Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение

высшего профессионального образования

«Поволжский государственный университет

телекоммуникаций и информатики»

Кафедра СС

Методические указания и контрольные задания по дисциплине

«Многоканальные телекоммуникационные системы»

для студентов Д.О. формы обучения направление подготовки

210700 «ИКТ и системы связи (профиль МТС)»

МТСу – 3 курс, 1 семестр;

МТС – 3 курс, 2 семестр Составители: ст. преп. Л.В. Адамович к.т.н., доц. В.И. Иванов Рецензент: проф. к.т.н., Б.В. Попов Самара, Излагаются методические указания по выполнению контрольного задания по дисциплине «Многоканальные телекоммуникационные системы", вопросы и задачи для самоконтроля, задания к контрольной работе и методические рекомендации по их выполнению.

Вариант контрольной работы определяется студентом по предпоследней и последней цифрам студенческого билета.

Текст каждого задания вместе с вариантом и исходными данными приводят в пояснительной записке на отдельной, как правило, первой странице.

Решения задач обязательно сопровождаются необходимыми пояснениями и ссылками на литературу, использованную при выполнении соответствующего задания, список которой приводят в конце кот рольной работы. В сроки, установленные учебным графиком (но не позже первого дня начала лабораторно-экзаменационной сессии), контрольная работа представляется на рецензирование.

Все исправления и дополнения, сделанные студентом по замечаниям рецензента, выносят на поля в том месте, где обнаружены ошибки, заданы вопросы или сделаны замечания. Допущенные к защите контрольные работы предъявляют на экзамене или зачете, где и происходит их защита.

Для успешной защиты контрольной работы необходимо:

- внести исправления по замечаниям рецензента, ответить (письменно или устно в зависимости от требований рецензента) на поставленные вопросы;

- уметь полностью объяснить ход решения задач, обосновать правильность использования расчетных формул, понимать смысл входящих в них величин и символов, их размерность.

Изучение дисциплины МТС базируется на обеспечивающих курсах: информатика, физика, физические основы электроники, теория вероятностей и математическая статистика, теория электрических цепей, общая теория связи, цифровая обработка сигналов, основы построения инфокоммуникационных систем и сетей, направляющие системы электросвязи, метрология, стандартизация и сертификация в инфокоммуникациях Список литературы Основная литература 1. Цифровые и аналоговые системы передачи: Учебник для вузов /Иванов В.И., Гордиенко В.Н., Попов Г.Н., и др. Под редакцией В.И. Иванова.- М.: Горячая линия – Телеком, 2003, - 232 с.: ил.

2. Волоконно-оптические системы передачи. Учебное пособие для вузов /В.И.

Иванов, Л.В. Адамович/- Казань: ЗАО «Новое знание.- 2012.- 123 с.: ил.

3. Спектральное уплотнение ВОЛС. Учебное пособие для вузов /В.И. Иванов/Казань: ЗАО «Новое знание.- 2012.- 224 с.: ил.

4. Основы построения телекоммуникационных систем и сетей: Учебник для вузов / В.В. Крухмалев, В.Н. Гордиенко, А.Д. Моченов и др.; Под ред. В.Н. Гордиенко и В.В.

Крухмалева. – 2-е изд., испр. – М.: Горячая линия – Телеком, 2008. – 424 с: ил.

Дополнительная литература 1. Гордиенко В.Н., Тверецкий М.С. Многоканальные телекоммутационные системы.

Учебник для вузов.- М: Горячая линия -Телеком, 2005.-416 с.: ил.

2. Оптические кабели связи российского производства. Справочник./ Воронцов А.С., Гурин О.И., Мифтяхетдинов С.Х., Никольский К.К., Питерских С.Э. -М.: Эко - Трендз, 2003. -228 с.: ил.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ИЗУЧЕНИЮ РАЗДЕЛОВ

ДИСЦИПЛИНЫ

Дисциплина МТС раскрывает принципы построения оптических цифровых систем передачи (ОЦСП), построения двусторонних линейных трактов волоконно-оптических линий передачи (ВОЛП), методы уплотнения оптических кабелей. Рассматриваются принципы работы источников и приемников оптического изучения, требования к ним.

Раскрыты вопросы модуляции и демодуляции оптической несущей. Излагаются принципы построения линейных трактов ОЦСП и оценка их помехоустойчивости.

Структура курса ОЦСП включает в себя следующее:

Введение 1. Принципы построения линейных трактов волоконно-оптических систем передачи 2. Источники и приемники оптического излучения 3. Модуляция и демодуляция оптической несущей 4. Линейные тракты волоконно-оптических систем передачи 5. Основы проектирования волоконно-оптических линий передачи Заключение

ЗАДАНИЯ К КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЕ

Целью контрольной работы является расчет следующих параметров оптического линейного тракта (ОЛТ): длины регенерационного участка волоконно-оптической системы передачи (ЦСП), порога чувствительности приемного оптического модуля (ПРОМ) pмдм, допустимую рош.доп и ожидаемую рош.ож вероятности ошибки, приходящихся на один регенерационный участок.

