Расчет длины регенерационного участка по затуханию

Расчет длины РУ, определяемого затуханием линии, производится по формулам:

, км, (3.15)

, км. (3.16)

где: А_max, А_min (дБ) – максимальное и минимальное значения перекрываемого затухания выбранной аппаратуры, обеспечивающие к концу срока службы значение коэффициента ошибок не более 10^-10, рассчитываются по формулам:

, дБ, (3.17)

, дБ, (3.18)

чувствительность фотоприёмника, дБ, приведено в таблице 3.6;

мощность источника излучения, дБ, приведено в таблице 3.6;

уровень перегрузки – это максимальное значение мощности оптического сигнала на входе фотоприёмника, дБ приведено в таблице 3.6;

Характеристики оптических приёмопередатчиков приведены в таблице 3.6. Вариант выбирается по последней цифре шифра студента.

Таблица 3.6 – Характеристики оптических интерфейсов трансиверов

Параметр	Варианты
Параметр	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Максимальная мощность на выходе ППЛ , дБ	0	-1	-2	-2	0	0	0	-1	-2	+1
Минимальная мощность на выходе ППЛ , дБ	-4	-2	-3	-3	-5	-5	-4	-5	-4	-1
Рабочая длина волны, мкм	1,55	1,55	1,31	1,31	1,31	1,55	1,55	1,55	1,55	1,55
Минимальная мощность сигнала на входе фотоприёмника Р_пр_min, дБ	-24	-16	-25	-24	-22	-32	-26	-28	-29	-34
Уровень перегрузки фотоприёмника дБ	-3	-2	-3	-4	-2	-2	-1	-2	-3	0

– потери в разъемном соединении (коннекторах), используются для подключения приемника и передатчика к оптическому кабелю, дБ;

потери в неразъёмных соединениях (сварках ОВ), дБ;

километрическое затухание оптического волокна, дБ/км. В качестве этой величины следует взять результат решения задания 2 для соответствующей длины волны (для варианта 0 километрическое затухание на длине волны 1,55 мкм равно 0,21045 дБ/км);

l_сд – строительная длина оптического кабеля, км;

n = 2 (для всех вариантов) – число разъёмных соединителей в тракте;

М - системный запас ВОЛП по кабелю на участке регенерации, дБ. Значения a_рс, a_нс, М, L_сддля разных вариантов взять из таблицы 3.7. Вариант выбирается по сумме двух последних цифр шифра студента.

Таблица 3.7 – Значения a_рс, a_нс, М, L_сддля разных вариантов

Номер варианта КП	0 – 2	3 – 6	7 – 10	11 – 14	15 – 18
a_рс, дБ	0,3	0,35	0,4	0,45	0,5
a_нс, дБ	0,03	0,04	0,05	0,02	0,025
М, дБ	6	5	4	3	2
L _{с д}, км	2	3	4	5	6

Системный запас М учитывает изменение состава оптического кабеля за счет появления дополнительных (ремонтных) вставок, сварных соединений, а также изменение характеристик оптического кабеля, вызванных воздействием окружающей среды и ухудшением качества оптических соединителей в течение срока службы, и устанавливается при проектировании ВОЛП исходя из ее назначения и условий эксплуатации оператором связи, в частности, исходя из статистики повреждения (обрывов) кабеля в зоне действия оператора.

Произведем расчет для варианта 0:

дБ,

км,

км.

Вывод: В качестве истинного значения длины РУ выбираем меньшее значение из двух рассчитанных значений максимальной длины регенерационного участка. Поскольку, по дисперсии длина регенерационного участка составила 73,333 км, а по потерям – 59,44 км. Значит, максимальное расстояние между узлами сети при использовании данных приёмопередатчиков не должно быть более 59,44 км.

Задание 6

Рассчитать длину волны и частоту излучения полупроводникового лазера при известной (из таблицы 1.8) ширине запрещённой зоны материала, из которого изготовлен активный слой лазерного диода.

Определить к какому диапазону длин волн относится данная волна излучения (видимому или невидимому человеческим глазом).

Методические указания к выполнению задания 6, краткая теория вопроса и пример выполнения задания 7 для варианта 0

Для расчёта необходимо воспользоваться формулой Бора. Значение постоянной Планка принять равной h = 4,13×10 эВ×с.

Таблица 3.8 – Исходные данные для расчёта длины волны излучения

Вариант	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
материал	AlGaAs	Ge	Si	AlP	AlAs	AlSb	GaP	GaAs	InP	InAs
Ширина запрещён-ной зоны ΔW, эВ	1,75	0,67	1,11	2,45	2,16	1,58	2,2	1,42	1,35	0,36

Номер варианта для расчёта длины волны излучения выбирается по последней цифре шифра студента.

Ширина запрещенной зоны (минимальная энергия, необходимая для перехода электрона из валентной зоны в зону проводимости) составляет от нескольких сотых до нескольких электрон-вольт для полупроводников (рисунок 3.2).

