 ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ Сила воли ведет к действию, а позитивные действия формируют позитивное отношение Как определить диапазон голоса - ваш вокал Игровые автоматы с быстрым выводом Как самому избавиться от обидчивости Противоречивые взгляды на качества, присущие мужчинам Вкуснейший "Салат из свеклы с чесноком" Натюрморт и его изобразительные возможности Применение, как принимать мумие? Мумие для волос, лица, при переломах, при кровотечении и т.д. Как научиться брать на себя ответственность Зачем нужны границы в отношениях с детьми? Световозвращающие элементы на детской одежде Как победить свой возраст? Восемь уникальных способов, которые помогут достичь долголетия Классификация ожирения по ИМТ (ВОЗ) Глава 3. Завет мужчины с женщиной
Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.
| Работа с программой «Tfotl» 12
МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА И СВЯЗИ УКРАИНЫ Одесская национальная академия связи им. А.С. Попова КАФЕДРА ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ИНЕРЦИОННОСТИ КОМПОНЕНТОВ ВОЛОКОННО–ОПТИЧЕСКОГО ЛИНЕЙНОГО ТРАКТА НА ДЛИНУ УЧАСТКА РЕГЕНЕРАЦИИ Методическое руководство к лабораторно-практической работе №201 по курсу «ОТСС» Одесса 2008 УДК 681.7.068:621.37/39
Исследование влияния инерционности компонентов волоконно-оптического линейного тракта на длину участка регенерации: Метод. руководство к лабораторно-практической работе №201. Одесса: Изд. центр ОНАС им. А.С. Попова, 2008. – 20 с.: ил.
Методическое руководство к выполнению лабораторных и проведению практических занятий по исследованию влияния инерционности компонентов линейного тракта на длину регенерационного участка ВОСП.Представлен алгоритм и программа «Tfotl» расчета параметров линейного тракта ВОСП с учетом инерционности приемо-передающего оборудования и дисперсии сигнала в оптическом волокне. Приведен пример расчета цифрового тракта SDH уровня STM-1.
Для студентов, обучающихся по специальности «Телекоммуникации».
Составители:В.И. Корнейчук, О.Н. Кись,
Рецензент – проф. Ю.А. Павличенко Одобрено На заседании кафедры Телекоммуникационных систем и рекомендовано к печати Протокол № _ от «__» ноября 2008 г.
Содержание Цель работы 2 Ключевые положения 2.1 Упрощенный подход 2.2 Строгий подход 2.3 Алгоритм проектирования ВОЛТ по параметрам инерционности 3 Ключевые вопросы 4.Домашнее задание Лабораторное задание 5.1 Работа с программой «Tfotl» 5.2 Расчет максимальной длины регенерационного участка 6 Содержание протокола Список литературы Приложения П.1 Пример проектирования ВОЛТ СЦИ уровня STM-1 с одномодовым ОВ П.2 Программа расчета параметров инерционности ВОЛТ П.2.1 Модель ВОЛТ П.2.2 Блок-схема программы «Tfotl» Цель работы Исследование влияния инерционности (ограниченности полосы пропускания) приемо-передающего оборудования и оптического волокна на длину регенерационного участка цифровой ВОСП.
Ключевые положения Под волоконно-оптическим линейным трактом (ВОЛТ) понимают комплекс технических устройств, предназначенных для передачи оптического линейного сигнала с определенной длиной волны, компенсации затухания в среде передаче, коррекции искажений сигнала, и обеспечивающих требуемые значения коэффициента ошибок (BER) в цифровой системе передачи. Длина участка регенерации – это максимально допустимое расстояние между передающим и приемным оборудованием ВОСП, при котором обеспечивается заданный (рекомендацией, стандартом) коэффициент ошибок. Например, для SDH BER = 10–10.
Длина регенерационного участка ВОСП может ограничиваться двумя факторами – затуханием сигнала и искажениями длительности импульсов. Поэтому при проектировании ВОСП длина участка регенерации рассчитывается и по затуханию, и по инерционности, а затем выбирается меньшее значение. Рассмотрим, как ограничивается максимальная длина регенерационного участка с при искажениях формы импульсов.
