ТПСС. 3.ТПСС Лекции -2021 г. Конспект лекций по учебной дисциплине транспортные проводные системы связи 3 курс по специальности (направлению подготовки)
 Скачать 2.21 Mb.
|
|
Лекция 16 Ретрансляция сигналов в ТПСС (4 часа) Введение. Передача информации по ОВ ограничивается максимальной мощностью излучения передатчика, затуханием и дисперсией ОВ, а также чувствительностью приемника. Эти обстоятельства накладывают ограничения на дальность передачи и объясняют необходимость установки ретрансляторов сигнала через участок определенной длины. Ретрансляторы строятся как чисто оптические, так и с преобразованием оптических сигналов в электрические, с последующей регенерацией электрических сигналов и обратным преобразованием. Раздел 8.1. Ретрансляция сигналов в ТПСС. Передача информации по ОВ ограничивается максимальной мощностью излучения передатчика, затуханием и дисперсией ОВ, а также чувствительностью приемника. Эти обстоятельства накладывают ограничения на дальность передачи и объясняют необ- ходимость установки ретрансляторов сигнала через участок определенной длины. Ретрансляторы строятся как чисто оптические, так и с преобразованием оптических сигналов в электрические, с последующей регенерацией электрических сигналов и обратным преобразованием. Оптические ретрансляторы корректируют и усиливают световые сигналы непосредственно, не преобразуя их в электрические. Они содержат лазерный усилитель (оптический квантовый усилитель) и нелинейный поглотитель для частичной регенерации световых импульсов. Усилитель компенсирует потери передачи сигнала в световоде и нелинейном поглотителе, т. е. возвращает световым импульсам их первоначальную интенсивность. Нелинейный поглотитель сужает импульсы и тем самым частично компенсирует расширение импульсов и их перекрытие, которое происходит в 0В из-за дисперсии материала и разброса времени пробега. Принцип работы оптического усилителя и нелинейного поглотителя были рассмотрены в главе 3 данного пособия. Наибольшее применение в технике оптической связи получили ретрансляторы с преобразованием оптического сигнала в электрический и последующей обработкой и регенерацией сигнала электронными схемами (рис. 16.1). Оптический ретранслятор отличается от регенераторов проводных ТПСС только наличием оптических модулей (ПрОМ и ПОМ). Электронный регенератор (ЭР) содержит решающее устройство (РУ), устройство тактовой синхронизации (УТС) и формирователь сигналов (ФС). ПрОМ РУ ФС ПОМ УТС ОВ ОВ Рисунок 16.1. Структурная схема линейного ретранслятора для цифровых ЦМТС 107 T U п а) б) в) 0 р пр min р пер р пр l уч Рис. 16.2. Временные диаграммы Рис. 16.3. Зависимость уровня мощности работы линейного ретранслятора оптического сигнала от длинны участка ретрансляции Процесс регенерации в ЭР происходит следующим образом. Значения передаваемых символов (0 или 1) оцениваются решающим устройством, которое анализирует поступающий сигнал и принимает решение о том, какой символ передается по ОВ. В ре- генераторах при оценке значений символов используется прием методом однократного отсчета, что позволяет при относительно простой реализации получать высокую помехоустойчивость. Временные диаграммы (рис. 16.2) приведены для случая, когда с оконечной ТПСС передается в оптическую линию двухуровневый код с пассивной паузой (рис. 16.2а). При этом в решающем устройстве периодически с тактовой частотой f t =1/T производится стробирование сигнала на выходе ПрОМ и сравнение полученного отсчета с порогом. При превышении порога в формирователе сигнала формируются импульсы прямоугольной формы с определенной амплитудой и длительностью (рис. 16.2,в). Стробирование сигнала осуществляется с помощью узких импульсов, которые вы- рабатываются устройством тактовой синхронизации (рис 16.2,б). При передаче сигналов по 0В величина ослабления и искажений зависит от длины участка регенерации l уч . При увеличении l уч уровень оптического сигнала P пр падает плавно на строительных отрезках 0В и скачком в точках их соединении. Для восстановления сигнала необходимо, чтобы на входе ЭР уровень сигнала P пр≥ P пр min где P пр min —минимальный уровень приема оптического излучения, при котором происходит полное восстановление сигнала, т. е. можно записать P пер —α в —n p α p —n н α н — l уч≥ P пр , где P пер — уровень передачи на выходе станции или регенератора; α в —потери при вводе и выводе излучения в волокно; а р , а н — потери в разъемных и неразъемных соединениях на длине регенерационного участка. Это выражение удобно записать в виде: α l уч+ n p α p +n н α н ≤ Q, где Q= P пер — α в — P пр min — энергетический потенциал ТПСС . Из данного выражения можно получить значение l уч по затуханию: l уч ≤(Q— n p α p —n н α н )/α. Кроме затухания 0В длина участка регенерации ограничивается за счет дисперсионных потерь. Для уменьшения межсимвольной интерференции необходимо выполнение неравенства B≤0,25/σ, где В—скорость передачи информации; σ—среднеквадратическая ширина импульсной характеристики в кабеле длиной l уч . Из приведенного выражения следует, что l уч ≤0,25/(σ 0 B), где σ 0 —среднеквадратическое уширение импульса в 0В длиной 1 км. 108 Следовательно, для определения максимальной длины регенерационного участка необхо- димо решить систему неравенств: l уч ≤(Q- n p α p —n н α н ) / α , l уч ≤ 0,25/(σ 0 B). Расчеты по определению l уч показывают существенные преимущества оптических систем передачи, где регенерационные расстояния превышают 100 км. При использовании коаксиальных кабелей длина l уч составляет 1,5 ...6 км. Оптические регенераторы. В настоящее время разработаны полностью оптические регенераторы. Достоинством таких регенераторов является то, что возможно создать сети прозрачные для оптического сигнала. Использование таких регенераторов позволяет снизить потребление энергии, уменьшить вес, габариты и повысить надежность оборудования. Размеры модуля 19 х 39 мм. Пространственное разделение индивидуальных каналов для последующей обработки сигналов и последующее их объединение в один оптический поток производится соответственно оптическими демультиплексором и мультиплексором. Полностью оптический регенератор (3R) описан во многих работах. Напомним, что 3R обозначает следующее: 1R (amplification — resharping) — восстановление амплитуды; 2R — восстановление амплитуды и формы (resharping — reforming) и 3R — восстановление амплитуды, формы и временных соотношений цифрового сигнала (resharping — reforming — retiming). На рис. 8.4а - представлена схема последовательности операций при регенерации оптического цифрового сигнала, на рис. 16.4б — осциллограммы сигналов в процессе регенерации. О разработке готовых к практическому применению полностью оптических 3R- регенераторов сообщается в докладах на конференциях ЕСОС-01, ЕСОС-02, ЕСОС-03, OFC- 01, OFC-02 и OFC-03. Таким образом, использование в главном оптическом тракте полностью оптических ОУ, компенсаторов дисперсии и оптических регенераторов свидетельствует о том, что для протяженных ТПСС -СР задача полной фотонизации на участке оптического тракта может считаться решенной. Усилитель для восстановления амплитуды Выделение тактовой частоты Восстановление формы и временных соотношений Выход регенератора Вход искаженных сигналов Оптическая мощность Время а) б) Рис. 16.4 Схема последовательности операций при регенерации оптического цифрового сигнала и осциллограммы сигналов в процессе регенерации 109 Одной из ключевых проблем при создании полностью оптических 3R-регенераторов цифровых оптических сигналов является выделение синхрочастоты (тактовой частоты) цифровых сигналов. С помощью этого устройства выделяются тактовые частоты 22-х оптических цифровых сигналов. На рис. 16.5 показаны осциллограммы сигналов тактовой частоты для четвертого и седьмого спектральных каналов. Входные данные ГГц 100 Тактовая частота (канал 4, нм 84 , 1533 ) Тактовая частота (канал 7, нм 24 , 1536 ) 0 0,5 0,25 Рис. 16.5. Осциллограммы сигналов тактовой частоты 4 и 7 каналов Однако в оконечных пунктах этих ВОСП-СР, а также для гибкого и эффективного управления и конфигурирования оптических сетей, особенно оптических сетей доступа, проблема далека от решения. Как уже отмечалось, для ее разрешения необходимы полностью оптические процессоры, основанные также на полностью оптических элементах, о которых говорилось выше. Выводы. 