Исходные данные к контрольной работе приведены в табл.1. Они определяются двумя последними цифрами номера студенческого билета. Исходные данные включают в себя: протяженность линейного тракта Lт, тип ЦСП (табл.2) и тип оптического кабеля (табл.3).

1. Рассчитать длину регенерационного участка Lру для заданной ЦСП и соответствующего типа оптического кабеля.

2. Выполнить размещение необслуживаемых регенерационных пунктов по заданной длине оптического линейного тракта.

Протяженность линейного тракта,

ОКЛ- ОКЛ- ОКЛ- ОКЛ- ОКЛ- ОКЛОЗКГ ОЗКГ ОЗКГ ОЗКГ

Номинальный уровень передачи Рабочая длина волны Строительная длина 3. Р а с с ч и т а т ь распределение энергетического для регенерационного участка.

После выполнения задания дайте письменный ответ на один из сформулированных ниже вопросов (в соответствии с последней цифрой номера студенческого билета).

0. От чего зависит уровень средней оптической мощности на выходном оптическом разъеме передающего оптического модуля (ПОМ)?

1. Что такое энергетический потенциал ВОСП и от чего он зависит?

2. Изобразите обобщенную структурную схему ПОМ и укажите назначение основных ее элементов.

3. Основные виды модуляции оптической несущей, их физическая сущность.

4. От чего зависит длина волны оптического излучения ПОМ? Основные параметры источников оптического излучения.

5. Принцип работы светоизлучающего диода (СИД), классификация СИД.

6. Принцип работы полупроводникового лазерного диода (ПЛД), классификация ПЛД.

7. Изобразите обобщенную схему приемного оптического модуля (ПРОМ).

Основные параметры приемников оптического излучения.

8. Принцип работы фотодетектора на основе р-i-n фотодиода.

9. Принцип работы фотодетектора на основе лавинного фотодиода (ЛФД).

Методические указания к выполнению первого задания 1. Определение длины регенерационного участка оптического линейного Длина регенерационного участка (РУ) Lру цифровой волоконно-оптической системы передачи зависит от многих факторов, важнейшим из которых является энергетический потенциал Э (см. табл. 2), в самом общем случае равный:

Где, рпер - абсолютный уровень мощности оптического излучения на входе линейного оптического кабеля (ОК), дБм; рпр - абсолютный уровень мощности оптического излучения на входе ПРОМ; Амакс - максимально-допустимое затухание оптического излучения в ОК, разъемных и неразъемных соединениях регенерационного участка.

Примечание: при определении энергетического потенциала ВОСП уровни передачи и приема оптического излучения следует брать из исходных данных к контрольной работе (табл.1). Энергетический потенциал заданной ВОСП (табл.2) следует использовать для предварительной оценки параметров оптического линейного тракта.

Максимальное затухание РУ определяется по следующей формуле:

здесь, - коэффициент затухания оптического кабеля. дБ/км; Lру -.длина РУ; nнс - число неразъемных соединений; Анс - затухание неразъемного оптического соединения, дБ; nрс - число разъемных соединений; Арс затухание разъемного оптического соединения, дБ; Ээ = 3... 6 дБ - допуски на ухудшение параметров ЦСП со временем (старение, деградация, потеря прозрачности оптического волокна и др.

В формуле (2) количество неразъемных соединений на длине регенерационного участка равно:

где, Lру - искомая длина регенерационного участка; Lстр - строительная длина оптического кабеля.

Подставив nнс в формулу (2) и выполнив несложные преобразования, получим формулу для определения длины регенерационного участка Lру:

Пример 1. Требуется определить длину регенерационного уч а с т к а ЦСП, работающей по кабелю типа ОЗКГ- 1- 0,7. Уровень передачи на выходе ПОМ р ав ен рпер = - 5 дБм, а уровень приема на входе ПРОМ – рпр = - 40дБм. Для данного типа кабеля коэффициент затухания =0,7 дБ/км, а строительная длина Lстр=2км. Требуется определить длину регенерационного у ч а с т к а данной ЦСП.

Порядок решения:

1. По формуле (1) оп р ед ел яе м энергетический потенциал ЦВОСП:

2. Принимаем эксплуатационный запас Эз = 4дБ.

3. Считаем, что на длине регенерационного участка имеется два разъемных соединения nрс=2: подсоединение ПОМ к линейному оптическому кабелю и подсоединение линейного оптического кабеля к ПРОМ. Положим, что затухание разъемного соединения Ар с = 0,5 дБ.

4. Принимаем затухание неразъемного соединения Анс = 0,1 дБ.