2.1 Упрощенный подход При упрощенном проектировании ВОСП считают, что приемо-передающее оборудование безынерционно*, а искажение длительности оптического сигнала вызывают дисперсионные процессы в оптическом волокне. Тогда максимальная дальность передачи, ограниченная дисперсией, рассчитывается исходя из эмпирического предположения, что накопленное на участке регенерации уширение импульсов не должно превышать четверти от тактового (единичного) интервала линейного цифрового сигнала
где – инерционность (ограниченность полосы пропускания) передающего и приемного устройств; – тип используемого цифрового линейного сигнала (NRZ, RZ или другого), а значит ширина его спектра частот.
2.2 Строгий подход
В процессе инженерного проектирования ВОЛТ необходимо учитывать как инерционность передающего и приемного устройств, так и дисперсию сигнала в ОВ, поскольку эти факторы вызывают межсимвольную интерференцию (МСИ) и наряду с затуханием ограничивают дальность/качество передачи. Инерционность активных и пассивных компонентов цифровых ВОЛТ принято оценивать таким параметром, как время нарастания фронта импульса (ВНФИ). 1. Время нарастания ЭОП tн эоп – это время, в течение которого выходная оптическая мощность P(t) нарастает с 10 % до 90 % от установившегося значения при входном сигнале в виде ступеньки тока. Принцип измерения времени нарастания показан на рис. 2.2, а. Входной ток (ток накачки iн(t)) ЭОП заставляет оптическую мощность, излучаемую ИИ, возрастать от нуля до некоторого установившегося значения. Выходной оптический сигнал на рис. 2.2, а соответствует сигналу на выходе широкополосного приемного устройства, используемого для измерения этой мощности. Время нарастания фронта импульса и ширина полосы пропускания электрического сигнала ЭОП по уровню –3 дБ (половина от максимума) связаны следующим соотношением (для случая гауссового импульсного отклика) f–3дБ = 0,35/tн эоп.
f–3дБ = 0,35/tн оэп.. (1.2) На этой частоте мощность электрического сигнала в нагрузке ОЭП равна половине от значения, полученного при очень низких частотах модуляции гармоническим сигналом, предполагая в обоих случаях одинаковую среднюю мощность оптического сигнала, поступающего на ПИ. 3. Инерционным (частотно ограниченным) элементом линейного тракта ВОСП является и среда передачи – оптическое волокно. Пусть в ОВ длиной l, км вводится оптический импульс мощностью Р1 и длительностью t1, рис. 2.3. На выходе ОВ импульсная мощность сигнала Р2 < P1 вследствие затухания, а его длительность по полувысоте t2 > t1*. Увеличение длительности импульса при его распространении по ОВ в ВОСП называют дисперсией сигнала. Чем длиннее оптический тракт, тем больше длительность сигнала на его выходе. При значительной дисперсии в цифровом линейном тракте возникает межсимвольная интерференция и, как результат, появление ошибок при регенерации.
Дисперсия сигнала имеет размерность времени и определяется как среднеквадратическое значение (скз) разности длительностей импульсов на выходе t2 и входе t1 ОВ длиной l sскз(l) = В рекомендациях и стандартах нормируются следующие параметры широкополосности ОВ: – для ступенчатых (СОВ) и градиентных (ГОВ) многомодовых – коэффициент широкополосности КF, МГц×км (значение ширины полосы пропускания ОВ длиной 1 км), т.е. нормирование в частотной области; – для одномодовых – коэффициент дисперсии, пс/(нм×км) (значение уширения сигнала с шириной оптического спектра 1 нм при распространении в ОВ длиной 1 км), т.е. нормирование во временной области; В ОВ существует несколько видов дисперсии (рис. 2.4) вызванных следующими причинами: – отличием в траекториях направляемых мод – модовая дисперсия sмод (присутствует в многомодовых ОВ); – немонохроматичностью распространяющегося по ОВ излучения – хроматическая дисперсия sхр. Немонохроматичность света проявляется двояко: – различием в скорости распространения двух взаимно ортогональных поляризационных составляющих основной моды в одномодовом ОВ – поляризационная модовая дисперсия sпмд. Этот вид дисперсии проявляется и подлежит учету при скорости передачи > 2,5 Гбит/с (STM-16 и выше).
