Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Курсовой проект - Проектирование волоконно оптических систем передачи информации - файл 1.doc


Курсовой проект - Проектирование волоконно оптических систем передачи информации
скачать (853.5 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc854kb.18.12.2011 19:05скачать

содержание

1.doc





Содержание:
Исходные данные......................................................................................2 стр.

Введение…………………………………………………………………3-4 стр.

Глава 1. Теоритические сведенья

1 Волоконно-оптическая система передачи данных………………...5-10 стр.

1.2 Необслуживаемый регенерационный пункт……………………10-11 стр.

2 Выбор трасы линейного тракта ВОСПИ………………………….11-15 стр.

2.1 Анализ существующих оптических кабелей…………………….....16 стр.

2.2 Выбор трассы проектируемой зоновой сети связи………….….16-18 стр.

3 Источники излучения и передающий оптоэлектронный модуль..18-23 стр.

4 Приемники излучения и приемный оптоэлектронный модуль…..23-26 стр.

^ Глава 2. Практические расчеты.

5 Расчет параметров одномодового оптического волокна………….27-29 стр.

6 Определение длины регенерачионного участка для ВОСПИ…….29-30 стр.

7 Расчет ожидаемой вероятности ошибок регенерации…………….30-31 стр.

Заключение………………………………………………………………...32 стр.

Литература………………………………………………………………....33 стр.
Введение:

Оптическая связь, использующая свет как средство передачи различной информации, имеет ряд отличительных особенностей, не свойственных традиционным средствам связи. Поэтому в различных странах мира научные исследования и разработки в этой области из года в год становятся все более интенсивными. Волоконная оптика знаменует новую эру в развитии современной физики, электроники, оптики, в развитии тех дисциплин, которые так или иначе были связаны с передачей и переработкой больших объемов, или, как сейчас принято говорить, массивов информации. Считается, что телефонные переговоры и передача телепрограмм, осуществляемые по кабелю, несут большой объем информации. Но с точки зрения задач ближайшего будущего количество информации, которое способны передавать современные коммуникационные системы, чрезвычайно мало. В этой ситуации использование оптических способов в системах связи весьма перспективно. Так как частота световых колебаний на несколько порядков выше частоты радиоволн, соответственно во столько же раз увеличивается и информационная пропускная способность волоконно-оптического кабеля по сравнению с обычным высокочастотным. Ожидается, что по одному волокну толщиной с человеческий волос можно будет передавать одновременно информацию, идентичную нескольким тысячам телефонных или десяткам телевизионных каналов. Помимо того, что волоконный кабель лучше приспособлен к работе в условиях мощных электромагнитных помех (сигнал, идущий по волокну, попросту не реагирует на эти помехи), он гораздо легче, а главное – для его изготовления не требуется дефицитная медь. Преимущества оптического кабеля довольно ощутимы при реконструкции коммуникационных систем в крупных городах. Волоконный кабель, во-первых, тоньше, во-вторых, значительно легче – вес его практически определяется весом пластиковой защитной оболочки. Поэтому-то его и проще провести через коммуникационные туннели, трубы, труднодоступные изгибы и т. д. Основные элементы ВОСПИ – это источник излучения, волоконно-оптические кабели (оптические волноводы или световоды), приемники излучения.

Развитие высокоскоростных ВОСПИ органически связано с концепциями постепенного внедрения цифровых сетей и заменой кабелей с металлическими жилами на волоконно-оптические. При этом широко реализуются два основных способа уплотнения информации – временной и пространственной. При проектировании линий связи большой протяженности разработчики ориентируются на величину скорости передачи и число оптических волокон в кабеле выше тех, которые обеспечивают проектную пропускную способность линии. Это позволит значительно повысить надежность эксплуатации ВОСПИ и обеспечит резерв для возможного увеличения пропускной способности системы с минимальными капитальными затратами.

В области ядерной физики и физики высоких энергий ВОСПИ находят применение на ускорителях заряженных частиц, где данные измерений и команды управления технологическими системами ионного источника, расположенного на высоковольтном терминале, необходимо передавать в условиях интенсивных электромагнитных помех, сопровождающих работу форинжектора линейного ускорителя, систем питания ионного источника и радиационного воздействия.

Как показала длительная эксплуатация оборудования этих систем на основе ВОСПИ, аппаратура обеспечила устойчивую и безотказную работу ионных источников. В настоящее время ВОСПИ являются перспективным, и, пожалуй, единственным направлением в создании скоростных и высоконадежных каналов связи на ускорителях заряженных частиц. Оптоэлектронные каналы обусловили качественный скачок в технике передачи информации на синхрофазотроне и заменившем его современном сверхпроводящем ускорителе мирового класса - нуклотроне.

^ Глава 1. Теоритические сведенья

1 Волоконно оптическая система передачи данных

Область возможных применений ВОЛС широка — от линии городской и сельской связи и бортовых комплексов (самолеты, ракеты, корабли) до систем связи на большие расстояния с высокой информационной емкостью. На основе оптической волоконной связи могут быть созданы новые системы передачи информации. Перспективным направлением является применение оптических систем в кабельном телевидении, которое обеспечивает высокое качество изображения и существенно расширяет возможности информационного обслуживания абонентов.

В оптических системах передачи применяются те же методы образования многоканальной связи, что и в обычных системах передачи по электрическому кабелю, т.е. частотной и временной метод разделения каналов. Во всех случаях оптической передачи электрический канал, создаваемый частотным или временным методом, модулирует оптическую несущую. В модулированном виде световой сигнал передается по ОК. В основном, используется способ модуляции интенсивности оптической несущей, при которой от амплитуды электрического сигнала зависит мощность излучения, подаваемая в кабель.