5. Подставив значения Э, Эз, nрс и Арс, Анс и Lстр в формулу (4), получим:

На длину регенерационного участка влияет величина дисперсии оптического волокна (ОВ). Предельная длина регенерационного участка с учетом дисперсии ОВ определяется по следующей формуле:

где, ов - дисперсия оптического волокна (см. табл. 3); В - скорость передачи цифрового потока, соответствующая линейному коду ЦВОСП. Если задана широкополосность ОВ, то величин ов равна:

Здесь, F - коэффициент широкополосности ОВ, Гц км (берется из табл. 3). Подставив значение ов в (5), получим:

Для одномодовых ОВ в паспортных данных (табл.3) указывается нормированная среднеквадратическая дисперсия, нс нм км, которая связана с ов соотношением вида:

где, - ширина полосы оптического излучения, нм, определяемая из справочных данных соответствующего источника оптического излучения.

Для светоизлучающих диодов = 2 5... 40 нм и для полупроводниковых лазерных диодов =0,2... 5 нм.

Для рассматриваемого выше примера положим, что ЦСП позволяет организовать каналов тональной частоты (или основных цифровых каналов). Скорость цифрового потока (третичного цифрового потока) на входе ПРОМ равна Сз=34,368 Мбит/с. Линейный цифровой сигнал представляет блочный код вида 5В6В. Следовательно, скорость передачи линейного цифрового потока будет равна В С з 6 5 34,368 6 5 41,242 Мбит/с.

Подставив значения F=800 МГц/км и В = 41,242 Мбит/с в (6), найдем длину регенерационного участка, определяемую широкополосностью или дисперсией оптического волокна Если длина регенерационного участка, определенная по формулам (4) или (6), оказывается меньше длины регенерационного участка, определенного по формуле (4), то выбирают длину регенерационного участка, определенного по формулам (5) или (6). В противном случае следует выбрать оптический кабель с другой широкополосностью или с другой величиной дисперсии.

Пример2. Определить длину регенерационного участка для ЦСП типa "Акула ", если известно, что ее энергетический потенциал Э =38 дБ, система работает по кабелю типа ОКЛ 01-0,3/3,5 (см.табл.3). Примем эксплуатационный запас Ээ =6 дБ. Число разъемных соединений на регенерационном участке nрс = 2. Затухание одного разъемного соединения Арс = 0,5 дБ, затухание одного неразъемного соединения Анс = 0,1 дБ. Скорость передачи линейного цифрового сигнала равна В=167,1168 Мбит/с или В=167,1168 10 бит/с.

Порядок решения:

1. Подставив в формулу (4) исходные данные, получим:

2. Определим длину регенерационного участка с учетом дисперсионных свойств ОВ. Для чего по формуле (8) найдем среднеквадратическое значение дисперсии, положив в ней = 2,6 нм и = 3,5 пс нм км (табл.3):

3. По формуле (5) найдем длину регенерационного участка:

Выбирается длина регенерационного участка, определяемая затуханием оптического кабеля, т.е. Lру = 77,73 км.

Полученные по формулам (4) и (6) длины регенерационных участков условно можно назвать номинальными Lру ном.

Примечание. Значения величин А р с, Анс,, Ээ и др. следует выбирать в пределах, указанных в методических рекомендациях, в приведенных примерах и в справочной литературе (в последнем случае обязательно сделать ссылку).

Для полученного значения длины регенерационного участка определяются основные параметры оптического линейного тракта: быстродействие, порог чувствительности ПРОМ, допустимая и ожидаемая вероятность ошибки или величина коэффициента ошибки.

Рассчитанное значение номинальной и максимальной длин регенерационных участков используются при размещении необслуживаемых регенерационных пунктов (НРП) по длине оптического линейного тракта. При этом реальная длина регенерационного участка Lру должна отвечать условию:

2. Размещение необслуживаемых регенерационных пунктов по длине Для заданной длины оптического линейного тракта (ОЛТ) Lолт (см. исходные данные, табл. 1) выполняется размещение регенерационных пунктов, число которых определяется по формуле:

здесь, символ Ц означает округление в сторону ближайшего большего целого числа.

Пример 3. Выполнить размещение регенерационных пунктов для ОЛТ, длина которого равна Lолт =480 к м, а номинальная длина регенерационного участка Lру.ном = 77,75 км (см. Пример 2).

Порядок решения:

1. По формуле (13) определим число регенерационных пунктов:

формуле:

Для нашего примера число регенерационных участков будет равно:

3. Регeнерационные пункты обычно стремятся разместить по длине ОЛТ равномерно. Для чего необходимо определить среднюю длину регенерационного участка по формуле:

Для нашего примера средняя длина регенерационного участка будет равна:

Длина регенерационного участка должна удовлетворять условию (8), т.е. быть меньше или равной максимальной.

