Расчёт регенерационного участка ВОЛС. Курсовой проект Ткач. Нефтекамский филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования

Название	Нефтекамский филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования
Анкор	Расчёт регенерационного участка ВОЛС.
Дата	25.01.2023
Размер	82.8 Kb.
Формат файла
Имя файла	Курсовой проект Ткач.docx
Тип	Задача #904595

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

НЕФТЕКАМСКИЙ ФИЛИАЛ

ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ

ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«УФИМСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ НАУКИ И ТЕХНОЛОГИЙ»
Направление подготовки (специальность):

11.03.02Инфокоммуникационныетехнологииисистемысвязи

(код и наименование)
Направленность (профиль) образовательной программы:

Оптическиесистемыисетисвязи

Оптические направляющие среды

Курсовой проект

Расчёт регенерационного участка ВОЛС.

Научный руководитель: Доцент

Вальшин А.М.

(Фамилия И.О.)

Выполнил: студент 4 курса заочной формы обучения группы ИТСС-41з

Ткач Н. С.

(Фамилия И.О.)

Нефтекамск – 2023

Содержание

Введение 3

Задача № 1 5

1.1 Одномодовое оптическое волокно со смещённой дисперсией DSF. 6

1.2 Расчет длины регенерационного участка по энергетическому потенциалу системы 𝑳_Э: 7

1.3 Расчет длины регенерационного участка по дисперсии 𝑳_Д: 9

Заключение: 11

Введение

Самой высокой пропускной способностью среди всех существующих средств связи обладает оптическое волокно (диэлектрические волноводы). Волоконно-оптические кабели применяются для создания ВОЛС – волоконно-оптических линий связи, способных обеспечить самую высокую скорость передачи информации (в зависимости от типа используемого активного оборудования скорость передачи может составлять десятки гигабайт и даже терабайт в секунду).

Кварцевое стекло, являющееся несущей средой ВОЛС, помимо уникальных пропускных характеристик, обладает ещё одним ценным свойством – малыми потерями и нечувствительностью к электромагнитным полям. Это выгодно отличает его от обычных медных кабельных систем.

Данная система передачи информации, как правило, используется при постройке рабочих объектов в качестве внешних магистралей, объединяющих разрозненные сооружения или корпуса, а также многоэтажные здания. Она может использоваться и в качестве внутреннего носителя структурированной кабельной системы (СКС), однако законченные СКС полностью из волокна встречаются реже – в силу высокой стоимости строительства оптических линий связи.

Применение ВОЛС позволяет локально объединить рабочие места, обеспечить высокую скорость загрузки Интернета одновременно на всех машинах, качественную телефонную связь и телевизионный приём.

Волоконно-оптические линии обладают рядом преимуществ перед проводными (медными) и радиорелейными системами связи:

Малое затухание сигнала (0,15 дБ/км в третьем окне прозрачности) позволяет передавать информацию на значительно большее расстояние без использования усилителей. Усилители в ВОЛС могут ставиться через 40, 80 и 120 километров, в зависимости от класса оконечного оборудования.
Высокая пропускная способность оптического волокна позволяет передавать информацию на высокой скорости, недостижимой для других систем связи.
Высокая надёжность оптической среды: оптические волокна не окисляются, не намокают, не подвержены слабому электромагнитному воздействию.
Информационная безопасность — информация по оптическому волокну передаётся «из точки в точку» и подслушать или изменить её можно только путём физического вмешательства в линию передачи.
Высокая защищённость от межволоконных влияний — уровень экранирования излучения более 100 дБ. Излучение в одном волокне совершенно не влияет на сигнал в соседнем волокне.
Пожаро- и взрывобезопасность при изменении физических и химических параметров
Малые габариты и масса

Однако, у оптического волокна есть недостатки, которые выражаются в относительной хрупкости оптического волокна и сложного процесса их изготовления.

В этом курсовом проекте рассматривается расчёт длины регенерационного участка волоконной оптической системы передачи информации по энергетическому потенциалу системы 𝐿Э и по дисперсии в волоконных световодах 𝐿Д. А также ответ на теоретический вопрос по курсу оптических направляющих систем.

