Министерство образования и науки Украины
Запорожский национальный технический университет
Кафедра РТТ
Контрольная работа
РАСЧЁТ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ
Выполнил: студент группы РП-217 Губа Р.А.
Принял: доцент Щекотихин О.В.
Запорожье 2011
ВСТУПЛЕНИЕ
Волоконно-оптические системы передачи (ВОСП) – это совокупность аппаратуры оптических устройств и оптических кабелей (ОК), используемых на волоконно-оптических линиях передачи (ВОЛП), на основе и с помощью которых создаются, передаются и обрабатываются оптические сигналы.
В системах оптической связи происходит передача и обработка оптических сигналов. Выбор вида светового излучения и длины волны для оптической связи зависит, как от характера передаваемого сообщения, так и от возможностей создания такого излучения, формирования из него сигнала, передачи и обработки световой волны и, наконец, приема сигнала, содержащего информацию. Обобщенная структурная схема ВОСП показана на рис. 1.
Рис. 1. Обобщенная структурная схема ВОСП
В состав ВОСП входят: система передачи (СП), оборудование сопряжения (СП), оптический передатчик (Опер), оптическое волокно (ОВ), оптический ретранслятор (ОР), оптический приемник (ОПр). Совокупности СП, ОС, ОПер и СП, ОС, ОПр образуют соответственно тракт передачи и тракт приема оконечных станций А и Б. В промежуточных станциях устанавливаются ОР. В волоконно-оптический линейный тракт входят: ОПер, ОВ, ОР и ОПр.
Как видно из рис. 1, с передающей станции А первичные электрические сигналы поступают на систему передачи. С выхода СП многоканальный электрический сигнал подается в ОС, где он преобразуется в форму, целесообразную для передачи волоконно-оптическому линейному тракту. В оптическом передатчике электрический сигнал, путем модуляции оптической несущей преобразуется в оптический, который далее передается в ОВ.
При распространении оптического сигнала по ОВ происходят его ослабления и искажения. С целью увеличения дальности связи через определенное расстояние, называемое участком ретрансляции, устанавливаются промежуточные станции, где осуществляется коррекция искажений и компенсация затухания. В настоящее время, главным образом по техническим причинам на этих станциях может производиться обработка (усиление, коррекция, регенерация и т.д.) лишь электрического сигнала. Поэтому на входе станции оптический сигнал преобразуется в электрический, а на выходе – снова в оптический. Эти преобразования осуществляются соответственно в фотоприемнике и оптическом передатчике. В принципе возможно построение чисто оптических промежуточных станций на основе оптических квантовых усилителей.
На приемной оконечной станции Б осуществляется обратное преобразование. Для модуляции оптической несущей, информационным сигналом можно использовать частотную (ЧМ), фазовую (ФМ), амплитудную (АМ), поляризационную (ПМ) модуляции, модуляцию по интенсивности (МИ) и др.
В подавляющем большинстве используется модуляция по интенсивности оптического излучения.
Задача индивидуального проектирования ВОСП состоит в обеспечении удлиненных регенерационных или усилительных участков или увеличении скорости передачи информации при сохранении заданных критериев качества передачи сигнала за счет улучшения некоторых устройств ВОСП, например, передающего оптического модуля, приемного оптического модуля, или выборе новых оптических волокон (ОВ) или ОК и других компонентов ВОСП. С этой целью в настоящем учебном пособии по проектированию ВОСП приведены некоторые исходные сведения о конструкциях и характеристиках ОВ и ОК, каналообразующей аппаратуры и устройств ВОСП. Приведены справочные данные по материалам, используемым в производстве ОВ и ОК, необходимого для передачи оптических сигналов с минимальными потерями и дисперсией. Дана методика расчета передающих и приемных устройств. Решены вопросы их сопряжения с ОВ с наименьшими потерями, особенно с одномодовыми. Даны рекомендации по организации связи в целом при скомпенсированной и нескомпенсированной линейной дисперсии сигналов. Приведена методика расчета длин регенерационных участков.
Даны сведения по организации электропитания и защиты проектируемой ВОСП от ударов молний при наличии в ОК металлических элементов (медных жил для организации дистанционного электропитания и металлических упрочняющих броневых покровов). В случае использования ОК без металлических элементов механическая прочность обеспечивается диэлектрическими упрочняющими элементами.
