Планирование и реализация процедуры внедрения линий связи на железнодорожном пути (стр. 2 из 7)
Потери на рассеяние определяют нижний предел потерь, присущих волоконным счетоводам. Потери с увеличением длины волны уменьшаются. Рассеяние обусловлено неоднородностями материала волоконного световода, размеры которых меньше длины волны, а также тепловой флуктуацией преломления.
Различают линейное и нелинейное рассеяние. При линейном рассеянии его мощность пропорциональна мощности падающей волны. В этом случае происходит частичное изменение потока энергии.
Потери на рассеяние, возникающие в результате флуктуации показателя преломления, называются рэлеевскими и определяются по формуле. дБ/км.
, (1.3.4)где, λ - длина волны, мкм;
Rp - коэффициент рассеяния, равный для кварца 1.5 дБ/км*мкм4 для многомодового световода;
=0.53 дБ/кмСуммарное значение собственного затухания оптического волокна в общем случае
αс=αп+αр+αпк+αпр, (1.3.5.)
где αпк - коэффициент затухания в инфракрасной области расположенной в диапазоне длин волн свыше 1.6 мкм (для заданных длин волн не рассчитывается);
αпр - коэффициент затухания из-за наличия в материале волоконного световода посторонних примесей, дБ/км (для многомодового световода приблизительно равен на λ=1.3 мкм – 0.1 дБ/км).
Именно из-за нелинейности потерь αпр на заданных частотах за счет резонансных явлений возникаю так называемые "окна прозрачности” световода, то есть существенное уменьшение собственного затухания оптического волокна при длинах волн 0.85, 1.3 и 1.55 мкм, поэтому передача по ОК осуществляется именно на данных длинах волн.
αс=0.1+0.53+0.32=0.95 дБ/км
Кроме собственных потерь αс надлежит учитывать также дополнительные кабельные потери αк. Они связаны с непостоянством размеров поперечного сечения волокна, наличием макро- и микроизгибов из-за скрутки, конструктивных и технологических неоднородностей и других причин. Установлено, что все кабельные потери увеличивают затухание.
Приближенно можно рассчитать. дБ/км
αк= αгв+
, (1.3.6.)где αгв - дополнительное затухание за счет геометрии волокна, (в среднем 0. 15* αс ), дБ/км;
Ам - потери на стыке оптических волокон в муфте (0.3 -на стык, дБ);
lстр - протяженность строительной длины ОК, км.
αк=0.15*0.95+0.3*50/2=7.64
Качество ввода зависит от соотношения площадей излучателя Sп и сердцевины световода Sc. Существенно качество ввода зависит и от апертуры световода (NA). т. к. только в пределах апертурного угла излучение эффективно вводится в световод. Обычно площадь излучателя больше площади сердцевины световода, поэтому не вся излучаемая энергия поступает в оптический тракт. Потери энергии на вводе, дБ,
, (1.3.7)где m - коэффициент, и учитывается при расчете энергетического потенциала аппаратуры.
Для расчетов приняты следующие данные: Sп – 3*50 мкм для лазера; Sc=πа2 мкм, где а - радиус сердцевины световода, мкм; m=10 для лазера.
αвв=10lg (2/10*0,32*150/3,14*252) = 7,7 дБ/км
Повышение эффективности ввода излучения достигается за счет применения согласующего оптического устройства в виде увеличительной линзы (или комбинации линз), которая устанавливается между излучателем и торцом световода. Эффективность согласующих устройств можно определить по справочным данным. В современных системах волоконно-оптической передачи благодаря применению излучателей с оптимальной диаграммой направленности и правильному их согласованию со световодом потери энергии при вводе не превышают 4% от мощности источника. Поэтому, учитывая дополнительные потери в разъемных и неразъемных соединениях на стыке аппаратуры и ОК, торцевые потери
αт = q*αвв, (1.3.8.)
где q - поправочный коэффициент, равный 0,2 для многомодового световода.