Если возможно уменьшение числа регенерационных пунктов, то, возможен иной выбор средней длины регенерационного участка, приближая ее к максимальной длине регенерационного участка. В этом случае следует выбрать то максимальное значение длины регенерационного участка, при котором обеспечивается уменьшение числа регенерационных пунктов. Для этого в формулу (9) вместо Lру.ном подставим Lру.макс и получим минимальное значение числа регенерационных пунктов Nрп.мин:

Число регенерационных участков будет на единицу больше, т.е. Nру.мин =5, а расчетная L ру.рас L олт N ру.мин 480 / 5 96 км Примерная схема размещения регенерационных уч а с т к о в приведена на рис 1.

Рис.1. Схема размещения линейных регенерационных пунктов по оптическому где приняты следующие обозначения: ОП-А - оконечный пункт А; ОК -оптический кабель; ЛР - линейный регенератор; НРП-1/1 - необслуживаемый регенерационный пункт №1 1-ой секции регулирования (ОП-А-ОРП-1); НРП-1/2 - необслуживаемый регенерационный пункт №1 на 2-ой секции регулирования (ОРП-1-ОП-Б); цифра в числителе означает номер НРП на секции регулирования, цифра в знаменателе означает номер секции регулирования; ОРП-1 номер обслуживаемого регенерационного пункта на длине ОЛТ; ОПБ-Б оконечный пункт Б.

Для расчетной длины регенерационного участка выполнить pасчет энергетического потенциала.

3. Расчет распределения энергетического потенциала Уровень оптической мощности сигнала, поступающего на вход ПРОМ линейного регенератора, зависит от энергетического потенциала ВОСП, потерь мощности в ОВ, потерь мощности оптического излучения в разъемных и неразъемных соединениях. Перед выполнением расчетов рекомендуется составить таблицу (например, табл. 4) с исходными данными для расчета распределения энергетического потенциала по длине регенерационного участка. Эта таблица включает в себя следующие параметры регенерационного участка: уровни мощности оптического сигнала рпер на входе разъемного соединения ПОМ, коэффициент затухания оптического кабеля, минимальный уровень мощности рпр на выходе разъемного соединения ПРОМ, энергетический потенциал ВОСП Э, строительную длину оптического кабеля Lстр;

количество строительных длин nстр; количество разъемных соединителей nрс на регенерационном участке; количество неразъемных соединителей nнс на регенерационном участке; затухание оптического сигнала на разъемном соединителе Арс; затухание оптического сигнала на неразъемном соединителе Анс.

Пример 4. Рассчитать распределение энергетического потенциала на длине регенерационного участка для ЦСП, технические параметры которой приведены в табл. 4.

Уровень мощности передачи оптического Количество строительных длин Количество разъемных соединений Затухание оптического сигнала на неразъемном соединителе Количество неразъемных соединений Затухание оптического сигнала на неразъемном соединителе Порядок решения:

Определяем уровень сигнала после первого разъемного соединения (PC):

Уровень сигнала после первого неразъемного соединителя (НС) станционного оптического кабеля и линейного оптического кабеля будет равен:

Далее сигнал проходит по строительной длине Lстр =4 км линейного оптического кабеля с коэффициентом затухания = 0,7 дБ/км и уровень сигнала на входе второго НС через 4 км будет равен:

Уровень сигнала после второго НС будет равен:

Уровень сигнала после прохождения по второй строительной длине на входе третьего НС будет ранен:

Уровень сигнала после третьего НС будет равен:

Уровень сигнала после прохождения по т р е т ь е й строительной длине на входе четвертого НС будет равен:

Уровень сигнала после четвертого НС будет равен:

Уровень сигнала после прохождения по четвертой строительной длине на входе пятого НС будет равен:

Уровень сигнала после пятого НС будет равен:

Уровень сигнала после прохождения пятой строительной длине на входе шестого НС будет равен:

Уровень сигнала после шестого НС будет равен:

Уровень сигнала после шестой строительной длины на входе седьмого НС будет равен:

Уровень сигнала после седьмого НС или на входе второго разъемного соединения будет равен:

Уровень сигнала на выходе второго разъемного или уровень приема будет равен:

Общее затухание регенерационного участка равно:

По результатам расчета можно сделать вывод, что затухание на регенерационном участке меньше энергетического потенциала ЦВОСП, равного Э =31 дБ. Эксплуатационный запас ЦВОСП можно принять равным Эз = 6дБ.

Результаты расчета распределения энергетического потенциала можно представить в виде таблицы, форму которой студент-заочник выбирает самостоятельно...

Диаграмма распределения энергетического для рассмотренного примера приведена на рис.2, где приняты следующие обозначения: ППМ - приемo передающий модуль линейного регенератора; PC - разъемное соединение; НС - неразъемное соединение; ОВ - оптическое волокно.

Поскольку все уровни передачи диаграммы распределения энергетического потенциала рассчитаны, то ее изображение возможно в условном масштабе, как это сделано на рис.1, но с обязательным указанием характерных основных точек диаграммы.