В оптических системах передачи применяется цифровая (импульсная) передача. Это обусловлено тем, что аналоговая передача требует высокой степени линейности промежуточных усилителей, которую трудно обеспечить в оптических системах.

Таким образом, более распространенной волоконно-оптической системой связи является цифровая система с временным разделением каналов и импульсно-кодовой модуляцией, использующая модуляцию интенсивности излучения источника. Дуплексная связь осуществляется по двум волоконным световодам, каждый из которых предназначен для передачи информации в одном направлении. В оптических системах связи используются преимущественно цифровые системы передачи-ИКМ на 30, 120, 480 и 1920 каналов.

Волоконная оптика развивается по разным направлениям:

1. многоканальные системы передачи информации;

2. кабельное телевидение;

3. локальные вычислительные сети;

4. датчики и системы сбора обработки и передачи информации;

Многоканальные ВОСП начинают широко использоваться на магистральных и зоновых сетях связи страны, а также для устройства соединительных линий между городскими АТС. Объясняется это большой информационной способностью ОК и их высокой помехозащищенностью. Особенно эффективны и экономичны подводные оптические магистрали.

На основе ОК создаются локальные вычислительные сети различной топологии (кольцевые, звездные и др.). Такие сети позволяют объединять вычислительные центры в единую информационную систему с большой пропускной способностью, повышенным качеством и защищенностью от несанкционированного допуска.

Волоконно-оптические датчики способны работать в агрессивных средах, надежны, малогабаритны и не подвержены электромагнитным воздействиям. Они позволяют оценивать на расстоянии различные физические величины (температуру, давление, ток и др.). Датчики используются в нефтегазовой промышленности, системах охранной и пожарной сигнализации, автомобильной технике и др.

Перспективным направлением является применение ОК на высоковольтных линиях электропередачи (ЛЭП) для организации технологической связи и телемеханики. Оптические волокна встраиваются в фазу или трос. Здесь реализуется высокая защищенность каналов от электромагнитных воздействий ЛЭП и грозы.

В последнее время появилось новое направление в развитии волоконно-оптической техники — использование среднего инфракрасного диапазона волн 2...10 мкм. Ожидается, что потери в этом диапазоне не будут превышать 0,02 дБ/км. Это позволит осуществить связь на большие расстояния с участками регенерации до 1000 км. Исследование фтористых и халькогенидных стекол с добавками циркония, бария и других соединений, обладающих сверхпрозрачностью в инфракрасном диапазоне волн, дает возможность еще больше увеличить длину регенерационного участка.

Цифровые системы передачи (ЦСП) информации характеризуются специфическими, отличными от аналогов систем, свойствами. Основные преимущества этих систем заключаются в следующем:

- более высокая помехоустойчивость, что позволяет значительно облегчить требования к условиям распространения сигнала линии передачи;

- возможность интеграции систем передачи сообщений и их коммутации;

- незначительное влияние параметров линии передачи на характеристики каналов;

- возможность использования современной технологии в аппаратуре ЦСП;

- отсутствие явления накопления помех и искажений вдоль линии передачи;

- более простая оконечная аппаратура по сравнению с аппаратурой систем передачи с частотным разделением каналов (ЧРК);

- легкость засекречивания передаваемой информации.

Самым существенным достоинством ЦСП предоставляется возможность передачи цифровых данных между ЭВМ и вычислительными комплексами без каких-либо дополнительных устройств преобразования или специальных аппаратных средств. Действительно, параметры стандартного аналогового канала оптимизируются по критериям заданного качества передачи речевого сообщения. Поэтому некоторым характеристикам (таким, как групповое время запаздывания) уделяется меньшее внимание, чем искажениям, оказывающим более ощутимое влияние на качество передачи. Использование аналоговой сети для передачи данных требует специальных мер, приводящих к существенным затратам, для компенсации неравномерности характеристики группового времени запаздывания, что обычно и делается в модемах передачи данных и всевозможных устройствах преобразования сигналов (УПС). В противоположность этому в ЦСП основным параметром, которым характеризуется качество передачи, является коэффициент ошибок. Каналы с малым коэффициентом ошибок в тракте передачи реализуются достаточно просто. В случае необходимости влияние ошибок, возникающих в тракте, можно практически полностью исключить, воспользовавшись теми или иными способами защиты от ошибок.

Структурная схема ВОСП на базе цифровой многоканальной системы передачи с ИКМ показана на рисунке 1.1 , где приведены два комплекта оконечного оборудования и Волоконно оптический тракт. Оконечное оборудование размещено в пунктах А и Б, и состоит из стандартной канало и группообразующей ИКМ аппаратуры и оборудования стыка с оптическим волокном. Оборудование стыка содержит преобразователи кодов , оптоэлектронные модули – передающий и приёмный , линейный регенератор ЛР.



Рис. 1.1 Структурная схема ВОСП при некомпенсированной дисперсии.

Преобразователь кода в пункте А преобразует сигналы биполярного квазитроичного кода в сигналы униполярного кода, подходящего для передачи по ОВ. Передающий оптоэлектронный модуль преобразует электрические импульсы этого кода в оптические. На приёмном конце в пункте Б оптические импульсы в приёмном оптоэлектронном модуле превращаются в электрические импульсы квазитроичного кода, поступающие в аппаратуру ИКМ. Аналогично осуществляется передача в направлении Б-А.