Задача № 1

Произвести расчет длины регенерационного участка волоконной оптической системы передачи информации по энергетическому потенциалу системы 𝐿_Эи по дисперсии в волоконных световодах 𝐿_Д.
Таблица 1.

Исходные данные	Значения параметров
Вариант	4
1. Тип источника излучения	лд
2. Оптическая мощность источника излучения Р_и, мВт	4
3. Ширина спектра излучения ∆λ, нм	0,12
4. Тип волоконного световода	DSF о
5. Скорость передачи информации В, Мбит/с	2500

Условные обозначения:

ЛД- лазерный диод,
PIN- pin-фотодиод,
DSF о - одномодовый световод.

Таблица 2.

Исходные данные	Значения параметров
Вариант	4
1. Тип фотодетектора	pin
2. Строительная длина кабеля L_сд, км	4,0
3. Потери на соединение световод- фотодетектор α_вс-фд, дБ	1,3
4. Энергетический запас системы Э, дБ	5

Таблица 3.

№ п/п	Исходные данные	Значения параметров
1.	Длина волны источника излучения λ, нм	1550
2.	Размер светоизлучающей площадки 𝑎_𝑠, мкм	6,8
3.	Диаметр сердцевины световода, мкм	8-10
4.	Диаметр оболочки световода, мкм	125
5.	Числовая апертура NA	0,17
6.	Показатель преломления сердцевины 𝑛₁	1,47
7.	Разность показателей преломления сердцевины и оболочки 𝑛₁− 𝑛₂	0,008
8.	Затухание в световоде α, дБ/км	0,36
9.	Потери на неразъемных соединениях	0,05

1.1 Одномодовое оптическое волокно со смещённой дисперсией DSF.

DSF от англ. dispersion shifted single mode fiber.

Такое волокно имеет сложную структуру сердцевины, W-образный профиль показателя преломления.

Рабочая длина волны: 𝜆 = 1550 нм.

Дисперсионный параметр: 1 − 1,7 пс/нм · км.

Вносимое затухание: 𝛼 = 0,36 дБ/км.

Рис. 1.1. Одномодовое оптическое волокно со смещённой дисперсией DSF.

Приведу технические характеристики DSF оптического волокна, выпускаемого компанией Samsung Electronics Ltd.

Таблица 4.

Характеристика	Samsung Electronics Industries Ltd.
Диаметр сердцевины, мкм	8,0 – 10,0
Диаметр оболочки, мкм	125,0
Длина волны отсечки, нм	1270 max
Дисперсионный параметр, пс/нм*км	1 – 1,7
Проверочное напряжение, Гпа	0,69 min
Коэффициент затухания, дБ/км; на длине волны, нм	0,22 \| 1550
Потери при макроизгибе, дБ	0,5 max на 1550 нм
Эксцентриситет сердцевины, мкм	0,8 max
Сплющенность оболочки	2,0 % max
Длина волны нулевой дисперсии, нм	1550

Такое волокно используется для строительства протяженных сегментов с расстоянием между ретрансляторами до 100 и более км (магистральные линии связи).

1.2 Расчет длины регенерационного участка по энергетическому потенциалу системы 𝑳_Э:

Числовая апертура:

.

Выражение для расчёта длины участка по энергетическому потенциалу L_э:

α_и-вс – потери на соединение излучатель – волоконный световод, дБ;

N_н – число неразъемных соединений световод-световод;

L_сд- строительная длина кабеля, км;

_н - потери на неразъемном соединении световод-световод, дБ;

_вс-фд - потери на соединение световод-фотодетектор, дБ;

 - затухание в волоконном световоде, дБ/км;

L_э- длина участка регенерации, рассчитанная по энергетическому потенциалу системы, км;

Э - энергетический запас системы, дБ.

Уровень мощности излучателя относительно уровня мощности :

Минимальный уровень мощности сигнала на входе фотодетектора (в дБ м) относительно уровня

Потери на соединении излучатель – волоконный световод, дБ, где

𝛼_𝑓= 0,2 дБ – френелевские потери на отражение от торца волокна.

𝛼_И-ВС= 𝛼_𝑓− 10 𝑙𝑔 [5,5 ⋅ ⁽𝑁𝐴)²^]

𝛼_И-ВС= 0,2 − 10 𝑙𝑔 [5,5 ⋅ ⁽0,1734)²^]= 0,2 − 10 𝑙𝑔 0,1654 = 8,01 дБ;
Поставив рассчитанные параметры рассчитаем длину регенерационного участка по энергетическому потенциалу системы 𝐿_Э:

.

