Лекция 30. Проектирование приемника

1. Выбора и расчета схемы модулятора.

2. Проектировании динамичного диапазона ретранслятора.

3. Выбор фотодетектора приемника

Фотоприемники выпускаются в виде отдельных элементов или модулей, состоящих из фотодиода и усилителя. Большинство существующих приемников имеет в области максимальной чувствительности относительно узкую полосу пропускания (~30 МГц) и предназначенные для работы в области волн 0,8…0,9 мкм. Для более длиневолновой области спектра (1,3…1,6 мкм), в которой значения параметров кварцевых ВОЛС близки к оптимальным значениям, детекторы менее совершенны и являются предметом исследовании. Для передачи информации с высокими скоростями, как правило, приходится разрабатывать приемники с учетом применения их в заданных условиях, включая и особенности окружающей среды.

Одним из основных вопросов при проектировании приемника является решение вопроса об использовании цифровой и аналоговой модуляции. После выбора и расчета схемы модулятора производят расчет уровня шума.

В ходе определения уровня шума учитываются все его компоненты, а также возможность ослабления шумов за пределами полосы частот передаваемых сигналов. На основании этих расчетов оценивается отношение сигнал/шум на входе системы.

Выбор конкретного типа фотодетектора осуществляется по заданному значению рабочей длины волны, уровню сигнала на входе фотодетектора, допустимых нелинейных искажений и дополнительных шумов. Выбранный тип или модуль детектора должен обеспечивать максимальную мощность электрического сигнала при заданной оптической мощности, высокую надежность и стабильность основных характеристик при заданных условиях эксплуатации, иметь небольшие размеры и невысокую стоимость. В настоящее время этот выбор ограничивается в основном двумя типами фотодетекторов: P-i-n/ЛФД→ максимальная часть 10³…2*10³/500…800 МГц; срок службы 1…10/1…2 * 10⁶ч; λ=0,8…1,6/0,85…1,6 мкм; быстродействие 0,5/1…2 нс; пороговый уровень чувствительности при f=1 МГц -60/-70 дБм; темновой ток 0,1…10/1…10 нА; U_смещ10…100/100…350В.

После определения источника излучателя и фотодетектора выбирают предусилитель из следующих двух типов: интегрирующий на полевых (ПТ) и биполярных (БТ) транзисторах и с изменяющейся обратной связью. При малых скоростях ПТ, а при высоких (≥100Мбит/с) на БТ.

Установив уровень шумов, рассчитывают минимальный уровень детекторного сигнала, генерирующий ток, равный шумовому току в полосе частот сигнала. Затем вычисляют мощность сигнала, обеспечивающую заданное отношение сигнал-шум. Если результат не удается удовлетворить. То следует выбрать рабочую полосу сигналов.

Следующий этап проектировании динамичного диапазона ретранслятора. При этом кроме динамичного диапазона еще учитываются влияния изменяющейся факторов окружающей среды, различие lРУ_i , изменение технических характеристик компонентов и параметров передачи ВОЛС во времени, колебании температуры окружающей среды, а также влияния внешних электормагнитных полей, включая засветку фотодетектора и электрическую схему приемника.

При расчете характеристик приемника обычно предусматривают наихудшие варианты изменения параметров системы. Если ожидаемые изменение технических характеристик приемника недопустимо велики, то в проекте предусматривают мероприятия по их стабилизации; установка схемы температурной стабилизации; предусмотрение определенного запаса динамического диапазона и ширины полосы приемника; введение защитных устройств от влияния внешних электромагнитных полей, влаги, механических нагрузок (вибрации, возникающих на летательных аппаратах) и т.д.

Проектирование ВОСП с высокой скоростью на большие расстояния

Для приблизительной оценки ожидаемой стоимости ВОСП можно использовать примерно стоимость систем передачи по коаксиальным кабелям.

На первом этапе проектирования рассматривается основные технические требования к проектируемой системе. В результате анализа этих требовании определяются: число каналов, широкополосность, пропускная способность, отношение сигнал/шум, дисперсия, способ кодирования, системе телеконтроля и управления ВОКМ. L ру определяются, как правило, расположением населенных пунктов на трассе и в общем случае могут значительно различаться.

Второй этап состоит в определении параметров передачи ВОЛС, обеспечивающих требуемую пропускную способность оптических трактов и ВОКМ в целом, а также заданные или максимальные длины РУ.

Следующий этап определение необходимого на входе приемника уровня мощности. Который зависит от полосы частот принимаемого сигнала. На рис. приведена зависимости уровня этой мощности для Р-i-n фотодиода (сплошные) и ЛФД (штриховые).

Рисунок 15.1 -Зависимость уровня этой мощности для Р-i-n фотодиода (сплошные) и ЛФД (штриховые)

На следующем рисунке показаны эти же графики для сигналов с ИКМ (кривые 1,2) и ФИМ.

Рисунок 15.2. - График для сигналов с ИКМ

1 – p –i – n P₀=10^-8 2-p-i-n n= 40 дБ

3 – ЛФД P₀ =10 ^-8 4 – ЛФД n = 40 дБ

Средние значения затухания ОВ различных оптических кабелей приведены в таблице (стр.8). Ср. значение дополнительных потерь в разъемах и постоянных соединениях оптических волокон муфтах:

СМОВ – 0,5...... 1,0 ГОВ – 0,8...... 1,3

СМОВ – 0,1...... 0,3 ГОВ – 0,2...... 0,5

ООВ – 0,5........ 1,4

ООВ – 0,1........ 0,5

Допуски на дополнительные потери, связанные с изменениями температуры в пределах 20 ⁰ С, колеблются от 1 до 4 дБ. Кроме того, при расчетах учитываются допуски на потери, вызываемые деградацией лазеров и светодиодов передающих устройств. Среднее значение этих потерь лазеров 2... 3 дБ.

Широкополосность ВОСП на одномодовом волокне определяются хроматической дисперсией и шумом, возникающим при разделении мод лазера. Этот шум ограничивает РУ ВОКМ№

Пример 8.1 Разработка проекта трансатлантской кабельной магистрали L=6300 км для организации 11500 телефонных каналов. Среднее время нароботки на отказ компонентов д.б. не менее 10 ⁶ ч.

30. 1. Выбор системы передачи.

Учитывая большую протяженность и широкополосность и высокое требование к надежности – необходимо ЦСП. Из существующих ЦСП выбираем 2 ИКМ – 1920 кабелей по одному ОВ 3840 каналов. со скоростью 140 Мбит/с выбор 2 ИКМ – 1920 (вместо ИКМ – 7680 со скоростью 560 Мбит/с) обеспечивает высокую надежность передачи.