В приведенном ниже алгоритме расчета (см. п.2.3) суммарная дисперсия s (временная область) сигнала в ОВ длиной l пересчитывается в параметр ВНФИ в три этапа: – в эквивалентную ширину полосы пропускания оптического сигнала [1] (частотная область); – затем в ширину полосы пропускания электрического сигнала; При этом принимается, что импульсный отклик длинного ОВ близок к гауссовому [1].
2.3 Алгоритм проектирования ВОЛТ по параметрам инерционности [3] Требуемая ширина полосы пропускания электрического сигнала по уровню 0,5 от максимума мощности импульса на аналоговом выходе ВОЛТ цифровой системы передачи (ЦСП) с тактовой частотой F определяется по формулам
 [FNRZ(МГц)]/2 – для ЦСП с NRZ кодом, FRZ(МГц) – для ЦСП с RZ кодом, FMAN(МГц) – для ЦСП с Манчестерским кодом.
Требуемое время нарастания фронта импульса по значениям 0,1…0,9 на аналоговом выходе ВОЛТ (входе регенератора цифрового сигнала) tн сист (нс) = 0,35/Вэ сист(ГГц).
ВНФИ на выходе ЭОП tн эоп(нс) выбирается из базы параметров ЭОП в зависимости от требуемой скорости передачи. ВНФИ на выходе ООП (оптического волокна в кабеле длиной Lок(км)) ВНФИ, обусловленное хроматической дисперсией,
tн хр(нс) = çsхр[нс/(нм×км)]ç Dl(нм)×Lок(км),
sхр – удельная хроматическая дисперсия ОВ на рабочей длине волны l, Dl – ширина спектра излучения.
Ширина полосы пропускания оптического сигнала, обусловленная модовой дисперсией где КF – коэффициент широкополосности многомодового (ММ) ОВ, lс – строительная длина ОК (lс = 2…7 км), i – число строительных длин на трассе, g – показатель степени длины, указываемый изготовителем ОК для каждого типа ММ ОВ (g = 0,5…0,9). Ширина полосы пропускания электрического сигнала ООП, обусловленная модовой дисперсией Вмод эл (ГГц) =0,71×Вмод опт (ГГц).
ВНФИ на выходе ООП, обусловленное модовой дисперсией,
tн мод(нс) = 0,35/Вмод эл(ГГц).
ВНФИ на выходе ООП
ВНФИ на выходе ОЭП tн оэп(нс) выбирается из базы параметров ОЭП в зависимости от требуемой скорости передачи. Суммарное время нарастания ВОЛТ
Сопоставляем полученное значение tн сум(нс) со значением требуемого времени нарастания системы передачи tн сум(нс) £ tн сист(нс). (2.2)
Если неравенство выполняется, то выбранные компоненты удовлетворяют системные требования по времени нарастания фронта импульса, и рассчитывается запас системы передачи по ВНФИ
Если неравенство (2.2) не выполняется, то выбранные компоненты не удовлетворяют системные требования по ВНФИ, и следует выбрать другую комбинацию компонентов (ЭОП, ООП и ОЭП) с меньшими значениями ВНФИ. При наличии запаса для случая применения одномодового ОВ максимальная длина участка регенерации, ограниченная ВНФИ,
3 Ключевые вопросы
3.1 Дайте определение волоконно-оптического линейного тракта (ВОЛТ). 3.2 Дайте определение длинны участка регенерации. 3.3 Перечислите основные компоненты ВОЛТ и поясните их назначение. 3.4 Поясните методы измерения быстродействия активных компонентов ВОЛТ –времени нарастания фронта импульса ЭОП и ОЭП какие изиерительные приборы при этом необходимы? 3.5 Поясните метод измерения параметра быстродействия среды передачи – ОВ. 3.6 Дайте определение дисперсии сигнала в ВОСП. 3.7 Назовите причины возникновения материальной, волноводной, модовой и поляризационно-модовой дисперсии. 3.8 Дайте определение хроматической дисперсии. Поясните от параметров каких компонентов ВОЛТ она зависит и как ее можно уменьшить? 3.9 Какие виды дисперсии следует учитывать при проектировании SDH сетей? 3.10 Как рассчитываются следующие параметры ВОЛТ: – ширина полосы пропускания электрического сигнала ВОСП; – ВНФИ на аналоговом выходе ВОСП; – ВНФИ на выходе одномодового ОВ; – суммарное время нарастания ВОЛТ; – максимально допустимая длина участка регенерации ВОЛТ по ВНФИ.
