Расчет бюджета мощности - Сеть абонентского доступа

Цель расчета - определить параметры, влияющие на бюджет мощности. Определить затухание максимально отдаленного дома в волокне G.652 ITU-T.

К параметрам передачи оптических волокон (ОВ), которые следует учесть при расчете бюджета мощности, относятся:

Коэффициент затухания;

Дисперсия оптического сигнала;

Ширина полосы пропускания.

Затухание в ОВ - это мера ослабления оптической мощности, распространяемой вдоль ОВ между двумя его поперечными сечениями на данной длине волны. Затухание в ОВ выражается в дБ.

Коэффициент затухания - это величина затухания на единице длины волокна. Выражается в дБ/км.

Коэффициент затухания обуславливается собственными потерями волокна и выражается в виде:

, (2)

Где, , , - составляющие коэффициента затухания за счет рэлеевского рассеяния, поглощения в материале волокна, инфракрасного поглощения и поглощения на примесях ОВ, соответственно.

В оптическом волокне, изготовленном из кварца, различают два вида поглощения, определяемые непосредственно материалом волокна (кварцем), которое в свою очередь состоит из инфракрасного и ультрафиолетового поглощения, и примесями в материале волокна.

Современные ОВ в большинстве случаев изготавливаются из химически чистой двуокиси кремния (SiO2), поэтому в широком диапазоне длин волн оптического излучения () поглощение практически сведено к нулю. По этой причине составляющими, , можно пренебречь и считать, что затухание света в ОВ происходит вследствие рассеивания.

Потери вследствие рассеивания зависят от размеров локальных неоднородностей. Следует отметить, что в материалах, из которых изготавливаются современные ОВ, существуют только микроскопические неоднородности, размер которых много меньше длины волны. Рассеяние на таких неоднородностях называют упругим или рэлеевским рассеянием. Потери на рэлеевское рассеяние определяют нижний предел потерь, присущих ОВ, и составляют порядка 0,16 дБ/км на длине волны 1550 нм. Зависимость затухания от длины волны для плавленого кварца приведена на рисунке 34.

зависимость коэффициента затухания кварцевого волокна от длины волны и используемые окна прозрачности

Рисунок 34 - Зависимость коэффициента затухания кварцевого волокна от длины волны и используемые окна прозрачности

Как видно из рисунка 34, величина затухания минимальна в диапазоне длин волн 800...1700 нм. Поглощение в УФ области на более коротких длинах волн и в ИК на более длинных резко увеличивают затухание.

В системах связи используются три диапазона длин волн или так называемые окна прозрачности:

Окно прозрачности 850 нм

Окно прозрачности 1300/1310 нм

Окно прозрачности 1550 нм

Рабочие окна для многомодовых волокон 850 и 1300 нм, для одномодовых - 1310 и 1550 нм. Одномодовые волокна с низким водяным пиком (ITU-T G.652) могут использоваться также при работе на длинах волн в интервале между 1310 и 1550 нм, одномодовые волокна с ненулевой смещенной дисперсией (ITU-T G.656) - на длинах волн L-диапазона (свыше 1550 нм). L-диапазон также показан на рис. 32. Области длин волн, на которых могут использоваться одномодовые волокна, поделены еще более плотно на следующие диапазоны:

O-диапазон: 1260 ...1360 нм

E - диапазон: 1360 ...1460 нм

S - диапазон : 1460 ...1530 нм

C - диапазон: 1530 ...1565 нм

L - диапазон: 1565 ...1625 нм

(U - диапазон: 1625 ...1675 нм)

Пик затухания, обусловленный наличием гидроксильных групп, находится между окнами 1310 нм и 1550 нм и называется водяным пиком. У одномодового волокна с низким водяным пиком (LWP) значение затухания на пике так мало, что это волокно может использоваться даже на длинах волн, соответствующих водяному пику. В соответствии с рекомендациями ITU-T G.652 значение затухания на длине волны 1383 нм такое же или даже ниже, чем нормированное значение для длины волны 1310 нм.

Кривая затухания для одномодового волокна с низким водяным пиком представлена на рисунке 35, где также показаны O, E, S, C и L - диапазоны.

зависимость коэффициента затухания одномодового волокна с низким водяным пиком (itu-t g.652) от длины волны

Рисунок 35 - Зависимость коэффициента затухания одномодового волокна с низким водяным пиком (ITU-T G.652) от длины волны.

Дополнительное затухание может быть вызвано макроизгибами (с радиусом изгиба >> 1 мм) и микроизгибами (с радиусом изгиба < 1 мм), а также радиоактивным излучением. Эти факторы, приводящие к дополнительному ослаблению сигнала, должны быть минимизированы или полностью исключены при разработке конструкции кабеля и при последующей его прокладке и монтаже.

Наряду с коэффициентом затухания ОВ важнейшим параметром является дисперсия оптического сигнала, которая определяет его пропускную способность для передачи информации.

Дисперсия - это рассеивание спектральных или модовых составляющих оптического сигнала, которое приводит к увеличению длительности импульса оптического излучения при распространении его по ОВ и определяется разностью квадратов длительностей импульсов на выходе и входе ОВ:

, (3)

Где значения и определяются на уровне половины амплитуды импульсов.

