курсач_исправоенный_печать (2). Техническое задание Выбор типа кабельных линий связи на проектируемом участке

• Название: Техническое задание Выбор типа кабельных линий связи на проектируемом участке
• Дата: 23.04.2023
• Размер: 0.57 Mb.
• Имя файла: курсач_исправоенный_печать (2).docx
• Тип: Техническое задание; #1084107
• страница: 3 из 4

7. Расчет параметров оптического кабеля

Основным элементом оптического кабеля является оптическое волокно, изготовленное на основе особо чистого кварцевого стекла. Оптическое волокно имеет двухслойную конструкцию и состоит из сердцевины и отражающей оболочки с фазовыми показателями преломления (далее показателями) равными соответственно n₁ и n₂.

Оптическое волокно характеризуется следующими параметрами:

• 
  абсолютной разностью показателей преломления сердцевины и отражающей оболочки:
  

(18)

• 
  относительной разностью показателей преломления:
  

  (19)

• 
  числовой апертурой световода со ступенчатым профилем:
  

  (20)

• 
  нормированной частотой:
  

  		(21)
  где	a – радиус сердцевины оптического волокна;

• 
  критической частотой f_кр , определяемой по формуле:
  

		(22)
где	d – диаметр сердцевины оптического волокна; Pnm - значение корней функции Бесселя для различных мод. Принимаем 2,405, так как используется одномодовое волокно.

• 
  критической длиной волны:
  

(23)

Затухание оптических кабелей (α_к) обусловлено собственными потерями в оптических волокнах (α_с) и дополнительными потерями, обусловленными их деформацией и изгибами при изготовлении, прокладке и эксплуатации оптического кабеля связи:

(24)

Собственные потери оптических волокон складываются из потерь на поглощение (α_п) и потерь на рассеяния (α_р), т.е.

		(25)
		(26)
где	tgδ- тангенс угла диэлектрических потерь материала сердцевины ОВ; - длина волны излучения, выраженная в км.
		(27)
где	Кр- коэффициент рассеяния материала сердцевины ОВ, дБ⋅мкм4/км; - длина волны, мкм.

Дополнительные потери в оптических кабелях, обусловленные деформацией оптических волокон в процессе изготовления, прокладки и эксплуатации кабеля равны:

		(28)
где	αмакро и αмикро - дополнительные потери соответственно вследствие микроизгибов и макроизгибов оптического волокна.

Потери на макроизгибах пренебрежимо малы. Потери на микроизгибах равны 0,005 дБ/км.

Фазовая скорость распространения светового импульса по оптическим волокнам. Фазовая скорость может изменяется в пределах:

Максимальная фазовая скорость:

(29)

Минимальная фазовая скорость:

(30)

Дисперсия. Под дисперсией понимается увеличение длительности импульса оптического излучения при его распространении по оптическому волокну за счет рассеяния во времени спектральных или модовых составляющих оптического сигнала. Дисперсия возникает по двум причинам: некогерентность источников излучения и использование многомодового режима работы оптического волокна при передаче сигнала. Дисперсия, вызванная первой причиной, называется хроматической (частотной) τ_хр. Она состоит из двух составляющих - материальной (τ_м) и волноводной (внутримодовой) (τ_в) дисперсий.

Материальная дисперсия:

		(31)
где	М(λ) – удельная материальная дисперсия, пс/(нм⋅км)

Волноводная дисперсия:

		(32)
где	В(λ) – удельная волноводная дисперсия, пс/(нм⋅км)

Результирующее уширение импульсов в результате дисперсионных процессов в однородном оптическом волокне (τ_рез):

(33)

В одномодовых ОВ модовая дисперсия отсутствует. Результирующее значение дисперсии определяется хроматической дисперсией.

8. Источники светового излучения

Источник светового излучения представляет собой прибор, преобразующий электрическую энергию возбуждения в энергию оптического излучения заданного спектрального состава и пространственного распределения.

Работа различных источников оптического излучения основана на инверсной заселенности энергетических уровней. Создание инверсной заселенности уровней называется накачкой.