Основу составляет оптический кабель , а так же оптический передатчик в начале системы и оптический приёмник в конце системы. Передатчик выполняет так же роль преобразователя электрического сигнала в оптичекий(ЭОП), а приёмник обеспечивает обратное преобразование оптического сигнала в электрический.

В качестве ЭОП наибольшее применение получили полупроводниковый лазер (ПЛ) и светоизлучающий диод (СД), а в качестве ОЭП – фотодиод (ФД). Кроме того, для преобразования кода и согласования элементов схемы применяются преобразователь кода (ПК), а также согласовывающие оптические устройства (СУ)

Преобразователь кода формирует требуемую последовательность импульсов и осуществляет согласование уровней по мощности между электрическими ИКМ и оптическими (ПЛ,СД,ФД) элементами схемы. Передающие и приёмные согласовывающие устройства СУ формируют и согласовывают диаграммы направленности и апертуру между прёмно-передающими устройствами и кабелем.

На прёмном конце оптический сигнал через приёмное согласующее оптическое устройство поступает в фотодиод, где он преобразуется в электрический сигнал и через преобразователь кода поступает на приёмник ИКМ.

В реальных условиях оказалось весьма целесообразным и практичным все элементы оптического передатчика, а так же оптического приёмника изготовлять в виде компактного устройства квантово-электронного модуля КЭМ. Такой модуль включает в себя ЭОП на передаче , а также преобразователь кода и согласующее устройство.

1.2. Необслуживаемый регенерационный пункт.

Принцип работы необслуживаемого регенерационного пункта поясняет принципиальная схема , представленная на рисунке 1.2. В НРП происходит преобразование ослабленных и искажённых оптических сигналов в электрические их усиление , выработка исходзной формы и временных соотношений сигналов, после чего они снова преобразуются в оптические. Со стороны А и со стороны Б к НРП подведены по два ОВ, одно из которых используется для передачи сигналов в направлении А-Б, другое – в направлении Б-А. Если в оптическом кабеле используются m пар ОВ для работы m систем передачи , то в регенерационном пункте устанавливается m регенераторов . Аналогичный линейному регенератору необслуживаемого регенерационного пункта блок ЛР устанавливается на приёмной стороне оконечной станции.



Рис.1.2 Структурная схема необслуживаемого регенерационного пункта: РОС-разъёмный оптический усилитель, ПОМ и ПРОМ-передающий и приёмный оптоэлектронные модули, УК-усилитель корректор, ПУ-пороговое устройство, УС-устройство синхронизации.
^ 2 Выбор трассы линейного тракта ВОСП.

При проектировании трактов оптической связи необходимо в первую очередь принять оптимальные решения по выбору волоконно-оптической системы передачи, типу ОК и по вопросу энергообеспечения магистрали.

Современная промышленность выпускает систему передачи «Сопка-3», которая работает на длине волны 1,3 по многомодовому градиентному оптическому кабелю. На данный момент времени целесообразно использовать аппаратуру, работающую на длине волны 1,55 , так как при использовании данной длины волны увеличивается длина регенерационного участка. Более предпочтительнее выглядит система передачи «Сопка-3м», работающая на ?=1,55 по многомодовому градиентному оптическому кабелю.

У выше перечисленных систем используется многомодовый кабель, у которого имеет место модовая дисперсия, которая отсутствует в одномодовых кабелях.

Различают 3 основных типа: кабельные, воздушные, волоконно-оптические. Кабельные и воздушные линии относятся к проводным линиям, у которых направляющие системы образуются системами «проводник-диэлектрик». А волоконно-оптические линии представляют собой диэлектрические волноводы, направляющая система которых состоит из диэлектриков с различными показателями преломления, в которых осуществляется передача световых сигналов микроволнового диапазона волн от 0,8 до 1,6 мкм.

^ Оптический кабель (ОК) состоит из скрученных по определенной системе оптических волокон из кварцевого стекла (световодов), заключенных в общую защитную оболочку. При необходимости, кабель может содержать силовые (упрочняющие) и демпфирующие элементы. Существующие ОК по своему назначению могут быть классифицированы на 3 группы: магистральные, зоновые и городские. В отдельные группы выделяются подводные, объектовые и монтажные ОК.

Магистральные ОК предназначаются для передачи информации на большие расстояния и значительное число каналов. Они должны обладать малыми: затуханием и дисперсией и большой информационно-пропускной способностью. В таких кабелях используется одномодовое волокно с размерами сердцевины и оболочки 8/125 мкм. Длина волны лежит в диапазоне от 1,3...1,55 мкм.

Зоновые ОК служат для организации многоканальной связи между областным центром и районами с дальностью связи до 250 км. Используются градиентные волокна с размерами 50/125 мкм. Длина волны 1,3 мкм.

Городские ОК применяются в качестве соединительных между городскими АТС и узлами связи. Они рассчитаны на короткие расстояния (до 10 км) и большое число каналов. Волокна градиентные (50/125 мкм). Длина волны 0,85 и 1,3 мкм. Эти линии, как правило, работают без промежуточных линейных регенераторов.

Подводные ОК предназначаются для осуществления связи через большие водные преграды. Они должны обладать высокой механической прочностью на разрыв и иметь надежные влагостойкие покрытия. Для подводной связи важно иметь малое затухание и большие длины регенерационных участков.

Объектовые ОК служат для передачи информации внутри объекта. Сюда относятся учрежденческая и видеотелефонная связь, внутренняя сеть кабельного телевидения, а также бортовые информационные системы подвижных объектов (самолет, корабль и др.).