Расчёт ВОЛС
Исходные данные выбраны следующие: длина трассы между АТС – 106 км., количество каналов – 108, метод прокладки – на столбах. Выбираем волоконно-оптическую систему передачи ИКМ-120-4/5; скорость передачи В = 8,5 Мбит/с; характер (код) сигнала RZ, линейный код MСМI; длина волны оптического излучения λ = 1,3 мкм; энергетический потенциал системы Эп = рпер – рпр = 37 дБ; длина РУ 25 км; длина ОЛТ L = 98 км; кабель ОКК-50-01-1,0-4, работающий в диапазоне длин волн λ = 1,3 мкм, с четырьмя многомодовыми ОВ, градиентным коэффициентом преломления, коэффициентом затухания α = 1 дБ/км, коэффициентом широкополосности Δf = 450 МГц ∙ км, строительной длиной ОК l c = 2 км. Возможен заказ строительной длины lc = 1 км.
Требуется определить длину РУ, уровни передачи и приема, быстродействие системы, вероятность ошибки и осуществить выбор источника и приемника оптического излучения. Другие параметры ОЛТ будут определяться по мере необходимости.
1. Определение требуемой скорости передачи олт
В качестве каналообразующего оборудования и оборудования сопряжения используется аппаратура ИКМ-120, формирующая цифровой поток со скоростью передачи В = 8,5 Мбит/с. Линейный код ВОСП СМI — разновидность блочного кода типа 1B2B с характером сигнала RZ, т. е. с возвращением в нуль. При таком кодировании между элементами сигнала имеются промежутки, которые используются для защиты от межсимвольных помех, а возвраты к нулю обеспечивают появление в спектре линейного сигнала дискретной составляющей тактовой частоты, что упрощает устройство выделения последней в регенераторах. Нужно помнить, что применение кодов типа тВпВ ведет к увеличению тактовой частоты в т/п раз. Для нашего примера, следовательно, тактовая частота возрастет в 2 раза и скорость передачи в линейном тракте Влт = 2В = 2 ∙ 8,5 = 17 Мбит/с.
Таким образом, все дальнейшие расчеты будут проводиться при полученном значении скорости передачи.
Определение вероятности ошибки рош, отводимые на ретрансляционный участок. Для ЦВОСП вероятность рош зависит от типа сети (местная, внутризоновая, магистральная) и определяется по формуле:
(2.1)
где p'— вероятность ошибки, приходящаяся l на км ОЛТ (для магистральной сети р'=10-11); l— длина ретрансляционного участка, км.
Обычно задаются вероятностью ошибки рош=10-8... 10-9, что обеспечивает достаточно высокое качество каналов, организуемых с помощью ВОСП
2. Размещение линейных регенераторов при использовании выбранной системы передачи.
Поскольку нет каких-либо ограничений, связанных с топологией сети, необходимостью прокладки кабеля в существующей канализации и использования существующих станционных сооружений, то следует стремиться к равномерному размещению линейных регенераторов, но так, чтобы длина РУ была бы кратна строительной длине ОК.
Размещение линейных регенераторов:
Для выбранной серийно выпускаемой ВОСП типа ИКМ-120-4/5 длина регенерационного участка лежит в пределах 12-30 км. Протяженной линии связи равна 98 километрам. Необходимо стремится к использованию максимально возможной длине РУ, но при этом стремится к равномерному распределению регенераторов по длине оптического линейного тракта (ОЛТ).
Для данной протяжённости трассы выбираем размещение линейных регенераторов (ЛР):
четыре РУ длиной lру1 =lру2 =lру3 =lру4 =24 км и один РУ длиной lру5 = 10 км.
Этот вариант наиболее предпочтителен, так как ориентирован на применение стандартных строительных длин ОК.
Схема размещения линейных регенераторов (ЛР) приведена на рис. 5.
Рисунок 5 − Схема размещения линейных регенераторов
Как видно из приведенного размещения ЛР вдоль ОЛТ, используется большое количество ЛР, что существенно удораживает проектируемую ВОСП. Для сокращения количества регенераторов необходимо провести модернизацию оборудования линии связи, направленную на увеличение длины РУ.