Моделі і методика побудови волоконно-оптичної системи передачі даних (стр. 1 из 5)
Моделі і методика побудови волоконно-оптичної системи передачі данних
Зміст
Вступ
1. Послідовність проектування ВОСП
2. Методика інженерного розрахунку ВОСП
3. Вибір елементної бази ВОСП
3.1 Вибір типу оптичного кабелю
3.2 Вибір типів оптичних з`єднувачів та розгалужувачів
3.3 Вибір типу випромінювача
3.4 Вибір типу фотодетектора
3.5 Вибір коду сигналів в оптичному лінійному тракті
4. Розрахунок параметрів цифрових ВОСП
Додатки
Вступ
При проектуванні ВОСП необхідно, виходячи з призначення системи, сформувати вимоги, що висувають до неї.
Загальними вимогами до таких систем є такі.
1. Заданий обсяг інформації, що передається, – визначає необхідну смугу пропускання, швидкість передачі інформації, кількість еквівалентних стандартних каналів тональної частоти.
2.Завадозахищеність системи – характеризується відношенням сигнал/шум на виході оптичного приймального пристрою або ймовірністю помилки при передачі інформації.
3. Тип інформації, що передається, – цифровий чи аналоговий.
4. Відстань між кінцевими терміналами.
5. Вимоги прокладання оптичного кабелю та експлуатації системи.
6. Вимоги до малогабаритних показників, вартості системи, її надійності.
Крім цих вимог, при проектуванні систем зв`язку необхідно враховувати додаткові чинники, пов`язані із специфікою системи, що проектується. Цими чинниками можуть бути: особливості зовнішнього середовища, наявність шкідливих зовнішніх впливів, перспективи розвитку галузі зв`язку, можливості модернізації системи, можливість інтеграції з системами зв`язку вищих ступенів ієрархії, можливість інтеграції з сучасними міжнародними мережами інтегрального обслуговування.
Врахування усіх вимог потребує комплексного підходу до проблеми проектування ВОСП, цей процес є досить складним. При проектуванні можлива поява неоднозначного рішення, тоді вибір того чи іншого варіанта визначається конкретними вимогами застосування системи.
1. Послідовність проектування ВОСП
Проектування ВОСП починається з визначення вимог до системи передачі та аналізу елементної бази, яка є у наявності проектувальника. При проектуванні мереж зв`язку, інформаційно-обчислювальних мереж на основі волоконно-оптичних ліній, перш за все, визначається топологія мережі, кількість терміналів, функції системи передачі в цій мережі.
Наступнимим етапом є вибір елементної бази. Визначається спроможність смуги пропускання ОК у сумісності з джерелом випромінювання та фотодетектором забезпечити потрібну широкосмуговість для заданої відстані між прикінцевими пристроями та відомій чутливості фотодетектора для забезпечення потрібної ймовірності помилки. Визначається довжина регенераційної дільниці, кількість регенераторів, можливість просторового розділення сигналів (шляхом передачі різних сигналів по окремих оптичних волокнах). Визначається метод ущільнення – часовий або спектральний, вид модуляції.
При виборі елементної бази ВОСП потрібно провести техніко-економічне обгрунтування розробки, визначити питому вартість окремих вузлів та елементів у загальній вартості системи, тобто визначити, які складові визначають основні витрати в системі: оптичний кабель, регенератори, прикінцеві пристрої і т.ін. Наприклад, у розгалужених мережах зв`язку основні витрати пов`язані з придбанням та прокладанням оптичного кабелю, тому доцільно використовувати кабелі з низьким загасанням. При проектуванні мереж зв`язку необхідно вибирати оптимальну та гнучку топологію. Потрібно розглянути альтернативні варіанти систем для різних вікон прозорості, з використанням різних видів модуляції, лінійних кодів, різної елементної бази.
Після проведення приблизного інженерного розрахунку для різних варіантів виконується аналіз реакції системи на відхилення параметрів її структурних елементів від тих, що закладені в проекті у деяких межах, тобто визначається, як ці малі відхилення впливатимуть на параметри системи в цілому. Цей аналіз дає можливість визначити діапазон допусків на параметри елементів системи. Починати аналіз потрібно з тих елементів, що мають малий діапазон припустимих відхилень своїх параметрів.
Далі аналізуються системні вимоги, пов`язані з умовами прокладання, монтажу та експлуатації ВОСП. Цей аналіз визначає можливість використання того чи іншого типу кабелю, конструктивне виконання ПОМ та ПРОМ, забезпечення електроживлення.
На наступному етапі виконується техніко-економічне обгрунтування запропонованих варіантів, їх порівняння та вибір найбільш ефективного. Але практично неможливо забезпечити оптимальність системи з усіх параметрів, тому приймається один з найбільш прийнятних компромісних варіантів.
На рис. 1 наведена схема вибору елементів ВОСП.
При проектуванні ВОСП потрібно виконувати рекомендації МККТТ.
