Расчет параметров ЭКУ ВОЛП - Проектирования магистральной волоконно-оптической системы передачи информации

Определение энергетического потенциала системы. Энергетический потенциал - определяется как допустимые оптические потери оптического тракта или ЭКУ между точками нормирования, при которых обеспечивается требуемое качество передачи цифрового оптического сигнала. Оптические потери обусловлены потерями на затухание и дополнительными потерями мощности, обусловленными влиянием отражений, дисперсии, модовых шумов и чирп-эффекта.

Энергетический потенциал рассчитывается как разность между уровнем мощности оптического излучения на передаче и уровнем чувствительности приемника

Где W - энергетический потенциал (перекрываемое затухание),дБм; pпер - уровень мощности оптического излучения передатчика ВОСП, дБм; pпр - уровень чувствительности приемника, дБм.

Приемник ВОСП характеризуется как уровнем чувствительности, так и уровнем перегрузки - максимальным значением уровня мощности оптического излучения в точке нормирования оптического тракта на приеме, при которых обеспечивается требуемое качество передачи цифрового оптического сигнала. Разность между уровнем перегрузки и уровнем чувствительности приемника ВОСП определяет пределы регулировки АРУ системы - ДA. Типичное значение ДA=20 дБм.

Передача информации с требуемым качеством на регенерационном участке ВОЛП без оптических усилителей, учитывая потери и дисперсионные искажения, обеспечивается за счет запаса мощности, равного разности между энергетическим потенциалом ВОСП и затратами оптической мощности на потери и подавление помех и искажений оптических импульсов в линии

Где Aэку - затухание ЭКУ совместно со станционными кабелями (патчкордами); Уai - суммарное значение дополнительных потерь, дБ. Для нормальной работы ВОЛП необходимо, чтобы эксплуатационный запас на ЭКУ превышал нормируемое минимально допустимое значение равное

То есть, выполнялось условие AЗ>AЗдоп. Это условие баланса бюджета мощности на ЭКУ. Максимальное значение затухания ЭКУ совместно со станционными кабелями (патчкордами) рассчитывается следующим образом:

Где NНС - число неразъемных соединений ОВ на ЭКУ. Количество неразъемных соединений на ЭКУ равно

Суммарное значение дополнительных потерь складывается из дополнительных потерь за счет собственных шумов лазера, за счет за счет шумов из-за излучения оптической мощности при передаче "нуля", за счет шумов межсимвольной интерференции и, соответственно, равно

Дополнительные потери из-за собственных шумов источника излучения рассчитываются по формуле

Значение параметра собственных шумов источника - RIN обычно лежит в пределах -120< уRIN<-140 дБм. Параметр Q определяется в зависимости от заданного максимально допустимого коэффициента ошибок BER из уравнения

Дополнительные потери за счет шумов из-за излучения оптической мощности при передаче "нуля" определяются по формуле

Здесь е - отношение мощности оптического излучения источника при передаче "нуля" к мощности оптического излучения при передаче "единицы". Как правило, значение этой величины лежит в пределах 0,01 ? е ? 0,1.

Параметр е связан с коэффициентом гашения, равным отношению мощности оптического излучения при передаче логической единицы цифрового сигнала к мощности оптического излучения при передаче логического нуля, выраженным в дБм.

Расчет длины элементарного кабельного участка ВОЛП. В соответствии с требованиями нормативно-технической документации определяют значения номинальной, минимальной и максимальной длины элементарного кабельного участка (ЭКУ). Эти длины ЭКУ определяются бюджетом мощности ВОСП, потерями и дисперсией оптического линейного тракта. Они рассчитываются по следующим формулам

Где * W - энергетический потенциал ВОСП, дБ; * AЭЗА - эксплуатационный запас аппаратуры дБ; * AЭЗК - эксплуатационный запас ОК, дБ; * AРС - потери в разъемных соединениях, дБ; * AНСмакс - максимальное значение потерь неразъемного соединения, дБ; * НС A - среднее значение потерь неразъемного соединения, дБ; * AД - эксплуатационный запас энергетического потенциала на дисперсию, учитываемый на регенерационных участках предельной длины с оптическими усилителями, дБ; * ДA - пределы регулировки АРУ, дБ; * б макс - максимальное значение коэффициента затухания ОВ, дБ/км; * б - среднее значение коэффициента затухания ОВ, дБ/км; * l - средняя строительная длина ОК, км; * B - параметр; * Дa - погрешность измерения затухания, дБ.