Диаграмма распределения энергетического потенциала служит основой для расчета основных параметров оптического линейного тракта: различного вида шумов и вероятности ошибки одиночного регенератора, расчет быстродействия ЦСП и порога чувствительности ПРОМ линейного регенератора.

Рис.2. Диаграмма распределения энергетического потенциала 1. Рассчитать величину дробовых шумов, шумов темновых токов и собственных шумов приемного оптического модуля линейного регенератора.

2. Рассчитать допустимую и ожидаемую величину вероятности (коэффициента) ошибки одиночного регенератора.

После выполнения задания дайте письменный ответ на один из сформулированных ниже вопросов (в соответствии с последней цифрой номера студенческого билета):

0. Дать краткую характеристику основных шумов передающего оптического модуля.

1. Физическая сущность дробовых шумов р-i-n и лавинных фотодиодов и их оценка.

2. Физическая сущность шумов темновых токов фотодиодов и их оценка.

3. Тепловые шумы элементов ПРОМ и их оценка.

4. Собственные шумы ПРОМ и их оценка. Физическая сущность коэффициента шума.

5. Изложите алгоритм последовательности выбора передающего оптического модуля.

6. Изложите алгоритм последовательности выбора приемного оптического модуля.

7. Изложите алгоритм последовательности выбора оптического кабеля.

8. Дайте краткую характеристику основным параметрам оптического линейного тракта и их физическую сущность.

Типы линейных кодов ЦВОСП и принципы их формирования.

Методические указания к выполнению второго задания и краткая теория 1. Расчет шумов оптического линейного тракта Качество приема оптического излучения определяется шумами фотодетектора ПРОМ, основными из которых являются дробовые шумы, шумы темповых токов и собственные шумы. Шумы определяются для одного регенерационного участка (как правило, самого длинного, если размещение регенерационных пунктов неравномерное).

Для определения шумов ПРОМ составляется расчетная схема регенерационного участка (см.рис.2) и по формуле (2) ЗАДАНИЯ 1 рассчитывается затухание регенерационного участка.

Пример 5. Для условий задачи Примера 4 (ЗАДАНИЯ 1) определить шумы фотодетектора ПРОМ регенерационного участка соответствующей структуры, рис. 2.

Порядок решения:

1. Определим затухание регенерационного участка, полагая эксплуатационный Эз = 6 дБ. Подставив в (2)данные из табл. 4 ЗАДАНИЯ 1, получим:

2.Определим мощность оптического излучения на выходе ПОМ по формуле:

здесь, Рпер - уровень передачи оптического излучения (берется из технических данных ЦВОСП). Подставив в (12)значение рпер из табл.4, получим:

3.Определим мощность оптического излучения на входе приемопередающего модуля (ППМ) линейного регенератора, рис.2, по формуле:

здесь, Wпер - мощность оптического излучения на выходе ПОМ, см.(16); Ару затухание регенерационного участка (см. выше). Подставив в (13) значения Wпер =0, мВт и Ару = 24,5 дБ, получим:

Wпр Wпер 10 ру 0,398 10-0,124,5 0,0014 мВт 0,0014 10 3 Вт.

При выполнении дальнейших расчетов обращайте внимание на размерности величин, входящих в расчетные, и их порядки!

Поскольку электрический сигнал на выходе фотодетектора ППМ является случайной величиной, то его величина оценивается среднеквадратическим значением тока, величина которого определяется по формуле:

где, = 0,8... 0,9 - квантовая эффективность фотодиода (выбирается студентов в заданных пределах); - длина волны оптического излучения (берется из табл.1.

Исходные данные), мкм; Wпр - мощность оптического излучения на входе фотодетектора ППМ (определяется по формуле 17), Вт; М - коэффициент лавинного умножения лавинного фотодиода (ЛФД), значение которого берется из табл. 1 (для p -i -n фотодиода М=1).

4.По формуле (14) для примера 5 определим среднеквадратическое значение тока полезного сигнала, подставив в нее значение Wпр и в ней положив = 0,8 и = 1,31 мкм;

М = 100 (т.е. фотодетектор ППМ выполнен на основе лавинного фотодиода) Основными шумами на выходе фотодетектора ППМ (или ПРОМ) являются следующие шумы.

Дробовые шумы, которые оцениваются среднеквадратическим значением:

где, к уже принятым обозначениям, добавились новые: e 1, электрона, Кл (кулон); F(M) - коэффициент шума лавинного умножения, учитывающий увеличение дробовых шумов ЛФД из-за нерегулярного характера процесса умножения;

для большинства ЛФД с достаточной точностью для практических расчетов (FМ) находится по формуле:

значения M и x берутся из табл. 1; В - скорость передачи, бит/с.

