Рассчитанная накопленная дисперсия сравнивается с максимально допустимой

ВВЕДЕНИЕ

 

Курсовой проект на тему «РАСЧЁТ СИСТЕМ СО СПЕКТРАЛЬНЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ КАНАЛОВ» является одним из этапов изучения курса «Линии связи». Основным его назначением является:

· Закрепить и углубить теоретические знания, полученные студентами на лекциях;

· Научить практически применять основные теоретические положения и формулы для расчёта основных характеристик проектируемой сети;

· Дать основные понятия по вопросам проектирования и строительства магистральных сооружений и домовой распределительной сети;

· Привить практические навыки работы с технической литературой, справочниками и нормативными материалами.

В ходе работы над курсовым проектом студенты должны получить представление по всем основным вопросам работы волоконно-оптических систем связи со спектральным разделением каналов, таким как принципы построения и работы линейного оборудования систем, понимания канального плана, понятия о необходимых расчётах при проектировании линейного тракта, вопросы расчёта основных параметров ВОЛС.

Настоящие методические указания по курсовому проектированию имеют целью дать основные направления для решения указанных вопросов и выполнения необходимых электрических расчётов при проектировании ВОЛС с WDM.

 

1. СОДЕРЖАНИЕ И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ.

1. Задание и литература.

2. Исходные данные и оформление курсового проекта.

3. Последовательность проектирования.

4. Принципы построения систем связи со спектральным разделением каналов.

 

1. ЗАДАНИЕ

 

Рассчитать основные технические параметры ВОЛС со спектральным разделением каналов..

Вариант_______________

В проекте должны быть решены следующие вопросы:

1. Расчёт максимальной скорости передачи с учётом перспективы развития;

2. Выбор технологии передачи;

3. Выбор топологии построения ВОЛС;

4. Расчёт бюджета оптических потерь в зависимости от типа используемого оптического волокна;

5. Расчёт требований к характеристикам передатчиков и приёмников с учетом потерь мощности сигнала в оптическом тракте;

6. Расчёт максимальной длины секции регенерации;

7. Рассчитать бюджет времени нарастания фронтов оптических импульсов;

8. Расчёт накопленной дисперсии. Выбор метода и устройства её компенсации;

9. Расчёт полосы пропускания ВОЛС.

10. Расчёт максимальной и минимальной мощности канала, а также максимально допустимой полной мощности.

11. Расчёт минимально допустимого отношения оптического сигнала к шуму;

12. Индивидуальное задание:_______________ __________

13. Проект должен быть выполнен в виде пояснительной записки с приложением следующих схем, расчётов и таблиц:

· Схема построения ВОЛС;

· Таблица канального плана в соответствии с заданным шагом разнесения каналов;

· Таблица с расчётом бюджета оптических потерь;

· Расчёт длины секции регенерации;

· Расчёт накопленной дисперсии;

· Расчёт бюджета времени нарастания оптических импульсов для разных линейных кодов;

· Расчёт динамического диапазона работы системы.

 

ЛИТЕРАТУРА

1. С.Ф. Глаголев, В.С. Иванов, Л.Н. Кочановский. Передаточные характеристики оптических волокон. Учебное пособие. Изд. СпбГУТ, 2005 г.

2. С.Ф. Глаголев, В.С. Иванов, Л.Н. Кочановский. Физические основы оптических направляющих систем. Учебное пособие. Изд. СпбГУТ, 2008 г.

3. В.Н. Гордиенко и др. «Оптические телекоммуникационные системы», М. Горячая линия-Телеком, 2011

4. Р. Фриман «Волоконно-оптические системы связи», М. «Техносфера», 2006 г

 

2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ И ОФОРМЛЕНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА.

Оформление курсового проекта:

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО СВЯЗИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧЕРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ

Им. проф. М.А.БОНЧ-БРУЕВИЧА

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине:

СЕТИ АБОНЕНТСКОГО ДОСТУПА

Выполнил:

Студент гр. ________________

ФИО___________________________

 

Проверил

ФИО___________________________

Защита с оценкой

___________________________

«…….»………………………….20….г.

