Моделі і методика побудови волоконно-оптичної системи передачі даних (стр. 2 из 5)
Якщо передбачається встановлення НРП у пунктах, що мають гарантоване електроживлення або використання автономних джерел живлення, використовується кабель, що не містить дротів дистанційного живлення. В цьому разі, якщо дозволяють умови прокладання, слід застосувати кабель, що не містить металевих елементів, тобто кабель з полімерними оболонками та бронею у вигляді скляних стрижнів – бронею типу С.
Кількість ОВ у кабелі визначається розгалуженістю мережі зв`язку, для якої призначена система, що проектується. Слід зазначити, що найменша кількість ОВ у магістральних, зонових кабелях та кабелях для місцевих мереж дорівнює 4.
Для систем, що використовуються для внутрішньооб`єктових локально-обчислювальних мереж, та мереж (системи кабельного телебачення) використовуються внутрішньооб`єктові кабелі, характеристики яких аналогічні характеристикам станційних кабелів типів ОКС та ОН. Кількість ОВ цих кабелів визначається топологією мережі та її розгалуженням.
3.2 Вибір типів оптичних з`єднувачів та розгалужувачів
Головною вимогою при виборі оптичних з`єднувачів є мале загасання з`єднувача. Для з`єднання ПОМ та ПрОМ з лінійним кабелем застосовуються станційні кабелі. Одним кінцем станційний кабель з`єднується з ПОМ (ПрОМ) – іншим – зі станційним ОК, в обох випадках застосовуються роз`ємний з`єднувач.
Роз`ємними з`єднувачами приєднується лінійний кабель до ПОМ (ПрОМ) регенератора. Роз`ємний з`єднувач повинен також зберігати мале загасання при його багатократному «приєднанні–роз`єднанні» та при зміні температури зовнішнього середовища.
Нероз`ємні з`єднання здійснюються при прокладанні ОК, коли з`єднуються будівельні довжини ОК. Існує декілька засобів з`єднання будівельних довжин ОК: склеювання, зварювання, використання імерсійних речовин. Найменше загасання досягається при використанні спеціальних автоматичних апаратів для зварювання ОВ.
У розгалужених мережах використовуються розподільники оптичної потужності. Вони повинні мати низьке загасання, необхідні для споживача коефіцієнти, що характеризують частку відгалуженої оптичної потужності. Втрати розподілу оптичної потужності в мережах з Т- розгалужувачами збільшуються пропорційно кількості абонентів. В мережах з зіркоподібними розподілювачами ці втрати пропорційні кількості кінцевих пристроїв N. Характеристики цих пристроїв наведені в [1].
3.3 Вибір типу випромінювача
На довжину регенераційної дільниці впливають такі параметри випромінювачів як ширина спектральної лінії та вихідна оптична потужність.
Тип випромінювача вибирається в залежності від швидкості передавання системи, довжини хвилі оптичної несучої. Оптична потужність випромінювача є одним з чинників, що визначає енергетичний потенціал системи. Часові характеристики випромінювача визначають швидкодійність системи.
Для систем передачі першого та другого ступенів цифрової плезіохронної ієрархії (В£ 34 Мбіт/с), що призначені для експлуатації на місцевих мережах зв`язку, тобто на лініях відносно невеликої протяжності доцільно застосовувати суперлімісцентний світлодіод або поверхневий світлодіод. Тип світлодіоду визначається вікном прозорості, для якого призначений вибраний ОК. Для цих же систем, що призначаються для використання на лініях зонової мережі зв`язку, доцільно застосувати інжекційний лазер.
Для систем передачі третього ступеня PDH–ієрархії (В=144 Мбіт/с) доцільно використовувати інжекційні лазери. Для підвищення надійності системи потрібно зменшувати пікову потужність випромінювача. Для запобігання часової деградації випромінювача для нього необхідно використовувати мікроохолоджувач.
Для високошвидкісних систем передачі (В>144 Мбіт/с) використовуються інжекційні лазерні випромінювачі, а також лазери із розподіленим зворотнім зв`язком та із розподіленим бреговським відбиттям. Ці випромінювачі мають малу ширину спектральної лінії (Dl=0,1 нм), високу температурну стабільність довжини хвилі випромінювання, достатню оптичну потужність.
Для систем передачі цифрових синхронних мереж використовуються лазери із розподіленим зворотним зв`язком та розподіленим бреговським відбиттям.
Вибір лазерних випромінювачів для середньо- та високошвидкісних систем зумовлений не тільки їх оптичними характеристиками (досить велика потужність випромінювання, вузька спектральна лінія), але й їх малою інерційністю. Верхня гранична частота модуляції лазерних випромінювачів у 10–15 разів перевищує цей параметр для світлодіодів.
Для локальних інформаційно–обчислювальних мереж невеликої протяжності та внутрішньооб`єктових ліній доцільним є використання світлодіодів.
В усіх випадках спектральна характеристика випромінювача узгоджується з "вікном прозорості" оптичного кабелю.
