Розрахунок параметрів волоконно-оптичних ліній зв’язку, Розрахунок довжини підсилювальної ділянки
Розрахунок довжини підсилювальної ділянки
Для боротьби з загасанням оптичного сигналу в міру його проходження лінією зв'язку найчастіше використовують оптичні підсилювачі на волокні легованому ербієм. Цей вид підсилювачів має ряд переваг, які зумовили їх широке поширення останнім часом. По-перше, для роботи даного класу підсилювачів не потрібно підстроювання під частоту сигналу, що передається. По-друге, посилення ведеться у досить широкій смузі частот. Ці переваги дозволяють легко нарощувати ємність мережі, не змінюючи обладнання ліній зв'язку. По-третє, посилення сигналу не потрібно його перетворення в електричну форму. Також оптичні підсилювачі працюють із сигналами будь-якої форми та призначення. Ці переваги роблять їх просто незамінними для роботи разом із системами WDM. Але поряд зі своїми перевагами оптичні підсилювачі мають низку особливостей, які необхідно обов'язково враховувати під час проектування волоконно-оптичних ліній зв'язку.
Крім згасання, що вноситься оптичним волокном, його також вносять роз'ємні та нероз'ємні сполуки волокна. Тому необхідно врахувати втрати потужності сигналу при його введенні у волокно та забезпечити певний технологічний запас потужності.
Розрахунок довжини ділянки посилення:
деLстор - будівельна довжина кабелю,Lстор =6км;
рпер - рівень сигналу на стороні, що передає, рпер =7 дБ;
рпр - необхідний рівень сигналу на приймальній стороні, рпр = -13 дБ;
nр - кількість роз'ємних з'єднань у лінійному тракті =2;
- загасання в роз'ємному з'єднувачі =0,4 дБ;
- енергетичний запас на старіння елементів оптичного тракту: джерела випромінювання, волоконно-оптичного кабелю, оптоелектронного перетворювача, догляд параметрів електричних схем =3дБ;
бвв - втрати при введенні оптичної енергії у волокно, коли джерело випромінювання безпосередньо приєднується до станційного кабелю, бвв = 2 дБ;
бн - загасання в нероз'ємному (зварному) з'єднанні, бн = 0,05 дБ;
бкм - кілометрове згасання оптичного кабелю, на довжині хвилі 1550нм бкм = 0,25 дБ/км.
Розрахована таким чином довжина підсилювальної ділянки справедлива для обох напрямків передачі, якщо використовується однакове обладнання з однаковими рівнями сигналу.
Розрахунок довжини регенераційної ділянки
1) Розрахунок потужності шуму, що вноситься підсилювачем.
Оптичні підсилювачі, що використовуються, мають ряд відмінних особливостей. Одна з них полягає в тому, що без вхідного сигналу підсилювач є джерелом спонтанного випромінювання фотонів. Спектр випромінювання залежить від форми енергетичної зони атомів ербію та від статистичного розподілу заселеностей рівнів зони. Спонтанно утворені фотони, поширюючись по волокну в активній зоні підсилювача EDFA, тиражуються, у результаті створюються вторинні фотони на тій же довжині хвилі, з тією ж фазою, поляризацією та напрямом поширення. Результуючий спектр спонтанних фотонів називається посиленим спонтанним випромінюванням (ASE – amplified spontaneous emission). Його потужність нормується для 1 Гц і має розмірність Вт/Гц. Якщо вхід підсилювача подається сигнал від лазера, то певна частка енергетичних переходів, що раніше працювала на посилене спонтанне випромінювання, починає відбуватися під дією сигналу від лазера, посилюючи вхідний сигнал. Отже, відбувається як посилення корисного вхідного сигналу, а й ослаблення ASE. Але,незважаючи на це, необхідно все ж таки враховувати шуми, що вносяться оптичними підсилювачами. Накопичений шум впливає на якість сигналу, що передається, і в разі зменшення ЗСШ нижче необхідного рівня необхідна регенерація сигналу. Тому потрібно розрахувати максимальну кількість підсилювачів оптичного сигналу, розташоване між регенераторами.
Потужність посиленого одним оптичним підсилювачем спонтанного випромінювання можна знайти за формулою:
деh- постійна планка,h= 6,6252 · 10 -34 Вт · с 2;
н - частота відповідно до використовуваної довжиною хвилі, н = 193.2 · 10 12 Гц;
nsp- коефіцієнт спонтанної емісії,nsp= 2, оскільки поширюються дві моди поляризації;
з – квантова ефективність, з = 1;
G - коефіцієнт посилення підсилювача, раз (в абсолютних одиницях виміру), G=100.
Потужність шумуPш_ASEпідсилювача для смуги частот, в якій здійснюється передача сигналу (Дf=100ГГц):
Маючи обчислені характеристики шуму, внесеного оптичним підсилювачем, можна знайти максимально можливу кількість оптичних підсилювачів, після проходження яких зберігається необхідне відношення сигнал-шум.
2) Розрахунок відношення сигнал-шум.
Під час передачі сигналу по волоконно-оптичній лінії з підсилювачами EDFA відбувається накопичення шумів. Дане явище обумовлено двома факторами: посиленням вхідного шуму та додаванням до нього посиленого спонтанного випромінювання. Вхідним шумом для першого оптичного підсилювача є потужність шуму нульових флуктуацій, якої можна знехтувати.
Знайдемо абсолютний рівень сигналу:
де - нульовий рівень сигналу (В);
Для знаходження потужності шуму на виходіk-го підсилювача використовується формула:
Для знаходження рівня шуму на виходіk-го підсилювача використовується формула:
Для знаходження відношення сигнал-шум у дБ на виходіk-го підсилювача використовується формула:
дервих - рівень сигналу на виході оптичного підсилювача, дБ;
рш_ASE- рівень шуму, який вносить оптичний підсилювач, дБ.
Розраховані значення можна подати у вигляді графіка (рисунок 14).
Крім цього, на графіку показані рівні сигналу і шуму після проходження кількох оптичних підсилювачів, а також необхідне ЗСШ 25 дБ. Ці результати справедливі для двох напрямів передачі. Видно, що зі збільшенням кількості оптичних підсилювачів зростає рівень накопиченого шуму лінії. Це призводить до зменшення відношення сигнал-шум. На прикладі необхідне ЗСШ зберігається на виході лінії з використанням 7 оптичних підсилювачів. Далі потрібна регенерація сигналу, оскільки рівень накопиченого шуму досить високий. Його більше збільшення призведе до зниження якості інформації, що передається.
Рисунок 14 - ОСШ лінії зв'язку з декількома оптичними підсилювачами
Регенератор складається з оптичного демультиплексора, оптичного мультиплексора та кількох регенераторів для кожного каналу. Як мультиплексор і демультиплексор регенератора використовуються такі ж модулі, що і в кінцевому обладнанні.
Регенераційна ділянка лінії зв'язку складається з послідовно встановлених оптичного мультиплексора, оптичних підсилювачів та оптичного демультиплексора. Для прикладу, представленого на малюнку 12 довжина регенераційної ділянки визначається за такою формулою:
Розраховані відстані (крім ОУ3-ОУ6) між відділеннями дороги не перевищуютьотриманого значення , використовувати регенератор недоцільно. Т.к. відстань між ОУ3-ОУ6 становить 475км, будемо використовувати регенератор.