Поектирование ВОЛС

3.4.1 Дисперсия  кезіндегі регенерация  бөлігінің   ұзындығы

 

      Меншікті хроматикалық  дисперсия Д(λ)=18 пс/нм·км;

      Меншікті өткізу  жолағы W=0,44/ τ МГц·км;

      Лазер импулсінің  ені ∆λ= 0,1нм;

      Дисперсия τ=∆λ· Д(λ) пс/км;

      Жиілік модулациясы  нормаланған Δf(λ )=1,25·2500 МГц =3125 МГц;

      L-регенерация бөлігінің ұзындығы; L= W/ Δf(λ ).

 

Дисперсия бойынша шектеу:

1 Дисперсиялық импульс  :

 

τ=∆λ*Д(λ)=0,1·18=1,8 пс/км                                                                (3.24)

 

2 Меншікті өткізу жолағы:

 

W=0,44/τ=0,44/1,8·10^-12=0,244 МГц·км                                               (3.25)

 

3 Регенерация бөлігінің  ұзындығы :

 

L=W/Δf(λ)=0,244/3125=78 км.                                                             (3.26)

 

Таңдап алынған кабел  бойынша есептеулер жүргіземіз

Материалдық  дисперсияның формуласы төменде келтірілген:

 

τ_mat=∆λ*М;                                                                                               (3.27)

          

          М – меншікті материалдық дисперсия коэффициенті (М=0,3098);        

          

          ∆λ-лазердің спектрлік ені (∆λ=0,5 нм);

                      

τ_mat=0,5*10‾⁹*0,3098=1,549·10‾¹⁰,с/км

 

 Енді толқындық дисперсияны  анықтаймыз,формуласы төмендегідей:

 

;                                                                           (3.28)

 

              с –вакумдегі жарық жылдамдығы (3·10⁵ км/с )

 

 с/км

 

Бірмодалық оптикалық  талшықты кабел үшін жалпы дисперсия  материалдық және толқындық  дисперсиялардың қосындысына тең болады:

 

τΣ= τ_mat +τ_T;

 

 с/км    (3.29)

 

Жалпы  дисперсия арқылы сәуле  жолдық өткізу енін табуға болады ΔF:

 

;                                                                                                       (3.30)

 

 

Регенерация бөлігінің  ұзындығы негізгі екі фактор –  дисперсиямен және  регенерация  бөлігіндегі  өшулікпен анықталады:

Регенерация бөлігінің  ұзындығын дисперсия арқылы табамыз:

                    

;                                                                                              (3.34)

                   

ΔF-сәулежолдың 1 км кезіндегі өткізу жолағының ені;

ΔFх- регенерация бөлігінің соңындағы өткізу жолағының ені;

ℓ- кабелдің салыну ұзындығы;

ℓх-регенерация бөлігінің ұзындығы;

ΔFх=2500 МГц деп аламыз;

 

Регенерация бөлігінің ұзындығын  анықтаймыз:

                   

                                                              (3.35)

3.4.2 Өшулік  кезіндегі регенерация бөлігінің  ұзындығы

 

Оптикалық күшейткіштерді қолданғанда,1550 нм толқын ұзындығы кезінде тарату деңгейінің мәні 15 дбм ге жетуі мүмкін,олай болса төмендегі формуланы қолданамыз:

 

                                                                                      (3.36)

 

мұндағы:  А –энергетикалық жүйе қоры;

Lк –километрлік өшу;   

М –ескіру кезіндегі  өшулік;

Lм-сәулежол-сәулежол  кезіндегі өшулік;

L –кабелдің құрылыс  ұзындығы;

 

Энергетикалық жүйе запасы қабылдағыш пен таратқыш соңындағы барынша мүмкін болатын сигнал деңгейлерімен анықталады:

 

А=(Ртарmaх)+(Рқабmin)

 

А=45+15=60дБн                                                                                    (3.37)

 

SDH құрылғысы үшін өшулік 11 дб,онда нәтиже төмендегідей:

 

3.5 ТОБЛ тезәрекеттілігін есептеу

 

ОК түрін таңдау жүйенің тезәрекеттілігін есептеумен және оның мүмкін мәндерімен салыстыруымен бағаланады.

Жүйенің тезәрекеттілігі оның элементтерінің инерттілігімен және ОК дисперсиялық қасиетімен анықталады.

Жүйенің толық мүмкін тезәрекеттілігі  В¢ тарату жылдамдығымен, бит/с, оптикалық сәулеленудің модуляция әдісімен, сызықты кодтың түрімен және келесі формуламен анықталады:

 

t = , нс,                                                                                           (3.18)

 

мұндағы b - сызықты сигналдың сипаттамасын есепке алатын коэффициент (сызықты кодтың түрі). NRZ коды үшін b=0,7.

