Проектирование магистральной волоконно-оптической системы передачи с повышенной пропускной способностью (стр. 18 из 31)
Оптическое волокно: одномодовое.
Рабочие окна: 1310 нм для SMF; 1550 нм для DS-SMF.
Длина волны центрального лазера: 1550 нм MLM лазер = 1525 нм - 1575 нм
Ширина спектра: 1550 нм MLM лазер = 3.5 - 30 нм,
Функционирование секции: 10-9 BER для 40 км или менее;
Стандартная секция: 25 км.
Оптические возвратные потери: более 20 дБ;
Стандарты: EIA RS-455-XX и EIA 4750000-А.
На рис. 3.2 приведены элементы волоконно-оптической линии связи с указанием точек ввода и потерь оптической мощности.
Эта схема представляет собой обобщенную модель системы и может использоваться для подсчета потерь в промежутке между передатчиком и приемником в других системах, позволяя определить уровень мощности на входе приемника. Эта мощность должна превышать чувствительность приемника на величину энергетического запаса (3-5 дБ) и не должна выходить за верхнюю границу динамического диапазона приемника, чтобы не повредить его.
Рис. 3.2.Обобщенная схема волоконно – оптической линии связи
αC – потери коннектора; αK– потери ответвителя; αsp – потери ращивания; αf– коэффициент затухания волокна;
3.2 Разработка функциональной схемы
3.2.1 Разработка функциональной схемы опорного пункта (ОП)
Оборудование выполнено в виде стоек, устанавливаемых в пунктах волоконно-оптической линии передачи:
- оконечный;
- усилительный;
-транзитный.
| Стойка оборудования на оконечном пункте | Стойка оборудования усилительного пункта |
| транспондеры | оптические усилители передачи |
| оптические мультиплексоры | оптические усилители приема |
| оптические демультиплексоры | блок общестоечной сигнализации |
| оптические усилители передачи | блок системы контроля и управления |
| оптические усилители приема | блок питания стойки |
| блок канала телеконтроля, телеуправления и служебной связи | блок канала телеконтроля, телеуправления и служебной связи |
| блок системы контроля и управления | блок ввода внешних датчиков |
| блок питания стойки | блок оптический коммутаций |
| блок общестоечной сигнализации | оптические аттенюаторы |
| блок ввода внешних датчиков | блок компенсации дисперсии |
| блок компенсации дисперсии | источник с рамановской накачкой |
| оптические аттенюаторы | |
| блок оптический коммутаций | |
| источник с рамановской накачкой |
Оборудование транзитного пункта включает:
- две стойки оборудования оконечного пункта, соединяемых по схеме "спина к спине". В случае неполного заполнения стойки возможно размещение оборудования двух оконечных пунктов в одной стойке. При малом числе вводимых/выводимых оптических каналов в транзитном пункте используется оптический мультиплексор ввода/вывода.
Разработка структурной схемы оптического передатчика
Задачей оптического передатчика является преобразование входного электрического сигнала в свет (рис. 3.3.)
Рис. 3.3. Обобщенная структурная схема передатчика
Функциональная схема передатчика должна быть простой и надёжной, содержать систему автоматической регулировки усиления, контроля температуры для обеспечения стабильности выходных характеристик. Схема должна соответствовать построению передатчика с внешней модуляцией, т.к. при 10 Гбит/с применение прямой модуляции нежелательно из – за эффекта ,,чирпа" (паразитной частотной модуляции). Для простоты реализации в схеме не используется преобразователь кода.
Рис. 3.4. Функциональная схема оптического передатчика
Функциональная схема оптического передатчика представлена на рис. 3.4. Входной электрический сигнал в формате NRZ поступает на предусилитель. Он усиливает сигнал до уровня, необходимого для работы усилителя напряжения, обладает низким коэффициентом шума и усиления. Усилитель напряжения доводит сигнал до уровня работы формирователя сигнала. Формирователь сигнала позволяет изменять параметры поступающего на модулятор сигнала и усиливает его до необходимого уровня. Источник тока смещения позволяет изменять положение рабочей точки на ватт–амперной характеристики лазерного диода. Для обеспечения стабильности работы лазерного диода используются устройство обратной связи (УОС) и система термостабилизации (СТС).
Под исходные данные технического задания, а также приведенную выше функциональную схему полностью подходит передатчик:OKIOAS1043F-V2. В качестве излучателя в нем применяется лазер NLK3C8CAKB (табл. 2.2). Данный лазер имеет интегрированный электро–абсорбционный модулятор (что позволяет эффективно бороться с эффектом чирпа), предназначенный для приложений со скоростями до 10 Гбит/с, таких как SonetOC-192 IR-2 и SDHSTM-64.2b. Центральная длина волны излучения λ0=1557нм. Лазер имеет встроенное устройство слежения за длиной волны, что позволяет снизить стоимость лазера по сравнению с решением на дискретных компонентах, где устройство слежения в виде отдельного модуля.