Домашнее задание
4.1 Изучите алгоритм проектирования линейного тракта ВОСП с учетом основных факторов, вызывающих линейные искажения сигналов – инерционность приёмо-передающего оборудования и дисперсии сигнала в ОВ. 4.2 Рассчитайте максимальную длину регенерационного участка Lру по затуханию и дисперсии ВОЛТ (при расчете Lру с учетом дисперсии использовать эмпирическую формулу (2.1)).Применяемый оптический кабель и длина волны приведены в табл. 4.1. Значение эксплуатационного запаса ∆Рзап, затухания разъёмного и неразъемного (сварного) стыков Ар и Асв выбрать в соответствии с действующими в Украине стандартами.
Таблица 4.1 – Исходные данные для выполнения домашнего задания (№ варианта соответствует нумерации в журнале преподавателя)
Лабораторное задание В приложении 2 приведена компьютерная программа расчета параметров инерционности ВОЛТ. В лаборатории следует рассчитать длину регенерационного участка с учетом инерционности компонентов ВОЛТ. Исходные данные для расчета приведены в табл. 5.1. Рассмотрим работу с программой «Tfotl».
Работа с программой «Tfotl»
Интерфейс программы имеет вид стандартного окна ОС Windows с двумя страницами-вкладками: «Параметры» и «Результаты», рис. П2.3. Каждая страница-вкладка содержит данные, логично связанные с названием страницы-вкладки. На странице-вкладке «Параметры» (рис. П2.3, а), разбитой условно на четыре квадранта, задаются соответственно системные требования, типы и параметры ЭОП, ООП и ОЭП. 1. Для системы передачи задаем: а) ширину линейного спектра передаваемого аналогового сигнала; б) тактовую частоту и линейный код, в) рабочую длину волны. 2. Для ЭОП задаем: а) ширину спектра излучения по уровню половинной мощности; б) значение времени нарастания по уровням 10…90%. 3. Для ООП задаем: а) тип ОВ – ММ или ОМ б) строительную длину ОК и длину трасы прокладки кабеля. Для ММ ОВ задается коэффициент широкополосности, показатель степени длины, коэффициенты материальной и волноводной дисперсии на рабочей длине волны. Для ОМ ОВ задаются только коэффициенты материальной и волноводной дисперсии на рабочей длине волны. 4. Для ОЭП задаем значение времени нарастания по уровням 10…90%. Быстродействие ОЭП ограничена двумя факторами: а) временем пролета tн пр носителей заряда через обедненный слой фотодиода; б) RC постоянной времени tн RC, обусловленной нагрузочным сопротивлением Rн и суммарной емкостью C = Cфд+ Cнцепи нагрузки, где Cфд и Cн – емкостифотодиода и цепи нагрузки соответственно. Время нарастания ОЭП в программе рассчитывается по формуле [1]
В результате работы программы на странице-вкладке «Результаты» (рис. П2.3, б) выдается отчет в виде таблицы со значениями (в нс) заданных и рассчитанных параметров. Если выбранные компоненты ВОЛП не удовлетворяют системным требованиям по быстродействию, то на экране монитора появляется сообщение с предложением изменить (уменьшить) значение параметров быстродействия источника или приемника излучения, выбрать другой тип ОВ или уменьшить его длину.
12 |
, (2.1)
– коэффициент хроматической дисперсии, 
ширина спектра источника излучения, F(Гц) – тактовая частота. При упрощенном подходе, очевидно, не учитываются следующие факторы:
Таким образом, в ВОСП возможно ограничение дальности (качества передачи) не только вследствие затухания, но и в следствие инерционности компонентов линейного тракта. Поэтому при проектировании длину участка регенерации рассчитывают дважды (по затуханию и по времени нарастания) и выбирают меньшее из полученных значений.
с.
.
.
.
, км. (2.3)
, где tнRC = 2,19 RнCфд.