МСЭ-Т ұсынысына сәйкес, SDH көлікті жүйенің сызықты коды NRZ коды болып табылады.

 

t = = 2,8 (нс)

 

ТОБЛ жалпы тезәрекеттілігі келесі формуламен анықталады:

 

t = 1,111 , нс,                                                         (3.19)

 

мұндағы tтар – таратушы оптикалық модульдің (ТОМ) тезәрекеттілігі;

tтар = 0,4 нс (2,5 Гбит/с жылдамдығы үшін);

tқаб – қабылдаушы  оптикалық модульдің (ҚОМ) тезәрекеттілігі,  tпр=0,8 нс;

toв – РА ұзындығында импульстің кеңеюі.

 

toв = s × Lру, нс,                                                                                     (3.20)

 

мұндағы s - талшықтың түріне қатысты анықталатын дисперсия.

 

toв = 18× 100 = 1,8 нс

 

t = 1,111 = 2,214 (нс),

 

tож S = 2,214 нс > tдоп S = 2,8 нс болғандықтан, онда кабель түрі мен РА ұзындығын таңдау дұрыс.

 

Dt =Stдоп - Stож,                                                                                  (3.21)

 

Dt = 2,8 - 2,214= 0,586 нс

 

Шама тезәрекеттілік қоры деп аталады

tож S < tдоп S кезінде ТОБЛ-нің станциялық және сызықтық құрылғылары сызықты сигналдың бұрмалануынсыз таралуын қамтамасыз етеді.

 

3.6 ҚОМ сезімталдығын есептеу

 

Қабылдағыш оптикалық  сәулеленудің негізгі сипаттамасының бірі оның сезімталдығы болып табылады, яғни оптикалық сигналдың айқындалған (детектрленген) қуатының минималды мәні, мұның әсерінен сигнал/шуыл немесе қателіктер ықтималдылығының берілген мәні қамтамасыз етіледі.

Идеалды қабылдауда, яғни қателіктер ықтималдығын 10 кем емес қамтамасыз ету мезетіндегі бұрмалану шуылының жоқ болу кезінде әрбір қабылдау импульсіне 21 фотонның генерациясы қажет етіледі. Бұл кез келген физикалық жүзеге асырылатын фотоқабылдағышқа тиісті іргелі шек болып табылады және детектрлеудің кванттық шегі деп аталады.

Көрсетілген шекке сәйкес оптикалық сигналдың минималды  орташа қуаты

 

t = , с/бит,                                                                                           (3.22)

 

t = = 4,02 × 10 (с/бит)

минималды детектрлеуші қуат (МДҚ) деп аталады.

Сигнал/шуыл немесе қателіктер ықтималдылығының берілген мәні қамтамасыз етілетін ҚОМ кірісіндегі оптикалық сигналдың минималды орташа қуаты сезімталдық деп аталады.

3.7 Оптикалық кабельдің параметрін есептеу

 

Оптикалық кабельдің  негізгі элементі болып – талшықты световод. Оптикалық толқын көлденең қимасы аз мөлшерлі болғандықтан оларды талшықты жарық өткізгіштер немесе оптикалық талшықтар деп атайды(ОТ).

Оптикалық кабель өзекшеден  тұрады, қабықша және жарық толқындары таралады. Жарық толқындарын тарату үшін өзекше қызмет етеді. Қабықшаның мақсаты – өзекше мен қабықша шегінде шағылуды жақсарту және қрошаған ортадағы сәулелену энергиясынан сақтау.

Жарық өткізгіш арқылы электромагниттік энергияны тарату үшін екі ортадағы толық ішкі тойтарыс қолданады. Толық  ішкі тойтарыс эффектісін жарық өткізгіш шартын орындаған кезде айқындалады:

 

,                                                        (3.6.1)

 

мұндағы - ОТ өзекшесінің сыну көрсеткіші,

- ОТ қабықшасының сыну көрсеткіші.

 

3.1 суретте – ОТ сәулелердің таралуы көрсетілген.

 

Сурет 3.1 – ОТ сәулелердің таралуы

.

3.1-суретте сәуле өзекше мен қабықша шекарасында толық шағылысады және сәуле өзекшенің ішінде қалады.ердцевины (сәуле 3), ауытқу бұрышы ( ) критикалық бұрыштан кіші болса онда мына формуламен есептейміз:

 

                                             (3.6.2)

 

- апертуралық бұрыш деп аталады.