2. Методика інженерного розрахунку ВОСП
1. На першому етапі інженерного розрахунку ВОСП уточнюють та аналізують дані технічного завдання. Визначається швидкість передачі інформації (для цифрових систем) або смуга частот, що передається (для аналогових систем) та відповідно коефіцієнт помилки Рпом або відношення сигнал/шум. Далі виконують аналіз сигналів, що передаються системою. В цифрових системах вибирають оптимальний код, в аналогових – засіб модуляції. При проектуванні мережі зв`язку вибирають її топологію, схему розподілу даних, кількість кінцевих пристроїв. Визначається необхідна кількість проміжних пунктів: тих, що обслуговуються, а також тих, що не обслуговуються.
Рисунок 1 – Схема вибору елементів ВОСП
2. Другим етапом розрахунків є вибір оптичного кабелю. На основі номенклатури типів кабелів, що є в наявності, вибирають кабель, який відповідає призначенню системи передачі – магістральний, зоновий, для місцевого зв`язку, внутрішньооб`єктовий. Кабель також повинен найбільш повно задовольняти умовам прокладання та експлуатації.
3. Третім етапом розрахунку є вибір джерела випромінювання. При цьому враховується призначення системи, швидкість передачі або смуга частот, що передаються. На цьому етапі визначається ефективна потужність випромінювача, при цьому враховується зменшення потужності випромінювача внаслідок його деградації, а також зменшення середньої потужності внаслідок застосування того чи іншого типу коду.
4. Четвертим етапом є вибір фотодетектора. ФД повинен мати максимальну чутливість в робочому діапазоні хвиль, тип ФД (ЛФД або p-i-n) визначається швидкістю передачі системи, її призначенням.
5. П`ятим етапом є енергетичний розрахунок системи на основі технічного завдання та параметрів вибраної елементної бази. Визначаються енергетичний потенціал системи, втрати в оптичному лінійному тракті, розраховується експлуатаційний запас при заданій довжині регенераційної дільниці. Якщо експлуатаційний запас не відповідає нормі, необхідно переглянути попередні технічні рішення:
вибрати кабель з меншим загасанням;
вибрати більш потужний випромінювач;
вибрати фотодетектор, що має більшу чутливість.
При проектуванні ВОСП можливі два підходи:
визначення експлуатаційного запасу системи при заданій довжині регенераційної дільниці;
визначення довжини регенераційної дільниці при заданому експлуатаційному запасі.
6. Шостим етапом є розрахунок довжини регенераційної дільниці, що обмежується дисперсією ОВ. Якщо одержане значення не задовольняє умовам технічного завдання вибираються ОК з меншою дисперсією та випромінювач з малою шириною спектральної лінії.
7. Сьомим етапом є розрахунок швидкодії системи. Якщо швидкодія менша припустимої, потрібно вибрати менш інерційний випромінювач та фотодетектор, а також кабель з меншою дисперсією.
3. Вибір елементної бази ВОСП
3.1 Вибір типу оптичного кабелю
При виборі ОК слід виходити з таких умов:
ступеня ієрархії системи передачі, що визначає швидкість передачі;
довжини лінії зв`язку (при проектуванні мережі зв`язку – довжина її дільниць);
умови прокладання та експлуатації ОК;
наявності джерела гарантованого електроживлення.
Для ВОСП, призначених для магістральних мереж зв`язку типів «Сопка-4», «Сопка-4М», «Сопка-5», застосовується одномодовий оптичний кабель, параметри якого оптимізовані на довжинах хвиль 1,3 або 1,55 мкм. Для систем «Сопка-4М» та її імпортних аналогів доцільно використовувати ОК для третього вікна прозорості із зміщеною дисперсією. Для магістральних ВОСП доцільно використовувати кабелі типів ОМЗК, ОКЛ, а також кабелі фірми АТ&Т типів ВХС та ВХD, загасання яких не перевищує 0,4 дБ/км (l=1,3 мкм) та 0,23 дБ/км (l=1,55 мкм).
Для зонових ліній зв`язку найчастіше використовуються системи передачі «Сопка-3» та «Сопка-3М», але в останній час на цих лініях також використовується ВОСП «Сопка-4». Для ВОСП типів «Сопка-2», «Сопка-3» та «Сопка-3М» використовуються кабелі на основі багатомодового градієнтного волокна типів ОКЗ та ОЗК. В останній час для зонових ВОСП, також використовуються одномодові ОК, що дозволяє не встановлювати на лінії регенераційних пунктів, що не обслуговуються.
На місцевих мережах використовуються системи «Сопка-Г» (ИКМ– 480), «Сопка-2» (ИКМ–120 – 4/5). В цих системах використовуються багатомодові ОК типів ОКК та ОК.
Для систем цифрової синхронної ієрархії використовуються тільки одномодові ОВ з довжиною хвилі 1,3 та 1,55 мкм.
Тип захисних елементів ОК визначається засобом його прокладання. Для прокладання ОК в міській телефонній каналізації використовуються кабелі, що не містять броньових покриттів (голі) Для прокладання в грунті слід доцільно вибрати кабель з бронею типу Б, С або К. Для прокладання кабелів через суднохідні та сплавні річки застосовують кабелі з посиленим захистом. Ці кабелі мають декілька полімерних оболонок, гофровану алюмінієву зварну оболонку, а також броню типу К.