Разработка оптико-волоконной линии связи.

Разработка оптико-волоконной линии связи.

Вариант № 4

Факультет: ФТФ

Группа: ФО-71

Студент: Дзюба А. А.

Преподаватель: Нечаев В. Г.

Отметка о зачете:

Новосибирск 2011

Оглавление

ЗАДАНИЕ.. 3

Общая структурная схема. 4

1. Способ кодирования. 4

2. Тип оптического кабеля. 5

3. Тип источника излучения. 7

4. Тип фотоприемника. 8

5. Широкополосность. 9

6. Энергетическая характеристика системы.. 9

7. Потери в линейном тракте. 10

8. Запас по мощности. 10

9. Энергетический запас системы.. 11

Окончательный анализ системы.. 11

ЗАДАНИЕ

ВАРИАНТ 4

Разработать оптико-волоконную линию связи

На основе полупроводникового инжекционного лазера с λ=1,55 мкм

ТВ сигнал 80 каналов

Соединение 4 пункта

Световод длиной 50 км

В работе необходимо выбрать:

1. способ кодирования

2. тип оптического кабеля

3. тип источника излучения

4. тип фотоприемника

5. энергетическую характеристику системы

6. потери в линейном тракте

7. запас по мощности сигнала с учетом допусков на температурные изменения, временной износ

8. энергетический запас системы, суммарное затухание

9. расчет быстродействия системы

10. окончательный анализ системы

Привести схему связи с указанием кабелей, соединений, разветвителей, если возникла необходимость указать промежуточные регенеративные или усилительные пункты.

Привести электрическую блок-схему, схему включения приемного и передающего прибора и требования к схемам согласования и усиления.

Общая структурная схема

Источник – Преобразователь – Кодер – Источник излучения – Приёмник излучения – Декодер – Преобразователь – Приёмник сообщения

В работе цифровых ВОЛС выделяют: код в линии передачи сигнала, оптические приёмник и передатчик, тип построения линейного тракта.

Т.к. не указан тип организации сети, то есть возможность выбора. Я остановил свой выбор на соединении «кольцо».

Рис.1. - Топология «кольцо» c защитой 1+1.

№1,№2,№3,№4 – пункты; 1- передатчик; 2- приемник.

Одним из преимуществ кольцевой топологии является обеспечение высокой надежности сети. Для оптимизации затрат на создание сетей, обеспечивающих высокий коэффициент готовности, необходимо использовать разнесение трасс. Разнесение трасс может быть достигнуто без использования большого количества дополнительных связей. Во многих случаях введение всего одного дополнительного звена позволяет значительно повысить сетевую надежность. Так, если минимальная связность сети из n узлов обеспечивается n-1 звеном, то, соединив эти узлы в кольцо, мы задействуем всего одно дополнительное звено. При этом с точки зрения надежности вклад будет весьма существенным, так как между любой парой узлов в кольце будет существовать, по крайней мере, два непересекающихся пути.

Способ кодирования

В сетях высокоскоростной передачи данных используются различные виды логического и физического кодирования данных. Логическое кодирование выполняется передатчиком до физического кодирования средствами физического уровня. На этапе логического кодирования борются с недостатками методов физического цифрового кодирования - отсутствие синхронизации, наличие постоянной составляющей. Сформированные исправленные последовательности данных затем с помощью методов физического кодирования передаются по линиям связи.

Используем 4В/5В логическое кодирование. Вследствие чего произойдет увеличение частоты передачи на 25%.

Для передачи 1,1 ГГц аналогового сигнала, преобразуем для начала его в цифровой, затем передадим по оптическому волокну и произведем обратное преобразование.

Тип оптического кабеля

Для передачи сигнала по оптоволокну применяют приемо-передающее оборудование, которое преобразует телевизионный сигнал в световой поток соответствующей длины волны. При этом используют три длины волны: 850 нм и 1310 нм для многомодового кабеля, 1310 нм и 1550 нм для одномодового кабеля. Рабочая полоса частот одномодового волокна на два порядка шире рабочей полосы многомодового волокна (10 ГГц и 100 МГц, соответственно). Затухания в кабеле в расчете на один километр длины и дальность передачи на разных длинах волн ориентировочно следующие:

· 850 нм > 1,5 дБ/км > 5 км;

· 1310 нм > 0,3 дБ/км >10 км;

· 1550 нм > 0,15 дБ/км > свыше 50 км.

Из вышеизложенного очевидно, что использование одномодового кабеля имеет значительные преимущества по дальности передачи и полосе передаваемых частот по сравнению с использованием многомодового кабеля.

Для передачи ТВ сигнала на большое расстояние выберем одномодовый кабель:

ЭКБ-ДПОм, ДПОд (с тросом)

Выпускаются в соответствии с ТУ №3587-006-001-450.628-2-99, что подтверждено сертификатом соответствия № ОС/1-КБ-164

Назначение

Кабель предназначен для подвески между опорами и зданиями. Расстояние между опорами от 70 до 150 метров.

