Порядок выполнения упражнения.
Федеральное агенство связи РФ
Федеральное государственное образовательное бюджетное
учреждение высшего профессионального образования
Московский технический университет связи и информатики
Тверецкий М.С.
Рекомендовано УМО по образованию в области инфокоммуникационных технологий и систем связи в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки 210700 – «Инфокоммуникационные технологии и системы связи» квалификации (степени) «бакалавр» и квалификации (степени) «магистр».
Протокол № 67 от 27 сентября 2012г.
Многоканальные
Телекоммуникационные системы
( компьютерные упражнения)
Часть 3
Изучение Оптических секций передачи
Москва 2012
УДК. 621.395.4
004.021
Тверецкий М.С. Многоканальные телекоммуникационные системы (компьютерные упражнения). Ч. 3. Изучение оптических секций передачи. Учебное пособие/ МТУСИ. – М., 2012. – 44 с.: ил.
Пособие продолжает серию сборников компьютерных упражнений по курсу «Многоканальные телекоммуникационные системы», разработанных на базе математического процессора Office Excel. В третьей части серии приводится краткая теория зависимости протяжённости оптических секций от скорости передачи, параметров оптического волокна и параметров оптических усилителей. Рассмотрена зависимость удельной дисперсии от длины волны излучения для разных типов ОВ. Даются методические указания по выполнению соответствующих компьютерных упражнений.
|
|
|
Материалы пособия могут быть использованы при подготовке курсовых и квалификационных работ по направлениям 210400 – «Телекоммуникации» и 210700 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи»
Ил. 22, табл. 9, список лит. 10 назв.
Рецензенты:
Рецензенты:
В.Н.Дмитриев, докт.техн.наук, профессор ((ФГОБУВПО Астраханский государственный технический университет)
А.Х.Султанов, докт.техн.наук, профессор (ФГОБУВПО Уфимский государственный авиационный технический университет)
© Московский технический университет
связи и информатики, 2012
I . Введение
Оптическая секция передачи в общем случае представляет собой участок между оптическим выходом системы передачи на одном конце и оптическим входом на другом. Поскольку системы передачи, использующие оптическую направляющую среду весьма разнообразны, термин «оптическая секция передачи» (ОСП) для определённой системы заменяется уточнённым термином. Так, для многоканальной телекоммуникационной системы, работающей по оптическому волокну (ОМТС) используется регламентированный термин «главный оптический тракт» [1, 2]. В состав главного оптического тракта (ГОТ) входит: оптическое волокно (ОВ) линейного кабеля, могут входить промежуточные оптические усилители (ОУ) и оптические мультиплексоры ввода-вывода (ОМВВ). Заметим, что в состав ГОТ не входит оборудование оконечных пунктов (станционные оптические кабели, оптические усилители и мультиплексоры, разъемные соединения и т.п.). В дальнейшем под термином «оптическая секция» будет подразумеваться именно понятие «главный оптический тракт».
|
|
|
Упражнения по изучению оптической секции предполагают исследование зависимостей между параметрами передаваемых сигналов и параметрами составляющих оптической секции.
Краткая теория
При проектировании оптических секций передачи обычно руководствуются такими принципами:
– протяжённость секции должна соответствовать заданному расстоянию между оконечными пунктами и иметь минимальное количество промежуточного оборудования, например, оптических усилителей;
– секция должна соответствовать требованиям на качество передачи с учётом как потерь мощности сигнала в линии, так и уширения импульсов при прохождении по линии (дисперсии).
|
|
|
Таким образом, необходимо увязать параметры секции и сигнала: во-первых, исходя из потерь мощности сигнала в линии и, во-вторых, исходя из величины дисперсии, приводящей к уширению импульсов. К определению параметров секции существует подход: по наихудшему случаю и статистический. В данном пособии рассматривается подход по наихудшему случаю, характерный для начальных этапов проектирования и заведомо обеспечивающий заданные параметры качества передачи сигналов (с некоторым завышением, что может снижать экономическую эффективность).