αт = 0,2*7,7 =1,54 дБ/км
В световоде при передаче импульсных сигналов (отличающихся друг от друга различной мощностью) после прохождения ими некоторого расстояния световые импульсы искажаются и расширяются во времени, т. е. время подачи одного импульса увеличивается. В результате наступает такой момент, когда соседние импульсы начинают перекрывать друг друга. Данное явление в теории световодов называют дисперсией.
Расширение импульсов устанавливает предельные скорости передачи информации по световоду при импульсно-кодовой модуляции и при малых потерях ограничивает длину ретрансляционного участка. Дисперсия ограничивает пропускную способность ВОЛС, которая предопределяет полосу частот ∆F, пропускаемую световодом, ширину линейного тракта и соответственно объем информации, который можно передать по ОК
Дисперсия не только ограничивает частотный диапазон использования световодов, она существенно снижает дальность передачи по ОК, т. к. чем длиннее линия, тем больше проявляется дисперсия и больше уширение импульса. Дисперсия возникает по двум причинам: не когерентность источников излучения и появление спектра ∆λ, существование большого числа мод N. Первая называется хроматической (частотной) дисперсией, которая делится на материальную и волновую. Материальная дисперсия обусловлена зависимостью коэффициента преломления материала световода от длины волны. Волновая дисперсия обусловлена процессами внутри моды и связана со световодной структурой моды. Она характеризуется зависимостью коэффициента распространения моды от длины волны. Модовая дисперсия объясняется наличием большого числа мод каждая из которых распространяется со своей скоростью. Результирующее значение уширения импульсов за счет модовой τмод (τмод=1.02), материальной τмат (τмат=0,242) и волновой τвв (τвв=7.179) дисперсией.
, (1.3.10.) 
=7,49*10-9 с/кмДисперсия проявляется по-разному в различных типах волоконных световодов. В ступенчатых световодах при многомодовый передаче доминирует модовая дисперсия, достигающая значений порядка 102-107 нс/км. В градиентных световодах происходит выравнивание времени распространения различных мод, и определяющим является дисперсия материала, которая уменьшается с увеличением длины волны.
1.4 Определение длины регенерационного участка
Длина регенерационного участка lру ВОЛС определяется передаточными характеристиками кабеля: его коэффициентом затухания a и дисперсией t.
Затухание кабеля приводит к уменьшению передаваемой мощности, что соответственно лимитирует длину регенерационного участка. Дисперсия кабеля приводит к наложению передаваемых импульсов и как следствие к их искажению, и чем длиннее линия, тем больше вносимые искажения импульсов, что, в свою очередь, также накладывает ограничения на пропускную способность кабеля ∆F.
Длина регенерационного участка должна удовлетворять значениям, как затухания, так и дисперсии. Поэтому производится расчет длины регенерационного участка сначала исходя из допустимого значения по затуханию
, затем исходя из требуемых значений дисперсии и пропускной способности 
. Из полученных двух значений и длин регенерационного участка выбирается наименьшее значение как отвечающее условиям затухания и дисперсии.Допустимая длина регенерационного участка ВОЛС по затуханию км, определяется исходя из энергетического потенциала аппаратуры Ώ:
, (1.4.1)lру = (43-5-1,54)/(0,95+7,64)=4.24 км
где Аз - энергетический запас системы (в среднем - 5 дБ), необходимый для компенсации эффекта старения аппаратуры и ОК компенсации дополнительных потерь, возникающих после проведения ремонтных работ на кабеле, случаев некачественного сращивания сростков ОК и других отклонений параметров участка в процессе эксплуатации.
Для расчета длины регенерационного участка по пропускной способности
определим расчетную пропускную способность световода на 1 км длины (Мбит-км/с)∆Fx=1/τ, (1.4.2)
где τ - дисперсия, c/км.
∆Fx=1/7,49*10-9=130 Мбит/с
Длина регенерационного участка по пропускной способности
км. определяется из выражения∆Fx=∆F
, (1.4.3)где ∆F - скорость передачи волоконно-оптической системы, Мбит/с.
=14.61 кмИз полученных значений
и выбирается наименьшее, которое и будет являться значением длины регенерационного участка 
. Из данных расчетов можно сделать вывод, что длина регенерационного участка будет равна 4.24 км.