шума ЛФД, подставив в (16) значения М = 100 и х=0,8, получим :

6. Подставив в формулу (15)значения I c 68,9 10 A, F(M) 39,8, величину заряда электрона e 1,602 10 К л и B 41,242 10 бит с и, определим величину дробовых шумов:

Темновые шумы, возникающие независимо от внешнего оптического сигнала из-за случайной тепловой генерации носителей под воздействием фонового излучения, не связанного с полезным сигналом, и среднеквадратическое значение которых равно:

здесь, I т - среднее значение темнового тока, величина которого для германиевых фотодиодов равна (1... 8) 10 А, а для кремниевых - (1... 8) 10 А.

7. Для рассматриваемого примера 4 определим величину темновых шумов, подставив в (17) значения заряда электрона е = 1,602. 10-19 Кл, величину темнового тока I т = 5 10 7 (для выполнения контрольной работы значения темнового тока берутся из исходных данных табл.1), величины М=100 и F(M) = 39,8,скорость передачи линейного цифрового сигнала В =41,242 10 бит/с:

Собственные шумы электронных схем ППМ или ПРОМ, обусловленные хаотическим тепловым движением электронов, атомов и молекул в резисторах, полупроводниках и других радиоэлементов, среднеквадратическое значение которых равно:

где, k = 1,38 10 Дж К постоянная Больцмана; Т - температура по шкале Кельвина;

Fш - коэффициент шума предварительного усилителя ППМ или ПРОМ; Rвx - входное сопротивление предварительного усилителя ППМ или ПРОМ, равная 1... 5 МОм (при выполнении контрольной работы значение Rвх выбирается в указанных пределах).

8. Для рассматриваемого примера 4 определим величину собственных шумов, положив T=300°K, Fш = 8, В =41,242 10 бит/с и Rвх =Ом. Подставив численные значения величин в (18), получим :

Сравнивая величины дробовых, темновых и собственных шумов, видим, что основными являются темновые шумы.

Среднеквадратическое значение токов суммарных шумов будет равно:

9. Для примера 4 сумма среднеквадратических значений токов шумов различного происхождения получится после подстановки в (19):

На этом расчет основных шумов одиночного линейного регенератора или шумов регенерационного участка завершается, и переходят к расчету вероятности или коэффициента ошибки одиночного регенератора.

2. Расчет вероятности или коэффициента ошибки одиночного регенератора Первоначально рассчитывается допустимая вероятность ошибки Рош.доп, приходящаяся на один регенерационный участок, исходя из норм на различные участки первичной сети: магистральной, внутризоновой, местной. Если в исходных данных задана ЦСП типа ТС-БСС 16Е1 или Поликом-300Т, то следует пользоваться нормами, приходящимися на внутризоновые первичные сети; если задана ВОСП типа "Акула", то следует пользоваться нормами, приходящимися на магистральные первичные сети. Эти нормы приведены в табл.5.

Допустимая вероятность ошибки, приходящаяся на один километр Допустимая вероятность одной регенерационной ошибки определяется по формуле:

где, рош км - вероятность ошибки, приходящаяся на 1 километр линейного тракта; Lpу - длина регенерационного участка, км.

Если длина оптического линейного тракта равна Lт, то общая допустимая вероятность ошибки равна:

здесь, nру = Lт / Lру - число регенерационных участков.

Пример 6. Рассчитать допустимую вероятоность ошибки для ЦСП внутризоновой первичной сети примера 4, приняв длину оптического линейного тракта Lт = 552 км и длину регенерационного участка Lру = 24 км.

Порядок решения:

Подставив в формулу (20) значение рош.доп = 1,67 10 (см. табл.5) и Lру = 24 км, получим допустимую вероятность ошибки одиночного регенератора:

Для линейного тракта длиной Lт = 552 км допустимая вероятность ошибки определится по формуле (21), если в нее подставить рош.доп = 40,1 10 или nру =552/24 = 23, т.е.:

Для оценки соответствия вероятности ошибки нормам необходимо определить ожидаемую вероятность ошибки – рож и сравнить ее с допустимой. При правильно выбранных проектных решениях должно выполняться условие:

Расчет ожидаемой вероятности ошибки одиночного регенератора Ожидаемая вероятность ошибки определяется ожидаемой защищенностью от шумов, которая равна:

здесь, Ic - среднеквадратическое значение тока на выходе ППМ или ПРОМ, определяемой по формуле (18); Iш - суммарное среднеквадратическое значение токов дробовых, темновых и собственных шумов, определяемой по формулам (19), (15), (17) и (18).

Вероятность ошибки одиночного регенератора (ожидаемая, допустимая) pl может быть получена из данных табл. 6 соответствующим интерполированием.

Как следует из табл.6 величина допустимой защищенности одиночного регенератора для примера должна отвечать условию Аз.доп 20,8 дБ (определяется линейным интерполированием на интервале 20,5... 21,1).

Пример 7. Определить ожидаемую вероятность ошибки одиночного регенератора для исходных данных примеров 4 и 5.