Секция без промежуточных усилителей. В этом случае протяжённость секции соответствует длине кабельного участка (КУ)
После определения расстояния между узлами (оконечным оборудованием) и выбора типа ОМТС подбирается подходящий код применения [1, 2]. Согласно коду применения и с учётом экономических показателей устанавливается конкретный тип аппаратуры и тип ОВ. Технические данные аппаратуры и ОВ дают возможность рассчитать максимальную и минимальную допустимые протяжённости ОСП, что, в свою очередь, позволяет оценить правильность выбора кода применения. Расчёт производится исходя из потерь мощности сигнала в линии и дисперсии (уширения) импульсов, поступающих на вход оптического приёмника.
|
|
|
Для расчета по потерям мощности рассмотрим диаграмму уровней оптической секции передачи, представленную на рисунке 1, на котором приняты обозначения:
рпер макс, рпер мин – максимальный и минимальный соответственно уровни передачи оптического передатчика;
рпр макс – уровень перегрузки оптического приемника;
рпр мин – минимальный уровень приема, при котором обеспечивается необходимое качество передачи;
Адп – дополнительные потери в тракте за счёт дисперсии, отражений на неоднородностях и т.д. (штраф оптического тракта);
Амакс, Амин – максимальное и минимальное соответственно допустимые затухания оптического тракта;
Э – энергетический потенциал системы передачи.
Величины рпер макс, рпер мин, рпр макс, рпр мин, Адп соответствуют техническим данным выбранного оборудования. Величины Амакс, Амин и Э – рассчитываются в соответствии с диаграммой.
Максимальная протяженность ОСП (кабельного участка КУ) lку макс А подсчитывается по формуле (1),
 |
где Ан – затухание неразъемного (сварного) соединения (для большинства сетей Ан ≤ 0,05 дБ), lстр – строительная длина кабеля (обычно 2 км) и α – удельное затухание ОВ, дБ/км (определяется маркой выбранного волокна).
 |
Если неравенство в соотношении (1) выполняется, проверяется минимальное затухание секции, которое должно превышать минимально допустимое затухание для данного оборудования или равняться ему (должно выполняться следующее неравенство [2])
В общем случае следует определить также максимальную протяжённость секции, исходя из дисперсии lку макс D, и сравнить её с величиной lку. Если окажется, что lку макс D ≥ lку, то расчёт можно считать законченным; в противном случае необходимо предпринять те или иные меры, уменьшающие дисперсию, о которых будет сказано далее.
Расчёт максимальной протяжённости ОСП, исходя из дисперсии lку макс D, в общем случае является достаточно сложной задачей. Однако эта задача для большинства практических случаев может быть существенно упрощена, если не учитывать, во-первых, нелинейные эффекты в оптическом волокне, и, во-вторых, считать, что в генерируемых оптических импульсах отсутствует линейная частотная модуляция (чирп-эффект). Именно эти эффекты в дальнейшем здесь учитываться не будут. При необходимости поправки на их воздействие можно осуществить, воспользовавшись специальной литературой [7].
Максимально допустимая хроматическая дисперсия секции передачи DLХДдоп может быть определена из соотношения, приведённого в [4].
 |
Максимально допустимая хроматическая дисперсия DLХДдоп представляет собой произведение удельной хроматической дисперсии оптического волокна D (пс/нм·км), на максимальную протяжённость секции Lмакс (км) и имеет размерность пс/нм.
Величины, входящие в правую часть равенства (3):
λср изл – средняя длина волны источника излучения в мкм,
Δ f20 – ширина спектра источника излучения по уровню -20 дБ в ГГц,
В – скорость передачи в Гбит/с,
kзап – коэффициент заполнения тактового интервала (для кода NRZ kзап = 1, для RZ kзап < 1).
Заметим, что отношение 1,932В/kзап, входящее в выражение (3), может быть записано как
то есть представляет собой удвоенную ширину энергетического спектра модулирующего сигнала по основанию (по уровню -20 дБ). Таким образом, выражение в квадратных скобках 
уравнения (3) является среднеквадратическим значением ширины энергетического спектра по основанию модулированного оптического сигнала.
Заметим также, что величина 1819,650 представляет собой пересчётный коэффициент, равный
где с – скорость света в вакууме (2,99792 1010 см/с).
При ручных расчётах формула (3) может быть упрощена для случаев низкой скорости передачи и широкого спектра излучения (пренебрегаем слагаемым в знаменателе (1,932В/kзап)2) или высокой скорости передачи и узкого спектра излучения (пренебрегаем слагаемым Δf202).
 |
Иногда ширина спектра по основанию приводится в длинах волн. Связь ширины спектров, выраженных в ГГц и нм соответственно, определяется выражением (4) [1].
