Глава 5. Расчет технических характеристик магистральной ВОЛС

В качестве приемопередающей аппаратуры предполагается использовать оборудование компании Huawei Technologies, а именно мультисервисную транспортную платформу OptiX 10G, необходимые технические характеристики которой приведены ниже.

Паспортные технические данные приемопередающего оборудования и ВОК, используемые при расчетах дисперсии и затухания

При расчете брались худшие технические характеристики в связи с обеспечением теоретического расчета без допущений [Приложение].

ПротяженностьВОЛС Тюмень - Ялуторовск: L = 80,394 км;

Показатель преломления сердцевины: n = 1,467;

Рабочая длина волны: λ = 1,55 мкм;

Количество муфт (количество сростков): = 23;

Километрическое затухание в ОВ: = 0,24 дБ/км;

Количество разъемных соединений: = 4;

Потери на неразъемных соединениях (сростках): = 0,05 дБ;

Потери на разъемных соединениях: = 0,2 дБ;

Эксплуатационный запас для аппаратуры: = 3 дБ;

Эксплуатационный запас для кабеля: = 3 дБ;

Мощность источника оптического излучения: = + 13 дБм; 

Чувствительность приемника: = - 25 дБм;

Диапазон длин волн с нулевой дисперсией: от l₀ = 1301,5 1321,5 нм;

Максимальная величина крутизны нулевой дисперсии: S₀ = 0,092 пс/(нм²·км);

Максимальная ширина спектра излучения источника: Δλ = 0,04 нм;

Коэффициент поляризационной модовой дисперсии: = 0,5 пс/км^1/2.

Скорость передачи при STM-4  = 622,08 Мбит/с;

Скорость передачи при STM-64  = 9953,28 Мбит/с;

Начальная длительность импульса для STM-4 = 401,88 пс;

Начальная длительность импульса для STM-16 = 25,13 пс;

 и  берутся из технических условий (контрактных спецификаций) для оборудования ВОЛС.

Расчет дисперсии ВОЛС

При передаче сигналов по ВОЛС используются методы ИКМ, в результате чего передаваемая информация представляется в виде двоичных кодов - битов 1 и 0, причем 1 соответствует высокому уровню мощности, а 0 - низкому. Модулированный сигнал передается по ОВ импульсами с длительностью  и скоростью передачи  бит/с. В процессе распространения вследствие дисперсии происходит «размывание» импульсов, т.е. увеличение их длительности.

Если длительность  полученных приемником импульсов превысит битовый интервал, то произойдет наложение соседних импульсов друг на друга, что вызовет межсимвольную интерференцию. Следовательно, приемник не сможет распознать отдельные импульсы, и в результате этого увеличится коэффициент битовых ошибок BER. Битовый интервал  связан со скоростью передачи сигналов  соотношением:

.                                                               (5.2.1)

Таким образом, для нормального функционирования ВОЛС необходимо:

- обеспечить длительность полученного импульса , не превышающую исходный битовый интервал;

- обеспечить полученную мощность равную чувствительности приемника  или ввести запас, превышающий .

Вот почему при проектировании ВОЛС с большей скоростью передачи важнейшими техническими характеристиками являются дисперсия и затухание ОВ.

5.2.1. Расчет поляризационной модовой дисперсии

Поляризационная модовая дисперсия рассчитывается из выражения (3.4.7):

 пс.

5.2.2. Расчет хроматической дисперсии

Предельное значение коэффициента хроматической дисперсии с учетом диапазона длин волн нулевой дисперсии определяется из следующих выражений (см.ф. 3.2.16):

                                   (5.2.2)

Отсюда, = 0,092·(1550 - (1301,5) /1550 )/4 = 17,92 пс/(нм·км), что соответствует техническим характеристикам, взятым из паспорта волоконно-оптического кабеля, для длины волны λ = 1,55 мкм [Приложение].

Отсюда можно рассчитать значение хроматической дисперсии:

17,92·0,04·80,394 = 57,63 (пс), которое определяет увеличение длительности импульса (см. п. 3.2).

С учетом поляризационной модовой дисперсией результирующая дисперсия будет определяться из следующего выражения [5]:

 пс.

Т.к. битовый интервал  получим:

для STM-4: = 1607,5 пс, 

для STM-64: = 100,5 пс.

Максимально допустимая величина уширения импульсов определяется из условия, что допустимая длительность импульса [9]:

.                                                                 (5.2.3)

Следовательно, при скорости передачи 622,08 Мбит/с (STM-4) допустимая длительность импульса будет пс, а при скорости передачи 9953,28 Мбит/с – пс. Начальная длительность импульсов определяется из выражения [9]:

.                                                           (5.2.4)

Конечная длительность импульса выражается через его начальную длительность  соотношением [5]:

.                                                    (5.2.5)

Тогда длительность импульса, увеличенная за счет дисперсии, будет:

для STM-4:

= 406,01 пс,

для STM-64:

= 63,01 пс. Т.е. при скорости передачи 9953,08 Мбит/с (STM-64), оптический импульс, уширенный вследствие дисперсии, превысит допустимую величину  пс. Поэтому, чтобы по ВОК передавать сигналы STM-64, необходимо компенсировать хроматическую дисперсию в линии связи.