Проектирование магистральной волоконно-оптической системы передачи с повышенной пропускной способностью (стр. 16 из 31)
Параметр ε связан с коэффициентом гашения, равным отношению мощности оптического излучения при передаче логической единицы цифрового сигнала к мощности оптического излучения при передаче логического нуля, выраженным в дБм.
Расчет длины элементарного кабельного участка ВОЛП. В соответствии с требованиями нормативно-технической документации определяют значения номинальной, минимальной и максимальной длины элементарного кабельного участка (ЭКУ). Эти длины ЭКУ определяются бюджетом мощности ВОСП, потерями и дисперсией оптического линейного тракта. Они рассчитываются по следующим формулам
где • W – энергетический потенциал ВОСП, дБ; • AЭЗА – эксплуатационный запас аппаратуры дБ; • AЭЗК – эксплуатационный запас ОК, дБ; • AРС – потери в разъемных соединениях, дБ; • AНСмакс – максимальное значение потерь неразъемного соединения, дБ; • НС A – среднее значение потерь неразъемного соединения, дБ; • AД – эксплуатационный запас энергетического потенциала на дисперсию, учитываемый на регенерационных участках предельной длины с оптическими усилителями, дБ; • ΔA – пределы регулировки АРУ, дБ; • α макс - максимальное значение коэффициента затухания ОВ, дБ/км; • α - среднее значение коэффициента затухания ОВ, дБ/км; • l - средняя строительная длина ОК, км; • B – параметр; • Δa - погрешность измерения затухания, дБ.
Параметр B определяется по формуле
где λ – рабочая длина волны, мкм. Строительная длина ОК лежит в пределах от 1,0 км до 6,0 км. Ее среднее значение составляет 4,0 км.Согласно условиям на регенерационном участке нет линейных оптических усилителей и компенсаторов дисперсии, то длины ЭКУ ограничены и в первом приближении при расчетах будем полагать AД=0 дБ.
Расчет дисперсионных характеристик ОВ на ЭКУ. Длина регенерационного участка ВОЛП ограничивается не только затуханием, но и дисперсией линии передачи. Допустимые значения хроматической и поляризационной модовой дисперсии на регенерационном участке ВОЛП зависят от скорости передачи линейной кодовой последовательности. В случае применения кода NRZ и модуляции без чирпа в соответствии с рекомендациями ITU-T максимально допустимые для РУ значения хроматической дисперсии DРУ в пс/нм и поляризационной модовой дисперсии PMDРУв пс при ухудшении отношения ОСШ не более, чем на 1,0 дБ, определяются по формулам
, где B – скорость передачи в линии, Гбит/с.Приведенное к одному километру длины линии передачи значение хроматической дисперсии ОВ определяется формулой
где Dов – значение параметра дисперсии оптического волокна, определяемое по его техническим данным, пс/(нм . км); Δλ - ширина линии излучения лазера, нм.Прогнозируемые значения хроматической дисперсии на ЭКУ определятся, соответственно, следующим образом:
А прогнозируемые значения поляризационной модовой дисперсии рассчитываются по формулам
Значение эксплуатационный запаса на дисперсию равно дополнительным потерям (приращению уровня помех) из-за шумов межсимвольной интерференции (ISI), которые включают в себя перекрестные помехи и шумы синхронизации. То есть Д ISI A = a . Эти дополнительные потери равны
,где To- время нарастания фронта оптического импульса на выходе источника излучения от 10% до 90% его максимального значения, с; TL- Время нарастания фронта оптического импульса на выходе оптического приемника от 10% до 90% его максимального значения, с. Время нарастания фронта оптического импульса на выходе источника излучения определяется как
Время нарастания фронта оптического импульса на выходе оптического приемника рассчитывается по формуле
.Здесь R BW – полоса пропускания фотоприемника, Гц; σэку– среднеквадратическое значение дисперсии на ЭКУ, с.
Полоса пропускания фотоприемника выбирается из условия BWr≥ BL.