Величина ε называется «эпсилон-фактор» и определяется максимально допустимым относительным уширением импульса на выходе оптической секции из-за хроматической дисперсии ΔХД доп.
 |
Поскольку дисперсионное уширение складывается с длительностью импульса по квадратичному закону, связь между ε и ΔХД доп имеет вид
или
Абсолютная допустимая ширина импульса на выходе секции передачи при учёте только хроматической дисперсии ТХД доп, пс будет равна
 |
В этом выражении Твх= 1000kзап /В, длительность импульса на входе оптической секции в пс, В – скорость передачи в Гбит/с, kзап – коэффициент заполнения. Длительность импульсов обычно определяют на высоте, равной 0,5 от их амплитуды (на уровне -3 дБ).
 |
Приращение ширины импульса увеличивает межсимвольные искажения, уменьшая защищённость приёмника от флуктуационных помех. Это снижение защищённости нормируется как дополнительные потери (штраф по мощности) оптического тракта Адп. Дополнительные потери и эпсилон-фактор связаны следующими соотношениями
Эти формулы были получены в предположении, что оборудование обеспечивает значение коэффициента ошибок по битам Кош б ≤ 10-10. Для современного оборудования Кош б ≤ 10-12 и рассчитанное по этим формулам значение ε снижают примерно на 2%.
|
При использовании многомодовых лазеров дополнительные потери возрастают на величину Амл, дБ, которая определяется формулой:
где k – коэффициент шума перераспределения мощности излучения между модами (типовое значение равно 0,7[2]), а Q – фактор, соответствующий величине Кош б (для Кош б = 10-10 Q = 6,36, а для Кош б = 10-12 Q = 7,03). В этом случае величина Амл вычитается из Адп и по оставшейся части потерь рассчитывается значение ε [6].
Таким образом, определив с помощью выражения (3) максимально допустимую величину дисперсии DL ХДдоп секции передачи и разделив её на значение удельной хроматической дисперсии D выбранного ОВ, находят максимальную протяжённость секции передачи l с ХДдоп, определяемую хроматической дисперсией
Секция с промежуточными усилителями. На ОСП большой протяжённости используются оптические усилители. Такие секции условно подразделяют на «длинные», «очень длинные» и «сверхдлинные». Это подразделение определяется тем, что на «длинных» секциях используют только усилитель передачи ОУпер, на «очень длинных» секциях помимо усилителя передачи применяют усилитель приёма ОУпр. На «сверхдлинных» секциях вводят также некоторое число промежуточных усилителей ОУпром. В этом случае секция оказывается разделённой на усилительные участки, число которых n на единицу больше числа ОУпром. Каждый усилительный участок состоит из усилителя ОУпром (ОУпр – на последнем) и кабельного участка КУ. На практике стремятся к равенству длин КУ, составляющих секцию, что и будет предполагаться в дальнейшем. Заметим, что порядок расчёта для секций, имеющих только оконечные усилители, аналогичен ранее рассмотренному расчёту протяженности секции для ОМТС без оптических усилителей.
Параметры ОСП с промежуточными усилителями определяются в следующем порядке.
 |
Вначале рассчитывается максимальная протяженность КУ
где α – удельное затухание ОВ, дБ/км, Sус – усиление ОУ(паспортные данные усилителя), Анс – затухание, вносимое сварным соединением (все значения в дБ), lстр – строительная длина кабеля, км.
Затем, на основании соотношения для допустимой защищенности сигнала в отдельном канале от оптической помехи на выходе ОУпром, составляется уравнение (10), решение которого позволяет найти отношение максимальных протяженностей секции l с макс и отдельного КУ этой секции l КУ макс.
 |
В этом уравнении уровень отдельного канала на выходе усилителя ркан находится по формуле
 |
В формулах (10) и (11): рсум – уровень группового сигнала определяется паспортными данными оборудования: m – число каналов, АКУ – затухание кабельного участка (принимается равным усилению Sус). Допустимая защищенность оптического сигнала от усиленного шума спонтанного излучения Аосш на входе ОУпром (и ОУпр) принимается, с учетом эксплуатационного запаса, равной 18 дБ. Для систем, не использующих волновое уплотнение, принимается рсум= рпер мин (см. рисунок 1), а m = 1 Уровень помехи, приведенной к входу ОУпром (ОУпр) находится по формуле
В этом выражении: ħ – постоянная Планка, равная 6,626×10-34, Вт×с2, fср – центральная частота источника излучения, Гц, Δf – ширина оптического канала, Гц, определяемая полосой пропускания входного оптического фильтра или демультиплексора, Кш ус – коэффициент шума оптического усилителя, дБ. В свою очередь, fср = с/l ср, причем с – скорость света в вакууме, равная 2,998×108 м/с, l ср – центральная длина волны источника излучения, м.
 |
Рассчитав значение
, получаем уравнение
Округляя полученное соотношение до целого в меньшую сторону, посредством формулы (10) находим число кабельных участков в секции n и максимально допустимую длину секции L c макс.
