Сборник задач по волоконнооптическим линиям связи учебнометодическое пособие по практическим занятиям по дисциплине Оптические направляющие среды и пассивные компоненты волоконнооптических линий связи
 Скачать 0.98 Mb.
|
|
3 .3 Примеры решения задач 3.3.1 Определить длину регенерационного участка ВОЛС, реализованной на основе стандартного ОВ ( Rec. G. 652). Исходные данные Скорость передачи (STM-64)………………………………В=5Гбит/с рабочая длина волны……………………………………… λ=1,55мкм ширина спектра излучения на уровне 3 дБ……………… Δλ≤0,1 нм уровень мощности, вводимой в ОВ……………………… р 1 =0 дБм пороговая чувствительность……………………………… р пр =-30 дБм энергетический запас……………………………………… М=6 дБм Параметры ОК Коэффициент затухания……………………………………α=0,25 дБ/км удельная хроматическая дисперсия…………………….....D=20 пс/км*нм средняя строительная длина……………………………….l сд= =2 км Параметры линейного тракта: N рс =2; α рс =0,3 дБ; α нс =0,1дБ. Решение: 1)Определим длину регенерационного участка по затуханию и дисперсии: км км дБ км дБ дБ дБ дБ дБ l N M Э L cд нс нс рс рс 5 , 80 ] [ 2 / ] [ 1 , 0 ] / [ 25 , 0 ] [ 1 , 0 2 ] [ 3 , 0 ] [ 6 ] [ 30 / 37 37 км нм км нм пс с BD L D 31 ] [ 1 , 0 ] / [ 10 20 ] / 1 [ 10 5 4 1 4 1 12 9 Таким образом, длина регенерационного участка ограничена дисперсией. 3.3.2 Многомодовое ОВ (рек.G.651) с показателем преломления сердцевины n 1 =1,47 и числовой апертурой NA=0,275 используется в ЛВС (LAN) длиной 2000 м. Определить максимальную скорость передачи и требуемый энергетический потенциал линии. Решение: Определим величину межмодовой дисперсии для линии длиной 2 км: L c n мод 1 Приблизительно величину Δ найдем из выражения для числовой апертуры: , 2 1 n NA откуда 2 1 2 2n NA Тогда 2 , 176 10 3 46 , 1 2 ) 275 , 0 ( 2 8 2 1 2 пс c n NA мод Определим полосу частот, равную по величине битовой скорости: ГГц f 5 , 2 10 2 , 176 44 , 0 44 , 0 12 , откуда В=2,5 Гбит/с. Рассчитаем величину требуемого энергетического потенциала: дБ М N Э рс рс 6 , 5 2 2 3 , 0 3 3 .4 Задачи для самостоятельной работы 3.4.1 Определить длину участка регенерации. Параметры ВОЛС представлены в таблице. Таблица 3.1 – Исходные данные для расчета участка регенерации ООВ Типовые параметры ВОЛС Единицы измерения Значения 1 2 3 4 Тип ОВ SSF SMF SSF SMF Рекомендация UTI.T (G.652) (G.652) (G.652) (G.652) Диапазон длин волн нм 1260 …1320 1260 …1320 1530… 1550 1530… 1550 Коэффициент затухания дБ/км 0,35 0,35 0,2 0,2 Коэффициент удельной хроматической дисперсии пс/нм·км 3,5 3,5 18 18 Скорость передачи цифрового потока Мбит/с 622 622 140 155 Рабочая длина волны, λ нм 1260 1320 1530 1550 Ширина спектра излучения, нм 1 0.9 0.8 0,7 Мощность излучения оптического передатчика дБм 0 2 1 3 Чувствительность оптического приемника дБм -28 -34 -35 -37 Энергетический запас дБ 2 3 4 5 Средняя строительная длина км 2,2 4,4 4,4 2,2 N РС =2, α РС =0,2 дБ, α НС =0,05 дБ 38 38 3.4.2 Определить длину элементарного кабельного участка реализованного на МОВ (рекомендация G.651) в первом (780...860 нм) и втором (1280...1320 нм) окнах прозрачности, при этом n 1 =1,46 и n 1 =1,45. Параметры ВОЛС представлены в таблице. Таблица 3.2 – Исходные данные для расчета участка регенерации МОВ Типовые параметры ВОЛС Единицы измерения Значения 1 5 7 3 Диаметр сердцевины / оболочки мкм 50 / 125 62,5 / 125 100 / 140 50 / 125 Рабочая длина волны, λ нм 820 840 