Курсовая работа Оптические системы связи в телекоммуникациях. ОССВТ Курс. раб.. Модернизация волоконнооптической линии передачи с использованием аппаратуры спектрального уплотнения

• Название: Модернизация волоконнооптической линии передачи с использованием аппаратуры спектрального уплотнения
• Анкор: Курсовая работа Оптические системы связи в телекоммуникациях
• Дата: 08.07.2021
• Размер: 192.51 Kb.
• Имя файла: ОССВТ Курс. раб..docx
• Тип: Курсовая; #223688
• страница: 6 из 6

Выбор и размещение оптических усилителей

Общие положения

Оптические усилители являются важнейшим элементом экономически эффективных ВОЛП с ВОСП-СР и сетей на их основе. В настоящее время наиболее широко применяются оптические усилители на основе волокна, легированного эрбием – EDFA. EDFA обеспечивают непосредственное усиление оптических сигналов без их преобразования в электрические сигналы и обратно, их рабочий диапазон длин волн практически точно соответствует окну прозрачности кварцевого оптического волокна и основным рабочим диапазоном ВОСП-СР (С и L диапазоны) и в настоящее время являются наиболее коммерчески эффективным решением. Оптические усилители работают независимо от протокола сигнала или метода модуляции оптического сигнала. Кроме EDFA усилителей на сетях связи также получают распространения усилители, основанные на явлении вынужденного комбинационного (рамановского) рассеяния. Подобные усилители позволяют добиться низкого уровня собственных шумов и, как правило, используются на протяженных ЭКУ.

В зависимости от местоположения на регенерационном участке оптический усилитель может быть классифицирован на усилитель передачи – бустер, линейный усилитель и предварительный усилитель.

Усилитель-бустер устанавливается на выходе оптических передатчиков терминального оборудования или оборудования регенерации. Главная функция усилителя-бустера заключается в усилении мощности оптического излучения, вводимой в оптическое волокно, что позволяет увеличить расстояние передачи. Требования по шумовым характеристикам усилителя-бустера не высоки. Основные требования предъявляются к линейным характеристикам усиления мощности. Как правило, усилитель-бустер работает в области интервала насыщения усиления для увеличения коэффициента преобразования мощности источника накачки к мощности оптического сигнала.

Линейные усилители располагаются в пределах регенераторной секции для прямого усиления сигнала. Регенераторная секция может быть сконфигурирована с несколькими линейными усилителями согласно техническим требованиям. Линейный усилитель применяется для компенсации потерь в оптическом волокне. В данном случае требуется, чтобы EDFA имел большое усиление малых сигналов и низкий коэффициент шума.

Предварительный усилитель располагается перед оптическим приемником терминального оборудования или на выходе оборудования регенерации. Основная функция данного усилителя заключается в усилении малых сигналов, ослабленных во время передачи по каналу, т.е. в увеличении чувствительности оптического приемника.

Расчет затухания на элементарном кабельном участке

Для определения параметров оптических усилителей и настройке их в процессе инсталляции необходимо рассчитать затухание на элементарных кабельных участках.

В данной работе расчет суммарного затухания включает затухание блока интерфейса оптических волокон FIU, служащего для ввода/вывода служебного канала на усилительных пунктах.

Произведем расчет суммарного затухания для всех ЭКУ по формуле:



где α(λ) – коэффициент затухания оптического волокна на длине волны λ, дБ/км;

L_ЭКУ – протяженность ЭКУ, км;

a_c – затухание на сварных соединениях, дБ;

n_c – количество оптических муфт;

a_р – затухание на оптических разъемных соединениях, дБ;

n_р – количество оптических разъемных соединений;

A_FIU – затухание, вносимое блоком интерфейса оптических волокон (FIU), дБ.

Затухание сварных соединений в оптических муфтах на магистральных сетях связей РФ нормируется следующим образом:

Т а б л и ц а 9. Нормы на затухание сварных соединений

Длина волны, нм	Затухание, дБ	Примечание
1550	≤0.1	В 100% случаев
	≤0.05	В 50% случаев

В расчетах будем использовать максимально допустимое значение затухания для всех длин волн.

Расчет количества оптических муфт на ЭКУ производится по формуле:



где L_сд – строительная длина оптического кабеля, км;

int – округление до большего целого.

В качестве типовой протяженности строительной длины можно принимать 4–6 км. Мы возьмем протяженность строительной длины оптического кабеля равной 5 км.











Норма затухания разъемных соединителей составляет a_р ≤ 0,5 дБ. Количество разъемных соединителей можно полагать равным 4 на каждом ЭКУ, что соответствует точкам подключения ВОСП-СР или оптического усилителя к кроссовому оборудованию.

Мы возьмем затухание на оптических разъемных соединениях равным 0,4 дБ.

Максимальное затухание, вносимое блоком интерфейса оптического волокна, в С-диапазоне составляет 1,5 дБ.

Произведем расчет затухания в оптическом тракте на трех длинах волн и занесем результаты в таблицу.































Т а б л и ц а 10. Затухание ЭКУ

Участок	AЭКУ, дБ
	1530	1565	1625
ЭКУ 1
ЭКУ 2
ЭКУ 3
ЭКУ 4
ЭКУ 5

Выбор параметров оптического усилителя

Коэффициент усиления оптического усилителя должен быть выбран таким образом, чтобы скомпенсировать затухание на ЭКУ, и в тоже время, чтобы соблюдались требования к максимальному уровню на выходе усилителя и минимальному и максимальному уровню на входе следующего усилителя.

В данной работе можно полагать значения коэффициента усиления приблизительно равными затуханию на ЭКУ.

Расчет отношения сигнал/шум на ВОЛП с оптическими усилителями

Важным фактором деградации оптического сигнала ВОЛП является шум, вносимый оптическими усилителями. Таким образом, необходимым этапом при реконструкции ВОЛП является оценка качества передачи путем контроля отношения сигнал/помеха (OSNR).

Необходимо определить OSNR в точках главного оптического тракта MPI-S, MPI-R и в контрольных точках оптических усилителей R‘ и S’ (рисунок 1).

Если шумом бустера можно пренебречь (затухание на усилительном участке намного больше коэффициента усиления бустера) для расчета можно использовать выражение:



где P_ch – уровень выходной мощности одного канала в точке MPI-S, дБм;

N_ЭКУ – число усилительных участков (ЭКУ);

h – постоянная Планка;

f – частота, соответствующая расчетному оптическому каналу;

∆f_ch – оптическая полоса канала, равная 12,5 Гц;

А_ЭКУ – суммарное затухание на усилительном участке (ЭКУ).

Величина ∆f_ch выбирается таким образом, чтобы для заданной скорости передачи не происходило искажений вследствие наложения оптических спектров соседних каналов или вследствие ограничения спектра модулированного оптического сигнала. При частотном плане с шагом 100 ГГц, согласно рекомендации, канал с длиной волны 1550 нм должен характеризоваться полосой 0,1 нм, что соответствует полосе ∆f_ch ≈ 12,5 ГГц. В этом случае:



В расчетах в качестве А_ЭКУ выбирем максимальные значения для соответствующих длин волн из таблицы 10, а шум-фактор усилителя NF = 5,5 дБ. Мощность оптического канала для расчетов определим в виде:



где n – последняя цифра зачетной книжки.



Произведем расчеты на трех длинах волн для худшего случая – с максимальным значением затухания на ЭКУ.







Отношения оптических сигнал/шум в каждом оптическом канале в точках MPI-S и MPI-R для различных кодов применения в зависимости от максимального числа ЭКУ (х) должны быть не менее, дБ:



где k – порядковый номер линейного ОУ.

Сравните полученные значения с нормами для точки MPI-R



Отношения оптических сигнал/шум в каждом оптическом канале, в точке MPI-R немного меньше нормы. Следовательно, качество сигнала низкое.

Расчет накопленной пояризационной модовой дисперсии

На ВОЛП с компенсацией хроматической дисперсии при скорости передачи 10 Гбит/с и выше ограничивающим фактором может оказаться поляризационная модовая дисперсия (ПМД).

Явление ПМД обусловлено тем фактом, что вследствие двулучепреломления, вызванного внутренними неоднородностями и внешними воздействиями, основную моду распространения НЕ11 можно представить в виде двух линейно поляризованных мод с перпендикулярными друг другу поляризациями. Вследствие различия показателей преломления для каждого состояния поляризации линейно поляризованные моды будут распространяться в ОВ с различными групповыми скоростями. Это приводит к тому, что импульсы с двумя ортогональными поляризациями приходят к приемнику c некоторой задержкой, далее на фотоприемнике выводится мощность, соответствующая сумме двух поляризаций. В итоге длительность импульса уширяется и наблюдается явление межсимвольной интерференции и увеличение коэффициента ошибок BER.

На регенерационном участке основной вклад в ПМД будут вносить телекоммуникационное волокно и модули компенсации дисперсии.

Рассчитаем вклад в суммарное ПМД, которое вносит телекоммуникационное оптическое волокно:



Рассчитаем вклад в суммарное ПМД, которое вносят модули компенсации дисперсии:



где PMD_DCM – поляризационная модовая дисперсия модуля компенсации дисперсии, определяемая из таблицы 7;

N_DCM – количество установленных модулей компенсации дисперсии.



Расчет суммарной накопленной поляризационной модовой дисперсии на регенерационном участке производится по формуле:




Допустимое значение ПМД, накоплено на регенерационном участке составляет 10% от длительности битового интервала. Рассчитайте максимально-допустимое значения для своей скорости передачи по формуле:



где B – скорость передачи, бит/c.



Полученное ПМД не превосходит допустимое значение, следовательно, системы передачи работоспособны.

Заключение

В данной курсовой работе мы построили структурную схему регенерационного участка ВОЛП по исходным данным, также выбрали и разместили модули компенсации дисперсии и оптические усилители, произвели расчеты модуля компенсации дисперсии и отношения сигнал/шум на ВОЛП с оптическими усилителями, расчитали накопленную поляризационную модовую дисперсию.

Рассчитаная поляризационная модовая дисперсия не превосходит допустимое значение, из чего можно сделать вывод, что системы передачи работоспособны.

Список использованной литературы

1 Данько Е.Т., Киргизбаева А.У. Оптические системы связи в телекоммуникациях. Методические указания к курсовой работе (для студентов всех форм обучения специальности 5В071900 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации).- Алматы: АУЭС им. Г. Даукеева, 2021. – 21 с.