Сандық  апертура жарықөткізгіштің негізгі  сипаттамаларының бірі болып  табылады.  Сандық  апертураның  физикалық  мағынасы - осі жарықөткізгіштің осінде  жатқансәулелердің конусын көрсетеді.  Осы конуста  жататын, жарықөткізгіштің  шет  жағына  түсетін барлық сәулелер Жарықөткізгіш  бойымен бағытталады. Талшықты жарықөткізгіштің сандық апертурасын  келесідей жолмен  табуға  болады:

 

                                             (3.6.3)

 

Сандық апертура мыныған  тең:

 

 

SDH құрылғысы үшін  тарату ортасы  ретінде бірмодалы талшық пайдаланылады. Сондықтан сыну көрсеткіші сатылы оптикалық талшықтың параметрлеріне есептеу жүргізейік. Сыну көрсеткіші профилінің типі сатылы  болып  келетін талшықты жарықөткізгіште бірмодалы режим  орын  алуы үшін нормаланған  жиілік  V шамасы 2,405-ке  тең  немесе аз  болуы тиіс. V шамасы келесі  формуламен  анықталады:

 

,                                              (3.6.4)

 

мұндағы   а –  жарықөткізгіштің жүрекшесінің диаметрі;

        NА - талшықты жарықөткізгіштің  сандық  апертурасы;

        π = 3,14;

        λ – сәулелену толқынының ұзындығы.

 

= 1,90

 

Алынған мәлімет бойынша 1,90 < 2,405 следует, оптикалық талшықтың жұмыс істеу режимі – бірмодалы. Бірмодалы жүйенің артықшылығы кең диапазонды және өткізу жолағы өте үлкен.

Критикалық режим үшін толқын ұзындығы мен жиілігін табамыз.

Критикалық толқын ұзындығын мына формула арқылы табамыз:

 

,                                    (3.6.5)

 

мұндағы d – ОТ өзекшесінің диаметрі, м;

Р_nm – 2,405 Бессел функциясының түбірінің мәні;

n₁ и n₂ – өзекше мен қабықшаның сыну көрсеткіші.

 

Критикалық толқын ұзындығы мыныған тең:

 

= 0,83 мкм

 

Критикалық жиілік мына формула бойынша анықталады:

 

,                                              (3.6.6)

 

где P_nm –Бессел функциясының түбірінің мәні;

с₀ – жарық жылдамдығы, м/с;

d – өзекше диаметрі, м;

n₁ и n₂ - өзекше мен қабықшаның сыну көрсеткіші

 

Гц

 

3.7.1 Өшулікті есептеу

 

Оптикалық кабельдің  эффектісі мен алыс қашықтыққа тарату  параметрі анықтау – өшулік пен  жоғалу болып табылады.

Оптикалық кабельдің  өшулігін есептеу үшін (a), өзіндік өшу (a_c) және қосымша өшуліктің, (a_к). Жалпы өшулік мынаған тең:

 

a = a_с + a_к                                                                       (3.2.1)

 

Өзіндік өшулік екі өшуліктең  тұрады біріншісі сіңіру өшулігінең (a_п) екіншісі шашырау өшулігінең (a_р) тұрады.

Өзіндік өшулік мына формула  арқылы табылады:

 

a_с = a_п + a_р                                                                       (3.2.2)

 

Сіңіру өшулігі (a_п) мына формуламен табылады:

 

,                                             (3.2.3)

 

мұндағы n₁ – өзекшенің сыну көрсеткіші;

tgδ = 1∙10^-12 –диэлектрлік матириалдың жоғалу тангенсі;

λ – толқын ұзындығы, км.

 

Сіңіру өшулігі мынаған  тең:

 

= 0,0261 дБ/км

 

Шашырау өшулігі (a_р) мына формуламен анықталады:

 

,                                                        (3.2.4)

 

Мұндағы К_р – шашырау коэффициенті рассеяния, кварц үшін 0,6 тең мкм⁴.

Шашырау өшулігі мынаған  тең:

 

= 0,104 дБ/км

 

Қорытынды бойынша өзіндік  өшулік мынаған тең:

 

a_с = 0,0261 + 0,104 = 0,130 дБ/км

 

ОТ қосымша өшулігі (a_к) оптикалық талшықты дайындау кезіндегі – келіспеуліктердің болуы және т.б.

Қосымша өшулік былай  анықталады:

 

 i = 1,2,3,4                                             (3.2.5)

 

Алмалы – салмалы  емес қосқышта қуат шығыны нормаланады  және 0,1дБ құрайды.

Алмалы – салмалы  қосқыштағы шығын келесі қосындымен анықталады:

 

Мұндағы, a1 – ОТ радиалды ығысуынан туған шығын (3.2 - сурет) 

                  a2 – бұрыштық келіспеудегі шығын (3.3 - сурет)

                  a3 - осьтік келіспеудегі шығын (3.4 - сурет)

                  a4 – ескерілмеген шығындар.