Анализируя выражения (9) – (13), приходим к выводу, что протяжённость секции достигает максимума при некотором значении S ус. Это объясняется, с одной стороны, увеличением защищенности сигнала по мере уменьшения протяжённости КУ, а с другой – снижением защищённости из-за увеличения числа усилителей (числа источников помех).
Таким образом, для заданной протяжённости секции следует подбирать такое значение усиления усилителей S ус, которое определит максимально допустимую протяжённость, лишь в небольшой степени превышающую заданную.
Затем переходят к расчёту секции передачи по дисперсии. Вначале по формулам (7) и (3) определяют максимально допустимую величину дисперсии секции передачи DL ХДдоп, исходя из скорости передачи В, коэффициента заполнения kзап средней длины волны источника излучения λср изл, ширины спектра источника излучения по основанию Δ f20 и дополнительных потерь в оптическом тракте Адп.
 |
Поскольку секции с промежуточными усилителями обычно организуются для высокоскоростных систем передачи, приходится учитывать вклад поляризационной модовой дисперсии (ПМД). Относительное уширение импульса из-за ПМД можно рассчитать по формуле
где КПМД – среднеквадратичный коэффициент ПМД в пс/км1/2, приводимый в технических данных выбранного ОВ, а Lc – протяжённость секции в км.
 |
Учесть влияние ПМД на допустимую протяжённость секции можно, снизив соответственно величину уширения импульса из-за хроматической дисперсии и подсчитав затем по формуле (5в) новое (корректированное) значение «эпсилон-фактора»
Затем по формуле (3), с учётом (5в) подсчитывается допустимая дисперсия секции с учётом ПМД.
При этом почти всегда оказывается, что допустимая дисперсия DLкор заметно меньше фактической дисперсии DLфакт (произведения удельной хроматической дисперсии выбранного ОВ на протяжённость секции, плюс влияние поляризационной модовой дисперсии).Дисперсия может быть снижена следующими способами. Во-первых, снижением ширины спектра излучателя. Во-вторых, заменой стандартного волокна на ОВ с нулевой хроматической дисперсией, смещённой в рабочий диапазон. В-третьих, заменой части стандартного ОВ на кабельных участках волокном, компенсирующим хроматическую дисперсию (ОВКД – волокном с относительно высокой отрицательной удельной дисперсией). И, наконец, в-четвёртых, включением в тракт локальных компенсаторов дисперсии.
Первый способ применяется обычно для систем без волнового уплотнения, так как в них изначально могут быть применены относительно широкополосные излучатели. В системах с волновым уплотнением излучатели обычно узкополосны, а потому этот способ не может быть реализован.
Второй способ применяется также обычно для систем без волнового уплотнения, поскольку, как будет показано далее, малая величина дисперсии имеет место в относительно узком волновом диапазоне. Кроме того, в этом диапазоне заметно усилено четырёхволновое смешение, вызывающее взаимные влияния оптических каналов.
Третий способ имеет два варианта. Первый вариант предусматривает чередование строительных длин ОВ с положительной и отрицательной хроматической дисперсией. Обычно производителем указывается суммарная дисперсия для пары таких строительных длин. Таким образом, в этом случае при расчёте достаточно проверить, не превышается ли допустимая дисперсия на секции при использовании данного ОВ.