Подпись преподавателя________________________________

 

 

Г.

Рис.1 Титульный лист курсового проекта.

Курсовой проект оформляется в виде пояснительной записки, которая должна отражать результаты выполнения всех разделов задания. Составляется пояснительная записка на отдельных листах бумаги формата А4 и вместе с заданием брошюруется в папку. Текст пишется на одной стороне листа с полями: левое – 35мм, верхнее – 20 мм, правое – 10мм, нижнее – 20мм.

В начале пояснительной записки помещается титульный лист, на котором указывается название факультета, номер группы, фамилии студента и преподавателя. Пример титульного листа приведён на рис.1.

За титульным листом следует задание и оглавление. Следующие за оглавлением страницы нумеруются внизу справа. В конце пояснительной записки даётся перечень использованной литературы.

Пояснительная записка должна кратко и ясно раскрывать существо разработанных вопросов по отдельным разделам. В формулах, приводимых в тексте, необходимо расшифровывать значения всех входящих в них обозначений. Если какие-либо величины берутся из справочной литературы, необходимо дать ссылку на источник.

Рисунки, таблицы и графики, поясняющие материал записки, выполняются на той же бумаге и вкладываются между соответствующими страницами записки. Общий объём пояснительной записки должен быть в пределах 20-25 страниц. Каждый раздел записки необходимо выделять и начинать с новой страницы.

К пояснительной записке должны быть приложены графические материалы, поясняющие её содержание и являющиеся вместе с тем составными элементами проекта. К таким материалам относятся:

· схемы топологических структур, составляющих архитектуру сети;

· схемы включения оптических усилителей;

· схема оптического мультиплексора, поясняющая работу этого устройства;

· схема организации связи;

На схеме организации связи необходимо указать тип и марку волоконно-оптического или иного кабеля, длины элементарных кабельных участков, количество оптических волокон, выделяемых для данной регенерационой секции. Кроме этого надо указать расстояния и количество волокон между ОРШ, а также между ОРШ и ОРК. Показать тип применяемого активного и кроссового оборудования.

Кроме этого должны быть представлены следующие таблицы:

· таблица характеристик оптического интерфейса мультиплексоров, применяемых в проекте;

· таблица с характеристиками применяемого оптического волокна;

· таблица с характеристиками применяемого оптического усилителя;

· таблица с результатами расчётных данных.

Исходные данные:

Исходные данные содержатся в стыковых кодах, показанных в Таблице 1. Каждому варианту соответствует свой стыковой код. Расшифровка кодов приведена в разделе 2 Приложения1 «Классификация систем со спектральным разделением каналов».

Таблица 1. Варианты задания в соответствии с последними цифрами зачётной книжки.

Номер варианта	Код применения	Номер варианта	Код применения
	8L3 – 16.5		8L5 – 16.2
	16V4 – 4.2		4U5 – 4.3
	16U4 – 4.5		16U7 – 64.5
	8L2 – 4.5		8V5 – 16.3
	16V3 – 64.5		16V5 – 16.3
	8U5 – 16.3		4U7 – 64.5
	16L4 – 64.5		8U7 – 32.3
	4V5 – 4.2		16V7 – 4.5
	8U7 – 16.5		16U5 – 64.3
	16L5 – 4.2		8L2 – 16.5
	8V4 – 64.5		16U3 – 4.2

 

3. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

В курсовом проекте необходимо выполнить расчёт технических характеристик ВОЛС со спектральным уплотнением, оптимизировать их и дать заключение о возможности дальнейшего увеличения скорости передачи с примерами реконструкции линии. Для этого исходя из исходных данных надо

1. Рассчитать нужное количество рабочих длин волн (каналов), распространяющихся в одном оптическом волокне.

2. Оценить необходимое количество оптических волокон;

3. Выбрать марку оптических мультиплексоров WDM(по данным компаний-производителей);

4. Выбрать марку оптических усилителей;

5. Рассчитать максимальную и минимальную длину элементарного кабельного участка;

6. Рассчитать длину секции регенерации;

7. Рассчитать максимальную накопленную дисперсию;

8. Рассчитать минимальный порог возникновения нелинейных эффектов;

9. Рассчитать максимальный диапазон изменения мощности канала;

10. Оценить требуемую выходную мощность оптического усилителя;

11. Оценить минимально допустимое отношение «сигнал/шум» на выходе последнего оптического усилителя.

4. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РАСЧЁТА И РАСЧЁТНЫЕ ФОРМУЛЫ.

При расчётах применять следующие формулы:

1. Расчёт бюджета оптических потерь:

Где α – коэффициент затухания в оптическом волокне, дБ/км;

l – длина волокна, км;

а_нс – потери в неразъёмном соединении, дБ;

а_рс - потери в разъёмном соединении, дБ;

n и m – число неразъёмных и разъёмных соединений соответственно;

А_рем – запас энергетического потенциала на ремонтно-восстановительные работы, дБ;

А_доп – дополнительный запас энергетического потенциала на ухудшение потерь при эксплуатации из-за внешних воздействий и старения.

Полученное значение бюджета будет определять выбор марки терминальных мультиплексоров по величине энергетического потенциала или максимального перекрываемого затухания. Наряду с бюджетом оптических потерь выбор мультиплексора зависит от количества каналов (рабочих длин волн) и типа оптического интерфейса, приведённого в табл.1.

 

2. Расчёт бюджета времени нарастания фронтов импульса:

Время нарастания фронтов передаваемого импульса задаёт требования на быстродействие ВОЛП. Каждая часть линии передачи обладает своими скоростями нарастания фронта импульса, отличными друг от друга. В итоге максимальная скорость работы всей линии передачи будет определяться тем компонентом ВОЛП, который обладает минимальным временем нарастания. Ввиду того, что одновременно работают три компонента линии – передатчик, приёмник и оптический тракт – требуется оценить интегральное время нарастания по следующей формуле:

(1)

Где - время нарастания мощности света в системе;

–время нарастания фронта в источнике оптического излучения, в оптическом волокне и в фотоприёмнике, соответственно.

При этом ,

Где Δf – ширина полосы.

должно быть меньше следующих максимальных значений:

Для линейного кода NRZ:

При использовании передатчика со светодиодом не должно превышать 2 нс;

При использовании передатчика с лазерным диодом не должно превышать 0,1 нс.

Если полоса приёмника задана на уровне -3 дБ, то время нарастания в нём может быть вычислено из следующего уравнения:

,

То есть

Где под Δf понимается полоса приемника

Сюда время нарастания фронта в приёмнике:

=0.35/Δf

При расчёте системы применяется ухудшающий коэффициент 1,1, то есть ко времени нарастания импульса добавляется 10 %. Тогда формула (1) принимает вид:

(2)

можно рассчитать по следующей формуле:

, (3)

Где – время нарастания, определяемое дисперсией групповых скоростей;

– время нарастания, определяемое модовой дисперсией.

Для одномодового волокна первое слагаемое формулы (3) равно нулю, а определяется из следующего (приблизительного) соотношения:

,

Где D –дисперсионный параметр канала с наихудшей дисперсией, Δλ – ширина спектра оптического источника на уровне половины максимума, а L – длина линии передачи в км;

Значения Δλ можно взять из таблиц, находящихся в Приложении 2 2-4 ОСТ 45.104 – 97

 

2. 3. Расчёт длины регенерационной секции (главного оптического тракта):

Длина регенерационной секции (или главного оптического тракта) заключена между точками MPI-R и MPI-S (см. рис…. главы «Топологические схемы построения систем DWDM» Раздела 3 «ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ СВЯЗИ СО СПЕКТРАЛЬНЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ КАНАЛОВ».

Расчёт проводится по 2 критериям:

а) максимальное перекрываемое затухание;

б) максимальная суммарная допустимая дисперсия.

А) Формула для расчёта максимального перекрываемого затухания:

Где – уровень оптической мощности передатчика;

– мощность бустерного усилителя;

m – число оптических каналов;

– минимально отношение «сигнал/шум» на входе приёмника;

– усиленное спонтанное излучение, приведенное ко входу оптического усилителя:

, дБм

h – постоянная Планка (Вт*с)

– полоса частот цифрового сигнала;

h – постоянная Планка;

– длина волны излучения в 3 окне прозрачности.