850 1320 Профиль показателя преломления Градиен- тное Градиен- тное Градиен- тное Градиен- тное Коэффициент затухания дБ/км 2,5 3 4 0,8 Числовая аппертура 0,23 0,28 0,29 0,23 Скорость передачи цифрового потока Мбит/с 80 40 100 80 Энергетический потенциал дБ 18 20 24 16 Энергетический запас дБ 2 4 4 6 N РС =4, α РС =0,4 дБ 3.4.3 Выбрать и обосновать тип ОВ (в соответствии с рек. ITU-T), обеспечивающий максимальную скорость передачи для линии связи длиной 2 км, исходя из экономической эффективности (минимальных затрат). В расчете учесть потери при вводе излучения в ОВ. 3.4.4 Определить величину энергетического потенциала и наибольшую длину участка регенерации магистральной ВОЛС, использующей ОВ типа G.652 на длине волны λ = 1340 нм (S 0 = 0.092 пс/нм 2 *км и λ 0 =1300 нм), при передаче потока STM – 16, линейный код передачи - NRZ. Источник излучения - LD со спектральной шириной Δλ = 2 нм. При расчете учесть: энергетический запас; потери на соединениях ОВ (разъемных, неразъемных), макроизгибах (кабельные потери). В ВОЛС использованы пассивные компоненты: 1 ответвитель с коэффициентом деления 10:90%, коммутатор резервного канала. Составить расчетную таблицу. 3.4.5 Выбрать и обосновать тип ОВ (в соответствии с рек. ITU-T), обеспечивающий минимальный энергетический потенциал на трассе длиной 60 км с максимально возможной скоростью передачи. В расчете учесть: число неразъемных соединений – 24, число разъемных соединений – 4, энергетический запас принять равным 4,2 дБ. Источник излучения имеет Δ λ=1нм. 3.4.6 Многомодовое ОВ используется в ЛВС (LAN) в горизонтальной проводке длиной 2000 м. Определить максимальную скорость передачи, реализуемую МОВ (рек. G.651) с показателем преломления сердцевины n 1 =1,47 и числовой апертурой NA=0.2. Оценить минимальный необходимый энергетический потенциал линии, исходя из экономической эффективности ЛВС (рассмотреть возможность применения СИД или ЛД). 39 39 3.4.7 Определить минимальное число регенерационных участков, необходимых для перекрытия трассы Омск-Новосибирск (900 км), считая их равнопролетными. Скорость передачи 622 Мбит/с. Используется стандартное ОВ(SMF) на длине волны λ= 1540 нм при ширине спектра источника излучения ЛД (LD) Δ λ=0,5нм.В линии связи использованы пассивные компоненты:1 оптический переключатель и 1 ответвитель. Учесть: потери на стыках строительных длин, в коннекторах, а также кабельные потери. Энергетический бюджет линии составляет Э= 28дБ 3.4.8 Определить максимальную длину участка регенерации магистральной линии связи, реализованной на основе ОВ марки Corning LEAF, использующей длину волны, λ 2 = 1600 нм при скорости передачи 10 Гбит/с. В качестве источника излучения используется одномодовый ЛД (DFB-лазер). Рассчитать необходимый энергетический потенциал с учетом строительных длин, потерь в коннекторах и неразъемных соединениях. 