Порядок решения:

Подставив в формулу (23) значение:

(из примера 5), получим:

A з.ож 10lg( Ic Iш ) 10lg( 68,9 10-10 6,62 10-14 ) 50,2дБ Так как ожидаемая защищенность больше защищенности допустимой, т.е. Аз.ож Аз.доп, то ожидаемая вероятность ошибки будет меньше допустимой и, следовательно, энергетический потенциал ЦСП распределен правильно.

Для ожидаемой защищенности Аз.ож= 50,2 дБ, как следует из табл.6, ожидаемая вероятность ошибки менее 10-12 и для числа peгенерационных участков nру =23 ожидаемая вероятность ошибки будет менее рдоп =0,92 10, т.е. условие (22) выполняется.

Следовательно, размещение регенерационных пунктов и использование энергетического потенциала ЦВОСП выполнены, верно.

(ЦСП).

2. Рассчитать порог чувствительности приемного оптического мо дуля.

После выполнения дайте письменный ответ на один из сформулированных вопросов (в соответствие с последней цифрой номера студенческого билета):

0. Объяснить физическую сущность понятий "минимальнодетектируемая мощность (МДМ)" и "квантовый предел". Связь между ними.

1. Физическая сущность параметра ВОЛП "быстродействие", от чего зависит это параметр?

2. Обобщенная структурная схема ВОСП, назначение ее основных элементов.

3. Классификация ВОСП.

4. Принципы построения двусторонних линейных трактов ВОСП.

5. Методы уплотнения волоконно-оптических линий связи.

6. Обобщенная структурная схема оптического линейного тракта. Назначение ее основных элементов.

7. Классификация ретрансляторов волоконно-оптических систем передачи.

шумов.

Методические указания к выполнению третьего задания и краткая теория Быстродействие ВОЛП определяется инертностью элементов волоконно-оптической системы передачи и дисперсионными свойствами оптического волокна. Расчет быстродействия сводится к определению допустимого быстродействия, ожидаемого быстродействия и их сравнения.

Допустимое быстродействие цифровых ВОЛП зависит от характера передаваемого сигнала, скорости передачи линейного цифрового сигнала и определяется по формуле:

где, - коэффициент, учитывающий характер линейного цифрового сигнала (линейный код) и равный 0,7 для кода NRZ и 0,35 для всех других; В - скорость передачи цифрового линейного тракта.

Общее ожидаемое быстродействие ВОЛП (как совокупности волоконнооптической системы передачи и оптического кабеля) равно:

где t пер - быстродействие передающего оптического модуля (ПОМ), зависящее от скорости передачи информации и типа источника излучения; tпp - быстродействие приемного оптического модуля (ПРОМ), определяемое скоростью передачи информации и типом фотодетектора; toв - уширение импульса оптического излучения импульса при его прохождении по оптическому волокну оптического кабеля (ОК) регенерационного участка, которое равно:

здесь, ов - дисперсия оптического волокна, определяемая по формуле (8).

Быстродействие ПОМ и ПРОМ для типовых скоростей передачи ЦВОСП приведены в табл. 7 (при выполнении задания следует брать значения, соответствующие типовым цифровым потокам, передаваемым с помощью заданной в табл.1 ЦВОСП).

Быстродействие Если t ож. < t доп., то выбор типа кабеля и длины регенерационного участка выполнены верно. Величина t доп. t ож. t называется запасом по быстродействию.

При достаточно большом его значении можно ослабить требования к компонентам ВОСП. Если условие t ож. < t доп. не выполняется, то следует выбрать ПОМ, ПРОМ и ОК с другим и параметрам и.

Пример8. Определить быстродействие ЦСП, если длина регенерационного участка Lру =80 км, среднеквадратическое значение дисперсии ов 9,1 10 нс/км. Система передачи типа "Акула", для которой скорость информационного потока В = 140 Мбит/с, линейный код типа (см. табл. 2).

Порядок решения:

1. По формуле (24) найдем значение допустимого быстродействия tдоп., положив в ней = 0,35, так как используется линейный код типа 10В1P1R, и В = 140 Мбит/с:

2. Подставив в формулу (26) значения ов = 9,1 10 нс /км и Lру = 80 км, найдем величину уширения импульса на длине регенерационного участка:

подставив в нее значения tпер = 0,5 нс, tпр = 0,4 нс и tов = 0,728 нс, получим:

Сравнение полученных значений tож. и tдоп. показывает, что условие t = tдоп. - tож.

= 2,5 - 1,628 = 0,872 нс выполняется. Это условие будет выполнятся, если использовать В = 168 Мбит/с, соответствующее скорости пере дачи линейного цифрового сигнала. При выполнении контрольной работы это следует обязательно проверить.