Монтажные ОК используются для внутреннего и межблочного монтажа аппаратуры. Они выполняются в виде жгутов или плоских лент.

^ Многомодовое волокно. Многомодовое волокно - оптоволокно, диаметр сердцевины которого составляет от 50 до 125 микрон. Этот наиболее распространенный тип волокна способен передавать несколько мод (независимых световых путей) с различными длинами волн или фазами. Однако большой диаметр сердцевины приводит к тому, что световой пучок отражается от поверхности сердцевины чаще, а это чревато сильной дисперсией. Дисперсия ограничивает пропускную способность и расстояние между повторителями. Пропускная способность многомодового волокна составляет примерно 2,5 Гбит/с.



Рис.1.3 Многомодовое волокно со ступенчатым показателем преломления.
Одномодовое волокно. Одномодовое волокно - оптоволокно с очень узкой сердцевиной - с диаметром 10 микрон или меньше. Служит оно для высокоскоростной передачи на большие расстояния. Благодаря тому, что диаметр сердцевины невелик, световой луч отражается от поверхности сердцевины гораздо реже, в результате дисперсия меньше. Как следует из названия, тонкое волокно передает только одну моду или световой несущий сигнал. Пропускная способность одномодового волокна составляет приблизительно 5 Гбит/с.



Рис.1.4 Одномодовое волокно

Оптический кабель. Оптический кабель состоит из нескольких волокон и упрочняющего материала типа пластика, стекловолокна или металла. Кабели общего назначения не имеют огнестойких свойств, поэтому они могут быть проложены только в огнестойких кабелепроводах. Пленумные кабели прокладываются, например, в воздуходувах над фальш-потолком. Шахтные кабели предназначены для прокладки в вертикальных шахтах между этажами.

^ Оптические соединители. С оптоволокном используются самые разные соединители. FSD - это первый двусторонний соединитель FDDI с боковой защелкой. IBM разработала ESCON, использующий убирающийся кожух. Другими типами соединителей являются поворотные штыковидные ST-муфты и защелкивающиеся SC-муфты.

^ Темное волокно. Темное волокно - оптоволокно, не передающее сигнал. Данный термин часто применяется для обозначения проложенного, но не используемого волокна. Темное волокно применяется, в частности, при описании незадействованного потенциала глобальной системы связи.

FDDI. Распределенный интерфейс для оптических линий - это стандарт ANSI на сети передачи данных на 100 Мбит/с. Протокол FDDI предоставляет сетевые сервисы на физическом и канальном уровне, как Ethernet и Token Ring; он использует кольцевую топологию. Стандартной средой передачи в FDDI является оптоволокно, но на коротких отрезках это может быть кабель с медными витыми парами; версия FDDI под названием TP-PMD (сокр. от англ. - витая пара, зависимость от физической среды) на коротких отрезках предусматривает использование UTP Категории 5. (TP-PMD иногда называют CDDI, но в действительности CDDI - это торговая марка Crescendo Communications.)

FDDI-2. Усовершенствование FDDI, FDDI-2 также работает на скорости 100 Мбит/с, но позволяет выделять часть ширины полосы под аналоговые каналы на 64 Кбит/с для аудио- и видеоданных.

Fibre Channel. Стандарт ANSI на высокоскоростной последовательный интерфейс, Fibre Channel, обеспечивает скорость передачи данных до 1,06 Гбит/с. Часто используемый в магистралях Fibre Channel организуется обычно по оптоволокну (как и следовало ожидать, судя по имени), но он может также передаваться по витой паре или коаксиалу. Стандарт Fibre Channel имеет пять уровней: FC-0 определяет физическую часть Fibre Channel, FC-1 - протокол передачи, FC-2 - сигнальный протокол и структуру кадров, FC-3 - набор общих сервисов, а FC-4 отвечает за взаимодействие между нижними уровнями Fibre Channel и высокоуровневыми протоколами (такими как IP).

SONET. Синхронная оптическая сеть, или SONET - это волоконно-оптическая система передачи высокоскоростного трафика; обычно она развертывается в крупных самовосстанавливающихся кольцах. Базовая скорость передачи SONET равна ОС-1 (51,84 Мбит/с) с возможностью расширения до OC-192 (9,95 Гбит/с). Сеть SONET способна передавать frame relay, ATM, SMDS, ISDN, Switched 56 и другие виды цифрового трафика.

WDM. Мультиплексирование по длине волны, или WDM, повышает емкость оптоволокна за счет передачи сигналов на разных длинах волн. Термин "мультиплексирование по длине волны" относится к любой волоконно-оптической системе, где два или более сигналов передаются на разных длинах волн. MCI предлагает наиболее передовые системы WDM; в начале 1996 года она объявила о системе с четырьмя длинами волн (Quad-WDM).
^ 2.1 Анализ существующих оптических кабелей

Поскольку ОК менее прочные, чем традиционные кабели» они должны быть надежно защищены от вредных воздействий окружающей среды и деятельности человека. К этим воздействиям относятся: механические нагрузки - натяжение, изгиб, сдавливание, кручение, удары; перепады температуры, проникновение воды, длительное воздействие нефтепродуктов и огня, грызуны. В конкретных конструкциях предусматривается защита от этих воздействий путем выбора соответствующих конструкций кабелей и мероприятий по дополнительной защите.

