Применение высокоскоростных волоконно-оптических линий внутризоновой связи (стр. 4 из 7)
8. РАСЧЕТ ПЕРВИЧНЫХ ПАРАМЕТРОВ ОВ
Одномодовое оптическое волокно (ООВ) является направляющей системой для распространения электромагнитных волн. Для их распространения по световоду используется явление полного внутреннего отражения на границе двух диэлектрических сред с коэффициентами преломления n1 и n2. Где
– коэффициент преломления для сердечника – среда распространения волны НЕ11, ограниченная оболочкой с коэффициентом преломления 
, при этом n1 < n2.Средой распространения и ограничения является особо чистое кварцевое стекло с различной концентрацией легирующих добавок для получения различных показателей преломления
и 
.Определим относительное значение показателя преломления:
. (13)Подставим численные значения
По оптоволокну эффективно передаются только лучи, заключенные внутри телесного угла φ, величина которого обусловлена углом полного внутреннего отражения. Параметр световода, который характеризует выполнение данного условия называется числовая апертура (NA):
, (14)где
– апертурный угол – угол между оптической осью и одной из образующих светового конуса падающего в торец волоконного световода при котором угол падения равен критическому углу; 
– коэффициент преломления среды, из которой луч попадает в световод (для воздуха 
).Подставим численные значения
. 
.Для ООВ диаметр сердечника выбирается таким, чтобы обеспечить условия распространения только одной моды НЕ11. В этом случае, из условия одномодовой передачи, нормированная частота:
, (15)где
мкм – диаметр сердцевины ОВ; 
мкм – длина волны источника оптического излучения.Подставим численные значения
.Одномодовая передача реализуется на гибридной волне НЕ11. Эта волна имеет нулевое значение корня бесселевой функции Pnm=0,000, следовательно, она не имеет критической частоты и может распространятся при любой частоте. Все другие волны имеют конечное значение частоты и они не распространяются на частотах ниже критической. Интервал значений Pnm, при которых распространяется лишь один тип волны НЕ11 находится в пределах 0< Pnm<2,25. Поэтому при выборе диаметра сердцевины ОВ и выборе частоты передачи исходим из этого условия Pnm=2,25.
Определим критическую частоту, Гц, при которй распространяется лишь один тип волны НЕ11:
, (16)где
м/с – скорость света.Подставим численные значения
Гц.Длину волны, излучаемую источником оптического излучения, определим по формуле:
. (17)Подставим численные значения
м.Вывод:
Чтобы волоконный световод имел одномодовый режим передачи необходимо:
1. Длина волны источника оптического излучения должна быть соизмерима с диаметром волоконного световода.
.2. Показатели преломления сердечника и оболочки (
и 
) должны отличаться незначительно, что характеризует параметр 
. Для одномодового волокна 
. Полученная величина 
удовлетворяет данному интервалу.3. Для одномодового световода нормированная частота должна быть менее 2,405. Полученная величина
менее допустимой 2,405.Таким образом, имеем одномодовый режим передачи, реализуемый на гибридной волне НЕ11, с длиной передаваемой волны
мкм.9. РАСЧЕТ ВТОРИЧНЫХ ПАРАМЕТРОВ ОВ
В световоде при передаче импульсных сигналов (отличающихся друг от друга различной мощностью) после прохождения ими некоторого расстояния световые импульсы искажаются и расширяются во времени, то есть время подачи одного импульса увеличивается. Так как импульсы передаются друг за другом с определенной частотой, то в результате наступает такой момент, когда соседние импульсы начинают перекрывать друг друга, и вместо отдельных световых импульсов в световоде будет иметь место сплошной световой поток. Данное явление в теории световодов называют дисперсией.
Расширение импульсов устанавливает предельные скорости передачи информации по световоду при цифровой модуляции и при малых потерях ограничивает длину ретрансляционного участка. Дисперсия ограничивает пропускную способность ВОЛС, которая предопределяет полосу частот
, пропускаемую световодом, ширину линейного тракта и соответственно объем информации, который можно передать по ОК.В одномодовых световодах отсутствует модовая дисперсия и в целом дисперсия оказывается существенно меньше. В данном случае возможно проявление волновой и материальной дисперсии.
Волновая дисперсия обусловлена процессами внутри моды и связана со световодной структурой моды. Она характеризуется зависимостью коэффициента распространения моды от длины волны.
Материальная дисперсия обусловлена зависимостью коэффициента преломления материала световода от длины волны.
Однако, при длинах волн 1,2...1,6 мкм происходит их взаимная компенсация, то есть
.При взаимодействии всех факторов форма сигнала на приёме не известна. Поэтому в качестве меры дисперсии используется среднеквадратическая дисперсия в оптоволокне, пс/км:
, (18)где
нм – ширина полосы длин волн оптического излучения;
пс/км – номинальное значение среднеквадратической дисперсии для ОК типа ОКЛ.Подставим численные значения
пс/км.Дисперсия одномодового ОВ меньше многомодового, что позволяет повышать скорость передачи данных и увеличивать длину регенерационных участков. Модовая дисперсия при одномодовом режиме передачи отсутствует.
10. РАСЧЕТ БЫСТРОДЕЙСТВИЯ ВОСП
Выбор типа ОК может быть оценен расчетом быстродействия системы и сравнением его с допустимым значением.
Быстродействие системы определяется инертностью её элементов и дисперсионными свойствами ОК.
Полное допустимое быстродействие системы определяется скоростью передачи В', бит/с, способом модуляции оптического излучения, типом линейного кода и определяется по формуле:
, (19)где
– коэффициент, учитывающий характер линейного сигнала (вид линейного кода), 
для кода NRZ; 
– номинальная скорость передачи данных мультиплексора STM-1 фирмы SIEMENS, принимаем из табл. 4.Подставим численные значения
нс.В соответствии с рекомендациями МСЭ-Т линейным кодом транспортных систем SDH является код NRZ.
Общее ожидаемое быстродействие ВОСП, нс, определяется по формуле:
, (20)где
быстродействие передающего оптического модуля (ПОМ), зависящее от скорости передачи информации и типа источника излучения; 
нс (для скорости 155 Мбит/с);