Рисунок 3.2

Длина волны излучения определяется с помощью формулы 3.19, называемой частотное условие Бора:

. (3.19)

где с – скорость света в вакууме (с = м/с);

E₂– энергия электрона, когда он находится в зоне проводимости;

E₁– энергия электрона, когда он находится в валентной зоне;

Каждое вещество характеризуется своей шириной запрещённой зоны ΔW. ΔW = E₂– E_1.

Частота излучения (длина волны) зависит от материала, из которого изготовлен активный слой источника излучения.

Частота излучения рассчитывается по формуле 3.20:

(3.20)

Внесение в полупроводник некоторых примесей позволяет получить свечение различного света. Например, красный цвет свечения имеют СИД из тройного соединения GaAsP, зелёный цвет свечения – у СИД из фосфида галлия GaP и т.д.

Рассчитаем длину излучения для варианта 0:

λ = 3∙10⁸∙ 4,13∙10 /1,42 = 7,08∙^10-7 м.

Результат решения этой задачи следует представить в традиционных для источников излучения единицах измерения, а именно в мкм (а не в метрах), тогда λ = 0,708∙^10-6 м = 0,708 мкм;

Теперь необходимо решить к какому диапазону длин волн относится длина волны 0,708 мкм. Из рисунка 3.3 видно, что λ=0,708 мкм находится на краю видимого диапазона и имеет красный цвет.

Ультрафиолетовые лучи

УФдиап

Ф С Г З Ж О К

Видимая часть спектра

Инфракрасный диапазон

Ближний подди- апазон

Сред-ний

Даль- ний подди- апазон

0,01мкм 0,4 0,5 0,6 0,74 2 мкм 7 мкм 2 мм

Рисунок 3.3 – Спектр света

Рассчитаем частоту излучения для варианта 0:

F = 3∙10⁸ / 0,708∙^10-6= 4,24∙10¹⁴ Гц

Результат решения этой задачи следует представить в традиционных для источников излучения единицах измерения, а именно в терагерцах - ТГц (а не в герцах), тогда F = 424∙10¹² Гц = 424 ТГц.

Задание 7

Нарисовать временные диаграммы кодов ВОСП для заданной цифровой последовательности. Исходные данные приведены в таблице 3.9.

Вариант выбирается по сумме двух последних цифр шифра студента.

Таблица 3.9 – Исходные данные к заданию 8

Вариант	Цифровая последовательность импульсов
0	1	1	1	1	0	0	0	0	1	0	1
1	0	0	1	0	1	1	0	0	0	1	0
2	1	0	0	0	1	0	1	0	1	1	1
3	0	1	0	0	1	1	0	1	1	0	0
4	0	1	1	0	1	0	1	1	0	0	0
5	1	0	1	1	0	1	0	0	0	1	1
6	1	0	1	1	1	0	0	1	0	0	1
7	0	0	0	1	0	1	0	0	0	1	1
8	0	1	1	0	0	1	1	0	1	1	0
9	0	1	0	0	0	0	0	1	1	1	0
10	1	1	0	1	0	1	1	0	1	0	0
11	0	1	0	0	0	0	1	1	0	1	1
12	0	0	1	0	1	1	1	1	0	1	1
13	1	1	0	1	0	0	1	0	0	1	0
14	0	0	0	1	1	0	0	1	1	1	0
15	0	1	1	0	0	1	0	1	0	0	1
16	1	1	1	0	0	0	1	0	1	0	1
17	1	0	1	1	0	1	0	1	0	0	1
18	0	0	1	0	1	0	0	1	1	1	0

Методические указания к выполнению задания 7, краткая теория вопроса и пример выполнения задания 8 для варианта 0

Код NRZ (Non Return to Zero) - без возвращения к нулю. Его название отражает то обстоятельство, что при передаче последовательности единиц сигнал не возвращается к нулю в течение такта. Метод NRZ прост в реализации, но в этом сигнале возможно появление длинных серий нулей или единиц, что может привести к выходу системы из синхронизма. Другим серьезным недостатком метода NRZ является наличие низкочастотной составляющей в его спектре. Данный код из-за своих недостатков используется при передаче сигналов на очень малые расстояния (например, между блоками одного устройства: мультиплексора или компьютера).

Под линейными кодами 1В2В понимают коды, в которых один бит исходного сигнала преобразуется в комбинацию из двух битов. Эти коды используются при сравнительно низких скоростях передачи и на коротких линиях связи.

Существует значительное число их разновидностей (рисунок 3.4):

а) бифазный абсолютный BI-L (Biphase-Level), второе название этого кода – Манчестер;

б) с инверсией групп символов CMI (Complemented Mark Inversion) и другие.

Рисунок 3.4 – Коды 1В2В

Во всех кодах 1В2В “0” передаётся кодовым словом “01”. “1” в коде BI-L передаётся кодовым словом “10”. а в коде CMI «1» передаётся поочерёдной передачей кодовых слов «11» и «00». В коде CMI все нечётные единицы передаются комбинацией «11», а все чётные единицы передаются комбинацией «00» (рисунок 3.4 и рисунок 3.5).