Второй вариант заключается в том, что компенсация дисперсии достигается включением в окончания кабельных участков относительно коротких отрезков компенсирующего волокна ОВКД с высокой удельной дисперсией противоположного знака. В настоящее время используется, по крайней мере, три типа ОВКД (см. рисунок 2). Первый тип ОВКД-1 предназначен для компенсации дисперсии стандартного волокна в относительно узком диапазоне волн. Для ОВКД-1 характерна высокая отрицательная 
удельная дисперсия (порядка -100 пс/нм·км) и положительный наклон её характеристики. Очевидно, что точная компенсация дисперсии посредством ОВКД-1 возможна только для одной определённой длины волны. Второй тип – ОВКД-2 имеет отрицательный наклон дисперсионной характеристики, причем его величина согласована с наклоном стандартного волокна. Это позволяет достаточно точно компенсировать дисперсию стандартного волокна в относительно широком оптическом диапазоне. Третий тип ОВ аналогичен второму и предназначен для компенсации дисперсии волокон с ненулевой смещённой дисперсией.
Четвёртый способ – компенсация дисперсии применением локальных компенсаторов в данном пособии не рассматривается.
При применении того или иного метода компенсации следует уточнить расчёт КУ, учтя затухание, вносимое компенсаторами или корректирующим волокном (последнее обладает повышенными потерями и, кроме того, вносит дополнительные потери в точках соединения с основным ОВ).
Дисперсионные характеристики оптических волокон. В настоящее время наибольшее распространение получили стандартные волокна (SF), волокна с нулевой смещённой дисперсией (DSF), и с ненулевой смещённой дисперсией (NZDSF). Требования к параметрам этих волокон приведены соответственно в рекомендациях МСЭ-Т G.652, G.653, G.654 и G.655 [9]. В последнее время находят применение ОВ, с параметрами, соответствующими рекомендации МСЭ-Т G.656. В приложении 2 приведены основные параметры ОВ, регламентированные стандартами МСЭ-Т.
Рассмотрим вначале дисперсионные параметры стандартных ОВ, соответствующих рекомендациям G.652 МСЭ-Т. Для этих волокон в технических требованиях обычно задаются: длина волны нулевой дисперсии λ0, наклон дисперсионной характеристики S0 в точке нулевой дисперсии и возможные отклонения длины волны нулевой дисперсии Δλ0. Величина удельной дисперсии на других длинах волн рассчитывается по формуле Селмейера для волокон со ступенчатым профилем.
 |
Заметим, что ОВ, отвечающие рекомендации G.652 подразделяются на четыре категории: А, В, С и D. Для всех этих категорий установлена номинальная длина волны нулевой дисперсии равная λ0 = 1312 нм и максимальное её отклонение от номинального значения ± Δλ0 = ±12 нм.
Сходные дисперсионные параметры имеет волокно, отвечающее рекомендации G.654. Это относительно редко применяемое ОВ оптимизировано для работы в диапазоне C (1530-1565 нм). Оно имеет увеличенный размер модового пятна, что снижает в нём нелинейные эффекты и улучшает, тем самым условия работы ОМТС с волновым уплотнением. Однако это волокно при использовании в коротковолновых диапазонах может переходить в многомодовый режим.
В длинноволновой части спектра (>1530 нм) результаты расчёта по формуле (15) носят оценочный характер. Поэтому, для ОВ, предназначенных для работы в таком диапазоне, задаётся удельная дисперсия D(λд) на достаточно длинной волне (например, на λд = 1550 нм) и наклон дисперсионной характеристики S д на этой же волне. Удельная дисперсия на других длинах волн находится методом линейной интерполяции по формуле
 |
У оптических волокон, отвечающих рекомендации G.653 МСЭ-Т, нулевая дисперсия приближена к длине волны 1550 нм (волокно со смещённой нулевой дисперсией). Эти волокна подразделяются на два типа А и В. Для волокон типа А нулевая дисперсия должна находиться в диапазоне от λ0мин = 1500 нм до λ0макс = 1600 нм, а величина удельной дисперсии D не должна выходить за пределы ±3,5 пс/нм·км в диапазоне от λмин = 1525 нм до λмакс = 1575 нм (см. рисунок 3 – область, ограниченная пунктирным контуром). При этом максимальная крутизна дисперсионной характеристики S0 макс в диапазоне от λмин до λмакс не должна превышать 0,085 пс/нм·км2.
Для волокон типа В дисперсионные характеристики должны проходить внутри маски, показанной на рисунке 3 сплошными линиями. Значения величин на рисунке 3 приведены в таблице 1.