Параметр B определяется по формуле

Где л - рабочая длина волны, мкм. Строительная длина ОК лежит в пределах от 1,0 км до 6,0 км. Ее среднее значение составляет 4,0 км.

Согласно условиям на регенерационном участке нет линейных оптических усилителей и компенсаторов дисперсии, то длины ЭКУ ограничены и в первом приближении при расчетах будем полагать AД=0 дБ.

Расчет дисперсионных характеристик ОВ на ЭКУ. Длина регенерационного участка ВОЛП ограничивается не только затуханием, но и дисперсией линии передачи. Допустимые значения хроматической и поляризационной модовой дисперсии на регенерационном участке ВОЛП зависят от скорости передачи линейной кодовой последовательности. В случае применения кода NRZ и модуляции без чирпа в соответствии с рекомендациями ITU-T максимально допустимые для РУ значения хроматической дисперсии DРУ в пс/нм и поляризационной модовой дисперсии PMDРУ в пс при ухудшении отношения ОСШ не более, чем на 1,0 дБ, определяются по формулам

Где B - скорость передачи в линии, Гбит/с.

Приведенное к одному километру длины линии передачи значение хроматической дисперсии ОВ определяется формулой

Где Dов - значение параметра дисперсии оптического волокна, определяемое по его техническим данным, пс/(нм. км); Дл - ширина линии излучения лазера, нм.

Прогнозируемые значения хроматической дисперсии на ЭКУ определятся, соответственно, следующим образом:

А прогнозируемые значения поляризационной модовой дисперсии рассчитываются по формулам

Значение эксплуатационный запаса на дисперсию равно дополнительным потерям (приращению уровня помех) из-за шумов межсимвольной интерференции (ISI), которые включают в себя перекрестные помехи и шумы синхронизации. То есть Д ISI A = a. Эти дополнительные потери равны

,

Где To - время нарастания фронта оптического импульса на выходе источника излучения от 10% до 90% его максимального значения, с; TL - Время нарастания фронта оптического импульса на выходе оптического приемника от 10% до 90% его максимального значения, с. Время нарастания фронта оптического импульса на выходе источника излучения определяется как

Время нарастания фронта оптического импульса на выходе оптического приемника рассчитывается по формуле

Здесь R BW - полоса пропускания фотоприемника, Гц; уэку - среднеквадратическое значение дисперсии на ЭКУ, с.

Полоса пропускания фотоприемника выбирается из условия BWr ? BL.

Прогнозируемое среднеквадратическое значение дисперсии на номинальной длине ЭКУ рассчитывается по формуле

Расчет глаз-диаграммы. Глаз-диаграмма представляет собой результат многократного наложения битовых последовательностей с выхода генератора псевдослучайной последовательности (ПСП), отображаемый на экране осциллографа в виде диаграммы распределения амплитуды сигнала по времени. Пример глаз-диаграммы представлен на рис.2.23.

Предварительно вычислите уровень мощности источника оптического излучения лазера, дБ:

Где P0 - уровень мощности на выходе источника оптического излучения. Уровень мощности оптического сигнала на входе фотоприемника ВОСП определяется суммарными потерями в ОВ на ЭКУ ВОЛП а также суммарным значением дополнительных потерь:

глаз-диаграмма, полученная с помощью анализатора канала

Рис. 2.23 Глаз-диаграмма, полученная с помощью анализатора канала

Приведенная ко входу фотоприемника ВОСП мощность оптического сигнала в мВт:

Для расчета помехозащищенности канала ЦСП необходимо также оценить мощность шума фотоприемника Pnoise. На практике фотоприемные устройства высокоскоростных ВОСП проектируются таким образом, чтобы логарифм отношения полосы пропускания электрического фильтра к полосе пропускания оптического фильтра составлял не менее 2 дБ. В этом случае выполняется следующее условие по отношению сигнал/шум:

Где OSNR - оптическое отношение сигнал/шум (Optical Signal-to-Noise Ratio);

Qном - номинальное значение Q-фактора, соответствующего нормированному коэффициенту ошибок BERном. Согласно определению, уровень чувствительности фотоприемника ВОСП - это минимальное значение уровня мощности оптического излучения в точке нормирования оптического тракта на приеме, при которых обеспечивается требуемое качество передачи цифрового оптического сигнала. С учетом вышесказанного, максимальный уровень мощности шума фотоприемника pnoise можно оценить по следующей формуле:

Где pR - уровень чувствительности фотоприемника, дБ; pnoise - уровень шума фотоприемника, дБ.

Чувствительность фотоприемника и мощность шума в мВт рассчитывается как

Построение глаз-диаграммы осуществляется путем наложения отклика системы в предположении гауссовой формы импульса на передачу "изолированного" логического "0" в последовательности логических "1" (например, комбинация 101 - при 3-х символьной последовательности):

И отклика системы на передачу "изолированной" логической "1" в последовательности логических "0" (например, комбинация 010 - при 3-х символьной последовательности)

Где sL - среднеквадратическая длительность гауссова импульса на выходе фотоприемника ОСП; данная величина непосредственно связана с TL следующим соотношением:

Т - интервал передачи битовой последовательности:

Где Nsymb - количество символов битовой последовательности, в данном случае принять Nsymb =3; ф05 - длительность импульса на уровне 0,5 от его максимума на выходе источника оптического излучения; обратно пропорциональна скорости передачи сигнала в линии:

Построение глаз-диаграммы в диапазоне (-2.Т; 2.Т). На диаграмме указывают мощность шума фотоприемника, а также, по возможности, чувствительность фотоприемника (если мощность сигнала на выходе фотоприемника PL и чувствительность фотоприемника PR - одного порядка). Пример построения глаз-диаграммы на рис. 2.24.

пример построения глаз-диаграммы

Рис. 2.24 Пример построения глаз-диаграммы

Фундаментальным показателем качества ЦСП является коэффициент ошибок BER. Работа ЦСП считается нормальной только в том случае, если BER не превышает определенное допустимое значение, соответствующее используемому сетевому стандарту.

Известна методика оценки коэффициента ошибок BER на основе определения Q-фактора. Q-фактор - это параметр, который непосредственно отражает качество сигнала цифровой СП. Существует определенная функциональная зависимость Q-фактора сигнала и измеряемого коэффициента ошибок BER. Q-фактор определяется путем статистической обработки результатов измерения амплитуды и фазы сигнала на электрической уровне, а именно - непосредственно по глаз-диаграмме. При этом выполняется построение функции распределения состояний "1" и "0", а для этих распределений, в предположении их Гауссовой формы, оцениваются математические ожидания состояний E1 и E0 и их среднеквадратические отклонения у 1 и у0.

Предварительно, для оценки параметров распределений состояний "1" и "0", определяют точку максимального раскрыва глаздиаграммы (рис. 2.25):

Рассчитывают границы раскрыва глаз-диаграммы (зоны принятия решения), соответствующие минимальной зарегистрированной мощности при передаче логической "1" P1min и максимальной зарегистрированной мощности при передаче логического "0" P0max:

Рис. 2.25 К оценке параметров распределений логических состояний "1" и "0"

Исходя из предположения гауссова распределения состояний логической "1" и логического "0", определите характеристики распределений состояний - математическое ожидание E1 и E0:

И среднеквадратическое отклонение у1 и у0 , соответственно, воспользовавшись правилом "три сигма":

Q-фактор рассчитывается по следующей формуле:

При этом сам коэффициент ошибок BER определяется по следующей формуле:

Где erfc - вспомогательная функция интеграла ошибок:

3. Техническая часть

Похожие статьи




Расчет параметров ЭКУ ВОЛП - Проектирования магистральной волоконно-оптической системы передачи информации

Предыдущая | Следующая