Условия существования кабелей на магистральных, внутризоновых, местных, объектовых (локальных) сетях связи различны, и используемые конструкции могут довольно значительно отличаться друг от друга по конструкции не только сердечника, но оболочек и наружных покровов. Так, магистральные ОК могут прокладываться непосредственно в земле, в кабельной канализации, коллекторах, тоннелях, в водной среде (реки, озера, моря), в воздухе. Большая часть кабелей внутризоновых и местных сетей находится в аналогичных условиях. В значительно более легких условиях работают ОК объектовых сетей, в основном прокладываемые в помещениях

^ 2.2Выбор трассы проектируемой зоновой сети связи

Трасса для прокладки оптического кабеля (ОК) выбирается исходя из следующих условий:

- выполнение наименьшего объема работ при строительстве;

- наименьшая протяженность трассы;

- возможности максимального применения наиболее эффективных средств индустриализации и механизации строительных работ;

- наименьшее число препятствий, усложняющих и удорожающих стоимость строительства, (реки, карьеры, автомобильные и железные дороги, подземные сооружения и прочие препятствия);

- удобства эксплуатации сооружений и надежности их работы.

Проектируемая трасса волоконно-оптической системы передачи будет проходить по территории Еврейской Автономной Области. Анализируя топографическую карту ЕАО, можно сделать вывод, что прокладка проектируемой зоновой линии связи, расположенная между пунктами,Вулканешты и Дондюшень, может быть выбрана по двум вариантам:

- вдоль автомобильной дороги;

- по высоковольтным линиям (ВЛ).

Обычно, из приведенных выше вариантов предпочтение отдается прокладке кабеля вдоль автомобильных дорог, так как в этом случае облегчается обслуживание кабельной линии связи. Кроме того, уменьшаются капитальные затраты и эксплуатационные расходы, так как оптический кабель, встроенный в грозозащитный трос стоит дороже, чем обычный оптический кабель, и при подвеске кабеля на опоры ВЛ необходимо будет выплачивать за их аренду, электросетям соответствующую плату, кроме того длина линии электропередачи, относительно автомобильной дороги, больше.

ВЛ расположена вдали от автомобильных дорог, не имеет подъездных путей, что затруднит обслуживание кабельной магистрали.

Прокладку кабеля в крупных населенных пунктах будем производить по существующей телефонной канализации. При прокладке в кабельной канализации оптический кабель следует укладывать в свободном канале. Прокладку кабеля в грунт будем осуществлять механизированным способом с помощью кабелеукладчика при температуре окружающей среды не ниже +10 °С на глубину 1,2 метра.

Определение длины регенерационного участка ВОЛС производится на основе заданных параметров качества связи и пропускной способности линии после того, как выбрана типовая система передачи и оптический кабель. Качество связи в цифровых системах передачи в первом приближении определяется уровнем флуктуационных шумов на входе фотоприемника и межсимвольной интерференцией, то есть перекрытием импульсов при их уширении. С ростом длины линии уширение импульсов, характеризуемое величиной , увеличивается, вероятность ошибки возрастает. Таким образом, длина регенерационного участка ограничивается либо затуханием, либо уширением импульсов в линии.

В состав оконечного и промежуточного оборудования входят устройства, обеспечивающие функционирование информационного тракта, сервисных систем (телеконтроль, служебная связь).

При расчете необходимого оборудования следует учесть показатели рассчитанные в предыдущих пунктах. Рассчитанная длина регенерационного участка превышает длины между ОП-ОРП-ОП

Под надежностью системы следует понимать ее способность выполнять заданные функции с заданным качеством в течение некоторого промежутка времени в определенных условиях. Изменение состояния системы, которое влечет за собой потерю указанного свойства, называется отказом. Система передачи относится к восстанавливаемым системам, в которых отказы можно устранять. По теории надежности отказы рассматриваются как случайные события. Интервалом времени от момента включения до первого отказа является случайной величиной, называемой «время безотказной работы».
^ 3 Источники излучения и передающий оптоэлектронный модуль

Источник излучения создает энергию в области видимого света, а также в инфракрасной или ультрафиолетовой частях спектра электромагнитных волн. Созданная источником оптическая волна модулируется передаваемым сообщением и направляется по световоду к получателю, в качестве которого на приемном конце используется фотодетектор (фотодиод).

Источником излучения может быть светодиод, суперлюминесцентный светодиод или полупроводниковый лазер. Довольно часто применяются относительно дешевые суперлюминесцентные светодиоды, излучение которых некогерентно, но имеет относительно узкий спектр. Для скоростных и протяженных ВОСПИ наиболее перспективно применение полупроводниковых лазеров, создающих когерентное (то есть с очень узким спектром) излучение.

В качестве световодов в настоящее время используется кварцевое волокно, состоящее из стеклянного сердечника, окруженного стеклянной оболочкой, диаметром порядка 100 мкм, причем оптическая плотность (то есть показатель преломления света) оболочки меньше, чем сердечника, вследствие чего световой луч испытывает полное внутреннее отражение от оболочки и проходит вдоль сердечника. Поверх оболочки положен защитный непрозрачный слой, защищающий луч в сердечнике от внешних помех и не пропускающий его во внешнюю среду.

Потери энергии луча в световоде происходят в основном за счет примесей в стекле, его неоднородности по параметрам и геометрии. Однако уже сейчас созданы световоды с потерями менее 0,5 дБ/км. Для того, чтобы наглядно представить себе, что такое современное оптическое волокно, достаточно сказать, что потери при прохождении света на 1 км длины такого волокна меньше, чем при прохождении света через чисто вымытое оконное стекло.