С – скорость света в вакууме.

– системный запас ВОЛП по затуханию;

– запас на дополнительные потери из-за дисперсии и нелинейных искажений (1-3 Дб);

k – число элементарных кабельных участков на одной секции регенерации;

– потери в разъёмном соединении (0,5 Дб).

 

Б) Формула для расчёта максимальной суммарной дисперсии:

1. Расчёт L_ЭКУ (ЭКУ – элементарный кабельный участок – вся физическая среда передачи между передатчиком и приёмником оптического сигнала). В случае систем DWDM длина ЭКУ соответствует длине пролёта, т.е. расстоянию между передатчиком и приёмником, передатчиком и усилителем, либо между двумя усилителями, в зависимости от вида линии передачи.

(4)

(5)

(6)

В результате расчётов должно выполняться неравенство Если неравенство не выполняется, необходимо изменить скорость передачи, тип оптического волокна, источник оптического излучения или длину ЭКУ.

Е – это коэффициент, зависящий от типа источника излучения. Для длины волны 1550 нм и одномодового лазерного диода Е =4,5.

2. Рассчитывается длина регенерационной секции (РС):

3. По известной длине РС рассчитывается вносимая (накопленная) дисперсия:

Где – коэффициент хроматической дисперсии оптического волокна для максимальной длины волны рабочего диапазона;

– паспортное значение для длины волны 1550 нм;

S – коэффициент наклона дисперсионной характеристики оптического волокна,

K_ПМД=0,5 - коэффициент поляризационно-модовой дисперсии.

– ширина спектра оптического сигнала, нм.

Где – ширина спектра модулируемого источника оптического излучения на уровне -20 дБм.

– ширина спектра цифрового сигнала, нм;

, нм

Где λ – центральная длина волны модулируемого источника излучения (1550 нм), нм.

С – скорость света в вакууме, км/с;

– разность скоростей передачи данных в каждом отдельном оптическом канале, Гбит/с;

ξ – коэффициент, значение которого зависит от выбранного линейного кода. Для кода NRZ ξ=1, а для кода RZ ξ=0,33

 

4. Рассчитывается допустимая хроматическая дисперсия:

Сначала рассчитывается коэффициент хроматической дисперсии на заданной длине волны:

Для стандартного одномодового волокна:

Для волокна с нулевой смещённой дисперсией:

Для волокна с нулевой смещённой дисперсией и сдвинутой длиной волны отсечки:

Для волокна с ненулевой смещённой дисперсией:

Для диапазона 1 460–1 550 нм

 

Dmin(λ)

 

Dmax(λ)

 

Для диапазона 1550 – 1625 нм

 

Dmin(λ)

Dmax(λ)

Затем полученное значение умножается на расстояние

, пс/нм

Рассчитанная накопленная дисперсия сравнивается с максимально допустимой.

Если , то необходима компенсация дисперсии

Приложение 1Компенсация дисперсии

Для компенсации дисперсии применяется один из следующих приёмов:

1. В линию периодически включаются участки со специальным оптическим волокном с отрицательной дисперсией, т.н. DCF-волокно;

2. В линию периодически включаются дифракционныечирп-решётки Брэгга (чирп-решётка – это решётка Брэгга с нелинейным переодом);

3. В линию периодически включаются активные устройства для компенсации дисперсии.

В настоящем курсовом проекте для компенсации следует использовать оптическое волокно с отрицательной дисперсией.

При выборе волокна DCF следует учитывать, что коэффициент затухания в таком волокне значительно выше, чем в стандартном одномодовом волокне и находится в пределах от 0,4 Дб/км до 1,0 Дб/км. Вследствие этого такое волокно обычно используется совместно с оптическим усилителем. Обычно для компенсации дисперсии, накопленной на расстоянии 10 – 12 км требуется около 1 км волокна DCF. Кроме этого, оптическая интенсивность внутри такого волокна выше, чем в обычном волокне из-за малого диаметра модового поля, а это приводит к снижению уровня возникновения нелинейных эффектов.