Проектирование магистральной волоконно-оптической системы передачи с повышенной пропускной способностью (стр. 26 из 31)

0 ÷ -25В с током 1,0А с точностью регулировки напряжения <0,01% +2мВ и тока <0,01% +250мА. Выходная мощность 80Вт.

- Генератор Anritsu MP1632A

Частотный диапазон: 50МГц ÷ 3,2ГГц.

Генерирует тестовые последовательности: PRBS2n-1 (n:7,9,11,15,20,23,31). Программируемая последовательность не более 8 бит. Компактный длинноволновой анализатор, расположенный в генераторе, комбинирует в себе передатчик и приемник и используется для нахождения ошибки в высокоскоростном сигнале со скоростью до 3,2 ГГц.

- Электронный осциллограф HP 83480A

Цифровой осциллограф, характеризующий высокоскоростные цифровые коммуникационные сигналы со скоростями от 155 Мбит/с до 10Гбит/с.Обеспечивает высокоточные измерения. Имеет оптические каналы, откалиброванные для принятия сигналов FibreChannel, SDH/SONET, GbitEthernet. Электрический канал обладает полосой пропускания 50ГГц, время срабатывания <8пс±0,1%.

- Анализатор ошибок HP 70842 A

Анализатор ошибок для цифрового сигнала со скоростью от 100Мбит/с до 3Гбит/с. Предельное значение измеряемого коэффициента ошибок 10^-10 .

- Термокамера Heraeus Votsch

Диапазон изменяемых в температур внутри оборудования составляет от -40 до 50ºС. Для проведения наиболее точных измерений в термокамере необходимо выдерживать не менее 20―30 минутные паузы после установления необходимой температуры.

- Оптический аттенюатор

Оптический аттенюатор используется для внесения затуханий в волоконно-оптическую линию, представляющую из себя многомодовое волокно на 850 нм.

- Приемо-передающий оптический модуль

Спроектированное устройство представляет собой плату небольших размеров, с размещенными на ней микроэлектронными элементами и разъемами SMA.

Порядок проведения эксперимента

Экспериментальные исследования спроектированного бортового приемо-передающего оптического модуля проводятся по следующей схеме:

С генератора последовательности импульсов на приемо-передающий модуль и анализатор ошибок подается псевдослучайная последовательность импульсов определенной частоты.

Приемо-передающий модуль осуществляет преобразование входного электрического сигнала в оптический и передает его в волоконно-оптическую линию связи.

С помощью аттенюатора в волоконную линию вносится затухание, что приводит к снижению мощности передаваемого сигнала. На приемную часть модуля поступает маломощный сигнал, что может привести к неверному его приему и дешифрированию.

Принятый сигнал подается на анализатор ошибок и сравнивается с исходным, таким образом, определяется достоверность принятого сигнала.

Рисунок 4.1. Схема измерительного стенда

Генератор последовательности обеспечивает временную синхронизацию сигнала с анализатором ошибок, который осуществляет побитовое сравнение между полученными из тестируемого приемо-передающего модуля данными и исходными из генератора последовательности. Любое различие между двумя символами в детекторе интерпретируется как битовая ошибка. Для большинства цифровых коммуникационных протоколов устанавливают максимальное значение коэффициента ошибок. Для протоколов подобных FibreChannel и Ethernet, при использовании коротких пакетов битов BER должен быть ниже 10^-12.

Также принятый модулем сигнал подается на осциллограф, на котором отображается глазковая диаграмма, которая отражает на экране принятые двоичные последовательности одна поверх другой. Диаграмма должна демонстрировать максимально возможное открытие "глаз".

Включение в экспериментальную установку анализатора ошибок и осциллографа позволяют наглядно убедиться в зависимости параметров глазковой диаграммы от BER. При закрытии "глаза" схема оказывается подверженной к шуму и ухудшается качество сигнала, в этом случае появляется BER.

При проведении эксперимента вносимые в линию затухания считались приемлемыми до достижения порогового значения BER=10^-10. При достижении этого уровня ошибки анализатор выдавал информацию о превышении порогового уровня и сбое синхронизации.

Проектирование и разработка приемо-передающего оптического модуля является серьезной инженерной задачей. Поэтому тем более важно убедиться, что спроектированное устройство функционирует и обеспечивает предъявленные к нему требования по техническому заданию. Такими параметрами является обеспечение приемо-передающим модулем скорости передачи информации не менее 1 Гбит/с, а также стабильность оптического излучения при изменении температурного диапазона в пределах 100ºС.