Назначение источника излучения состоит в преобразовании электрического сигнала в электрическии, который затем передается по ВОСП. Специфика работы ВОСП предьявляют определенные требования к источникам оптического излучения. Основные из них:

Соответствие длины волны излучения одному из минимумов потерь в ОВ.

Высокий уровень мощности выходного излучения.

Наличие условий, обеспечиващих минимальные потери оптического излучения при его вводе в ОВ.

Возможность простого осуществления высокоскоростной модуляции излучения.

Высокая надежность и большой ресурс работы =106 часов.

Минимальные габариты, масса, потребляемая мощность.

Этим требованиям наиболее полно отвечают полупроводниковые источники излучения: светодиоды, суперлюминисцентные диоды и лазерные диоды. Наилутшим источником излчения для ВОСП являются лазерные диоды на основе гетеро- переходов, формируемых в многослойных полупроводниковых структурах на основе GaAs. Лазерные диоды удовлетворяют всем перечисленным выше требованиям.

Полупроводниковые источники излучения обладают практически ценным для ВОСП свойством возможностью непосредственной модуляции излучения. Отдельного модулятора для этих целей не требуется. Модуляция интенсивности излучения осуществляется соответствуещим изменением тока питания накачки источниуа излучения.

^ Парамтры источника излучения:

1 Ватт амперная характеристика – зависимость мощности излучения от тока накачки излучателя при его прямом смещении. Тировые Ватт амперные характеристики приведены на Рис 1.1: для СЛ и СЛД они близки к линейным, а для ЛД нелинейны.



На рис 1.5 показаны спектральные характеристики ИИ.

При токах накачки Iн ниже порогового Iп ЛД работает как СД (источник некогерентного излучения), А при Iн>Iп наступает лазерный режим и прибор генерирует когерентное излучение. Чем больше мощность излучения Ри при заданном токе накачки, тем выше КПД источника излучения.

2 Рабочая длина волны и спектральная ширина линии излучения. На рис 2 показаны спектральные характеристики источника излучения.

Излучение любого реального источника излучения имеет:

Конечную ширину спектральной линии.

Излучения определяемую по уровню половинной мощности:

Чем меньше ширина спектральной линии излучения, тем меньше хроматическая дисперсия возникает в ОВ.



Рис.1.6 Спектральные характеристики ИИ.
3 Максимальная частота модуляции излучения (оценивает быстродействие источника излучения) равна частоте модулируещего сигнала, при которой амплитуда переменной состовляющей мощности излучения снижается в 2 раза относительно мощности немодулируемого излучения. Этот параметр равен десяткам сотен МГц для СД и СЛД и долям еденицам ГГц для ЛД.

4 Модовый состав излучения может быть различным; СД и СЛД являются источником многомодового излучения; ЛД выпускаются 2 типов одно и многомодовые.

5 Температурные характеристики. СД иСЛД являются достаточно термостабильными элементами, а мощность излучения ЛД сильно зависит от температуры, и при работе в широком температурном диапозоне требуется схема термокомпенсации.

6 Ресурс работы СД и СЛД состовляет (104…105) часов. Последняя цифра приемлена дла наземных систем, но недостаточна для подводных трансокеанских.

При выборе источника излучения необходимо учитовать: мощность излучения, ширину диаграммы направленности, длину волны излучения, ширину спектра излучения, линейность ватт- амперной характеристики, быстродействие.

Ширина спектра излучения оказывает существиное влияние на значение хроматической дисперсии в ОВ. Требуемая мощность излучения должна перекрывать потери на ввод излучения в ОВ и затухание в волоконно-оптическом тракте.

Следуещим этапом является выбор схемы модуляции. При аналоговой передаче чаще ипользуют светодиод или суперлюминисцентный диод, имеющие линейные характеристики; для цифровой передачи предпочтение отдается лазерному диоду. В любом случае быстродействие источника излучения должно обеспечивать заданную ширину полосы пропускания при аналоговой передачи или необходимую скорость модуляции – при цифровой.

После выбора схемы модуляции следует рассчитать среднее значение мощности излучения и определить потери при его вводе в ОВ. Если введенная мощность недостаточна, то можно рассмотреть другие методы модуляции или кодирования, повышающие среднее значение мощности излучения, либо использовать другой источника излучения. Затем следует определить отношение сигнала к шуму, потребляемую мощность и температурную нестобильность мощности излучения.

^ 4 Приемники излучения и приемный оптоэлектронный модуль

Приемниками излучения называют устройства, преобразующие оптическую энергию в электрическую, которая затем подвергается обработке электронными схемами приемного оптоэлектронного модуля (ПРОМ). Идеальный приемник излучения должен:

- точно воспроизводить форму принимаемого сигнала;

- обеспечить максимальную мощность электрического сигнала в своей нагрузке при заданной мощности оптического сигнала;

- не вносить дополнительного шума в принимаемый сигнал;

- обладать большим динамическим диапазоном;

- иметь небольшие размеры, высокую надежность, малую стоимость, низкие питающие напряжения.

В ВОСП в качестве ПИ используются фотодиоды (ФД), к которым предъявляются следующие основные требования :

- высокая чувствительность;

- требуемые спектральная характеристика и широкополосность;

- низкий уровень шумов;

- требуемое быстродействие;

- большой срок службы.

Основным параметром ПРОМ является чувствительность – минимальная средняя во времени мощность сигнала на входном полюсе, при которой обеспечивается требуемое значение коэффициента ошибок.

Чувствительность ПРОМ зависит от параметров приемника излучения (ФД, ЛФД) и шумовых показателей предусилителя. По этой причине к схемотехнике входных каскадов ПРОМ предъявляются специфические, зачастую противоречивые требования: минимальный уровень шумов в заданной полосе пропускания (для заданной скорости) при широком динамическом диапазоне .