Конструкция

Сердечник содержит центральный силовой элемент (ЦСЭ) и повив, образованный из шести оптических модулей со свободно уложенными волокнами, методом правильной односторонней или разносторонней скрутки. Модули изготавливаются из композиций на основе Полибутилентерефтолат (ПБТ) и заполняются гидрофобным желе.

ДПОм - с металлическим выносным силовым элементом(трос)

ДПОд - с диэлектрическим выносным силовым элементом(трос)

У кабелей ДПОм-П в качестве ЦСЭ используют диэлектрический стеклопластиковый стержень, а у кабелей ДПОм-С - стальную проволоку. Поверх сердечника располагается оболочка (шланг) из полимерного материала. Под заказ шланг изготавливается и из полимерного материала, не распространяющего горение и с низким дымовыделением.

Так же выпускается облегчённая модификация кабеля без корделей с количеством волокон от 2-х до 16-ти.

В таком кабеле уложены только модули с волокнами, ЦСЭ из стеклопластика и стальной трос.

1. Центральный силовой элемент (ЦСЭ).

ДПО- стеклопластиковый стержень

СПО- стальная проволока

2. Оптический модуль со вложенными волокнами в оболочке

из ПБТ и заполненный гидрофобным заполнителем.

3. Межмодульный гидрофобный заполнитель.

4. Защитный шланг из полимерного материала.

5. Стальной трос.

Характеристики ОВ

Тип источника излучения

Оптические излучатели выполняется в виде единого оптоэлекроного устройства и включает источник света (светоизлучающий диод СИД (LED) или лазерных диодов ЛД (LD)), схема стабилизаций его рабочих режимов и устройство введения света в ОВ.

Выбор излучателя выполняется в соответствии с требованиями к основным параметрам источника света, определенных во время проектированных этапов. Эти требования перечислены ниже:

1. Рабочая длина волны источника света должна соответствовать параметрам передачи ОВ.

2. Спектральная ширина излучения ∆λ нужно настраивать с частотными характеристиками ОВ, максимальная полоса пропускания или скорость передачи информации ВОЛС.

3. Абсолютный уровень средней оптической мощности излучения должен соответствовать уровня передачи через ВОЛС.

Нужно обратить внимание, что типичное единица измерения оптического мощности излученной лазерного или светоизлучающего диода использованная в ВОЛС это dBm – измеряемая мощность в отношение с уровнем 1 mW (0,001 W)

4. Фоновая мощность излучения, то есть средняя оптическая мощность излучения в отсутствий модуляторного сигнала, должна быть минимальной.

5. Сфокусированный поток света (пространственная когерентность) должен быть максимальный и обеспечить минимальные потери при вводе света в оптоволокне.

6. Частота модуляций должна обеспечить полосу пропускания или необходимую скорость передачи информаций.

7. Изменения длины волны и выходной мощности оптического излучения от отклонения температуры не должна превышать допустимых значений.

Исходя из этих требований, в качестве источника излучения выбирается лазерный диод производства LaserMate Group, Inc.: 1550nm InGaAsP/InP MQW-DFB laser diode (LD) T15D -XYZ-WM-I.

Данный диод удовлетворяет следующим требованиям:

· рабочая длина волны – 1550 nm

· максимальное значение ширины спектра излучения – 0.1 nm

· выходная мощность – 2 mW

Тип фотоприемника

Оптические приемники выполняются в виде конструктивного блока, в котором включаются устройства для ввода света из ОВ в приемник, фотодетектор, усилитель, корректор и другие устройства для обработки электрического сигнала. Основные параметры оптического приемника:

1. Максимальная чувствительность в рабочем диапазоне длин волн, порог чувствительности или минимальная детектируемая мощность, абсолютный уровень которого Pmin, dBm, зависит от скорости передачи цифровой ВОЛС, вероятность ошибки BER.

2. Чувствительность по току (A/W) или по напряжению (V/W), которая характеризует свойство преобразований фотодиода.

3. Время нарастания и спада переходной характеристики.

4. Вероятность ошибки (не больше BER ≤ 10 – 9).

5. Потребляемый ток от источника питания.

В качестве фотоприемника выбирается PD-1550-wpфирмы ФТИ-Оптроник.

Широкополосность

Дисперсия кабеля составляет 17 пс/ нм*км , длина линии L=50 км

Δτ_дисп = 17*10^-3*50= 850*10^-3

Широкополосность:

Δf=1/(Δτ_дисп*Dl)= 1/(850*10^-3­*0.1)=11,8*10³ МГц ~ 11,8 ГГц

Чтобы передать 22ГГц потребуется 2 параллельных кабелей. Будем считать, что по каждому из них будет идти информация со скоростью 11 ГГц.

Потери в линейном тракте

Запас по мощности

Запас по мощности представляет собой разность между энергетическим бюджетом и всеми потерями системы. Запас должен быть достаточным для компенсации возможных неучтенных потерь, разброс параметров элементов, входящих в состав канала связи, старение элементов.

Энергетический запас системы

Определяется как отношение энергетического запаса к затуханию кабеля:

Получили максимальное расстояние передачи сигнала, которое превышает необходимые 50 км.