4.1 Исследование зависимости мощности оптического передатчикаот температуры

В эксперименте требовалось определить стабильность оптического излучения приемо-передающего модуля при изменении температуры окружающей среды.

Эксперимент проводился по схеме, показанной на рисунке 4.1. Исследуемый модуль был подключен к измерительному оборудованию и помещен в термокамеру, где осуществлялось изменение температурного диапазона окружающей среды в пределах от -40 до +65ºС. С генератора последовательности символов на анализатор ошибок и бортовой приемо-передающий оптический модуль подавалась псевдослучайная последовательность символов PRBS7 с частотой 1 ГГц. С помощью аттенюатора в линию связи вносилось затухание до тех пор, пока коэффициент ошибок не достигал предельного значения 10^-10. Полученная величина затухания фиксировалась в таблице вместе с показателем температуры, установленной в термокамере для исследуемого модуля. Изменение температуры окружающей среды влияет на мощность излучения лазерного диода. В спроектированном устройстве предусмотрена система стабилизации интенсивности излучения диода. С помощью аттенюатора и анализатора ошибок косвенно анализировалась оптическая мощность предающего модуля. Внесение аттенюатором затухания в волоконную линию имитирует реальную несколько километровую линию связи. Поэтому если мощность излучения передающего модуля не стабильна, то это неизбежно отобразится на величине вносимых затуханий. Непосредственное значение излучаемой мощности не существенно, а нас интересует влияние на нее различных факторов.

Полученная зависимость изображена на рисунке 4.2.

a,dB	19,9	19,9	19,9	20	20	20	20	20	20	20	20,05	20,1	20,15	20,2	20,2
Т,ºС	-40	-30	-20	-10	0	10	20	30	40	45	50	55	60	65	70

Рис. 4.2. Зависимость затуханий вносимых в линию от температуры

Эксперимент наглядно показал, что благодаря схеме термостабилизации влияние температуры на выходную мощность передатчика сведено к минимуму. Изменение выходной мощности приемо-передающего модуля при температурном разбросе в 100ºС составляет всего 0,3 дБ, что подтверждает верное схемно-конструктивное решение спроектированного модуля.

4.2 Исследование влияния затухания ВОЛС на скоростьпередаваемой информации при различной температуреокружающей среды.

Второй эксперимент проводился аналогично первому, только фиксировалось допустимое вносимое затухание в линию в зависимости от скорости передаваемой информации при разных температурах окружающей среды. Исследование было произведено для следующих температур окружающей среды: t₁=-30ºC, t₂=20 ºC, t₃=60 ºC. Полученные зависимости представлены на рис. 4.3.

Рис. 4.3. Зависимость затуханий, вносимых в линию, от скорости передаваемой информации и температуры окружающей среды

Из полученных результатов видно, что при всех трех температурных значениях t₁=-30ºC, t₂=20 ºC, t₃=60 ºC, частотные характеристики очень незначительно отличаются друг от друга. То есть частотные характеристики приемо-передающего модуля практически не подвержены влиянию температуры в заданном диапазоне. Так же эксперимент подтверждает, что спроектированное устройство обеспечивает скорость передачи данных до 2,5 Гбит/с, что превышает требования технического задания.

4.3 Глазковые диаграммы

При экспериментальных исследованиях на осциллографе отображались глазковые диаграммы, которые наглядно характеризовали принятый из волоконно-оптической линии сигнал.

Как видно из рис.4.5, глазковая диаграмма имеет четкие формы, хороший раскрыв, малый джиттер, что подтверждает качественную передачу сигнала при отсутствии затуханий. Так как исследование проводилось на экспериментальной установке, и бортовой приемо-передающий модуль был подключен не к реальной линии достаточной протяженности, а всего к нескольким метрам волокна, то дисперсионные свойства волокна не могли сказаться на столь малых расстояниях, поэтому глазок имеет четкие фронты.

Рис. 4.5. Сравнение глазковой диаграммы при t=65ºС и приt=-40ºС ( затухание в обоих случаях нулевое)

Изменение температуры окружающей среды приводит к изменению раскрыва глазка, но не приводит к появлению шумовой составляющей. При изменении частоты сигнала форма глазка значительно не меняется.

При внесении аттенюатором затуханий в линию уровень глазка значительно снижается, в том числе до критического для распознавания (рис.4.6). Как видно, глазковая диаграмма имеет большой джиттер, малый раскрыв, что подтверждается большой вероятностью ошибки.