Передатчик имеет схемы автоматического контроля за температурой (АКТ) и выходной мощностью (АКМ) лазерного диода, а также схему контроля формы выходного сигнала (КФС).
Передатчик питается от постоянного напряжения -5.2 и 3.3 В. Функциональная схема передатчика на рис. 3.5
Рис. 3.5 Функциональная схема передатчика OKI
Конструктивные характеристики модуля:
Таблица 3.2 Электрические характристики модуля:
| Параметр | Обозначение | Min. | Typ. | Max. | Ед. изм. | Примеч. |
| Скорость передачи | 9.95328 | Гбит/с | ||||
| Код передачи | NRZ | - | ||||
| Напряжение вх. сигнала | Vin | 0.4 | - | 1.0 | Vpp | 50 Ом; AC |
| Наряжение питания | Vcc | 3.14 | 3.3 | 3.46 | V | DC |
| Vee | -4.94 | -5.2 | -5.46 | V | ||
| Ток питания | Icc | - | - | 1.4 | A | DC |
| Iee | - | - | 0.4 | A | ||
| Потребляемая мощность | Pc | - | - | 6.5 | W | |
| Лазерный диод вкл/выкл | LSC | Вкл: < 0.5 V;Выкл: > 1.6 V | ||||
Таблица3.3Описаниевыводов:
| № выв. | Обознач. | Назначение | № выв. | Обознач. | Назнач. |
| 1 | Vee | -5.2 V | 11 | Vcc | +3.3 V |
| 2 | Vee | -5.2 V | 12 | GND | Ground |
| 3 | NC | No contact | 13 | NC | No contact |
| 4 | NC | No contact | 14 | NC | No contact |
| 5 | GND | Ground | 15 | GND | Ground |
| 6 | LFA | Laser Output Alarm | 16 | GND | Ground |
| 7 | GND | Ground | 17 | T-MON | Laser Temperature Monitor |
| 8 | LBA | Laser Bias Alarm | 18 | NC | No contact |
| 9 | Vcc | +3.3 V | 19 | T-ALM | Laser Temperature Alarm |
| 10 | LSC | Laser On/Off Control | 20 | NC | No contact |
Таблица 3.4 Оптические характеристики модуля:
| Параметр | Обозначение | Min. | Typ. | Max. | Ед. изм. | Примеч. |
| Мощность в волокне | Pf | -1.0 | - | +2.0 | dBm | 1 |
| Центральная длина волны | λр | 1530 | - | 1565 | nm | 1 |
| Динамический диапазон | ER | 8.2 | - | - | dB | 1 |
| Подавление боковой моды | SMSR | 35 | - | - | dB | 1 |
| Падение мощности за счет дисперсии | DP | - | - | 2.0 | dB | 2 |
Разработка структурной схемы эрбиевого усилителя
Задачей оптического усилителя является усиление входного сигнала. Усилитель должен иметь модульную структуру для возможности его модификации под конкретные нужды заказчика. Должна быть предусмотрена система термостабилизации, а также контроль выходных параметров. Также желательна возможность подключения к внешним устройствам для возможности управления параметрами усилителя.
Структурная схема состоит из 3-х основных частей: платы управления, кросс – платы и оптического модуля. Также на ней представлен блок питания с фильтрами и система охлаждения, представленная вентилятором, LCD – дисплей.
Питание устройства осуществляется от блока питания ECM40-60UT34 постоянными напряжениями: +12В, +5В, +3.3В. Плата управления состоит из: микрокроконтроллера STR710FZ2 – все управление в усилителе осуществляется через него, контроллера GPIB – благодаря которому возможна связь с внешними устройствами по шине GPIB (по данной шине осуществляется программирование контроллера), графический контроллер S1D13A05 – осуществляет управление работой LCD дисплея. Interlock – играет роль блокиратора (например, осуществляет автоматическое выключение усилителя при выходе из комнаты).
Рис. 3.6. Структурная схема эрбиевого усилителя
Также для связи с внешними устройствами микроконтроллер использует протокол RS-232. По шине I2C контроллер управляет работой оптического модуля и кросс – платы.
Кросс – плата состоит из: мультиплексора ADG706, АЦП ADS7823, источников тока, драйверов элемента Пелтье, усилителей для фотодиодов.
Через мультиплексор осуществляется взаимодействие с лазерными диодами и фотодиодами. Источник тока задаёт ток смещения лазерного диода. Драйвер элемента Пелтье позволяет поддерживать температуру лазерного диода постоянной. Усилители предназначены для слабого сигнала с фотодиодов.