Расчёты удельной дисперсии на других длинах волн проводятся по формуле Селмейера, для волокон с нулевой смещённой дисперсией
 |
Внимание! Формулы Селмейера для стандартных волокон (15) и волокон с нулевой смещённой дисперсией (17) существенно различаются.
| Таблица 1 | |||
| λ 0мин | λ 0макс | λмин | λмакс |
| нм | нм | нм | нм |
| 1500 | 1600 | 1525 | 1575 |
| D мин | D макс | S мин | S макс |
| пс/нм км | пс/нм км | пс/нм2км | пс/нм2км |
| -3,5 | 3,5 | 0,0467 | 0,085 |
Маска в рекомендации G.653 ограничена диапазоном от 1460 нм до 1620 нм. В реальных случаях волокна могут использоваться и за этими пределами.
Параметры волокон с ненулевой смещённой дисперсией, предназначенные для организации трактов ОМТС с волновым уплотнением, регламентированы в рекомендациях G.655 и G.656 МСЭ-Т. В первой из них представлены волокна типов A, B, C, D и E, а во второй – разделение на типы отсутствует. Заметим, что типы А и В исключены из последних редакций рекомендации G.655.
Типы А и В предназначены для работы в диапазоне С (1530-1565 нм). В этом диапазоне удельная дисперсия волокна типа А может быть как положительной, так и отрицательной и находиться в пределах 0,1-6,0 пс/нм·км. Для волокна типа В удельная дисперсия также может иметь знак плюс или минус и должна находиться в пределах 1-10 пс/нм·км. Для конкретного образца ОВ этого типа разность значений удельной дисперсии в указанном диапазоне должно быть не более 5 пс/нм·км. Волокно типа С имеет характеристики, совпадающие с характеристиками волокна типа В, но оно может использоваться и в диапазоне 1530-1565 нм, однако, в настоящее время его параметры в этом диапазоне не регламентированы.
Для нормирования волновых характеристик удельной дисперсии волокон типов D и Е (рек. G.655) и волокон, соответствующих рекомендации G.656, используется маска, представленная на рисунке 4. Параметры маски приведены в таблице 2. Указанные характеристики должны располагаться внутри соответствующей маски.
Расчёт значений волновых характеристик удельной дисперсии производится методами линейной интерполяции по формулам и исходным значениям, приводимым в технических данных того или иного кон-
| Таблица 2 | ||||
|
| G.655 | G.656 | ||
| D | E | |||
| λ1 | нм | 1460 | ||
| λ2 | 1550 | |||
| λ3 | 1625 | |||
| D макс 1 | пс/нм2 км | 3,29 | 4,66 | 4,60 |
| D макс 2 | 6,20 | 9,31 | 9,28 | |
| D макс 3 | 11,26 | 13,43 | 14,00 | |
| D мин 1 | -4,20 | 0,64 | 1,00 | |
| D мин 2 | 2,80 | 6,06 | 3,60 | |
| D мин 3 | 5,77 | 9,36 | 4,48 | |
кретного ОВ, для указанных там же диапазонов волн. Помимо вышеприведённой формулы (16), могут также использоваться такие выражения:
 |
В этих формулах:
λ , λ0, λ1, λ2 – длины волн соответственно текущая, нулевой дисперсии и заданные в технических условиях;
S0 – наклон дисперсионной характеристики при λ = λ0;
D ( λi) – удельная дисперсия на длине волны λ i.
Диапазон волн, в котором определены маски, заключён между 1460 и 1625 нм. В реальных случаях данные волокна могут использоваться на длинах волн, выходящих за пределы этих диапазонов.
Упражнения
В дальнейшем будет использоваться такое наименование упражнений, входящих в данный сборник.
Цикл 3[3] Оптические секции передачи
Упражнение 3.1 Определение максимально допустимой дисперсии.
Упражнение 3.2 Расчёт протяжённости кабельного участка.
Упражнение 3.3 Расчёт оптической секции исходя из потерь.
Упражнение 3.4 Расчёт оптической секции исходя из дисперсии.
Упражнение 3.5 Хроматическая дисперсия ОВ[4].
Общие указания.
Упражнения по указанию преподавателя могут выполняться или фронтально в компьютерном классе, или индивидуально, как в классе, так и на домашнем компьютере.
Перед выполнением любого упражнения необходимо.
1. Ознакомиться с краткой теорией, описанием и таблицами Excel данного упражнения.
2. Получить допуск к работе в результате собеседования с преподавателем. При собеседовании выясняется, как подготовлен учащийся в области теории данной задачи, так и в особенностях её решения в приложении Excel.
3. Получить задание (исходные данные) к упражнению.
