мощности на входах приемных устройств узлов 1…4.

Исходные данные для расчета сети приведены в табл. 1.4. Длины сегментов ОК:l_A = 16 км, l_В = 24 км_, l_C = 12 км_, l_D = 20 км. При таких (достаточно больших) длинах сегментов кабеля (10…20 км) следует выбрать рабочую длину волны 1550 нм на которой коэффициент затухания стандартного одномодового ОВ равен 0,25 дБ/км c учетом потерь в неразъемных (сварных) соединениях строительных длин ОК.

Таблица 1.4 – Исходные данные для расчета оптической сети с топологией звезда на длине волны 1550 нм (прямой поток)

№	Данные	Еди-ница	Количест-во единиц	Примечание
1	2	3	4	5
1	Загрузка тракта каналами	шт.	110	80 ТВ каналов с ОБП/AM + 30 QAM каналов передачи данных
2	Затухание аА в волокне А длиной 16 км	дБ	16 км х 0,25 дБ/км = 4,0 дБ	Затухание в волокне А от ГС до узла 1, включая сварки и соединители, без учета потерь в ответвителе
3	Затухание аВ в волокне В длиной 24 км	дБ	24 км х 0,25 дБ/км = 6,0 дБ	Затухание в волокне В от ГС до узла 2, включая сварки и соединители, без учета потерь в ответвителе
4	Затухание аС в волокне С длиной 12 км	дБ	12 км х 0,25 дБ/км = 3,0 дБ	Затухание в волокне С от ГС до узла 3, включая сварки и соединители, без учета потерь в ответвителе
5	Затухание аD в волокне D длиной 20 км	дБ	20 км х 0,25 дБ/км = 5,0 дБ	Затухание в волокне D от ГС до узла 4, включая сварки и соединители, без учета потерь в ответвителе
6	Значение ОНШ1 в узле 1	дБ	48	У абонента любого узла необходимо обеспечить требуемое значение ОНШ. При этом, например, на выходе ПрУ узла 4 может потребоваться разветвление РЧ сигнала на большее число ветвей, чем в узле 2, поэтому в узле 4 соответственно требуется большее значение ОНШ
7	Значение ОНШ2 в узле 2	дБ	49
8	Значение ОНШ3 в узле 3	дБ	50
9	Значение ОНШ4 в узле 4	дБ	51

Шаг 1 – Определим требуемые уровни оптической мощности (p₅…p₈) дБм на оптических входах приемных устройств узлов 1…4, при которых обеспечивается необходимое значение ОНШ_1,2,3,4. Для этого используем соответствующую кривую на рис. 1.4 для загрузки тракта 110 каналами ТВ и передачи данных (ПД) в нисходящем направлении в формате QAM:

- для обеспечения ОНШ₁ = 48 дБ требуется оптическая мощность с уровнем p₅ = –2 дБм;

- для обеспечения ОНШ₂ = 49 дБ требуется оптическая мощность с уровнем p₆ = –1 дБм;

- для обеспечения ОНШ₃ = 50 дБ требуется оптическая мощность с уровнем p₇ = –0,5 дБм, округляем это значение до p₇ = 0,0 дБм;

- для обеспечения ОНШ₄ = 51 дБ требуется оптическая мощность с уровнем p₈ = 0,5 дБм, округляем это значение до p₈ = 1,0 дБм.

Шаг 2. Определим уровни оптической мощности p₁…p₄ на выходных полюсах ответвителя:

- добавляя к уровню мощности на входе оптического узла 1 p₅ затухание а_A в волокне А, получаем

p₁ = p₅ + а_A = –2 дБм + 4 дБ = 2 дБм;

- добавляя к уровню мощности на входе оптического узла 2 p₆ затухание а_В в волокне В, получаем

p₂ = p₆ + а_В = –1 дБм + 6 дБ = 5 дБм;

- добавляя к уровню мощности на входе оптического узла 3 p₇ затухание а_С в волокне С, получаем

p₃ = p₇ + а_С = 0 дБм + 3 дБ = 3 дБм;

- добавляя к уровню мощности на входе оптического узла 4 p₈ затухание а_D в волокне D, получаем

p₄ = p₈ + а_D = +1 дБм + 5 дБ = 6 дБм.

Шаг 3. Пересчитаем уровни мощности p₁…p₄ (дБм) на выходных полюсах ответвителя в значения мощности P₁…P₄ (мВт) по формуле P_i = 10^{[рi(дБм)/10]}:

P₁ = 10^{[р1(дБм)/10]} = +10^(2/10) = 1,58 мВт;

P₂ = 10^{[р2(дБм)/10]} = +10^(5/10) = 3,16 мВт;

P₃ = 10^{(р3(дБм)/10)} = +10^(3/10) = 2,00 мВт;

P₄ = 10^{(р4(дБм)/10)} = +10 ^(6/10) = 3,98 мВт.

Шаг 4. Рассчитаем суммарную оптическую мощность на выходных полюсах ответвителя

P_сум = (P₁ + P₂ + P₃ + P₄) = (1,58 + 3,16 + 2,00 + 3,98) = 10,72 мВт.

Шаг 5. Увеличим P_сум на 20%, чтобы учесть дополнительные потери в реальном ответвителе (обозначим ее P_пу), она является мощностью на входном полюсе ответвителя, т.е. на выходе ПУ

P_пу = 1,2(P_сум) = 1,210,72 = 12,9 мВт.

Шаг 6. Пересчитаем мощность P_пу в уровень мощности p_пу = 10lg(12,9) = 11,1 дБм. Минимально необходимый уровень мощности оптического ПУ равен 11,1 дБм. (Отметим, что увеличение выходной мощности оптического передатчика улучшает качество передачи – значение ОНШ.)

При расчетах не был учтен эксплуатационный запас^, который для аналоговых ВОСП составляет а_зап = 1…2 дБ [4]. С учетом запаса следует выбрать оптическое передающее устройство с уровнем мощности p_пу  11 дБм. Выберем модель PWL 4716 компании Harmonic Lightwaves [10] с p_пу = (13  1) дБм на  = 1550 нм.

Шаг 7. Рассчитаем коэффициенты разветвления мощности ответвителя по формуле P_отв = 100(P_отв/P_сум), где P_отв – мощность, ответвляемая в любой выходной полюс, P_сум – суммарная мощность на всех выходных полюсах:

– для полюса 1 – P₁ = 100(1,58/10,72) = 15%;

– для полюса 2 – P₂ = 100(3,16/10,72) = 29%;

– для полюса 3 – P₃ = 100(2,00/10,72) = 19%;

– для полюса 4 – P₄ = 100(3,98/10,72) = 37%.

Шаг 8. Сумма коэффициентов 15% + 29% + 19% + 37% = 100%. Расчет коэффициентов разветвления выполнен верно.