Расчет параметров ЭКУ ВОЛП

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; p_пер – 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 - ΔA. Типичное значение ΔA=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); Σai – 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 A_З>A _Здоп . 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< σ_RIN<-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 ε - 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 ≤ ε ≤ 0,1.

Параметр ε 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; • A_ЭЗК – эксплуатационный запас ОК, дБ; • AРС – потери в разъемных соединениях, дБ; • A_НСмакс – 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; • ΔA – пределы регулировки АРУ, дБ; • α макс - максимальное значение коэффициента затухания ОВ, дБ/км; • α - среднее значение коэффициента затухания ОВ, дБ/км; • l - средняя строительная длина ОК, км; • B – параметр; • Δa - погрешность измерения затухания, дБ.

Параметр B определяется по формуле где λ – 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 PMD_РУ 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); Δλ - 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 T o - время нарастания фронта оптического импульса на выходе источника излучения от 10% до 90% его максимального значения, с; T _L - 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; σ_эку – среднеквадратическое значение дисперсии на ЭКУ, с.

Полоса пропускания фотоприемника выбирается из условия BW r ≥ B L.

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:

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 P_noise. 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; τ05 – 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.

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 σ 1 и σ0.

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 σ1 и σ0 , 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:

Техническая часть