После завершения работы следует получить отметку преподавателя о выполнении работы. По результатам работы составить отчёт, который, помимо результатов работы (по форме, индивидуальной для конкретного упражнения), должен содержать:
– фамилию и.о. студента, номер учебной группы, дату выполнения работы и фамилию преподавателя;
– исходные данные к работе;
– используемые расчётные соотношения;
– развёрнутые выводы по результатам работы.
Отчёт, по согласованию с преподавателем, может быть представлен на бумажном или/и на электронном носителе.
Упражнение 3.1 Определение максимально допустимой дисперсии.
Задача упражнения.
В задачу упражнения входит исследование максимально допустимой хроматической дисперсии секции для различных скоростей передачи в зависимости от ширины спектра излучения, коэффициента заполнения тактового интервала и дополнительных потерь в оптическом тракте.
Описание упражнения.
Упражнение выполняется на листе 3_1_Макс_дисп книги Excel Упр_ч_3, верхняя левая часть которого показана на рисунке 5.
Таблица Исходные данные заполняется согласно индивидуальному заданию. Если задана величина дополнительных потерь Адп, то она вводится в ячейку С5, при этом в ячейке Е5происходит автоматический расчёт эпсилон-фактора ε по формуле (7). Полученное значение ε должно быть скопировано и введено в ячейку D5 посредством функции Специальная вставка… (вставить значения).
 |
Если же задана величина ε, её следует ввести в ячейку D5, а затем рассчитать величину Адп посредством функции Подбор параметра… в соответствии с инструкцией, приведённой рядом с ячейкой Е5.
В индивидуальном задании могут быть указаны скорости передачи а также диапазон величин ширины спектра излучения. Эти значения вводятся соответственно в строку 8 и столбец А таблицы Большая и средняя ширина спектра излучения (рисунок 5). При этом происходит автоматический расчёт величин допустимой дисперсии секции передачи (по формуле (3)), результаты расчета отображаются на диаграмме, расположенной справа от таблицы (рисунок 6).
В процессе работы может потребоваться корректировка диаграммы, показанной на рисунке 6, в части изменения названий в легенде. Это осуществляется вызовом функции Исходные данные… правой кнопкой мыши на диаграмме и далее корректировкой названий рядов на вкладке Ряд.
В средней части листа находятся таблица и диаграмма, аналогичные представленным на рисунках 5 и 6, но отображающих зависимости для относительно узкого спектра излучения.
Внизу листа находится таблица (рисунок 7), для расчёта зависимости допустимой дисперсии секции от коэффициента заполнения тактового интервала k зап, а над ней таблица исходных данных, необходимых для расчёта указанных зависимостей.
Ширина спектра излучения по основанию в исходные данные вводится в длинах волн, нм. Автоматический пересчёт ширины в частоту, ГГц осуществляется в соответствии с формулой (4).
Справа от названных таблиц находится диаграмма, показанная на рисунке 8, графики которой соответствуют рассчитанным зависимостям. Для этой диаграммы, как и для ранее рассмотренных, в соответствии с выбранными скоростями передачи может потребоваться корректировка наименований изображаемых рядов.
Порядок выполнения упражнения.
1. Произвести исследование зависимости допустимой дисперсии от ширины спектра оптического излучателя. Для этого ввести в таблицу Исходные данные заданные величины k зап и λср. Ввести заданную величину ε или Адп. Если задано значение ε, определить величину Адп посредством функции Подбор параметра… из меню Сервис. Инструкция для этой операции помещена рядом с ячейкой Е5.
2. В строке 8 таблицы Большая и средняя ширина спектра излучения установить заданные скорости передачи В (точные значения стандартных скоростей передачи STM и OTU приведены в конце Приложения 1).
Примечание. Могут быть заданы и другие скорости передачи.
3. Исходя из заданных пределов спектра излучения заполнить столбец А таблицы Большая и средняя ширина спектра излучения. Произойдет автоматический расчет значений дисперсии и построение графиков соответствующей диаграммы. При необходимости произвести коррекцию диаграммы (подобрать шкалу оси значений, изменить названия рядов и т.п.).
4. По графикам и результатам расчётов сделать заключение о влиянии скорости передачи на дисперсию для разной ширины спектра излучения.