2. Расчет порога чувствительности ПРОМ Одной из основных характеристик приемника оптического излучения является его чувствительность, т.е. минимальная детектируемая (обнаруживаемая) мощность (МДМ) оптического сигнала длительностью = 1/В` (здесь В` - скорость передачи линейного цифрового сигнала, при которой обеспечиваются заданные значения вероятности ошибки или защищенности (или отношения сигнал/шум).

С достаточной степенью точности величина уровня МДМ рмин может быть определена по формулам:

для лавинных фотодиодов (ЛФД).

Зная абсолютный уровень МДМ рмин и уровень передачи ПОМ, можно получить приближенную оценку энергетического потенциала ВОСП:

Пример 9. Определить уровень минимально детектируемой мощности рмин для ЦВОСП типа "Сопка - 3" (технические данные см. табл.1).

Решение:

Для ЦСП типа " ТС-БСС 16Е1" В` =41,242 Мбит/с, фотодетектор реализован на основе лавинного фотодиода, рпер = - 4 дБ. Подставив значение В' = 41,242 Мбит/с в соответствующую формулу (28), получим значение уровня МДМ:

Приближенное значение энергетического потенциала будет равно (33):

Полученное значение энергетического потенциала соответствует идеальному приему.

На этом выполнение контрольной работы завершается. Следует ее оформить согласно приведенным выше требованиям.

1. Обобщенная структурная схема ОЛТ, назначение ее основных элементов и требования к ним.

2. Принципы построения двусторонних линейных трактов ЦСП.

3.Методы уплотнения волоконно-оптических линий связи: временное уплотнение, пространственное уплотнение, частотное (гетеродинное) уплотнение, спектральное уплотнение.

4.Требования к источникам оптического излучения и их основные параметры и характеристики.

5.Принцип действия некогерентных источников оптического излучения.

6.Принцип действия когерентных источников оптического излучения.

Принцип работы светоизлучающих диодов (СИД), их структура. Понятия о гетероструктурах. Классификация СИД.

8. Параметры и характеристики СИД. Схема источника оптического излучения на основе СИД.

9. Принцип работы источников оптического излучения на основе полупроводниковых лазерных диодов (ПЛД).

10. Основные параметры источников оптического излучения на основе ПЛД.

11. Передающие оптические модули, их основные параметры и характеристики.

12. Принцип действия полупроводниковых фотодиодов (ФД).

13. Принцип действия полупроводниковых р-i-n фотодиодов.

14. Принцип действия полупроводниковых лавинных фотодиодов (ЛФД).

15. Основные характеристики и параметры приемников оптического излучения.

16. Шумы фотодиодов, причины их возникновения и оценка.

17. Приемные оптические модули, их основные параметры и характеристики.

18. Модуляция оптической несущей, способы модуляции.

19. Прямая модуляция и демодуляция оптической несущей.

20. Способы компенсации нелинейности оптического излучателя при модуляции аналоговым сигналом.

21. Схема приема оптического излучения, промодулированного цифровым сигналом.

22. Схема непосредственного приема оптических сигналов с аналоговой модуляцией интенсивности.

23. Модуляция и демодуляция оптического излучения с использованием поднесущей частоты.

24. Структурная схема когерентной ВОСП.

25. Гетеродинное обнаружение оптического излучения. Структурная схема гетеродинного обнаружения оптического сигнала.

26. Гомодинное обнаружение оптического излучения. Структурная схема гомодинного обнаружения оптического сигнала.

27. Обобщенная структурная схема оптического линейного тракта (ОЛТ).

28. Обобщенная структурная схема ретранслятора. Классификация ретрансляторов.

29. Обобщенная структурная схема цифрового регенератора и временные диаграммы его работы.

30. Обобщенная структурная схема аналогового ретранслятора ОЛТ.

31. Необходимость линейного кодирования. Требования к линейным кодам.

32. Типы линейных кодов и принципы их формирования.

33. Шумы в оптических линейных трактах.

34. Расчет вероятности ошибки одиночного регенератора.

35. Оценка качества работы регенератора с помощью глаз-диаграммы.

36. Квантовый предел и минимально детектируемая мощность. Эквивалентная схема фотодетектора для расчета отношения сигнал/шум.

В чем заключается ссущность внутреннего фотоэффекта в полупроводнике 37. Ретрансляторы оптических линейных трактов: оптические усилители, оптические регенераторы, регенерация оптических сигналов на электрическом уровне Сравнение.

Д.Н 38. Принцип спектрального уплотнения. Структурная схема 39.Преимущества технологии спектрального уплотнения 40. Технология DWDM. Cхема. Принцип работы 41. Основные требования к узлам оборудования DWDM.

42. Основные узлы технологии DWDM: оптические усилители, транспондеры, оптические мультиплексора. Схемы. Принцип работы. Д.Н.

43.Технология CWDM. Схема. Принцип работы 44.Основные требования к узлам оборудования СWDM 45.Сравнение технологий DWDM и CWDM. Область применения 46.История, состояние и перспективы развития волоконно-оптических систем передачи.