В этой связи малошумящие предварительные усилители для ПРОМ выполняют по двум основным схемам:

- высокоимпедансный ( с большим входным импедансом Rвх ).

- трансимпедансный (с отрицательной обратной связью с помощью резистора Roc).

В высокоимпедансном усилителе для снижения уровня шума добиваются высокого входного сопротивления (метод простой противошумовой коррекции). Это неизбежно сужает динамический диапазон и полосу пропускания усилителя. Для ее восстановления используют корректор АЧХ, который в цифровых системах называют выравнивателем. Во второй схеме для расширения полосы пропускания используют параллельную отрицательную обратную связь. Полоса пропускания расширяется за счет снижения динамического входного сопротивления усилителя. Трансимпедансный усилитель уступает высокоимпедансному по шумам, но зато обладает более широким динамическим диапазоном.

ПРОМ преобразует оптический сигнал, поступающий на его вход, в электрический сигнал в коде СMI и усиливает последний с минимальным уровнем шумов.
^ Параметры фотодиодов:

1. Токовая чувствительность Ri показывает эффективность преобразования фотодиодом оптической мощности в электрический ток. Например для идеального ПИ =1 и

0.68 А/Вт для =0,85 мкм

Ri = 1,04 А/Вт для =1,3 мкм

1,24 А/Вт для = 1,55 мкм

У реальных ФД <1 и Ri=0.4…0.8 A/Вт.

В практических системах на приёмном конце мощность сигнала составляет ориентировочно – 1…10 нВт, фототок в нагрузке ФД Iф 0,5…5 нА. Столь низкие значения тока трудно регистрировать электронными схемами.

ЛФД обладает механизмом внутреннего усиления фототока (за счёт лавинного умножения), и его фототок.

Iф=qм/h=RiMPA

Где М- среднее во времени значение коэффициента лавинного умножения.

При использовании ЛФД облегчаются требования к усилителю фототоков следующему за ПИ.

2. Темновой ток ФД Iт – ток, текущий в цепи его нагрузки в отсутствие оптического сигнала. Темновой ток – паразитный параметр, поскольку создаёт дробовой шум и ограничивает чувствительность ПИ.

3. Спектральные характеристики ПИ – зависимо токовой чувствительности от длины волны излучения (Рис.3.3)



Рис.1.7. Спектральные характеристики ПИ
4. Граничная частота полосы пропускания fгр принимаемого сигнала, это частота, при которой токовая чувствительность ПИ излучения снижается до её половинного значения для случая приёма немодулированного излучения. Граничная частота современных ПИ составляет доли единиц(ГГц).

5. Рабочее напряжение смещения и ёмкость перехода ПИ. ФД работают в ВОСП в фотодиодном режиме (с обратным напряжением смещения). При этом снижается их ёмкость (до нескольких едииц, пикофарад) и увеличивается граничная частота по сравнению с фотовольтаическим режимом (работы без смещения). Снижение ёмкости ФД важно при создании широкополосных ПРОМ и приводит к уменьшению его суммарного уровня шума.

6. Динамический диапазон ПИ характеризует его способность преобразовать как самые малые так и большие уровни оптического сигнала. Снизу он ограничен дробовыми шумами ФД, а сверху – нелинейными искажениями и составляет 50…60 Дб в зависимости от материала полупроводника.

7. Щумовые характеристики. Практически единственным источником шума ФД является дробовой шум темнового тока, описываемый формулой Шоттки

2 = 2q IтF, А2

Где Iш – cреднеквадратичное значение дробового шума.

Iт – темновой ток.

F= fв-fн – ширина полосы ропускания приёмного устройства.


Глава 2 Практические расчеты.

^ 5. Расчет параметров одномодового оптического волокна

1) Относительное значение показателя преломления определяется следующей формулой:

(5,1)

где: n1- показатель преломления сердечника

n2- показатель преломления оболочки

2) Апертурный угол и числовая аппертура

(5,2)

где :-апертурный угол падения луча А.

3) Нормированная частота, которая характеризуется радиусом сердечника световода и длиной волны

(5,3)

4) Критическая частота может определяться выражением:

где: С0-скорость света в вакууме
d-диаметр напровляющихся световода

Pmn-значение параметра хар-щий тип волны

(5.4)

5) Особо важный параметр для расчета является критическая длина волны

(5,5)

6) Коэфициент затухания связанный с поляризацией сердцевины оптического волокна определяется вырожением

(5,6)
7) Коэфициент затухания связанный с поглощением ионов в переходных металлах.

(5,7)

8) Коэфициент затухания связанный с поглощением гидроксидной группы ОН

(5,8)

9) Коэфициент затухания связанный с дисперсией сигнала

(5,9)

где: -коеффицент для материала SiO2

10) Суммарный коэфициент затухания

(5,10)

11) Километрическая дисперсия

(5,11)

где: -ширина спектральной линии передачи для оптического волновода.