α_н= 0,05 - потери на неразъемных соединениях.

α = 0,36 дБ/км - затухание в световоде.

α_вс-сд = 1,3 дБ - потери на соединение световод-фотодетектор.

Э = 5 - энергетический запас системы.

км
Число неразъемных соединений световод-световод:

1.3 Расчет длины регенерационного участка по дисперсии 𝑳_Д:

Дисперсия, или уширение оптического сигнала в волоконном световоде,

складывается из межмодовой и хроматической дисперсии:

В одномодовых световодах межмодовая дисперсия отсутствует, и уширение импульса определяется хроматической дисперсией:

,

где 𝛥𝜆 - ширина спектра источника излучения;

𝑀(𝜆) - удельная материальная дисперсия;

𝑊(𝜆) - удельная волноводная дисперсия;

𝐿 = 1 км;

𝑊(𝜆) + 𝑀(𝜆) = 𝐷(𝜆) - дисперсионный параметр волокна.

Для определения дисперсии нужно найти дисперсионный параметр волокна D. Он выражен в зависимости от длины волны на графике (рис.1.2.).

Рис. 1.2. Зависимость дисперсионного параметра 𝐷⁽𝜆⁾различных одномодовых оптических волокон в окне 1550 нм.
Из графика зависимости получаем, D(λ) = 1,7 пс/км*км =>

.

Среднеквадратичное удельное уширение импульса:

Длина регенерационного участка по дисперсии:

Заключение:

В ходе выполнения курсового проекта рассчитаны длины регенерационного участка волоконной оптической системы передачи информации по энергетическому потенциалу системы 𝐿_Э и по дисперсии 𝐿_Д.

При распространении по оптическому волокну сигнал неизбежно

претерпевает изменения. Это может быть его затухание при распространении по световоду или уширение передаваемых импульсов, что называется дисперсией. Дисперсия приводит к тому, что падает достоверность и скорость передачи информации. Поэтому расчёт длины регенерационного участка является одним из приоритетных вопросов, решаемых при проектировании, модернизации или строительстве волоконно-оптических линий передачи.

В качестве максимальной длины регенерационного участка выбирается наименьшая из рассчитанных величин 𝐿_Э и 𝐿_Д.

В ходе выполнения задачи №1 были получены расчётные данные:

1) Длина регенерационного участка по энергетическому потенциалу системы 𝐿_Э = 74,6 км

2) Число неразъемных соединений световод-световод 𝑁_Н = 18

3) Длина регенерационного участка по дисперсии: 𝐿_Д = 49,019 км

Таким образом, из двух рассчитанных длин участков наименьшая – длина участка по дисперсии, которая составляет 49,019 км. Значит длина регенерационного участка ВОЛС 49,019 км.

Поэтому, для компенсации дисперсии необходимо устанавливать компенсаторы дисперсии. Они могут быть выполнены с помощью волокна с отрицательной дисперсией или на базе дискретных компонентов, таких как брэгговские дифракционные решетки.

Стандарт G.653 распространяется на одномодовое волокно со смещенной нулевой дисперсией в области 1,55 мкм. Это волокно имеет нулевую дисперсию в области минимальных потерь волокна, что достигается за счет более сложной структуры световедущей жилы, а именно специально заданному распределению коэффициента преломления по диаметру жилы. Волокно типа G.653 используется в протяженных магистральных широкополосных линиях и сетях связи. Оно обеспечивает передачу информации на несколько сотен километров со скоростями до 40 Гбит/с. Однако, по нему можно передавать только один спектральный канал информации. Причина этого заключается в высоких уровнях световой мощности в волокне после усиления и высокой плотности спектрального уплотнения, т. е. необходимости одновременной передачи большого числа независимых спектральных каналов по одному волокну.

Высокая концентрация световой мощности в волокне — G.653 из-за особенностей структуры жилы приводит к проявлению нелинейных эффектов и, в частности, четырехволновому смешению, которое проявляется при нулевой хроматической дисперсии и приводит, в свою очередь, к перекрестным помехам в линии.