1. Ретрансляторы строятся как чисто оптические, так и с преобразованием оптических сигналов в электрические, с последующей регенерацией электрических сигналов и обратным преобразованием. 2. В настоящее время разработаны полностью оптические регенераторы. Достоинством таких регенераторов является то, что возможно создать сети прозрачные для оптического сигнала. Использование таких регенераторов позволяет снизить потребление энергии, уменьшить вес, габариты и повысить надежность оборудования. Контрольные вопросы. 1. Назначение ретрансляторов? 2. Перечислите виды ретрансляторов и назовите их особенности. 3. Поясните, в чем отличие 1R, 2R и 3R ретрансляторов? 4. Нарисуйте схему ретранслятора и поясните принцип ее работы. 110 Лекция 17 Тема 8. Ретрансляция сигналов в ТПСС (продолжение) Введение. При проектировании ТПСС необходимо выполнить расчеты по определению длины участка регенерации с целью правильного размещения пунктов регенерации по длине ВОЛС. Рассмотри методику необходимых расчетов. Раздел 8.1. Расчет длины участка регенерации и нормирование его параметров Расчет предельной длины участков регенерации. Известно, что длина регенерационного участка ОЦТС определяется двумя параметрами: суммарным затуханием РУ и дисперсией сигналов ОВ. Длина РУ с учетом только затухания оптического сигнала, то есть потерь в ОВ, устройствах ввода оптического излучения (как правило, потерь в разъемных соединениях), неразъемных соединениях (сварных соединениях строительных длин кабеля) можно найти из формулы: А ру = Э = l ру + А р n р + А н n н , дБ, ( 1) где А ру – затухание оптического сигнала на регенерационном участке, дБ; Э - энергетический потенциал системы передачи, дБ, - коэффициент затухания ОВ, дБ /км, l ру - длина регенерационного участка, км, А р , А н - затухание оптического сигнала на разъемном и неразъемном соединениях, дБ n р , n н - количество разъемных и неразъемных соединений ОВ на регенерационном участке. В этой формуле количество неразъемных соединений ОВ на длине регенерационного участка равно: n н = 1 l l с ру , где l с - строительная длина ОК. Подставив количество неразъемных соединений на регенерационном участке в уравнение (28.1), получим: Э = l ру + А р n р + А н 1 l l с ру , Э = l ру + А р n р + c н l A l ру - А н , l ру с н l A = Э - А р n р + А н Отсюда можно выразить длину регенерационного участка l ру = с н н р р l / А А n А Э Современные технологии позволяют получать затухания Ар 0,5 дБ, А н 0,1 дБ. Количество разъемных соединений на регенерационном участке n р =2 (4). С учетом энергетического (эксплуатационного запаса) системы определим максимальную длину регенерационных участков с учетом потерь на затухание в ОВ, потерь 111 в устройствах ввода/вывода оптического сигнала (в разъемных соединителях), потерь в неразъемных сварных соединениях при монтаже строительных длин кабеля: l ру max = с н н р р з l / А А n А Э Э , км, ( 2) где Э з - энергетический (эксплутационный запас) системы, необходимый для компенсации эффекта старения элементов аппаратуры и ОВ, Э з = 6 дБм, Как было отмечено выше, длина регенерационного участка ОЦТС зависит также и от дисперсии сигнала в ОВ. Максимальная длина РУ с учетом дисперсионных свойств ОВ рассчитывается по следующей формуле: l ру max = лт B 25 , 0 , км, ( 3) - дисперсия сигнала в ОВ, определенная для многомодового ОВ по формуле ( 1), а для одномодового ОВ – по формуле (28.2), В лт – скорость передачи цифрового сигнала в линейном тракте. Из рассчитанных максимальных длин по формулам ( .2 и 3) в курсовом проекте выбирается наименьшее значение, которое не должно превышать максимального значения длины регенерационного участка, указанных для ТПСС РDH в технических данных. После расчета максимальной длины регенерационного участка следует распределить регенерационные пункты. При проектировании внутризоновой, зоновой или магистральной междугородной связи в соответствии с