• 
  монохроматическая чувствительность Sф, А/Вт,_, равная отношению фототока (I) к полной мощности излучения с длиной волны λ, (Р_изл(λ)) падающей на чувствительную площадку фотодиода.
  

Расчет ширины спектральной линии лазерного диодав Гц при длине волны излучения λ₀=1,54мкм и симметричной относительно неё ширины спектральной линии Δλ_0,5=0,8 нм.

Максимальная и минимальная длины волн излучения составят:

	(34)
	(35)

Соответствующие этим длинам волн минимальная f_min и максимальная f_max частоты излучения равны:

	(36)
	(37)

Ширина спектральной линии равна:

(38)

Расчет фотоприемника. Определение уровня оптической мощности в дБм на входе фотоприёмника системы передачи 155 Мбит/с, работающей на длине волны λ=1,540 мкм, если для обеспечения коэффициента ошибок р=10^-9 требуется 74000 фотонов на бит передаваемой информации.

Длине волны λ=1,540 мкм в оптическом волокне соответствует частота (f), равная:

(39)

Энергия фотона (E) равна

(40)

где v – скорость распространения света в оптическом волокне (200000км/с);

h – постоянная Планка (6,62⋅10^-34 Дж⋅с).

Требуемое число фотонов (n) на входе фотоприёмника для обеспечения р=10⁻⁹ равно

для STM-1:

(41)

Требуемый уровень мощности на входе фотоприёмника в дБм равен

(42)

Расчет длины регенерационного участка, исходя из допустимых потерь в линии передачи.

В этом случае длина регенерационного участка определяется энергетическим потенциалом системы передачи (W). Энергетический потенциал зависит от характеристик источника и приемника оптического излучения и определяется как разность между уровнем средней мощности оптического сигнала, вводимого в оптическое волокно (P₁), и минимально допустимым уровнем мощности на входе приемника оптического излучения (P₂) при заданном значении коэффициента ошибок:

		(43)
где	P1 – уровнем средней мощности оптического сигнала, вводимого в оптическое волокно, P2– допустимый уровнем мощности на входе приемника оптического излучения.

Расчет ожидаемых потерь в линии на длине регенерационного участка

Исходные данные для расчета:

α - коэффициент затухания оптических волокон на эксплуатационной длине волны ВОСП, дБ/км;

- строительная длина оптического кабеля ( =10км);

n₁ - число дополнительных сварных соединений, обусловленных технологией строительно-монтажных работ ВОЛС (сварки в оптическом кроссе и стыковые сварки на переходах) в курсовом проекте считать n₁= 8 ;

n₂ - число дополнительных сварных соединений, появляющихся на длине регенерационного участка в процессе эксплуатации ВОЛС (обычно
п₂=6);

а_сп - средние потери на сварку путем плавления, а_сп=0,05 дБ;

а_рз - средние потери на оптическом разъеме, а_рз=0,3 дБ;

Максимальная длина регенерационного участка (L_p ) определяется по формуле:

		(44)
где	n – общее число дополнительных сварных соединений (n = n1 + n2) - энергетический запас системы передачи, =6 дБм.

Расчет длины регенерационного участка, исходя из ограничений по дисперсии

Волоконно-оптическую систему связи можно рассматривать как линейную систему с ограниченной полосой пропускания. Оптическая полоса пропускания волокна определяется как область частот, в пределах которой значение передаточной функции волоконного световода уменьшается наполовину от ее величины при нулевой частоте модуляции оптической несущей .

Между информационной пропускной способностью оптического волокна (В, бит/с), уширением импульса ( , с) и шириной оптической полосы пропускания [ Гц] имеется взаимосвязь. Ширина оптической полосы пропускания в герцах должна быть не менее скорости передачи информации в битах. Связь между величиной уширения оптических импульсов и оптической ширины полосы пропускания оптического волокна на длине регенерационного участка выражается соотношением

		(45)
где	к – коэффициент, учитывающий форму оптического сигнала. Для импульсов гауссовой формы к≈0,441

Уширение импульса будет определено формулой:

		(46)
где	- хроматическая дисперсия, пc/нм км; - ширина спектральной линии источника излучения, нм; Lp - максимальная длина регенерационного участка исходя из условия потерь в линии, км.