5. Повторить пункты 2, 3 и 4 для таблицы и диаграммы Малая ширина спектра излучения. При выполнении этого пункта следует ориентироваться на скорости передачи ≥ 2,5 Гбит/с и дополнительные потери в оптическом тракте Адп в пределах 1-2 дБ. Также следует иметь в виду, что реализация идеального монохроматического источника (с нулевой шириной спектра излучения) невозможна.
6. Произвести исследование зависимости допустимой дисперсии от коэффициента заполнения тактового интервала k зап для разных скоростей передачи. Для этого ввести в таблицы (расположенные внизу листа Excel) Исходные данные и Влияние коэффициента заполнения заданные величины. Произвести при необходимости коррекцию диаграммы.
7. По графикам и результатам расчётов сделать заключение о влиянии скорости передачи на дисперсию для разных значений коэффициента заполнения.
8. Повторить пункты 6 и 7 для другой ширины спектра излучения и сравнить полученные зависимости с зависимостями, полученными в пункте 6. При выполнении пунктов 6-8 следует иметь в виду, что кроме k зап = 1 для практических случаев рекомендовано использование коэффициентов заполнения, равных 1/3, 1/2 и 2/3, только на скоростях передачи ≥2,5 Гбит/с.
9. По проделанной работе составить отчёт, обязательным пунктом которого должны быть рекомендации по минимизации дисперсии посредством использования оптических источников с различной шириной спектра излучения на тех или иных скоростях передачи.
Упражнение 3.2 Расчёт протяжённости кабельного участка.
Задача упражнения.
В задачу упражнения входит определение влияния различных параметров на максимальную протяжённость кабельного участка, с учётом потерь в оптическом тракте и исходя из допустимой дисперсии секции для различных скоростей передачи. в последнем случае учитывается ширина спектра излучения, коэффициент заполнения тактового интервала и дополнительные потери в оптическом тракте. Материалы этого упражнения могут быть использованы для расчётов ОСП без промежуточных усилителей ОМТС без волнового уплотнения.
Описание упражнения.
 |
Упражнение выполняется на листе 3_2_Длина_КУ книги Excel Упр_ч_3. верхняя левая часть листа, предназначенная для определения максимальной протяжённости кабельного участка, исходя из потерь в оптическом тракте, показана на рисунке 9.
В таблице Результат величина энергетического потенциала Э рассчитана как рпер мин - рпр мин (см. рис. 1), а максимальная протяжённость кабельного участка l КУ – по формуле (1).
Для расчёта максимальной протяжённости кабельного участка, исходя из дисперсии, используются таблицы этого же листа, расположенные ниже (рисунок 10). Вначале, по заданным дополнительным потерям в оптическом тракте Адп (таблица Предварительный расчёт) определяется «эпсилон-фактор» ε, значение которого вводится в таблицу Исходные данные совместно с другими значениями индивидуального задания.
Расчёт максимально допустимой хроматической дисперсии DL ХД доп (в таблице максимально допустимая хроматическая дисперсияобозначена как DL) производится по формуле (3). Затем, с использованием формул (6) и (5б) вычисляется относительное уширение импульса из-за хроматической дисперсии ΔХД доп, по формуле (14) относительное уширение импульса из-за ПМД ΔПМД, и с использованием формулы (6в) корректированное (уменьшенное из-за влияния ПМД) значение «эпсилон-фактора» εкор. Максимально допустимая протяжённость кабельного участка с учётом ПМД lКУ макс cум определяется как lКУ макс D, умноженное на соотношение εкор/ε[5].
В нижней части листа расположена таблица и диаграмма для выбора ширины спектра излучения, показанные на рисунке 11. Расчёт величин lКУ макс D в этой таблице производится на основе формулы (3), по параметрам, заданным в таблице Исходные данные (рисунок 10) за исключением величины Δλ20, которая в данном случае является переменной.
При проектировании, пользуясь диаграммой, представленной на рисунке 11, можно подобрать ширину спектра излучения, обеспечивающего заданную протяжённость кабельного участка, исходя из допустимой дисперсии. Однако, найденную величину Δλ20 следует уточнить, учитывая ПМД. Для этого значение Δλ20 следует ввести в таблицу Исходные данные (рисунок 10) и убедиться, что получившаяся при этом величина lКУ макс сумм удовлетворяет заданной протяжённости кабельного участка.
На этом же листе для справки приведены стандартные скорости на оптических интерфейсах СЦИ и ОТС.
Дата добавления: 2019-01-14; просмотров: 700; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!