заданием или по взаимному тяготению следует выбрать населенные пункты, где будет осуществляться ввод/вывод рассчитанного количества каналов или цифровых потоков. Такие пункты чаще всего проектируются как обслуживаемые. Затем, если расстояния между ними будут больше l ру max , необходимо рассчитать число регенерационных участков, расположенных между обслуживаемыми пунктами: n ру = max ру ) ОРП ( ОП l l , а количество необслуживаемых регенерационных пунктов (НРП) на этой секции будет равно: n НРП = n ру - 1. По этой же методике следует распределить ЛР на всех участках между ОРП (ОП). Такой же методике следует придерживаться при проектировании областных и межобластных кольцевых сетей. При выполнении КП ЛР следует размещать в населенных пункта, где есть источники электропитания. При этом расстояние между регенераторами будет равно расстоянию между населенными пунктами, но не больше l ру max. При проектировании городских кольцевых сетей необходимо стремиться к тому, чтобы на сети не было ЛР. При необходимости этого можно добиться выбором кабелей с одномодовыми ОВ с наименьшим затуханием и использованием длины волны 1,55 мкм. А при небольших расстояниях между АТС целесообразна работа на длине волны 1,3 мкм чтобы не было перегрузки входных усилителей ЛР. Пример. Требуется определить длину регенерационного уч а с т к а ТПСС , работающей по оптическому кабелю. Уровень передачи на выходе ПОМ равен р пер = - 5 дБм, а уровень приема на входе ПРОМ р пр = - 40дБм. Примем коэффициент затухания ОК α=0,7 дБ/км, а строительная длина L стр =2км. Требуется определить длину регенерационного уч а с т к а данной ОЦТС. Порядок решения: 112 1. Оп р е д е л я е м энергетический потенциал ТПСС: 35 ) 40 ( 5 р р Э пр пер дБ 2. Принимаем эксплуатационный запас Э з = 4дБ. 3. Считаем, что на длине регенерационного участка имеется два разъемных соединения n рс =2: подсоединение ПОМ к линейному оптическому кабелю и подсоединение линейного оптического кабеля к ПРОМ. Положим, что затухание разъемного соединения А рс = 0,5 дБ. 4. Принимаем затухание неразъемного соединения Анс = 0,1 дБ. 5. Подставив значения Э, Э з , n рс и А рс , А нс и L стр в формулу, получим: 13 , 40 2 1 , 0 7 , 0 1 , 0 5 , 0 2 4 35 L А А А n Э Э L стр нс нс рс рс э ру км На длину регенерационного участка влияет величина дисперсии оптического волокна (ОВ). Предельная длина регенерационного участка с учетом дисперсии ОВ определяется по следующей формуле: лт ов руд В L 25 , 0 ( 4) где, ов - дисперсия оптического волокна; В лт - скорость передачи цифрового потока, соответствующая линейному коду ОЦТС. Если задана широкополосность ОВ, то величин σ ов равна: F 25 , 0 ов Здесь, ΔF - коэффициент широкополосности ОВ, км Гц . Подставив значение σ ов в (6), получим: L руд =ΔF/ В лт ( .5) Для полученного значения длины регенерационного участка определяются основные параметры оптического линейного тракта: быстродействие, порог чувствительности ПРОМ, допустимая и ожидаемая вероятность ошибки или величина коэффициента ошибки. Размещение линейных регенераторов. Для определенной длины оптического линейного тракта (ОЛТ) L олт выполняется размещение регенерационных пунктов, число которых определяется по формуле: 1 L L Ц N ном ру олт рп ( .6) здесь, символ Ц означает округление в сторону ближайшего большего целого числа. Пример. Выполнить размещение регенерационных пунктов (ЛР) для ОЛТ, длина которого равна L олт =480 к м , а номинальная длина регенерационного участка L ру.ном = 77,75 км. Порядок решения: 1. По формуле (27.6) определим число регенерационных пунктов: 6 1 75 , 77 480 Ц 1 L L Ц N ном ру олт рп 2. Ч и с л о регенерационных участков на длине ОЛТ определяется по формуле: 1 N N рп ру ( 7) Для нашего примера число регенерационных участков будет равно: 7 1 6 1 N N рп ру 3. Регенерационные пункты обычно стремятся разместить по длине ОЛТ равномерно. Для чего необходимо определить среднюю длину регенерационного участка по формуле: ру олт ср ру N L L ( 8) Для нашего примера средняя длина регенерационного участка будет равна: 6 , 68 7 480 N L L ру олт ср ру км |