Окончательный анализ системы

Разработана схема организации связи между 4 пунктами, соединенными по топологии кольцо с защитой 1+1 (при отказе одного кольца, включится второй кольцо в обратном направлении). Схема позволяет организовать трансляцию 80 ТВ каналов ( ≈1.1 Гбит/с, т.е. 850 МГц аналогового сигнала) по оптическому волокну длинной 50км между пунктами. Для передачи всего диапазона частот аналогового сигнала, преобразованного в цифровой, потребуется передавать сигнал по двум параллельным оптоволоконным линиям. Так же расчеты показывают, что расстояние между пунктами может быть и больше.

Разработка оптико-волоконной линии связи.

Вариант № 4

Факультет: ФТФ

Группа: ФО-71

Студент: Дзюба А. А.

Преподаватель: Нечаев В. Г.

Отметка о зачете:

Новосибирск 2011

Оглавление

ЗАДАНИЕ.. 3

Общая структурная схема. 4

1. Способ кодирования. 4

2. Тип оптического кабеля. 5

3. Тип источника излучения. 7

4. Тип фотоприемника. 8

5. Широкополосность. 9

6. Энергетическая характеристика системы.. 9

7. Потери в линейном тракте. 10

8. Запас по мощности. 10

9. Энергетический запас системы.. 11

Окончательный анализ системы.. 11

ЗАДАНИЕ

ВАРИАНТ 4

Разработать оптико-волоконную линию связи

На основе полупроводникового инжекционного лазера с λ=1,55 мкм

ТВ сигнал 80 каналов

Соединение 4 пункта

Световод длиной 50 км

В работе необходимо выбрать:

1. способ кодирования

2. тип оптического кабеля

3. тип источника излучения

4. тип фотоприемника

5. энергетическую характеристику системы

6. потери в линейном тракте

7. запас по мощности сигнала с учетом допусков на температурные изменения, временной износ

8. энергетический запас системы, суммарное затухание

9. расчет быстродействия системы

10. окончательный анализ системы

Привести схему связи с указанием кабелей, соединений, разветвителей, если возникла необходимость указать промежуточные регенеративные или усилительные пункты.

Привести электрическую блок-схему, схему включения приемного и передающего прибора и требования к схемам согласования и усиления.

Общая структурная схема

Источник – Преобразователь – Кодер – Источник излучения – Приёмник излучения – Декодер – Преобразователь – Приёмник сообщения

В работе цифровых ВОЛС выделяют: код в линии передачи сигнала, оптические приёмник и передатчик, тип построения линейного тракта.

Т.к. не указан тип организации сети, то есть возможность выбора. Я остановил свой выбор на соединении «кольцо».

Рис.1. - Топология «кольцо» c защитой 1+1.

№1,№2,№3,№4 – пункты; 1- передатчик; 2- приемник.

Одним из преимуществ кольцевой топологии является обеспечение высокой надежности сети. Для оптимизации затрат на создание сетей, обеспечивающих высокий коэффициент готовности, необходимо использовать разнесение трасс. Разнесение трасс может быть достигнуто без использования большого количества дополнительных связей. Во многих случаях введение всего одного дополнительного звена позволяет значительно повысить сетевую надежность. Так, если минимальная связность сети из n узлов обеспечивается n-1 звеном, то, соединив эти узлы в кольцо, мы задействуем всего одно дополнительное звено. При этом с точки зрения надежности вклад будет весьма существенным, так как между любой парой узлов в кольце будет существовать, по крайней мере, два непересекающихся пути.

Способ кодирования

В сетях высокоскоростной передачи данных используются различные виды логического и физического кодирования данных. Логическое кодирование выполняется передатчиком до физического кодирования средствами физического уровня. На этапе логического кодирования борются с недостатками методов физического цифрового кодирования - отсутствие синхронизации, наличие постоянной составляющей. Сформированные исправленные последовательности данных затем с помощью методов физического кодирования передаются по линиям связи.

Используем 4В/5В логическое кодирование. Вследствие чего произойдет увеличение частоты передачи на 25%.

Для передачи 1,1 ГГц аналогового сигнала, преобразуем для начала его в цифровой, затем передадим по оптическому волокну и произведем обратное преобразование.

Тип оптического кабеля

Для передачи сигнала по оптоволокну применяют приемо-передающее оборудование, которое преобразует телевизионный сигнал в световой поток соответствующей длины волны. При этом используют три длины волны: 850 нм и 1310 нм для многомодового кабеля, 1310 нм и 1550 нм для одномодового кабеля. Рабочая полоса частот одномодового волокна на два порядка шире рабочей полосы многомодового волокна (10 ГГц и 100 МГц, соответственно). Затухания в кабеле в расчете на один километр длины и дальность передачи на разных длинах волн ориентировочно следующие:

· 850 нм > 1,5 дБ/км > 5 км;

· 1310 нм > 0,3 дБ/км >10 км;

· 1550 нм > 0,15 дБ/км > свыше 50 км.

Из вышеизложенного очевидно, что использование одномодового кабеля имеет значительные преимущества по дальности передачи и полосе передаваемых частот по сравнению с использованием многомодового кабеля.

Для передачи ТВ сигнала на большое расстояние выберем одномодовый кабель: