ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 08.08.2025
Просмотров: 1819
Скачиваний: 0
Г.Г. Червяков, В.В. Роздобудько
Напомним, что применение этих операций позволяет получить псевдослучайный поток битов, в котором устранены нежелательные закономерности их чередования.
В заключении данного пособия рассмотрим некоторые вопросы проектирования оптических систем связи, что позволит ориентироваться в проблеме объединения таких устройств с радиосистемами, а также создавать системы оптимального формирования каналов связи.
9 МЕТОДИКА ИНЖЕНЕРНОГО РАСЧЕТА ВОСС
Последовательность инженерного расчета ВОСС приведена в конце раздела (табл. 9.3).
На первом этапе расчета уточняют и анализируют данные технического задания. Определяют скорость передачи информации (для цифровых систем) или передаваемую полосу частот для аналоговых систем и соответственно Рош или с/ш для указанных систем (пп. 1, 2). Затем выполняют анализ сигналов, передаваемых ВОСС. В цифровых системах выбирают наиболее оптимальный код, а в аналоговых − способ модуляции. Выбирают топологию схемы распределения данных, подсчитывают необходимое количество ОУ (п. 3).
Вторым этапом расчета является выбор подходящего ВОК (п. 4); для этого на основе имеющегося в наличии парка элементов выбирают кабель, наиболее полно удовлетворяющий требованиям системы по своим физико-механическим, массогабаритным и стоимостным характеристикам, определяют его технические и оптические характеристики. Фактически этот этап выбора кабеля можно отложить до окончания расчета, задавшись в п. 2 некоторыми значениями затухания и дисперсии в ОВ, свойственными имеющимся в наличии кабелям и позднее сделать вывод, удовлетворят ли данные значения требованиям системы. Однако на данном этапе внедрения ВОСС набор имеющихся в распоряжении разработчика типов ВОК относительно невелик и его выбор можно выполнить в п. 2.
Третьим этапом расчета является выбор источника излучения и способа кодирования [с невозвращением в нуль (код NRZ) из взятой из паспортных данных источника средней выходной мощности вычитается 3 дБм, при коде с возвращением в нуль (RZ) 6 дБм (это обусловлено уменьшением средней излучаемой мощности кодированного сигнала по сравнению с непрерывным режимом)]. Для других типов кодов уменьшение величины Рср по сравнению со случаем сигналов с кодом NRZ пропорционально увеличению ширины полосы сигнала относительно режима работы с кодом без возврата в нуль.
222
Введение в радиооптику
Для увеличения срока службы излучателей, что снижает эксплуатационные расходы и повышает надежность системы, уменьшают его пиковую мощность, так как работа излучателя при повышенных токах накачки ускоряет процесс его деградации. В расчетах это учитывается вычитанием из величины Рср 3 дБм [77, 78].
Тип ФП выбирают после выбора источника излучения (четвертый этап расчета). При этом стремятся, чтобы ФП имел максимальную чувствительность в рабочем диапазоне волн. Тип ФП (ЛФД или p-i-n) определяют исходя из имеющегося в наличии парка элементов и общих требований, предъявляемых к системе. Требуемую чувствительность ФП Рпр дБм, обычно определяют исходя из заданных значений скорости передачи информации В, бит/с, или полосы В, МГц, и величин Рош, или с/ш (для цифровых и аналоговых систем соответственно). Определяют Рпр, дБм, обычно по графикам, подобным показанным на рис. 9.1 [78 − 81].
а) |
б) |
Рисунок 9.1 − Зависимости чувствительности ФП от скорости передачи |
|
информации цифровых ВОСС при Рош = 10-9 (а) и от полосы частот (б) |
|
для аналоговых ВОЛС (сплошные кривые – p-i-n-диод, пунктирные – |
|
ЛФД) |
|
На графиках, приведенных на рис. 9.1 (а) принято, что коэффи- |
|
циент лавинного умножения ЛФД оптимизирован из расчета минималь- |
|
ной обнаружимой мощности; при скорости передачи 100 Мбит/с исполь- |
|
зовался усилитель на кремниевом полевом транзисторе, а при большей |
|
скорости – биполярный транзистор. |
|
Указанные на данных рисунках зависимости рассчитывают с по- |
|
мощью ЭВМ либо используют аналитические выражения, с высокой точ- |
|
ностью аппроксимирующие эти графики. После определения необходи- |
|
мой величины оптической мощности в приемнике можно узнать полный |
|
запас по мощности оптического сигнала в линии, т.е. можно определить |
|
энергетическую характеристику системы (пятый этап). |
|
223
Г.Г. Червяков, В.В. Роздобудько
Ориентировочный расчет энергетического запаса цифровой системы можно провести на основе графиков, показанных на рис. 9.2 [82]. Здесь зона графиков приемника соответствует средней оптической мощности, требуемой для уверенного приема сигналов ФП. Нижняя граница графика соответствует кремниевым ЛФД, пригодным для работы в диапазоне длин волн не более 1 мкм, а верхняя граница соответствует характеристике ФП на р-i-n-диодах с максимальной чувствительностью в диапазоне длин волн 1,1 −1,6 мкм, т.е. указанная зона охватывает практически все используемые в настоящее время ФП диапазона 0,8 − 1,6 мкм. В зонах графиков лазер и СИД на рис. 9.2 показаны средние мощности источников при передаче бинарных импульсов с вероятностью ошибки Рош = 10−9. Имеющееся в графике разнесение зон, соответствующих источникам и приемникам, свидетельствует о возможности получения достаточно большого запаса по мощности даже при высоких скоростях передачи.
10 -3
10 -6
10 -9
Р, Вт
Лазер
СИД
к |
||||
и |
||||
н |
||||
м |
||||
е |
||||
и |
||||
р |
||||
П |
||||
10 |
100 |
|||
Р, дБм
0
-10
-20
-30
-40
-50
V, МБт/с
Рисунок 9.2 − Зависимость запаса мощности от скорости передачи ВОСС
Три следующих этапа расчета связаны с энергетическими расчетами. Вначале определяют потери в ОВ (п. 14). Если система имеет сложную топологию, то следует учитывать потери во всех участках ВОК LN. Указанные значения Р14 определяются коэффициентом затухания кабеля α. Затем необходимо учесть потери при вводе излучения оптического источника в ОВ, которые можно определить из справочных данных, экспериментов или в результате расчетов [83 − 85] (п. 15). Эти потери часто являются определяющим фактором при рассмотрении вопроса об использовании в ВОК оптических жгутов или волокон, выборе NA ВС, особенно в коротких ВОСС, использующих СИД. Потери в соединениях кабеля с фотодетектором можно определить из справочных данных, экспериментов или путем расчета (п. 16).
Затем следует найти потери в кабельных разъемах и соединениях (п. 17). Поскольку неразъемные соединения обычно имеют меньшие потери, габаритные размеры и более высокую надежность, чем разъемные,
224
Введение в радиооптику
в ВОСС, как правило, стараются сокращать число разъемных соединений. Типовые потери в указанных типах разъемов для различных ОВ ука-
заны в табл. 9.1 [77, 83, 84].
Таблица 9.1. |
|||
Тип оптического волокна |
Потери в соединениях, дБ |
||
разъемных |
неразъемных |
||
Ступенчатый профиль |
0,5...1,0 |
0,2...0,3 |
|
Градиентный профиль |
0,5...1,5 |
0,3...0,5 |
|
Волоконный жгут |
2....2,5, |
1 |
|
Всистемах с многими ОУ следует учесть суммарные потери при прохождении сигналом устройств распределения данных (табл. 9.3, п. 18). Их можно оценить с помощью методики, описанной ниже. Для более точной оценки указанной величины, для конкретной топологии распределительной сети следует учесть точные значения потерь в различных элементах системы (разветвителях, ответвителях, разъемах и т.д.).
Впрактически используемых ВОСС в зависимости от условий их эксплуатации необходимо предусмотреть определенный допуск изменений параметров системы при изменениях температуры окружающей среды (табл. 9.3, п. 19). Во многих случаях в приемных и передающих модулях ВОСС вводятся схемы температурной компенсации. В табл. 9.2 [78, 86, 87] приведены допуски, которые должны учитываться при тепловых колебаниях в зависимости от температурного диапазона и использования схем компенсации.
Таблица 9.2 |
|||
Использование схем |
Перепад температур, °С |
Допуск на потери, дБ |
|
температурной компен- |
1 |
||
сации |
|||
Нет |
> 10...30 |
4 |
|
» |
< 10...30 |
2 |
|
Да |
> 10...30 |
1 |
|
» |
< 10...30 |
0 |
|
Кроме того, в ВОЛС должен предусматриваться запас по мощности сигнала в расчете на возможное ухудшение параметров компонентов ВОСС (источников излучения, фотодетекторов, ОВ и др.) во времени (табл. 9.3, п. 20). В табл. 9.4 [78, 87] приведены типовые допуски на энергетический запас в системе, обусловленные ухудшением параметров во времени элементов оптических систем при различных их комбинациях.
225
Г.Г. Червяков, В.В. Роздобудько
После проведенных расчетов можно определить суммарное затухание в системе путем суммирования всех описанных ранее в табл. 9.3, пп. 14 − 20 потерь (п. 21). Энергетический запас системы Р22 определяют как разность между полным запасом мощности Р13 и суммарным затуханием Р21 (табл. 9.3, п. 22). Величина Р22 для работоспособной системы должна быть положительной. Однако при расчетах значение Р22 может получиться и отрицательным. Если значение Р22 отрицательно, то для удовлетворения требования Р22 > 0 следует заменить в приемнике ФД на ЛФД, СИД − на лазер, использовать другую топологию распределительной сети, вносящую меньшие потери, применить другой кабель из имеющихся в наличии у разработчика, обладающий меньшими потерями; кроме того, если это позволит имеющаяся в наличии элементная база ВОСС, следует перейти работать в другой частотный диапазон (например, из диапазона 0,8...0,9 мкм в 1,3 мкм), где потери в системе меньше. Если эти меры не приведут к положительным значениям Р22, необходимо включить в линию ретрансляторы. В протяженных линиях междугородной связи, подводных ВОСС для обеспечения связи приходится использовать значительное количество ретрансляторов. При передаче цифровой информации применение ретрансляторов ограничивается в основном стоимостью системы и допустимой величиной Р, для всей магистрали. В аналоговых ВОСС применение ретрансляторов существенно ограничено вследствие накопления искажений сигналов в каждом ретрансляторе.
После удовлетворения требований к уровню оптической мощности в системе необходимо рассчитать быстродействие системы, чтобы определить, смогут ли выбранные компоненты ВОСС обеспечить требуемую скорость передачи или полосу пропускания сигнала. Для этого вначале находят полное допустимое время нарастания сигнала в системе. Указанный параметр определяют с помощью данных табл. 9.5 (табл. 9.3, п. 23) [78]. Первые два пункта табл. 9.5 относятся к передаче цифровых сигналов, а третий и четвертый − аналоговых. Пятый пункт соответствует сигналам, качественной характеристикой которых обычно является полоса частот, а не скорость передачи (например, ТВ сигналы).
После определения допустимой дисперсии системы необходимо узнать быстродействие источника (табл. 9.3, п. 24) и фотодетектора или приемного модуля (пп. 25, 26). Указанные величины определяют по справочным данным [79, 84, 86, 87] или по паспортам имеющихся в наличии элементов ВОСС.
Затем для выбранного типа ОВ, зная рабочую длину волны излучателя λ0 и ширину спектра его излучения σλ, определяют быстродействие, обусловленное межмодовой, материальной и волноводной дисперсией (табл. 9.3, [83, 84, 88]). Методы расчета указанных величин приведены
226