3.4 Вибір типу фотодетектора
Чутливість фотодетектора є одним із чинників, що визначає енергетичний потенціал системи. Часові параметри ФД визначають швидкодійність системи. Чутливість фотодетектора визначає коефіцієнт помилки цифрової системи передачі.
Для низькошвидкісних систем передачі, призначених для використання на невеликих відстанях (внутрішньооб`єктові лінії, локальні мережі ЕОМ, мережі міської телефонної мережі), доцільно використовувати напівпровідникові та p-i-n фотодіоди.
Для середньошвидкісних та високошвидкісних систем передачі доцільно вибирати лавинні фотодіоди, які мають більшу інтегральну чутливість та внутрішній коефіцієнт підсилення. До того ж лавинні фотодіоди мають більшу верхню граничну частоту детектування модульованого сигналу.
В усіх випадках спектральна характеристика ФД повинна бути узгодженою з вікном прозорості оптичного кабелю.
Схема вибору елементної бази ВОСП наведена на рис.1
3.5 Вибір коду сигналів в оптичному лінійному тракті
Вибір того чи іншого коду визначається, в першу чергу, швидкістю передачі до 30 Мбіт/с та обмеженням довжини регенераційної дільниці втратами в оптичному лінійному тракті доцільно використовувати коди з поверненням до нуля (RZ), двопозиційний код (манчестерський), а також коди АМІ першого та третього класів.
При швидкості передачі від 30 до 100 Мбіт/с доцільно використовувати коди без повернення до нуля (NRZ), а також код AMI 2-го класу (DMI), блокові коди.
В системах, де швидкість передачі перевищує 100 Мбіт/с використовують блокові коди, код DMI, а при швидкостях, що наближаються до 1 ГГц – блокові коди та код RZ.
Найбільш вузькосмуговий сигнал реалізується при використанні блокового коду 5В6В.
4. Розрахунок параметрів цифрових ВОСП
При проектуванні цифрових ВОСП виникає потреба у розрахунках таких параметрів як довжина регенераційної дільниці та швидкодія системи. При проектуванні систем синхронізації мереж синхронної цифрової ієрархії також виникає необхідність визначення часу розповсюдження сигналів.
У волоконо-оптичних ЦСП довжина регенераційної дільниці обмежується двома чинниками: втратами в оптичному лінійному тракті та поширенням оптичних імпульсів, що викликається дисперсією світловодів. В загальному випадку виконуються два розрахунки довжини регенераційної дільниці, що обмежується цими чинниками та вибирається менше з одержаних значень.
Розрахунок довжини регенераційної дільниці, обмеженої загасанням оптичного сигналу
Довжина регенераційної дільниці, обмеженої втратами в оптичному лінійному тракті Lрвт, обмежується такими чинниками:
- середньою потужністю випромінювача Рв;
- порогом чутливості ПРОМ Роmin;
- втратами введення-виведення оптичного випромінювання aвв, aвив;
- втратами у роз`ємних з`єднувачах aрз;
- втратами у нероз’ємних з’єднувачах aнз;
- загасанням оптичного кабелю aк.
На рис. 1 наведена модель волоконно-оптичного каналу, що відображає розподіл втрат на дільниці регенерації.
Рисунок 1 – Модель волоконно-оптичного каналуПерш за все визначається енергетичний потенціал системи – різниця між ефективною потужністю оптичного випромінювання Реф ПОМ та порогом чутливості ПРОМ Р0min
.Поріг чутливості ПРОМ Р0min
,де е – заряд електрона; h – постійна планка; с – швидкість світла; η – квантова ефективність детектора; λ – довжина хвилі.
Ефективна потужність оптичного випромінювання визначається середньою потужністю джерела випромінювання, засобом кодування, температурною та часовою деградацією. Поріг чутливості ПрОМ – мінімальна середня потужність оптичного сигналу на вхідному оптичному полюсі ПрОМ, за якої забезпечується заданий коефіцієнт помилок. Середня потужність випромінювання ПОМ – середнє значення потужності оптичного випромінювання на вихідному оптичному полюсі ПОМ за заданий інтервал часу, у заданому куті та заданим струмом накачування. Ефективна потужність випромінювача повинна перевищувати всі втрати в оптичному лінійному тракті, рівень оптичної потужності на вході фотодетектора повинен бути більшим, ніж поріг чутливості Р0min на деяке значення, що зветься експлуатаційним (або енергетичним) запасом. Цей запас необхідний для врахування часової деградації компонентів ВОСП, а також підвищення втрат в ОК при проведенні ремонтно-відновлювальних робіт при пошкодженнях (обривах) кабелю. Звичайно експлуатаційний запас дорівнює 6 дБ.
Визначимо ефективну потужність випромінювача
,де Рв – середня потужність оптичного випромінювача, дБп; РТ – втрати внаслідок температурної деградації; Рк – втрати внаслідок кодування. При використанні кодів з поверненням до нуля Рк = 6 дБ, без повернення до нуля Рк = 3 дБ.