К достоинствам кодов 1В2В относят малое число последовательностей одинаковых символов, простые схемы кодеров/декодеров, устойчивый тактовый синхронизм и возможность контролировать величину вероятности ошибки достаточно простыми средствами. Коды 1В2В применяются при скоростях не более 10-12 Мбит/с.

Код скремблированный NRZ является самым широко применяемым в волоконно-оптических системах передачи.

Скремблирование – преобразование двоичного сигнала без изменения скорости передачи информации с целью исключения длинных серий нулей или единиц. Метод скремблирования основан на предварительном «перемешивании» исходной информации таким образом, чтобы вероятность появления единиц и нулей на линии становилась близкой. Устройства, или блоки, выполняющие такую операцию, называются скрэмблерами (scramble — свалка, беспорядочная сборка).

При скремблировании используется известный алгоритм, поэтому приемник, получив двоичные данные, передает их на дескрэмблер, который восстанавливает исходную последовательность бит.

В простейшем случае на передающей станции с помощью скрэмблера к двоичным символам передаваемого сигнала в коде NRZ по правилам двоичной арифметики прибавляется некоторая псевдослучайная двоичная последовательность – ПСП, сложение производится без переноса в старший разряд. В результате формируется линейный сигнал (NRZ скремблированный), в котором отсутствуют длинные серии нулей или единиц. В таблице 3.10 приведён алгоритм формирования кода NRZ скремблированный.

Таблица 3.10 – Алгоритм формирования кода NRZ скремблированный для случайной последовательности импульсов

0	1	1	0	0	0	0	0	0	1	1	Исходный цифровой поток
1	0	1	1	1	1	1	1	1	0	1	ПСП
1	1	0	1	1	1	1	1	1	1	0	NRZ скремблированный

На приёмной станции с помощью дескрэмблера поступивший сигнал снова складывается с той же ПСП, в результате чего формируется исходный сигнал.

Ниже приведён пример решения задания 8 для варианта 0. При решении данного задания следует в качестве псевдослучайной последовательности (ПСП) взять цифровую последовательность вида:

10101010101. Реальная ПСП обычно формируется из самого передаваемого в линию цифрового сигнала, что даёт хороший результат по избавлению от длинных серий нулей.

Рисунок 3.5 – Пример решения задания 8 для варианта 0

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Дмитриев А.Л. Оптические системы передачи информации. Учебное пособие. – Москва Горячая линия - Телеком, 2007.

2. О.К. Скляров. Волоконно – оптические сети. – СПб.: Издательство «Лань», 2010.

3. Никульский Н.Е. Оптические интерфейсы цифровых коммутационных станций и сети доступа. М.: Техносфера, 2009

4. Проектирование и техническая эксплуатация цифровых телекоммуникационных систем и сетей Под редакцией В. Н. Гордиенко и М. С. Тверецкого Москва Горячая линия – Телеком, 2008

5. Е.М. Некрасова Волоконно-оптические системы передачи, Учебное пособие – часть 1 – КСИ ХФ СибГУТИ, 2007

6. Е.М. Некрасова Волоконно-оптические системы передачи, Учебное пособие – часть 2 – КСИ ХФ СибГУТИ, 2007.

7. Р. Фриман. Волоконно-оптические системы связи – М.: Техносфера, 2006.

8. Некрасова Е.М. Аппаратура синхронной цифровой иерархии. Учебное пособие – ХИИК ГОУ ВПО СибГУТИ Хабаровск 2010

9. Техническая документация к мультиплексорам SDH: OptiX BWS 1600 G, HIT – 7070, XDM-1000, XDM-100, SMA-1, SLT-4.

10. Некрасова Е.М. Методические указания по курсовому проектированию по дисциплине «Волоконно-оптические системы передачи» на тему: «Проект сегмента волоконно-оптической транспортной сети», 2012 г

Приложение 1

Оформление титульного листа рукописной контрольной работы

Хабаровский институт инфокоммуникаций (филиал) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики» Домашняя контрольная работа № 2 ____________________________________________ ⁽^{наименование дисциплины)} Вариант_________________________________ Выполнил ________________________________________ ^(ФИО) _______________курс _________________группа ______________шифр _______________ специальность Проверил ____________________________________ ^{(ФИО преподавателя)} Отметка________________ ______________ ^{(зачтено/незачтено) дата проверки}

№__________________ ^{№ регистрации ЗО} Дата________________ ^{регистрации} Подпись ____________ ^{специалиста ЗО}

Приложение 2

Оформление титульного листа домашней контрольной работы,

выполненной в электронном варианте

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ

ХАБАРОВСКИЙ ИНСТИТУТ ИНФОКОММУНИКАЦИЙ

(ФИЛИАЛ)

ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО

БЮДЖЕТНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ

ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ И ИНФОРМАТИКИ»