12) Километрическая дисперсия сердцевины волокна

(5,12)

13) Суммарная километрическая дисперсия

(5,13)

14) Километрическая полоса передачи для одномодового оптического волокна

(5,14)

15) Полоса передачи одномодового оптического волокна для трафика длинной Lрег

(5,15)
^ 6) Определение длины регенерационного участка для ВОСП

1) Определение критической скорости передачи символов в линии

(6,1)

Где W=Q-аиввп=33.5-4,7-1,3=27,5

2) Определение максимальной и минимальной длины участка регенерации

так как Вкрпер сист определение максимальной и минимальной длины участка регенерации будет вычисляться по следующей формуле:

(6.2)

где lc строительная длина кабеля, которая вычисляется по формуле

lc=0,7 lc1+0,3 lc2=5,4 км, (6.3)

lc1=6,0км и lc2=4,0 км я их выбрал чтобы добиться меньше сварочных соединений, а значит и меньше затухание.

(6.4)

3) Определение длительности фронта оптического импульса на выходе передающего оптоэлектронного модуля

(6,5)

4) Определение длительности фронта оптического импульса при распространении по ОВ

(6,6)
5) Определение длительности фронта оптического импульса в приёмном оптоэлектронном модуле

(6,7)

где: -ширина полосы передачи при уровни мощности сигнала 0,5 в [МГц]

6) Определение длительности фронта оптического импульса после прохождения участка регенерации

(6,8)

7) Проверка выполнения условия что длительность фронта импульса в конце регенирационного участка не должна превышать допустимого значения.

Условие выполняется только для кода NRZ





где: -длительность единичного интервала при скорости передачи символов в линии
7) Расчёт ожидаемой вероятности ошибок регенерации.

1) Расчёт мощности и уровня тепловых помех.

(7.1)

где: -1,38*10-23[дж/к] const Больцмана

-3000К абсолютная температура

-ширина полосы частот [Гц]

(7,2)

2) Расчёт мощности и уровня дробовых помех.

(7,3)

где: =6,6*10-34[дж/Гц] const Планка

-частота оптической несущей [Гц]

(7,4)

3) Расчитываем уровень общих помех

(7,5)

Fш- коэфициент шума я выбрал равным 15 дБм, так как при данном значении вероятность ошибки будет меньше заданной в условиях.
4) Расчитываем уровень мощности передачи

(7,6)

5) Расчитываем ожидаемое значение защищённости сигнала от помех.

(7.7)

где

6) Расчитываем показатель степени ошибок

(7,8)

7) Расчёт вероятности ошибки

(7,9)

Полученное значение удовлетворяет заданному условию.
Заключение

При проектировании данного курсового проекта был рассчитан линейный тракт длиной 542км. Где требовалось выбрать тип оптического волокна и все техническое оборудование на протяжении всего расстояния. При расчитывании максимальной длины регенерационного участка приобладала дисперсия и пришлось расчеты проводить по другим формулам. Тагже при расчитывании уровня общих помех, возникли не удовлетворительные паказания которые, в дольнейшем сказались бы на показателе степени ошибок. Пришлось коеффицент шума взять не 17 а 15 дБм.

При ознокомлении с материалом я ознакомился с достоинствами волоконно-оптических линий связи, которыми являются: низкие потери, большая пропускная способность, малые масса и габаритные размеры, экономия цветных металлов, высокая степень защищенности от внешних и взаимных помех.

При проектировании строительства и реконструкции кабельных линий связи должны выполняться требования экологической безопасности и охраны здоровья населения, предусматриваться мероприятия по охране природы, рациональному использованию природных ресурсов, оздоровлению окружающей природной среды.
Литература.

1.Гроднев И.И. Волоконно-оптические линии связи. – М.: Радио и связь, 1990.

2.Интернет страница http://www.energy-telecom.sitek.ru/

3.Интернет страница http://www.morion.ru/

4.Научно-технический журнал по проводной и радиосвязи, телевидению, радиовещанию «Электросвязь». – М.,№2 1999г.

5.Научно-технический журнал по проводной и радиосвязи, телевидению, радиовещанию «Электросвязь». – М.,№5 1997г.

6.Гроднев И.И. Оптоэлектронные системы передачи информации. – Радио и связь, «Знание» №6 1991г.

7.Кудашова Л.В. Учебное пособие по курсовому и дипломному проектированию многоканальных систем передачи. – Хабаровск, ХФ СибГУТИ 1998г.

8.Двуреченская К.А. Оборудование третичного временного группообразования (ОТГ-32Е) АТИЦ.465413.008. Паспорт и техническое описание. 1995г.

9.Нормы на электрические параметры цифровых каналов магистральных и внутризоновых первичных сетей. Приказ №92 от 10.08.96

10.Бурдин В.А. и др. Проектирование волоконно-оптических линий связи. Учебное пособие по дипломному проектированию. – М. : МТУСИ, 1992

11.Заславский К.Е. Волоконно-оптические системы передачи. Часть 1.Новосибирск 1994г.

12.Заславский К.Е. Волоконно-оптические системы передачи. Часть 2.Новосибирск 1995г.

13.Берганов И.Р., Гордиенко В.Н., Крухмалев В.В. Проектирование и техническая эксплуатация систем передачи. – М. : Радио и связь, 1989

14.Алексеев Е.Б. Особенности эксплуатации ВОЛС и пути повышения их функционирования. Электросвязь №5, 1997



2


Изм

Лист

Документа

Подпись

Дата

Выполниларапрарарапрарарапрарарапрарарапрарарапрарарапрарарапрарарапрарарапрарарапрарарапрарарапрарарапрарарапрарарапрарарапрарарапрарарапрарарапрарарапрарл

Проверил

Техн конт.

Утвердил

Колисниченко

Пэдуре И.



Буква

Лист

Листов

IMT 056 003 П.З.


Проектирование волоконно оптических систем передачи информации


UTM FRT TLC-022

UTM FRT

IMT - 056





Скачать файл (853.5 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации