Расчет возможной протяженности участка регенерации

Для расчета протяженности участка регенерации для выбранного оптического интерфейса и выявления сегментов сети, на которых необходима установка или регенераторов или оптических усилителей, может быть использована следующая методика.

Длина регенерационного участка (РУ) цифровой волоконно-оптической системы передачи зависит от ряда факторов, важнейшими из которых являются:

1) энергетический потенциал системы передачи, П, дБ, который определяет максимально допустимое затухание оптического сигнала в оптическом линейном тракте, а именно: в оптическом волокне (ОВ), разъёмных и неразъёмных соединителях на РУ, а также в других узлах линейного тракта. Энергетический потенциал определяется типом оптического интерфейса;

2) дисперсия в ОВ, t, пс. Дисперсионные явления в ОВ приводят к расширению во времени спектральных и модовых составляющих сигнала, то есть к различному времени их распространения, что приводит к изменению формы и длительности оптических импульсных сигналов, к их уширению;

3) помехи, обусловленные тепловыми шумами активных компонентов схем, шумами источников оптического излучения, шумами из-за отражения оптического излучения от торцевой поверхности ОВ, модовыми шумами из-за интерференции мод, распространяющихся в ОВ. Этот вид помех интегрально учитывается как собственные шумы оптической системы;

4) квантовый или фотонный шум, носителем которого является сам оптический сигнал (в силу его малости по сравнению с другими составляющими шумов оптического линейного тракта, в проекте он не учитывается).

Для расчета протяженности участка регенерации в качестве исходных данных используются параметры оптического интерфейса и параметры оптического волокна. Типовые параметры одномодового оптического волокна в соответствии с Рек. G.652 приведены в таблице 5.6.

Протяженность участка регенерации при работе по оптическому волокну с учетом энергетических свойств оптического линейного тракта определяется по методике, представленной ниже.

Энергетический потенциал (П) системы передачи равен

П = Р_пер – Р_пр, дБ, (5.1)

где Р_пер – абсолютный уровень мощности излучения оптического сигнала передатчиком, дБм;

Р_пр – абсолютный уровень мощности оптического сигнала на входе приёмного устройства, при котором коэффициент ошибок или вероятность ошибки р_ош одиночного регенератора не превышает заданного значения, дБм.

Таблица 5.6 - Типовые характеристики стандартного одномодового оптического волокна

Параметр	Значение
Диаметр оболочки, мкм	125,0±0,7
Диаметр покрытия, мкм	245±10
Рабочий диапазон длин волн, нм	1285…1330 1530…1565
Длина волны отсечки в кабеле , нм	£1260
Коэффициент затухания на длине волны, дБ/км: 1310 нм 1550 нм 1625 нм	£0,34 £0,19 £0,23
Коэффициент затухания на длине волны гидроксильного пика 1383±3 нм (дБ/км)	£0,33
Длина волны нулевой дисперсии , нм	1300< <1320
Наклон дисперсионной кривой , пс/(нм2 ×км)	£0,090
Коэффициент поляризационной модовой дисперсии,пс/ : индивидуальные волокна протяженная линия	£0,2 £0,08
Рабочий интервал температур,	-60..+85
Эффективный групповой показатель преломления сердцевины на длине волны - 1310 нм - 1550 нм	1,469 1,470

Для определения длины участка регенерации необходимо знать величину мощности излучателя Р_ПЕР, чувствительность приемника Р_ПР, строительную длину кабеля L_СТР, километрическое затухание в оптическом волокне на заданной длине волны α_КМ.

Суммарные потери участка линейного тракта можно определить по формуле

А_Σ(L_РГ1)=n_p∙α_p+n_н(L_РГ1)∙α_н+А_зап+α_КМ∙L_РГ1+α_вв, (5.2)

где n_p –– количество разъемных соединений в линейном тракте;

α_p –– затухание в разъемных соединениях, дБ;

n_н –– количество неразъемных соединений, которое связано с протяженностью участка регенерации и строительной длиной оптического волокна по формуле

; (5.3)

где L_РГ1 –– общая длина участка регенерации, км;

α_н –– затухание в неразъемном (сварном) соединении, дБ;

А_зап –– энергетический запас на старение элементов оптического тракта: источника излучения, волоконно-оптического кабеля, оптоэлектронного преобразователя, уход параметров электрических схем, дБ (обычно 5 – 6 дБ);

α_вв –– потери при вводе оптической энергии в волокно, когда источник оптического излучения непосредственно подсоединяется к станционному кабелю, дБ.

Протяженность участка регенерации L_РГ находится из следующего выражения:

П = Р_ПЕР – Р_ПР = А_Σ(L_РГ1); (5.4)

При расчете протяженности участка регенерации наряду с энергетическими параметрами необходим учет дисперсионных свойств оптического волокна.

В процессе распространения по оптическому волокну импульсы света расплываются. При достаточно большом уширении импульсы начинают перекрываться, так что становится невозможным их выделение при приеме.

Явление уширения импульсов – дисперсия – имеет размерность времени и определяется как квадратичная разность длительностей импульсов на выходе τ _вых и входе τ _вх оптического кабеля длины L:

(5.5)

Чем меньше значение дисперсии, тем больший поток информации можно передать по волокну. Обычно дисперсия нормируется в расчете на 1 км и измеряется в пс/км.

При передаче сигнала по оптическому волокну уширение импульсов происходит за счет следующих видов дисперсии:

Межмодовая дисперсия возникает вследствие различной скорости распространения мод и имеет место только в многомодовом волокне.

Хроматическая дисперсия (τ _ХР) состоит из материальной и волноводной составляющих. Материальная дисперсия обусловлена зависимостью показателя преломления волокна от длины волны. Волноводная дисперсия обусловлена зависимостью коэффициента распространения моды от длины волны.

К уменьшению хроматической дисперсии ведет использование более когерентных источников излучения и рабочей длины волны, более близкой к длине волны нулевой дисперсии.

Так как при строительстве сети используется оборудование SDH и стандартное одномодовое волокно с несмещенной дисперсией в соответствии с рекомендацией ITU-T G. 652, параметры которого приведены в таблице 5.6, то при расчетах достаточно учитывать только хроматическую дисперсию в оптическом волокне. В качестве меры хроматической дисперсии используется среднеквадратическая дисперсия в одномодовом волокне:

t(L_РГ2)= Dl×s_н L_РГ2, пс, (5.6)

где Dl – ширина спектра излучения оптического источника передатчика;

s_н – номинальное значение среднеквадратической дисперсии.

Среднеквадратическая дисперсия одномодового оптического волокна s_н рассчитывается по формуле:

s_н (S /4)[l-l /l³] пс/(нм×км), (5.7)

где S₀ – наклон дисперсионной кривой конкретного волокна на длине волны нулевой дисперсии пс/(нм²×км);

l – рабочая длина волны, нм;

l₀ – длина волны нулевой дисперсии, нм.

Дисперсия накладывает ограничения на дальность передачи и верхнюю частоту передаваемых сигналов.

Для определения протяженности участка регенерации при работе по оптическому волокну с учетом дисперсионных свойств оптического линейного тракта, характеристики и влияние которых были даны выше, можно воспользоваться следующим условием: при полосе пропускания оптического линейного тракта, численно равной скорости передачи, межсимвольные искажения в линейном тракте практически не будут оказывать влияние на увеличение коэффициента ошибок (ухудшение ОСШ при регенерации сигнала).

Пусть В – скорость передачи цифрового сигнала, ΔF – полоса пропускания оптического линейного тракта, необходимая для передачи цифрового сигнала с заданной скоростью, при этом можно принять, что

ΔF=В.

Известно из теории оптических волноводов, что полоса пропускания ОВ и результирующая дисперсия ОВ τ связаны соотношением:

, (5.8)

Зависимость длины волоконно-оптической линии связи L_РГ2 от дисперсии τ представлена следующей формулой:

(5.9)

Откуда легко определить длину участка регенерации при работе по оптическому волокну с учетом дисперсионных свойств оптического линейного тракта (L_РГ2).

Из двух величин протяженности участка регенерации при работе по оптическому волокну, рассчитанных с учетом дисперсионных свойств оптического линейного тракта (L_РГ2) и энергетических свойств (L_РГ1) выбирается наименьшее значение, которое и будет являться протяженностью участка регенерации волоконно-оптической линии связи.

Исходные данные и результаты расчета целесообразно представить в виде таблицы 5.7.

Таблица 5.7 Исходные данные к расчету и результаты расчета

Сегменты сети	1-2	…
Тип оптического интерфейса	L-16.1
Мощность излучения, дБм
Ширина спектра излучения источника, нм
Чувствительность приемника, дБм
Энергетический потенциал, дБ
Допустимая хроматическая дисперсия, пс
Расстояние между населенными пунктами, км
Протяженность участка регенерации, км

После проведения соответствующих расчетов необходимо сделать вывод о целесообразности применения электрических регенераторов или оптических усилителей на сегментах сети.