4 КОМПЕНСАЦИЯ ДИСПЕРСИИ 4 .1 Общие положения Для компенсации дисперсии в одномодовых волокнах используют специальный тип ОВ– DC волокно (DCF – Dispersion Compensating Fiber– волокно для компенсации дисперсии). Профиль показателя преломления в DC волокнах выполнен в виде узкого центрального пика, окруженного кольцом с меньшим скачком показателя преломления (рис. 6.1). На коротких длинах волн мода ведется в основном центральным пиком. С увеличением длины волны диаметр моды увеличивается, а модовый показатель преломления, соответственно, уменьшается. При этом изменяется коэффициент дисперсии волокна, величина которого пропорциональна (со знаком минус) второй производной по длине волны от эффективного показателя преломления волокна. Эта производная проходит через максимум, когда поле моды достигает кольца, окружающего центральный пик. Таким способом удается создавать волокна, обладающие большим (по модулю) отрицательным коэффициентом дисперсии. Рисунок 4.1 – Типичный профиль коэффициента преломления волокна DSCF компенсатора Устройства компенсации дисперсии DCD (Dispersion Compensation Devices) придают сигналу равную по величине, но противоположную по знаку дисперсию и восстанавливают первоначальную форму импульсов. 40 40 Обычно DC волокно наматывается на катушку, образуя модуль – модуль компенсации дисперсии (DCM – Dispersion Compensation Module), который включается в определенных точках магистрали, так что среднее значение дисперсии ЭКУ (элементарного кабельного участка) 0 l D l D D 2 2 хр 1 1 хр (6.1) Возможности компенсации дисперсии волокон могут быть оценены с помощью коэффициента относительной крутизны дисперсионной кривой RDS, который определяется как отношение крутизны дисперсионной кривой к величине хроматической дисперсии : D / S RDS , (6.2) где D и S есть величина дисперсии и крутизна дисперсионной кривой на единицу длины соответственно. Если RDS волокна DSCF (Dispersion and its Slope Compensation Fiber – волокно со специально подобранной величиной дисперсии и наклона коэффициента дисперсии) является таким же, как и передающего волокна, то становится возможной полная компенсация наклона дисперсионной кривой передающего волокна путем подбора длины DSCF, подобно тому, как осуществляется компенсация полной дисперсии волокна. Степень компенсации наклона (С кн ) может быть представлена следующим выражением : С кн = / DSCF Î F RDS RDS (6.3) Если RDS волокна DSCF компенсатора и волокна одинаковы, то степень компенсации наклона составляет 100% и результирующая дисперсия после компенсации становится близкой к нулевому значению. Другой важной характеристикой DSCF компенсаторов является показатель качества, или эффективность (FOM). Он определяется как величина дисперсии на единицу потерь в волокне : / DSCF DSCF FOM D (6.4) 4 .2 Примеры решения задач 4.2.1 Выбрать тип модуля компенсации дисперсии, который необходимо включить в линейный тракт сети SDH, реализованной на основе стандартного ОВ (Rec. G. 652). Параметры аппаратуры приведены в задаче 3.3.1. Решение: 1) Определим длину регенерационного участка по затуханию и дисперсии без учета компенсатора км км дБ км дБ дБ дБ дБ дБ l N M Э L cд нс нс рс рс 5 , 80 ] [ 2 / ] [ 1 , 0 ] / [ 25 , 0 ] [ 1 , 0 2 ] [ 3 , 0 ] [ 6 ] [ 30 / км нм км нм пс с BD L D 31 ] [ 1 , 0 ] / [ 10 20 ] / 1 [ 10 5 4 1 4 1 12 9 Необходимо увеличить длину регенерационного участка по дисперсии так, чтобы она была сравнима с длиной регенерационного участка по затуханию; 41 41 2) Ближайшее значение компенсируемой модулем длины линии L DC равно 40 км; при этом общая длина компенсируемой линии D L составит км L BD L DC D 71 40 31 4 1 Выберем в качестве компенсатора модуль DCM – 40. Такой модуль вносит дополнительные потери α DC = 5 дБ. При этом длина регенерационного участка по затуханию будет составлять 30[ ] 6[ ] 0,3[ ] 2 0,1[ ] 5[ ] 63 / 0, 25[ / ] 0,1[ ]/ 2, 2[ ] ðñ ðñ í ñ DC í ñ cä À Ì N äÁ äÁ äÁ äÁ äÁ L êì l äÁ êì äÁ êì Пусть в качестве источника излучения используется более мощный ЛД (например, с уровнем вводимой мощности р 1 = 3 дБм) и определим, как изменится длина регенерационного участка по затуханию: км l N М А L cд нс к нс рс рс 72 2 , 2 / 1 , 0 25 , 0 6 , 8 1 , 0 2 3 , 0 6 33 / Следовательно, для увеличения длины регенерационного участка по затуханию необходимо увеличить мощность ЛД в 2 раза либо увеличить чувствительность фотоприемника на 3 дБ. Таблица 4.1 - Типичные параметры модулей для компенсации дисперсии Тип модуля Компенсируемая длина линии, км Дисперсия волокна модуля, пс/(нм*км) Наклон дисперсии S,пс/нм 2 *км Вносимое затухание, дБ Эффективность модуля (FOM), пс/(нм*дБ) Среднее значение PMD, пс DCM-20 20 -330 н/д 3,2 103 0,8 DCM-40 40 -660 н/д 5,0 132 1,1 DCM-60 60 -990 н/д 6,8 145 1,4 DCM-80 80 -1320 н/д 8,6 153 1,5 DCM-95 95 -1560 н/д 10,0 156 1,6 DK-40 40 -680 -1,2 5,2 131 0,6 DK-60 60 -1020 -1,9 7,0 146 0,75 DK-80 80 -1360 -2,5 8,9 153 0,9 4.2.2 Оценитьмаксимальную длину регенерационного участка в линии с SMF волокном (Rec. G. 652) длиной 80 км и модулем DK – 80 (cм. таблицу 4.1) для скорости передачи 10 Гбит/с (STM – 64). Решение: 1) Определим полную дисперсию, накопившуюся в линии: 1360 км 80 км * нм / пс 17 L D пс/нм 2) Используя формулу (4.8), определим, на сколько процентов не скомпенсирована полная дисперсия на краю рабочего диапазона (С – диапазон: 1530 1565 нм): (1530) 1 16(1530 1550) /1000 0,321 32% ÑR (1565) 1 16(1565 1550) /1000 0, 241 24% ÑR Видно, что на краю диапазона полная дисперсия не скомпенсирована примерно на 25%, что при полной дисперсии линии 1360 пс/нм составляет величину около 340 пс/нм. 42 42 3) Так как при скорости передачи 10 Гбит/с полная дисперсия в линии должна быть меньше 1000 пс/нм (таблица 4.2), то получаем, что длина этого участка может достигать 3 80 км = 240 км. Таблица 4.2 – Допустимая величина полной дисперсии в линии связи Скорость передачи данных Допустимая величина полной дисперсии в линии связи, пс/нм 2,5 Гбит/с (STM –16) 16000 10 Гбит/с (STM –64) 1000 40Гбит/с (STM –256) 60 Таблица 4.3 - Оптические характеристики некоторых DSCF компенсаторов Позиция Размерность DSCF для DSF № 1 № 2 № 3 длина волны нм 1,590 дисперсия пс/нм*км -47 -60 -82 наклон дисперсионной кривой пс/нм 2 *км -0,71 -1,08 -1,84 RDS нм -1 0,015 0,018 0,022 ослабление дБ/км 0,62 0,60 0,65 FOM пс/нм*дБ -76 -100 -127 MFD мкм 4,1 4,1 4,1 A eff мкм 2 12,1 12,4 12,0 PMD пс/км 0,05 0,09 0,09 изгибные потери дБ/км 2R=20mm 0,2 2 9 4.2.3 Определить максимальную степень компенсации наклона дисперсионной кривой передающего ОВ типа DSF (Rec. G. 653), если в качестве компенсатора используется волокно DSCF (табл. 4.3). Решение: 1) По формуле (6.2) определим коэффициент относительной крутизны дисперсионной кривой для ОВ типа DSF: на длине волны 1590 нм его дисперсия составляет 2,9 пс/нм*км, а наклон дисперсионной кривой- 0,07 пс/нм 2 *км 024 , 0 км * нм / пс 9 , 2 км * нм / пс 07 , 0 D / S RDS 2 DSF DSF DSF нм -1 ; Максимальную степень компенсации наклона обеспечивает DSCF компенсатор №3 из табл. 4.3 С кн = / DSCF Î F RDS RDS = % 92 нм 024 , 0 нм 022 , 0 1 1 4.2.4 Оценить возникающие потери, возникающие при соединении DSF волокна и отрезка SMF волокна. |