Расчет пропускной способности ОВ

Оценка оптических несущих. Целью данного пункта является определения промежуточных частот и расстояния между соседними каналами. Рассмотрим подробно 3-е окно прозрачности (рис. 2.14).

Рис. 2.14. 3–е окно прозрачности (включая соседние диапазоны)

Рассмотрим более подробно рабочие диапазоны С и L, см. рис. 2345.

Рис. 2.15. Диапазоны С - (1530 – 1560)нм и L – (1575 - 1615)нм

Для расчета центральных несущих нам понадобится границы 3- го окна прозрачности, а именно С и L диапазонов С - (1530 – 1560)нм, L – (1575 - 1615)нм. В С – диапазоне весь интервал занимает 30 нм, а в L – диапазоне – 40нм, в сумме это 70 нм. Предположим, что длина импульса света τ_и = 10^-9 с^-1мкм. ,скорость света ( ),

Рис 2.16.Оптические несущие (передаваемые каналы)определение расстояния между соседними каналами в 3-м окне прозрачности

Рис 2.17. Определение расстояния между соседними каналами

, , .

,

,

,

,

Все нужные расчеты произведены, остается найти расстояние между соседними каналами, а оно определяется по формуле:

Для защитного интервала целесообразно отвести еще 0,1нм. В итоге получаем расстояние между каналами 0,4нм. Именно такое расстояние между соседними каналами обеспечит нам размещение 160 каналов в 3 –ем окне прозрачности в диапазонах С - (1530 – 1560)нм и L – (1575 - 1615)нм.

На рисунке 2.18 представлено размещение 160 каналов.

Рис. 2.18. Размещение оптических несущих в полосе пропускания ОВ в 3-м окне прозрачности.

Бюджет мощности системы. Значение порога чувствительности для фотоприемника с p-i-n фотодетектором определяется следующим выражением:  (1), где Aλ = Qoш(hc/eλ)—коэффициент, пропорциональный энергии падающего фотона.

Qoш-параметр, характеризующий вероятность ошибки (в нашем случае Qoш=6,36 что соответствует Pош = 10-10);

h,c,e –физические постоянные- h-постоянная Планка, с- скорость света, е-заряд электрона.

-квантовая эффективность- величина, показывающая эффективность преобразования фотон-электрон равная для современных фотоприемников =0,75-0,9, -среднеквадратичное значение шумового тока приемного модуля с pin фотодиодом.

При длине волны λ= 1,3 мкм коэффициент Aλ = 5,7 Вт/А и при длине λ = 1,55 мкм коэффициент Aλ = 4,8 Вт/А. Энергия падающего излучения, соответствующая одному и тому же фототоку, уменьшается с увеличением длины волны.

Мощность шума оптического приемного модуля с p-i-n фотодетектором и полевым транзистором на входе можно определить используя выражение  (2), Где: к – постоянная Больцмана, T-температура, -суммарная емкость фотодиода, предварительного усилителя и монтажа, -шум-фактор полевого транзистора , - интегралы Персоника, Sm-крутизна полевого транзистора, K-коэффициент, характеризующий глубину интегрирования во входной цепи фотоприемника. (обычно K=10÷100, так как в противном случае усложняется корректирующее устройство оптического приемника). Подставляя (2) в (1) получим зависимость чувствительности оптического приемника от скорости передачи.

 (3)

На рис. 2.19 приведена кривая расчета чувствительности оптического приемника при следующих параметрах: =0,8; Aλ=4,8 Вт/А; =0,5 пФ(кривая 1), =1 пФ(кривая 2); =0,55, =0,085; Sm=35*10-3 См; Fn=1.5.

Приведенные кривые показывают что чувствительность оптического приемника с увеличением скорости передачи информации быстро уменьшается, что приводит к уменьшению бюджета системы, который равен разности уровней передающего оптического модуля и чувствительности оптического премного устройства.

В системах с WDM в оптическом канале появляется дополнительные источники потерь - оптические мультиплексор и демультиплексор. Для современных оптических мультиплексоров интерференционного типа величина затухания составляет от 1,5 до 5,2 дБ на канал – в зависимости от количества мультиплексируемых каналов. Затухание мультиплексоров интерференционного типа может меняться также в зависимости от длины волны - точнее от m – от номера мультиплексируемого канала что связано с особенностью его устройства.

Рис.2.19. Зависимость чувствительности оптического приемника с p-i-n фотодиодом от скорости передачи.

Теоретически значение затухания для оптических мультиплексоров интерференционного типа в зависимости от числа каналов рассчитывается по следующей формуле: , где 0,99-коэффициент отражения от пленки, 0,98-коэффициент пропускания тонкопленочного фильтра.

На практике значение затухания мультиплексоров интерференционного типа выше. Так для мультиплексора на 4 канала оно может колебаться от 1,8 до 2,5 дБ, для мультиплексора на 32 канала – 4,2 дБ, для мультиплексора на 40 каналов – 5,3 дБ. Достоинство этих мультиплексоров – большое переходное затухание между каналами ≈60 дБ, малая чувствительность к изменениям температуры, недостатки- сложность изготовления и как следствие - высокая стоимость. Мультиплексоры решетчатого типа отличаются простотой изготовления, вносимое затухание колеблется от 3 до 4,5 дБ для 16 каналов – 3дБ, для 32 – х- 4 дБ, для 40 – 4,5 дБ. Недостаток – требуется температурная стабилизация, что увеличивает затраты на эксплуатацию.

Рассмотрим возможности проектируемой магистральной линии. Для этого будем наращивать скорость передачи с В1=2,5 Гбит/с до Вn=40 Гбит/с c шагом 2,5 Гбит/с, и рассчитывать допустимую величину затухания в оптическом тракте  (бюджет системы) для

а) для систем WDM c мультиплексорами интерференционного типа

б) для систем WDM c мультиплексорами решетчатого типа

в) для систем WDM c мультиплексорами интерференционного типа (при условии идеальности их конструкции – теоретический минимум затухания).

Результаты сведем в таблицы 2.9,2.10,2.11 соответственно.

Таблица 2.9 Затухание при уплотнении по длине волны (частотный план CWDM) с применением интерференционных мультиплексоров.

Таблица 2.10 Затухание при уплотнении по длине волны (частотный план CWDM) с применением решетчатых мультиплексоров.

Таблица 2.11 Затухание при уплотнении по длине волны (частотный план CWDM) с применением интерференционных мультиплексоров (теоретический предел).

Анализируя полученные данные можно сказать, что в высокоскоростных системах применение технологии WDM c точки зрения сохранения бюджета системы выглядит более перспективно. После скорости 7,5 Гбит/с при использовании любого из рассмотренных типов мультиплексоров виден выигрыш в скорости передачи.

Рис. 2.20. Зависимость бюджета мощности системы от скорости передачи для систем с WDM.