Прогнозируемое среднеквадратическое значение дисперсии на номинальной длине ЭКУ рассчитывается по формуле
.Расчет глаз-диаграммы. Глаз-диаграмма представляет собой результат многократного наложения битовых последовательностей с выхода генератора псевдослучайной последовательности (ПСП), отображаемый на экране осциллографа в виде диаграммы распределения амплитуды сигнала по времени. Пример глаз-диаграммы представлен на рис.2.23.
Предварительно вычислите уровень мощности источника оптического излучения лазера, дБ:
, где P0 – уровень мощности на выходе источника оптического излучения. Уровень мощности оптического сигнала на входе фотоприемника ВОСП определяется суммарными потерями в ОВ на ЭКУ ВОЛП а также суммарным значением дополнительных потерь:
Рис. 2.23. Глаз-диаграмма, полученная с помощью анализатора канала
Приведенная ко входу фотоприемника ВОСП мощность оптического сигнала в мВт:
Для расчета помехозащищенности канала ЦСП необходимо также оценить мощность шума фотоприемника Pnoise. На практике фотоприемные устройства высокоскоростных ВОСП проектируются таким образом, чтобы логарифм отношения полосы пропускания электрического фильтра к полосе пропускания оптического фильтра составлял не менее 2 дБ. В этом случае выполняется следующее условие по отношению сигнал/шум:
, где OSNR – оптическое отношение сигнал/шум (Optical Signal-to-Noise Ratio);Qном – номинальное значение Q-фактора, соответствующего нормированному коэффициенту ошибок BERном. Согласно определению, уровень чувствительности фотоприемника ВОСП – это минимальное значение уровня мощности оптического излучения в точке нормирования оптического тракта на приеме, при которых обеспечивается требуемое качество передачи цифрового оптического сигнала. С учетом вышесказанного, максимальный уровень мощности шума фотоприемника pnoise можно оценить по следующей формуле:
, где pR – уровень чувствительности фотоприемника, дБ; pnoise – уровень шума фотоприемника, дБ.Чувствительность фотоприемника и мощность шума в мВт рассчитывается как
. Построение глаз-диаграммы осуществляется путем наложения отклика системы в предположении гауссовой формы импульса на передачу "изолированного" логического "0" в последовательности логических "1" (например, комбинация 101 – при 3-х символьной последовательности): 
и отклика системы на передачу "изолированной" логической "1" в последовательности логических "0" (например, комбинация 010 – при 3-х символьной последовательности) 
, где sL - среднеквадратическая длительность гауссова импульса на выходе фотоприемника ОСП; данная величина непосредственно связана с TL следующим соотношением: 
, Т – интервал передачи битовой последовательности: 
, где Nsymb – количество символов битовой последовательности, в данном случае принять Nsymb =3; τ05 – длительность импульса на уровне 0,5 от его максимума на выходе источника оптического излучения; обратно пропорциональна скорости передачи сигнала в линии: 
. Построение глаз-диаграммы в диапазоне (-2.Т; 2.Т). На диаграмме указывают мощность шума фотоприемника, а также, по возможности, чувствительность фотоприемника (если мощность сигнала на выходе фотоприемника PL и чувствительность фотоприемника PR – одного порядка). Пример построения глаз-диаграммы на рис. 2.24.
Рис. 2.24. Пример построения глаз-диаграммы
Фундаментальным показателем качества ЦСП является коэффициент ошибок BER. Работа ЦСП считается нормальной только в том случае, если BER не превышает определенное допустимое значение, соответствующее используемому сетевому стандарту.
Известна методика оценки коэффициента ошибок BER на основе определения Q-фактора. Q-фактор – это параметр, который непосредственно отражает качество сигнала цифровой СП. Существует определенная функциональная зависимость Q-фактора сигнала и измеряемого коэффициента ошибок BER. Q-фактор определяется путем статистической обработки результатов измерения амплитуды и фазы сигнала на электрической уровне, а именно – непосредственно по глаз-диаграмме. При этом выполняется построение функции распределения состояний "1" и "0", а для этих распределений, в предположении их Гауссовой формы, оцениваются математические ожидания состояний E1 и E0 и их среднеквадратические отклонения σ 1 и σ0.