Дисперсия не только ограничивает частотный диапазон ОВ, но существенно снижает дальность передачи сигналов, так как чем длиннее линия, тем больше увеличение длительности импульсов. Дисперсия в общем случае определяется тремя основными факторами: различием скоростей распространения направляемых мод, направляющими свойствами оптического волокна и параметрами материала, из которого оно изготовлено. В связи с этим основными причинами возникновения дисперсии являются, с одной стороны, большое число мод в ОВ (межмодовая дисперсия), а с другой стороны - некогерентность источников излучения, реально работающих в спектре длин волн (хроматическая дисперсия).

Ширина полосы пропускания определяет допустимую верхнюю частоту спектра сигнала, который может передаваться по волокну определенной длины. Часто вместо полосы пропускания используют понятие коэффициента широкополосности (). Например, если многомодовое волокно характеризуется коэффициентом широкополосности, это означает, что сигнал с верхней частотой можно передавать по ОВ длиной 1 км.

Чем длиннее ОВ, тем меньше полоса пропускания и, следовательно, меньше объем передаваемой информации. Таким образом, ширина полосы пропускания ограничивает как скорость передачи, так и расстояние, на которое может быть передан сигнал.

Наибольшим значением коэффициента широкополосности обладают гра диентные ОВ с оптимальным профилем показателя преломления. В указанных ОВ коэффициент широкополосности достигает до. Однако следует заметить, что малейшее отклонение профиля показателя преломления от оптимального вызывает резкое уменьшение полосы пропускания.

Выбор системы передачи определяет максимально допустимое затухание между передатчиком и приемником. Так называемый бюджет затухания представляет собой сумму всех потерь, которые возникают на участке оптической сети доступа между передатчиком и приемником. Рассмотрим следующие источники потерь:

Полное затухание в оптическом волокне. Оно зависит от коэффициента затухания волокна (дБ/км) на определенной длине волны и от его полной длины (км);

Полные потери в сростках. Они зависят от потерь в каждом сростке (дБ) и от их общего количества;

Полные потери в соединителях. Они зависят от потерь в каждом соединителе (дБ) и от их общего количества;

Потери в разветвителях волокон (например, в пассивных оптических сетях (PON) или в сетях кабельного телевидения); эти потери зависят от коэффициента разветвления и возрастают примерно на 3,5 дБ каждый раз, когда сигнал делится пополам.

Из всего вышесказанного следует, что максимально допустимые потери или бюджет затухания не могут превышать некоторой величины. Следовательно, и длина линии, и коэффициент разветвления также ограничиваются бюджетом затухания. Следует заметить, что в пассивной оптической сети потери разветвления часто имеют значительную величину и могут превышать половину бюджета затухания.

Другой фактор, ограничивающий длину оптической линии связи и максимальную скорость передачи - это дисперсия. Однако при расчете допустимого расстояния для системы передачи в оптической сети доступа обычно учитывают только бюджет затухания, т. к. именно затухание, а не дисперсия является главным ограничивающим фактором.

Затухание, вносимое волокном (Звв) - это произведение коэффициента затухания волокна (Кзв) на длину линии (L):

Звв = Кзв * L дБ. (4)

Суммарные потери в сростках/соединителях (Ssr/Ss) - это произведение количества сростков/соединителей (Nsr/Ns) на средние потери в сростках/соединителях (Psr/Ps):

Ssr = Nsr * Psr, (дБ) (5)

Необходимо проводить расчеты полного затухания для каждого отдельного волокна (линии) и сравнивать результаты с максимально допустимым затуханием. Эти расчеты проводятся на стадии проектирования оптической сети доступа.

Произведем расчет затухания для максимально отдаленного дома.

Таблица 3 - Расчет затухания

Расчеты затухания

Тип волокна: G.652 ITU-T

Единица измерения

Длина волны, нм

1310

1550

1

Коэффициент затухания волокна

ДБ/км

0,40

0,25

2

Хроматическая дисперсия

Пс/нм км

3,50

18,0

3

Длина линии

Км

0,9

0,9

4

Вносимое волокном затухание

ДБ

2,20

1,4

5

Средние потери в сростке

ДБ

0,05

0,05

6

Количество сростков

Шт.

4

4

7

Суммарные потери в сростках

ДБ

0,20

0,20

8

Потери в сростках при ремонте

ДБ

1,0

1,0

9

Эксплуатационный запас

ДБ

3,0

3,0

10

Средние потери в соединителях

ДБ

0,30

0,30

11

Количество соединителей

Шт.

4

4

12

Суммарные потери в соединителях

ДБ

1,20

1,20

13

Общие потери в линии связи

ДБ

7,6

6,8

14

Допустимые потери

ДБ

26,0

24,5

15

Остаточный запас по затуханию

ДБ

18,4

17,7

Таким образом, затухание на максимально отдаленном доме составляет 7,6 дБ при длине волны 1550 нм и 6,8 дБ при длине волны 1310 нм.

Похожие статьи




Расчет бюджета мощности - Сеть абонентского доступа

Предыдущая | Следующая